110 kV备自投动作行为分析

2017-04-14王传能张永丰

电力工程技术 2017年2期

关键词：主变差动重合

王辉，王传能，张永丰

（国网盐城供电公司，江苏盐城224005）

110 kV备自投动作行为分析

王辉，王传能，张永丰

（国网盐城供电公司，江苏盐城224005）

文中详细介绍了110 kV备自投的常见运行方式及动作条件，着重分析备自投的充放电条件及动作过程，结合若干事故案例，阐述备自投误动、拒动的原因及不当动作给电网和设备造成的严重后果，并给出了具体的解决方案及措施，为调度运行人员在今后工作中处理类似情况提供参考。

备自投；误动或拒动；过流闭锁

0 引言

随着国家经济的飞速发展、科学技术的不断提升以及居民用电需求的快速增长，用户对供电质量和供电可靠性的要求日益提高，加装备用电源自动投入装置AAT（以下简称备自投）作为保证配电系统连续可靠供电的重要措施之一［1］，具有改造成本低、难度小、见效明显的优点，因此，中低压系统变电站的备自投功能已成为其基本功能之一。目前，盐城地区110 kV变电站已普遍装设了备自投装置。

备自投装置是一种自动控制装置，即当主供电源因故障被断开后，能自动迅速地将备用电源或者备用设备投入工作，使原来的工作电源、被断开的用户能够迅速恢复供电。文献［2］提出了一种新的备自投自适应建模的方法。文献［3］对具备快速合解环功能的备自投进行了分析。文献［4］基于IEC 61850网络通信标准，提出了一种面向智能变电站的广域备自投系统；文献［5］研究了区域网络备自投技术的基本原理和步骤，并且对其关键点进行了分析；调度运行人员在值班过程中遇到备自投不正确动作的情况较少［6－14］，有的情况下，虽能正确动作但给设备带来严重的危害，分析备自投不正确动作及动作不当的原因时经验不足。本文将详细介绍备自投的常见运行方式、备自投的动作条件及备自投的动作过程，结合大量的实际事故案例，为调度运行人员处理此类事故时提供参考。

1 备自投方式及动作条件

1.1备用电源自投的方式

备自投主要用于中、低压配电系统中。根据备用电源的不同，备自投主要有2种方式，如图1所示。

图1 备自投示意图Fig.1 Structure of AAT

（1）QF1开关、QF3开关在运行，QF2开关热备用，此方式称为左进线备投；或者QF2开关、QF3开关在运行，QF1开关热备用，此方式称为右进线备投；这2种备投方式统称为进线备投，也称为“明备投”。

（2）QF1开关、QF2开关在运行，QF3开关热备用，这种方式称为桥备投或者母联备投，也称为“暗备投”。

1.2备自投动作条件

备自投工作时的基本要求［15－18］：主供电源确实断开后，备用电源才允许投入；备自投只允许动作一次；备自投动作投入备用电源断路器必须经过延时，延时时限应大于最长的外部故障切除时间；手动跳开主供电源时，应闭锁备自投；应具有闭锁备自投装置的逻辑功能，以防止备用电源投到故障元件上，造成事故扩大的严重后果；工作母线失压时还必须检查工作电源无流，才能启动备自投，以防电压二次回路断线造成误动等。

（1）内桥接线进线备投如图2所示。且分析进线备投和桥备投的充放电条件及动作逻辑（以内桥接线为例，单母分段接线与其类似）。

充电条件：①I母、Ⅱ母均有压，2线路有压；②QF1，QF3在合位状态，QF2在分位状态。同时满足以上条件，经10～15 s后充电完成。

放电条件：①2线路失压；②手合QF2或手跳QF1或QF3；③外部闭锁开入；④QF1，QF2，QF3的位置继电器异常等。

图2 内桥接线进线备投Fig.2 Line connection AAT

备自投动作过程：充电完成后，若I母、Ⅱ母均无压，1线路无流，2线路有压，则备自投动作，经延时发令跳QF1、确认QF1在分位，发令合QF2。进线备投的充／放电条件及动作逻辑如图3所示。

图3 进线备投充／放电及动作逻辑Fig.3 Charging／discharging and logic of line connection AAT

图2 中，当1号主变差动范围内发生故障时，主变差动保护动作跳开QF1，QF3开关，不闭锁备自投，此时备自投动作，确认QF1开关在分位，合上QF2开关；若2号主变发生故障时，主变差动保护动作跳开QF3，备自投不动作，因不满足备自投动作条件。主变高后备动作时与其类似。

（2）对于桥备投接线，如图4所示。

图4 内桥接线桥备投Fig.4 Bridge connection AAT

充电条件：①I母、Ⅱ母均有压；②QF1，QF2在合位状态，QF3在分位状态。同时满足以上条件，经10～15 s后充电完成。

放电条件：①手合QF3或手分QF1或QF2；②外部闭锁开入；③I母、Ⅱ母均无压延时15 s放电；④QF1，QF2，QF3的位置继电器异常等。

备自投动作过程：充电完成后，若I母无压、1线路无流，Ⅱ母有压，则备自投启动，经延时发令跳QF1、确认QF1在分位，发令合QF3；类似地对Ⅱ母亦是如此。桥备投的充／放电条件及动作逻辑如图5所示。

