张坤
（中国南方电网电力调度控制中心 广东广州 510000）
摘要：在电网建设滞后经济社会发展的情况下，加装备用电源自投装置可有效地解决供电可靠性问题。本文以220kV清水河变电站220kV备自投为例，对备自投的原理以及典型方式进行进行阐述，并提出一种备投方式提出了完整的逻辑策略。最后，结合实际工作经验，对备自投设备在设计运维过程中的一些关键问题进行深入讨论。
关键词：备自投；跳闸回路；重合闸；联切负荷
一、引言
随着我国经济飞速发展，人民生活水平不断提高，对电力消费需求与日俱增，对供电可靠性也提出了更高的要求。但电网建设往往相对滞后，一些输电线路经常处于重载状态，部分厂站短路电流超标等等。为了解决上述问题，提高电网正常运行情况下的供电能力，减少重载线路的负荷，限制短路电流，电网采取了特殊的解网分区供电运行方式，例如，对某些 220 kV 变电站的 220 kV 母线采用分列运行的方式，对一些 220 kV 线路环网进行解网运行[1]。采用这样的运行方式后，短路电流得到了控制，解决局部电网正常情况下线路重载问题和 N-1 故障情况下相应输电线路严重过载问题。
所谓“有一利必有一弊”，在解决上述问题的同时，也带来其它问题。由于一些枢纽变电站母线分裂、重要线路解环，有的变电站出现了由单侧电源供电的情况，大大减低了供电可靠性。一旦电源侧线路发生故障，变电站有全站失压的风险。面对这样的运行情况，在电网相对薄弱的条件下，要弥补一次系统网架不完善造成的不足，提高电网的可靠性，就要在单侧电源供电的网点，设置备用电源[2]。
二、模型与原理
2.1系统运行方式
220kV清水河变电站是连接两个500kV片网的关键节点，对两座220kV终端变电站进行供电，处于深城市的负荷中心位置，重要性不言而喻，见图1。为了防止电磁环网引起线路过载，清水河站解环运行，通常是由其中的一个片网来供电；由两个片网同时供电时，则220kV母线分裂运行。
由于清水河站在系统中的地位重要，加装备用电源自投装置成为必然选择。
图1 220kV清水河变电站系统运行图
2.2 备自投典型方式
220kV清水河站为典型的双母接线方式，通常有三种运行方式，即1）鹏城片网供电；2）深圳片网供电；3）两片网同时供电，母线分裂运行。相应的备自投工作逻辑根据三种典型方式进行设计。
图2 清水河站220kV侧主接线
方式一：母联备自投方式：220kV 深清双线正常时给Ⅰ母供电，220kV 鹏清双线正常时给Ⅱ母供电，母联开关处于热备用状态。备自投装置为了保证电网的供电的可靠性，当检测到Ⅰ母有压，Ⅱ母失压，鹏清双线电流消失时，备自投自动隔离鹏清双线，并合上母联开关，恢复Ⅱ母的供电；反之，当系统检测到Ⅰ母失压，Ⅱ母有压，且深清双清线电流消失时，备自投自动隔离深清双线，合上母联开关，恢复Ⅰ母的供电。
方式二：线路备自投：正常时220kV深清双线给Ⅰ、Ⅱ母供电，母联开关处于合闸位置，220kV 鹏清双线处于热备用状态（本侧开关热备用）。在深清双线发生故障的情况下，备自投系统在检测到深清双线电流消失，线路切换后电压及所有运行母线电压消失后，能迅速地隔离深清甲乙线故障，合上鹏清双线，Ⅰ、Ⅱ母恢复供电。
方式三：线路备自投：与方式二类似，深青甲、乙线与鹏清甲、乙线互换。
三、备自投逻辑策略实现[3]
以线路备自投为例，设计备自投判断策略。动作过程如图3所示。
图3 备自投装置动作时序图
3.1 装置启动
满足上述条件，且延时时间大于等于时，装置启动，同时跳开所有主供线路开关；若在延时时间内，确认所有主供线路开关均在分位，进入联切负荷过程；若在延时时间内，任一主供线路开关在合位，装置返回，发备自投失败信号。
