自適應多線路帶旁路備自投裝置的設計與應用

馬永念 毛 林 陳世永 張紅躍 朱若松 孫小偉

（1.許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000；2.三峽大學，湖北 宜昌 443002）

0 引言

隨著我國電力系統網絡的日益強大，電力系統各站點間的聯系也日益緊密起來。主要供電網絡可實現雙回路及環網接線，供電方式為環網分列運行。在這種接線方式下，為保證供電的可靠性，當其中一回或兩回接線發生故障時，備用電源要能實現安全、可靠地自動投入［1-2］。在運行過程中，由于110 kV 及以上變電站的線路多，主接線的形式多樣，如單母線、單母分段、雙母線、雙母分段、雙母分段帶旁路等。由于每個變電站的程序功能和要求各不相同，導致備自投的動作邏輯和程序非常復雜。傳統的主備電源備自投裝置在動作原理、邏輯等無法完全滿足上述電網的運行要求，為解決上述問題，研發出自適應多線路帶旁路備自投裝置［3］。

1 典型的多線路帶旁路備自投裝置

多線路帶旁路備自投裝置是指至少能實現3條及以上出線間的相關備用電源自動投入的裝置，可實現有多種接線方式的系統線路間的自動投入，其主供電源和備供電源會隨著調度運行的多樣性來進行自適應調整［4］。典型雙母線分段多線路帶旁路系統接線如圖1 所示，按兩段母線、四回主（備）供單元、一回旁路來考慮。

圖1 典型雙母分段帶旁路運行方式接線示意

對雙母線中的進線備自投、單母線中的Ⅰ母進線備投和Ⅱ母進線備投、單母分段中的Ⅰ母失壓分段備投和Ⅱ母失壓分段備投進行配置，并考慮間隔檢修及旁代，根據運行工況來完成相應的備自投動作邏輯［5］。不同接線情況下備自投功能見表1。

表1 不同接線情況備自投功能

2 多線路帶旁路備自投保護原理

為實現不同接線工況下備自投功能的自適應，對現有系統所接的間隔運行情況進行自動識別，確認該間隔是運行或備用狀態，還是檢修狀態。根據所接的間隔狀態，按照預設的動作優先級來自動投切備用電源。多線路帶旁路備自投保護原理如圖2所示。

圖2 多線路帶旁路備自投保護原理

2.1 間隔狀態自動識別

間隔狀態分為主供狀態、備用狀態和檢修狀態。裝置會根據該間隔備自投方式的投退狀態、對應的檢修壓板投退狀態、對應的旁代壓板投退狀態、對應的開關位置或對應的電流情況、線路抽取電壓投入時線路抽取電壓情況來實現自動識別。

2.2 備投組別優先級自動識別

設置進線電源組別及備投優先級的定值，該定值不僅代表線路的電源來源，還代表備投優先級及是否參與備投。將來自同一個電源的線路整定成相同值，當有多個備用電源時，可用數值大小來區分其優先級（1＞2＞3＞4），以此來區分優先合進哪個備用電源，如進線1、進線3 是雙回線，二者來自同一電源，進線2、進線4分別來自另外兩個電源，線路備自投方式整定見表2。

表2 線路備自投方式整定示例

定值所涵蓋的信息如下，進線1和進線3來自同一組電源，相互之間不備投；進線1（3）、進線2、進線4來自不同組電源，其中任意兩組可相互進行備投；當一組電源主供，其他兩組電源備用時，根據優先級來投入備用電源。若進線1（3）主供電源跳閘，導致母線失壓，同時跳進線1（3）主供電源后，因進線2的優先級大于進線4的優先級，則先合進線2，若合閘不成功，則跳開進線2，繼續合進線4。反之，當進線1（3）為備用電源時，因組別及優先級相同，將同時合進線1（3）開關；當任意一個間隔不參與自投或暫無相關一次間隔，則整定為0，不參與任何邏輯判斷。

當只有兩組電源時，沒有優先級可言，但不能同時整定同一定值來區分組別。

2.3 備自投動作邏輯

2.3.1 進線備投動作邏輯。①裝置啟動。②跟跳原主供的所有線路，同時聯跳Ⅰ母、Ⅱ母小電源。③在開關跳閘等待延時內，當所跟跳主供電源的開關和聯跳小電源的開關處于分位時，進入步驟④。否則開關位置確認時間延時后，裝置放電，報備自投失敗。④根據備用電源組的整定優先級來合備用電源組。⑤當“自投于故障后加速切”功能投入時，備用電源開關變為合位或有流，在自投故障后加速切延時內，若該備投元件任一相電流大于其過流加速定值，則向備投元件發送跳閘信號，并報備自投失敗，結束操作。否則，進入下一步。⑥若在判備投成功等待延時的時間內，失壓母線電壓恢復，報備自投成功。否則，若有其他可備投開關，跟切剛合上的備用電源開關，并進入步驟④；若沒有，則報備自投失敗。

