马永念 毛 林 陈世永 张红跃 朱若松 孙小伟

（1.许继电气股份有限公司，河南 许昌 461000；2.三峡大学，湖北 宜昌 443002）

0 引言

随着我国电力系统网络的日益强大，电力系统各站点间的联系也日益紧密起来。主要供电网络可实现双回路及环网接线，供电方式为环网分列运行。在这种接线方式下，为保证供电的可靠性，当其中一回或两回接线发生故障时，备用电源要能实现安全、可靠地自动投入［1-2］。在运行过程中，由于110 kV 及以上变电站的线路多，主接线的形式多样，如单母线、单母分段、双母线、双母分段、双母分段带旁路等。由于每个变电站的程序功能和要求各不相同，导致备自投的动作逻辑和程序非常复杂。传统的主备电源备自投装置在动作原理、逻辑等无法完全满足上述电网的运行要求，为解决上述问题，研发出自适应多线路带旁路备自投装置［3］。

1 典型的多线路带旁路备自投装置

多线路带旁路备自投装置是指至少能实现3条及以上出线间的相关备用电源自动投入的装置，可实现有多种接线方式的系统线路间的自动投入，其主供电源和备供电源会随着调度运行的多样性来进行自适应调整［4］。典型双母线分段多线路带旁路系统接线如图1 所示，按两段母线、四回主（备）供单元、一回旁路来考虑。

图1 典型双母分段带旁路运行方式接线示意

对双母线中的进线备自投、单母线中的Ⅰ母进线备投和Ⅱ母进线备投、单母分段中的Ⅰ母失压分段备投和Ⅱ母失压分段备投进行配置，并考虑间隔检修及旁代，根据运行工况来完成相应的备自投动作逻辑［5］。不同接线情况下备自投功能见表1。

表1 不同接线情况备自投功能

2 多线路带旁路备自投保护原理

为实现不同接线工况下备自投功能的自适应，对现有系统所接的间隔运行情况进行自动识别，确认该间隔是运行或备用状态，还是检修状态。根据所接的间隔状态，按照预设的动作优先级来自动投切备用电源。多线路带旁路备自投保护原理如图2所示。

图2 多线路带旁路备自投保护原理

2.1 间隔状态自动识别

间隔状态分为主供状态、备用状态和检修状态。装置会根据该间隔备自投方式的投退状态、对应的检修压板投退状态、对应的旁代压板投退状态、对应的开关位置或对应的电流情况、线路抽取电压投入时线路抽取电压情况来实现自动识别。

2.2 备投组别优先级自动识别

设置进线电源组别及备投优先级的定值，该定值不仅代表线路的电源来源，还代表备投优先级及是否参与备投。将来自同一个电源的线路整定成相同值，当有多个备用电源时，可用数值大小来区分其优先级（1＞2＞3＞4），以此来区分优先合进哪个备用电源，如进线1、进线3 是双回线，二者来自同一电源，进线2、进线4分别来自另外两个电源，线路备自投方式整定见表2。

表2 线路备自投方式整定示例

定值所涵盖的信息如下，进线1和进线3来自同一组电源，相互之间不备投；进线1（3）、进线2、进线4来自不同组电源，其中任意两组可相互进行备投；当一组电源主供，其他两组电源备用时，根据优先级来投入备用电源。若进线1（3）主供电源跳闸，导致母线失压，同时跳进线1（3）主供电源后，因进线2的优先级大于进线4的优先级，则先合进线2，若合闸不成功，则跳开进线2，继续合进线4。反之，当进线1（3）为备用电源时，因组别及优先级相同，将同时合进线1（3）开关；当任意一个间隔不参与自投或暂无相关一次间隔，则整定为0，不参与任何逻辑判断。

当只有两组电源时，没有优先级可言，但不能同时整定同一定值来区分组别。

2.3 备自投动作逻辑

2.3.1 进线备投动作逻辑。①装置启动。②跟跳原主供的所有线路，同时联跳Ⅰ母、Ⅱ母小电源。③在开关跳闸等待延时内，当所跟跳主供电源的开关和联跳小电源的开关处于分位时，进入步骤④。否则开关位置确认时间延时后，装置放电，报备自投失败。④根据备用电源组的整定优先级来合备用电源组。⑤当“自投于故障后加速切”功能投入时，备用电源开关变为合位或有流，在自投故障后加速切延时内，若该备投元件任一相电流大于其过流加速定值，则向备投元件发送跳闸信号，并报备自投失败，结束操作。否则，进入下一步。⑥若在判备投成功等待延时的时间内，失压母线电压恢复，报备自投成功。否则，若有其他可备投开关，跟切刚合上的备用电源开关，并进入步骤④；若没有，则报备自投失败。