图5 桥备投充／放电及动作逻辑Fig.5 Charging／discharging and logic of bridge connection AAT

图4 中，当1号主变差动范围内发生故障时，主变差动保护动作跳开QF1开关，此时闭锁桥备投，对于2号主变亦是如此。主变高后备动作时同样也闭锁桥备投。

2 案例分析

2.1查找直流接地导致备自投误动

2.1.1 备自投误动分析

110 kV C站正常运行方式为743线、853线分供2台主变，710开关热备用，桥备投启用，如图3所示。

图6 110 kV C站正常运行方式Fig.6 Normal operation mode of 110 kV C substation

某日C站发现“直流绝缘异常”动作，现场经拉路查找后确定为C站853开关端子箱内湿度大，用加热器除湿后，信号复归。调度员在调取C站D5000系统图时发现853开关、710开关处于运行状态，743开关处热备用状态。经核实，C站确有备自投动作信号，且743线路处充电状态，此时已可断定C站110 kV备自投装置发生误动作。

根据备自投动作的条件，可分析得出C站备自投动作的原因可能有2种。（1）C站743开关偷跳，导致110 kV母联备自投动作；（2）检修人员在拉路查找直流接地过程中，造成Ⅱ段母线二次电压回路失电。同时由于2号主变空载，743线路无流，I段母线正常运行（有压），满足桥备自投动作条件，导致110 kV母联备自投动作。

事后经排查分析，二次人员现场消缺直流系统接地缺陷时，拉路查找直流馈线分支，使110 kV电压并列装置短时失电。110 kVⅠ段母线电压切换采用母线刀闸辅助触点，110 kVⅡ段母线电压切换采用110 kV电压并列装置重动继电器触点，由于该型号（DSA2304A）电压并列装置重动继电器触点不能自保持，装置失电切断110 kVⅡ段母线电压回路。造成备自投装置Ⅱ段母线电压失电，同时Ⅱ段母线无负载，备自投有流闭锁开放，备自投满足条件动作，造成C站110 kV备自投误动。

2.1.2 改进措施

检修人员在采用拉路查找直流接地时，充分了解本站的接线方式及设备的运行特点，停电前应采取必要的措施，以防止直流失电可能引起保护及自动装置的误动作。

2.2逻辑回路错误导致备自投拒动

2.2.1 备自投拒动分析

220 kV W站通过双线873线／874线供110 kV Y站，110 kV Z风电场通过7E8线并网，1号主变运行于I段母线，2号主变运行于Ⅱ段母线，873线、874线、7E8线配置分相电流差动保护作为线路主保护874线、7E8线线路两侧分相电流差动保护接跳闸，873线W站侧分差接跳闸，Y站侧接信号。110 kV Y站母线配置了母差保护，分段710开关热备用，桥备投启用。如图7所示。

某日，874线路分相电流差动保护动作跳开线路两侧开关，同时联切Y站7E8开关，110 kV Z风电场与系统解列。W站874开关重合闸动作，重合成功，Y站备自投未动作，2号主变失电。据前文所述的备自投动作逻辑，此时Y站备自投应动而未动。事后分析110 kV Y站备自投装置的型号为DSA2361型，其备自投动作逻辑设计为仅873开关、874开关在合位、710开关在分位时检测母线无压线路无流后动作，而事故发生时因874线分相电流差动保护动作，致使874开关在分位时，110 kV备自投放电回路立即接通开始放电（放电条件中不检测母线电压，873开关或874开关在分位时即接通放电回路），备自投装置因此不动作。

图7 110 kV Y站正常运行方式Fig.7 Normal operation mode of 110 kV Y substation

2.2.2 改进措施

（1）对有风机、光伏并网的变电站的并网通道，并网线路两侧均装检无压重合闸，一侧检线路无压，一侧检母线无压，比如W站874开关装有检线路无压重合闸，Y站874开关装检母线无压重合闸。当线路发生故障后，先由线路两侧重合闸动作，若重合不成，再由备自投动作。

（2）对本地区装有此类型号的备自投装置的逻辑回路进行整改。

2.3 110 kV母线故障备自投动作导致反复冲击

2.3.1 单母分段接线110 kV变电站

110 kV G站由795线路主供，722线路备供。备自投配置情况：母线无压，备用线路有压，主供线路无流，满足条件后3.6 s，跳G站795开关，合上722开关；E站795开关、F站722开关保护及重合闸启用，G站795开关、722开关保护及重合闸停用。事故前运行方式如图8所示。