2.3.2 Ⅰ母或Ⅱ母進線備投動作邏輯。①裝置啟動。②裝置跟跳失壓母線上主供所有線路，同時聯跳失壓母線的小電源。③在開關跳閘等待延時內，所跟跳主供電源的開關和聯跳小電源的開關均處于分位時，進入步驟④。否則在開關位置確認時間延時后，裝置放電，報備自投失敗。④根據備用電源組整定的優先級來合失壓母線上備用電源組開關。⑤當“自投于故障后加速切”功能投入時，備用電源開關變為合位或有流后，在自投于故障后加速切延時內，若該備投元件任意一相電流大于其過流加速定值，則向備投元件發跳閘信號，并報備自投失敗，結束。否則，進入下一步。⑥在判備投成功等待延時的時間內，失壓母線電壓恢復，則報備自投成功。否則，若有其他可備投進線開關，跟切剛合上的備用電源開關，并進入步驟④。若沒有，進入步驟⑦。⑦若分段檢修和另一母線檢修都沒有投入，且另一母線任意線電壓大于母線有壓定值，則跟切剛合上的備用電源開關，合備用分段開關，進入下一步。否則，報備自投失敗。⑧當“自投于故障后加速切”功能投入時，備用分段開關變為合位后，以正常運行母線任意主供電源動作元件進行判別，在自投于故障后加速切延時的時間內，若其任意一相電流大于其過流加速定值，則向分段開關發跳閘信號，并報備自投失敗，結束。否則，進入下一步。⑨若在判備投成功等待延時的時間內，失壓母線電壓恢復，則報備自投成功。否則，報備自投失敗。

2.3.3 Ⅰ母或Ⅱ母失壓分段備投動作邏輯。①裝置啟動。②裝置跟跳失壓母線所掛主供線路，同時聯跳失壓母線的小電源。③開關跳閘等待延時內，當所跟跳主供電源的開關和聯跳小電源的開關均處于分位時，進入步驟④。否則，在開關位置確認時間延時后，裝置放電，報備自投失敗。④合備用分段開關。⑤當“自投于故障后加速切”功能投入時，備用分段開關變為合位后，以正常運行母線任意一個主供電源動作元件進行判別，自投于故障后加速切延時內，若其任一相電流大于其過流加速定值，則向分段開關發跳閘信號，并報備自投失敗，結束。否則，進入下一步。⑥若在判備投成功等待延時內失壓母線電壓恢復，則報備自投成功。否則，報備自投失敗。

3 安自切負荷閉鎖功能

考慮在上一級執行站采取切負荷措施后，應閉鎖本備自投功能。為此，設計“安自切負荷閉鎖備自投”功能。安自切負荷閉鎖備自投保護原理如圖3所示。

圖3 安自切負荷閉鎖備自投保護原理

4 仿真驗證

采用圖1 所示的典型雙母分段帶旁路運行方式進行接線，在RTDS 實時仿真平臺中搭建雙母分段帶旁路交流電網，用來驗證所提出的自適應接線形式備自投技術的性能。系統主要參數見表3。

表3 交流電網基本參數一覽

4.1 單母線仿真結果

將4 條進線以相同間隔布設在Ⅰ母上，分段檢修壓板及Ⅱ母檢修壓板投入，并按照表2 中設置的進線優先級（分別設為1～4），以線路1 為主供，其他線路為備用。在Ⅰ母進線備投充電后，備投動作如下，Ⅰ母失壓，跳進線1后，依次合進線2～4（其間Ⅰ母始終無壓），最后由線路4 帶Ⅰ母供電，備投動作行為正確。

4.2 單母分段仿真結果

將進線1～3 以相同間隔布設在Ⅰ母上、進線4間隔布設在Ⅱ母上，分段檢修壓板退出且分段跳位，按照表2 中設置的進線優先級（分別為1～4），以線路1、4 為主供，其他線路為備用。在Ⅰ母進線備投充電后，備投動作如下，Ⅰ母失壓，跳進線1 后，依次合進線2、3，若Ⅰ母始終無壓最后合分段，則由線路4帶兩段母線供電，備投動作行為正確。

4.3 雙母線仿真結果

將進線1 和2 以相同間隔布設在Ⅰ母上、進線3 和4 以相同間隔布設在Ⅱ母上，無檢修壓板投入，且分段合位，按照表2 中設置的進線優先級（分別為1～4），以線路1 為主供，其他線路為備用。在進線備投充電后，備投動作如下，Ⅰ、Ⅱ母均失壓，跳進線1 后，依次合進線2～4（其間兩段母線始終無壓），最后由線路4 帶Ⅰ、Ⅱ母供電，備投動作行為正確。

4.4 雙母分段帶旁路仿真結果

將進線1和2以相同間隔布設在Ⅰ母上、進線3間隔設置在Ⅱ母上，進線4 間隔為旁代設置在Ⅱ母上，無檢修壓板投入，且分段合位，按照表2 中設置的進線優先級（分別為1～4），以線路1 為主供，其他線路、旁路為備用。在進線備投充電后，備投動作如下，Ⅰ、Ⅱ母均失壓，跳進線1后，依次合進線2和3、旁路（其間兩段母線始終無壓），最后由旁路開關帶Ⅰ、Ⅱ母供電，備投動作行為正確。

5 結語

通過對自適應多進線帶旁路備自投的間隔狀態自動識別、組別優先級自動識別及動作邏輯進行研究，并對其自適應性進行仿真驗證，證明動作行為正確。當站內有多條線路運行時，能實現不同接線方式、不同運行方式電源出線間的自投功能，給調度提供更完善的自適應運行模式。

本研究所開發的備自投裝置已投入到湖北、重慶、四川、廣東等地的電網中運行。實踐證明，該裝置通用性強、靈活性高，使變電站運行更加安全可靠，能有效解決多線互備供電自適應問題，提高電網供電的可靠性。