自適應(yīng)備自投裝置在變電站中的應(yīng)用

邱天怡，李新海，王振剛，林雄鋒，閆 超

(廣東電網(wǎng)有限責任公司中山供電局，廣東 中山 528400)

0 引言

備自投裝置是在供電發(fā)生故障后，快速將備用電源自動投入或?qū)⒃O(shè)備自動切換至其他正常電源以迅速恢復供電的一種自動裝置[1]。由于大多數(shù)變電站為分期建設(shè)，10 kV母線的接線方式會根據(jù)建設(shè)節(jié)點發(fā)生改變，導致現(xiàn)有的備自投邏輯無法滿足變化后的接線方式。

某地區(qū)有超過一半的110 kV變電站存在投運2臺主變并將10 kV Ⅱ、Ⅲ母連通改為新Ⅱ母，當2號主變的變低一分支退出運行而轉(zhuǎn)由二分支供電新Ⅱ母時，現(xiàn)有的備自投裝置沒有相應(yīng)的備自投邏輯，導致備自投功能失效。因此，設(shè)計了一種自適應(yīng)備自投裝置，在滿足常規(guī)標準備自投功能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)“只有2臺主變投運時，無論2號主變?nèi)我庾兊头种Ч╇姡蓪崿F(xiàn)兩段10 kV母線互為暗備用”的功能，提高了10 kV系統(tǒng)的供電可靠性。

1 110 kV變電站一次接線

某110 kV變電站目前已有2臺主變投入運行，當2臺主變不滿足負荷要求時，將會擴展成3臺主變運行。3臺主變的10 kV母線采用單母線雙分段四段母線接線方式，現(xiàn)有的標準10 kV分段備自投裝置具備四段母線兩兩互為暗備用的功能，符合3臺主變運行要求，但對于目前變電站10 kV母線接線方式，則沒有完整的備自投邏輯。

如圖1所示，1號主變?yōu)閱畏种В?號主變?yōu)殡p分支，Ⅰ母和Ⅱ母之間由3DL分段開關(guān)相連；2號主變供電的10 kV Ⅱ母與Ⅲ母之間由4DL分段開關(guān)相連，并連通為新Ⅱ母，且只有2號主變變低一分支2DL 供電新Ⅱ母時，備自投裝置可以實現(xiàn)Ⅰ母、新Ⅱ母互為暗備用功能。如果2DL因缺陷退出運行且轉(zhuǎn)由二分支4DL供電新Ⅱ母時，當前10 kV分段備自投裝置將失去備自投功能。當變電站擴建3號主變時，3號主變?yōu)閱畏种В竽负廷裟钢g由6DL分段開關(guān)相連。

圖1 110 kV變電站一次接線

2 自適應(yīng)備自投二次接線設(shè)計

2.1 備自投裝置的輸入量

自適應(yīng)備自投裝置由1n 5012備自投裝置模塊和2n 5023備自投裝置模塊組成。1號主變變低的三相電流通過1號主變低壓側(cè)電流回路傳輸給1n 5012備自投裝置；2號主變低一分支的三相電流通過2號主變低壓1側(cè)的電流回路傳輸給1n 5012備自投裝置，再由1n 5012備自投裝置傳輸給2n 5023備自投裝置；2號主變低二分支的三相電流通過2號主變低壓2側(cè)的電流回路傳輸給2n 5023備自投裝置，再由2n 5023備自投裝置傳輸給1n 5012備自投裝置；3號主變未建設(shè)，若擴建，可由3號主變低壓側(cè)電流回路傳輸其低壓側(cè)三相電流給2n 5023備自投裝置[2]。

10 kV備自投電流回路中取線路電流互感器的一相輸入作為判斷電源線路失壓的依據(jù)之一，通過電壓回路，自適應(yīng)10 kV母線接線方式變化的備自投裝置從PT并列及母線測控屏采集Ⅰ母、Ⅱ母、Ⅲ母的三相電壓(3號主變未建設(shè)，若擴建，將采集Ⅳ母的三相電壓)，即取母線的相電壓和線路電壓互感器電壓作為輸入量，作為判斷失壓或備用電源有壓的另一依據(jù)[3]。

自適應(yīng)備自投裝置采集了斷路器的合位、斷路器的“手跳”開入、閉鎖備自投等信號。這些開入接點并聯(lián)接入到閉鎖回路中，用于實現(xiàn)對備自投裝置的閉鎖控制。