2.3.2 Ⅰ母或Ⅱ母进线备投动作逻辑。①装置启动。②装置跟跳失压母线上主供所有线路，同时联跳失压母线的小电源。③在开关跳闸等待延时内，所跟跳主供电源的开关和联跳小电源的开关均处于分位时，进入步骤④。否则在开关位置确认时间延时后，装置放电，报备自投失败。④根据备用电源组整定的优先级来合失压母线上备用电源组开关。⑤当“自投于故障后加速切”功能投入时，备用电源开关变为合位或有流后，在自投于故障后加速切延时内，若该备投元件任意一相电流大于其过流加速定值，则向备投元件发跳闸信号，并报备自投失败，结束。否则，进入下一步。⑥在判备投成功等待延时的时间内，失压母线电压恢复，则报备自投成功。否则，若有其他可备投进线开关，跟切刚合上的备用电源开关，并进入步骤④。若没有，进入步骤⑦。⑦若分段检修和另一母线检修都没有投入，且另一母线任意线电压大于母线有压定值，则跟切刚合上的备用电源开关，合备用分段开关，进入下一步。否则，报备自投失败。⑧当“自投于故障后加速切”功能投入时，备用分段开关变为合位后，以正常运行母线任意主供电源动作元件进行判别，在自投于故障后加速切延时的时间内，若其任意一相电流大于其过流加速定值，则向分段开关发跳闸信号，并报备自投失败，结束。否则，进入下一步。⑨若在判备投成功等待延时的时间内，失压母线电压恢复，则报备自投成功。否则，报备自投失败。

2.3.3 Ⅰ母或Ⅱ母失压分段备投动作逻辑。①装置启动。②装置跟跳失压母线所挂主供线路，同时联跳失压母线的小电源。③开关跳闸等待延时内，当所跟跳主供电源的开关和联跳小电源的开关均处于分位时，进入步骤④。否则，在开关位置确认时间延时后，装置放电，报备自投失败。④合备用分段开关。⑤当“自投于故障后加速切”功能投入时，备用分段开关变为合位后，以正常运行母线任意一个主供电源动作元件进行判别，自投于故障后加速切延时内，若其任一相电流大于其过流加速定值，则向分段开关发跳闸信号，并报备自投失败，结束。否则，进入下一步。⑥若在判备投成功等待延时内失压母线电压恢复，则报备自投成功。否则，报备自投失败。

3 安自切负荷闭锁功能

考虑在上一级执行站采取切负荷措施后，应闭锁本备自投功能。为此，设计“安自切负荷闭锁备自投”功能。安自切负荷闭锁备自投保护原理如图3所示。

图3 安自切负荷闭锁备自投保护原理

4 仿真验证

采用图1 所示的典型双母分段带旁路运行方式进行接线，在RTDS 实时仿真平台中搭建双母分段带旁路交流电网，用来验证所提出的自适应接线形式备自投技术的性能。系统主要参数见表3。

表3 交流电网基本参数一览

4.1 单母线仿真结果

将4 条进线以相同间隔布设在Ⅰ母上，分段检修压板及Ⅱ母检修压板投入，并按照表2 中设置的进线优先级（分别设为1～4），以线路1 为主供，其他线路为备用。在Ⅰ母进线备投充电后，备投动作如下，Ⅰ母失压，跳进线1后，依次合进线2～4（其间Ⅰ母始终无压），最后由线路4 带Ⅰ母供电，备投动作行为正确。

4.2 单母分段仿真结果

将进线1～3 以相同间隔布设在Ⅰ母上、进线4间隔布设在Ⅱ母上，分段检修压板退出且分段跳位，按照表2 中设置的进线优先级（分别为1～4），以线路1、4 为主供，其他线路为备用。在Ⅰ母进线备投充电后，备投动作如下，Ⅰ母失压，跳进线1 后，依次合进线2、3，若Ⅰ母始终无压最后合分段，则由线路4带两段母线供电，备投动作行为正确。

4.3 双母线仿真结果

将进线1 和2 以相同间隔布设在Ⅰ母上、进线3 和4 以相同间隔布设在Ⅱ母上，无检修压板投入，且分段合位，按照表2 中设置的进线优先级（分别为1～4），以线路1 为主供，其他线路为备用。在进线备投充电后，备投动作如下，Ⅰ、Ⅱ母均失压，跳进线1 后，依次合进线2～4（其间两段母线始终无压），最后由线路4 带Ⅰ、Ⅱ母供电，备投动作行为正确。

4.4 双母分段带旁路仿真结果

将进线1和2以相同间隔布设在Ⅰ母上、进线3间隔设置在Ⅱ母上，进线4 间隔为旁代设置在Ⅱ母上，无检修压板投入，且分段合位，按照表2 中设置的进线优先级（分别为1～4），以线路1 为主供，其他线路、旁路为备用。在进线备投充电后，备投动作如下，Ⅰ、Ⅱ母均失压，跳进线1后，依次合进线2和3、旁路（其间两段母线始终无压），最后由旁路开关带Ⅰ、Ⅱ母供电，备投动作行为正确。

5 结语

通过对自适应多进线带旁路备自投的间隔状态自动识别、组别优先级自动识别及动作逻辑进行研究，并对其自适应性进行仿真验证，证明动作行为正确。当站内有多条线路运行时，能实现不同接线方式、不同运行方式电源出线间的自投功能，给调度提供更完善的自适应运行模式。

本研究所开发的备自投装置已投入到湖北、重庆、四川、广东等地的电网中运行。实践证明，该装置通用性强、灵活性高，使变电站运行更加安全可靠，能有效解决多线互备供电自适应问题，提高电网供电的可靠性。