某日E站795线路保护动作跳闸，重合不成，G站备自投动作成功，跳开795开关，合上722开关，随后F站722开关距离、零序二段保护动作跳闸，重合不成。G站全所失电。根据保护、自动装置的动作情况，可判定故障点在G站110 kV母线上，且应为永久性故障。目前采用这种接线方式的110 kV变电所非常多，如何减小此类故障的影响时间和范围，对调度运行工作有深远的实际意义。

2.3.2 改进措施

加装进线开关过流闭锁备自投装置。当前方式下，单母分段接线方式变电站母线发生故障时，主供线路进线开关均会有过流出现，可考虑在备自投逻辑中的闭锁环节增设一进线开关过流延时闭锁条件，即在母线发生故障时，备自投被闭锁。线路故障时，进线开关无过流出现，备自投正常动作。母线瞬时故障时，由重合闸补救，因此该闭锁条件不影响母线瞬时故障的正常供电。目前其他地区已有不少110 kV变电站采取该种方案。该方案缺点：（1）故障发生在主供线路开关与电流互感器之间时，导致闭锁备自投，母线失电；（2）若110 kV变电站无其他辅助保护信息上传，调度员第一时间无法判断是母线故障还是备自投未动作，采用试送方式依然会对故障点再次冲击。

图8 正常运行方式Fig.8 Normal operation mode

2.3.3 内桥接线110 kV变电站

110 kV J站由220 kV I站933线路主供，936线路备供，备自投配置情况：母线无压，备用线路有压，主供线路无流，满足条件后3.6 s，跳开J站933开关，合上936开关；I站933开关、936开关保护及重合闸启用，J站933开关、936开关保护及重合闸停用，110 kV J站母线为GIS设备。事故前运行方式如图9所示。

图9 事故前正常运行方式Fig.9 Normal operation mode

故障点在I段母线上，保护、重合闸及备自投的动作行为同单母分段，事故造成J站GIS设备遭受多次冲击，事后检修人员对G站110 kV I段母线（GIS设备）解体后发现管母内绝缘子、波纹环损坏。调规要求，GIS设备发生故障时必须查清并修复故障或隔离故障点后方能试送。进一步分析J站为内桥接线，故障发生在母线上应由主变的差动保护动作，跳开J站933开关、710开关；110 kV侧备自投动作，合上936开关，J站不会全站失电同时也避免了对GIS设备的多次冲击。事后了解到J站主变差动保护高压侧电流取自主变套管电流互感器，而非外附电流互感器，是造成此次110 kV J站全停的直接原因。

2.3.4 改进措施

有条件的内桥接线的主变差动保护高压侧电流取自外附电流互感器，特别是GIS等封闭电气设备的主变差动保护高压侧电流应取自外附电流互感器，特殊情况下不能满足主变差动保护“绕组数＋1”的配置原则除外。

上述2个备自投动作导致设备受到多次冲击的案例中，备用线路的重合闸均启用，目前有的地区采用了这样的方案，考虑的出发点：（1）当备用线路发生瞬时性故障时，失去了备用线路；（2）当主供线路发生永久性故障时，备自投动作调由备用线路供电，但重合闸需现场启用，增加操作。根据调度规程第372条第5项规定，空载线路重合闸停用，而且当主供线路重合不成，备自投动作调由备用线路供电时，此时备用线路跳闸后再重合的意义不大，且对故障母线多冲击一次，对系统也多一次扰动。综合利弊，建议空载线路重合闸应停用。

3 结语

本文详细介绍了备自投的常见运行方式、备自投的动作条件及动作过程、主变保护闭锁相关备自投情况，结合大量的实际事故案例，对备自投的各种动作行为进行了分析。

（1）在处理直流接地故障时，应充分了解变电站的接线方式及设备特点，必要时可停用保护及备自投等设备，以防止直流失电可能引起的误动。

（2）由于大量风电场、光伏电站通过110 kV变电站并网，导致110 kV变电站配置的保护、备自投及重合闸的方式发生了很大的变化，调度运行人员在处理事故时应充分掌握一次接线方式、保护及安全装置配置情况。

（3）110 kV变电站几乎都装设了110 kV备自投，当母线上发生故障时，导致设备受到多次冲击，提出了相应的解决方案并对其优缺点进行了分析；对于内桥接线的110 kV变电站，有条件的建议主变高压侧电流应取自外附电流互感器，对于备用的空充线路，建议空充线路重合闸停用。

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Analysis of 110 kV Automatic Bus Transfer Equipment Action

WANG Hui，WANG Chuanneng，ZHANG Yongfeng
（State Grid Yancheng Power Supply Company，Yancheng 224005，China）

This paper introduces the mode and tripping condition of 110 kV automatic bus transfer equipment in detail，and puts emphasis on analysis of automatic bus transfer equipment in charging／discharging condition and action process.It also elaborates the cause of malfunctions of automatic bus transfer equipment and the serious consequences of the improper action to power grid and equipment，with putting forward the corresponding solutions and measures，and provides a reference for dispatching operators to deal with similar situations in future work.

automatic bus transfer equipment；mulfunctions；overcurrent blocking

TM73

：B

：2096－3203（2017）02－0127－06