2.2 備自投裝置的輸出量

備自投裝置的輸出量用于實現(xiàn)對斷路器的控制，通過5012備自投裝置的輸出控制回路，經(jīng)1n 5012備自投裝置模塊對輸入量進行邏輯判斷，輸出相應(yīng)的跳閘控制點，從而觸發(fā)1號變低、2號變低、5012分段的跳閘出口或1號變高、2號變高、5012分段的合閘出口，以及觸發(fā)聯(lián)切相應(yīng)負荷的出口。最終實現(xiàn)5012備自投的正確動作。

通過5023備自投裝置的輸出控制回路，經(jīng)2n 5012備自投裝置模塊對輸入量進行邏輯判斷，輸出相應(yīng)的跳閘控制點，從而觸發(fā)2號變低、3號變低、5023分段的跳閘出口或2號變高、3號變高、5023分段的合閘出口，以及觸發(fā)聯(lián)切相應(yīng)負荷的出口，最終實現(xiàn)5023備自投的正確動作。由于目前該110 kV變電站3號主變未建設(shè)，系統(tǒng)中保留了相關(guān)接入口和對應(yīng)的備自投邏輯。自適應(yīng)備自投裝置不僅實現(xiàn)了單母線雙分段四段母線接線方式下的各種備自投邏輯，同時具有擴展性，也適用于初期只投入2臺主變的情況，并且各個備自投模塊高度集成，形成了一體化的自適應(yīng)備自投功能。

3 自適應(yīng)備自投充放電條件

為同時滿足不同接線方式的充放電條件，自適應(yīng)備自投裝置采用“每個分段開關(guān)配置1套10 kV備自投裝置”的原則，2個分段的備自投裝置完全相同并獨立組屏；同時增加2MAB連通壓板，其退出和投入，對應(yīng)現(xiàn)場Ⅱ、Ⅲ母的連通情況。

3.1 備自投充電條件

一般的備自投充電邏輯分為主變備投充電狀態(tài)和分段備投充電狀態(tài)[4]，這2種備投方式的充電條件均需滿足總功能硬壓板和總功能軟壓板都在投入狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，分段備自投充電條件為：分段開關(guān)為分位；兩段母線三相電壓均大于設(shè)定值(檢母線有壓定值)；分段備投方式控制字整定為1。主變備自投充電條件為：分段開關(guān)為合位；兩段母線三相電壓均大于設(shè)定值(檢母線有壓定值)；變低備投方式控制字整定為1；一臺主變運行，另一臺主變熱備用。

針對Ⅱ母與Ⅲ母連通為新Ⅱ母的情況，在備自投裝置上添加2MAB連通壓板，為保證充電完成，當Ⅱ，Ⅲ母連通為新Ⅱ母，2MAB連通壓板在投入狀態(tài)，且2MAB連通軟壓板也一并投入；當Ⅱ，Ⅲ母未連通，2MAB連通壓板退出，且2MAB連通軟壓板同時也退出[5]。

3.2 放電條件

當備自投裝置退出時立即放電，即備自投功能壓板退出。針對2MAB互聯(lián)壓板的特性，“2MAB互聯(lián)壓板”投入或退出時裝置立刻放電；“2MAB互聯(lián)壓板”“2號變低A檢修壓板”“2號變低B檢修壓板”同時投入，裝置立刻放電；“2MAB互聯(lián)壓板”與“允許發(fā)送均分信號壓板”同時投入，裝置立刻放電；備投開關(guān)變?yōu)楹衔唬b置延時10 s后放電；裝置未啟動時，主供變低開關(guān)合后位置信號由1→0 (或手跳信號由0→1)后立刻放電，無需手動復歸。

備自投裝置收到任一閉鎖信號后立刻放電(非連通狀態(tài)時第三間隔不參與判斷，檢修間隔統(tǒng)一不參與判斷)，并需手動復歸；兩段母線均發(fā)生PT斷線時，裝置立刻放電；在分段自投方式下，任一段母線發(fā)生PT三相斷線，裝置立刻放電[6]。

4 自適應(yīng)備自投動作邏輯

某110 kV變電站有2臺主變，且采用了自適應(yīng)備自投裝置，針對該變電站可能的運行方式，設(shè)計了多種備自投動作邏輯，能夠快速、準確地實現(xiàn)10 kV電網(wǎng)故障后的備用電源投入。

4.1 2MAB連通壓板退出

若2MAB連通壓板退出且Ⅱ、Ⅲ母未連通，1號主變向Ⅰ母供電，2號主變一分支向Ⅱ母供電，2號主變二分支向Ⅲ母供電，此時1號主變與2號主變一分支互為暗備投，如圖2所示。

圖2 Ⅱ、Ⅲ母未連通時10 kV母線分列運行方式

備自投裝置在分段備自投的充電狀態(tài)時，Ⅰ母失壓，即備自投裝置收到Ⅰ母三相電壓均小于檢母線無壓定值且1號主變無電流時，經(jīng)延時Tq后裝置啟動，跳1號主變變低，在跳閘等待時間TT內(nèi)檢測到變低開關(guān)在分位，聯(lián)切小電源，并在等待時間Tt后合分段開關(guān)，且在Th內(nèi)Ⅰ母有壓，則備自投動作成功。Ⅱ母失壓邏輯類似[7]。

若2MAB連通壓板退出且Ⅱ、Ⅲ母未連通，備自投裝置在主變備投的充電狀態(tài)時，即1號主變變低運行，2號主變變低一分支開關(guān)熱備用。

此時Ⅰ母、Ⅱ母均失壓，即1號主變變低無流且母線三相電壓均小于檢母線無壓定值，經(jīng)延時Tq后裝置啟動，跳1號主變變低，在跳閘等待時間TT內(nèi)檢測到1號變低開關(guān)在分位，聯(lián)切小電源，并在等待時間Tt后合2號主變變低一分支開關(guān)，且Th內(nèi)任一段母線有壓，則備自投動作成功。2號主變主供備自投功能的啟動條件應(yīng)滿足Ⅱ母母線三相無壓且2DL對應(yīng)的分支無流，1號主變在熱備用，動作邏輯與上述類似[8]。

4.2 2MAB連通壓板投入

若2MAB連通壓板投入且Ⅱ、Ⅲ母連通，則Ⅱ母與Ⅲ母聯(lián)通為新Ⅱ母，此時，1號主變運行，2號主變變低一分支或二分支開關(guān)至少有一個在運行狀態(tài)。

執(zhí)行分段開關(guān)備自投邏輯時，在新Ⅱ母失壓時，2號主變變低進行無流判據(jù)檢測時，需滿足未投入檢修壓板的兩個分支開關(guān)均為無流條件，裝置啟動后，若要跳主變變低開關(guān)時，先跳未投入檢修壓板的2號變低開關(guān)，在跳閘等待時間TT內(nèi)檢測到2號變低開關(guān)一分支及二分支均在在分位，并在等待時間Tt后合分段開關(guān)，且在Th內(nèi)新Ⅱ母有壓，則備自投動作成功，Ⅰ母失壓邏輯類似。

若2MAB連通壓板投入且Ⅱ、Ⅲ母連通，執(zhí)行主變備自投邏輯時，1號主變運行，2號主變變低一分支或二分支開關(guān)熱備用。

備自投裝置啟動，跳主供變低開關(guān)后，合備供開關(guān)，且合備供開關(guān)原則為當兩個變低開關(guān)均熱備用時，優(yōu)先合閘接入裝置第二間隔的開關(guān)，若合閘后母線電壓未恢復，再合閘接入裝置第三間隔的開關(guān)。當只有一個開關(guān)熱備用時，裝置直接合閘該熱備用開關(guān)。當2號主變變低一分支或二分支運行，1號主變變低熱備用時，裝置啟動后，先跳未檢修2號變低中的開關(guān)。若跳閘等待時間TT內(nèi)被跳開關(guān)均在分位，則直接進入下一步；若跳閘等待時間TT后被跳開關(guān)仍處于合位，則裝置放電并返回。

5 結(jié)束語

通過自適應(yīng)備自投裝置的研發(fā)以及其在變電站中的實際應(yīng)用，提高了備自投裝置對不同接線方式的適應(yīng)性。運行實踐表明，該自適應(yīng)備自投裝置對變電站10 kV母線接線方式的變化具有較好的適應(yīng)能力，從根本上解決了常規(guī)備自投裝置在母線接線方式變化時邏輯判斷缺失的問題，保證了母線失電故障情況下備自投裝置能夠快速、正確地動作，提高了電力系統(tǒng)的供電可靠性。