3.2联切负荷
选取主供电源线无流、母线电压均低于有压定值（考虑到可能存在的小电源弱支撑过程，与启动条件不同）的前2秒时刻，计算所有220kV线路流入该站的功率代数和作为主供线路功率和。主供线路功率和与可备投线路的负荷允许定值相减，得到差值即为所需的联切负荷功率值△P。若△P大于零采用最小过切原则，根据负荷线优先级由小到大的顺序选择联切相应负荷出线。负荷线路中功率为负认为是小电源，优先切除。发跳开关命令后，延时时间，符合条件的备供线路；若计算结果△P小于零，则无需切负荷，也无需延时等待，直接合备供线路。
3.3 备投结果判断
在延时时间内，失压母线满足有压条件，发备自投成功信号；反之，在延时时间内不满足有压条件，则发备自投失败信号。
3.4 基本原则
经过现场调试与运行，总结出以下几条备自投运行的基本原则。
1）为了防止备供电源投入到故障元件，必须确认主供线路跳开后，备用电源才允许投入。
2）手动跳开工作电源时，备自投装置不应动作[2]。
3）应具有闭锁备自投装置的功能。如母差、失灵保护动作需闭锁备投[3]。
4）备用电源不满足有电压条件时，备自投装置应不动作。
5）采用工作母线失压加主供线路无电流，作为备自投启动条件，以防止TV二次三相断线造成误投[4]。
6）备自投装置只允许动作一次。采用类似于重合闸充电的方式来解决此问题，当所有条件都满足时，充电完成。若备自投装置启动后，无论备投成功与否，装置需经延时重新判断是否满足充电条件[5]。
四、备自投设计中的几个重要问题
4.1 电压、电流采集量的选取
随着各种自动化设备的增加，CT二次绕组数量很难满足需求，对于备自投设备建议与安全稳控装置电流回路相串接[6]。安全稳控装置和备自投装置同属电网的稳定控制保护，这两种保护在相关的负荷计算及分配原理上有相同的地方，对保护的维护具有共通性。
4.2开入量选取问题
开关位置HWJ（或TWJ）信号，不宜采用操作箱的合位监视或跳位监视，应直接从开关机构直接接入。
4.3跳闸输出分析
以220kV备自投为例，对于220kV侧，采用接入永跳回路方式。这种方式接线简单，不会像保护跳闸闭锁重合闸方式回路复杂，也不像手跳方式给备自投放电。而对于要切负荷的110kV或10kV侧，应接入到手跳，以闭锁重合闸。
4.4重合闸与备自投配合问题
采用三相重合闸的进线开关。若主供线路发生三相短路时，此时母线的残压可能很低，且单电源供电的进线会发生无流的现象，满足备自投的动作条件，若此进线开关采用三相重合闸的方式，备自投动作时限必须要考虑躲三相重合闸动作时间，通常情况下整定比三相重合闸时间长。
五、结论
本文以220kV清水河站的备自投装置为例，介绍了220kV备自投的原理及主要接线方式，并设计出健全可靠的逻辑策略。最后结合现场经验，对备自投设计维护过程中几个关键问题进行了深入讨论，并得到了比较有意义的结论。
参考文献：
[1]陈秀莲.浅谈110kV备自投合闸回路的接线方式选择[J].电力系统保护与控制.2009（12）
[2]马小珍.一种改进的备自投逻辑[J].电力系统保护与控制，2010（08）
[3]余方元.110kV进线备自投在数字化变电站中的应用及改进[J].电工技术.2010（09）
[4]潘书燕，吕良君等.一种适用于安全稳定控制系统的备用电源自投装置[J]. 电力自动化设备. 2007（02）
[5]黄剑. 220kV备自投装置外部闭锁回路设计问题[J]. 南方输电与变电技术. 2010（02）
[6]黄华，汤向华.备自投闭锁的讨论[J]. 农村电气化. 2011（04）
作者简介：
张坤（1985-），男，工程师，从事电力调度及继电保护，电力系统稳定控制研究。
论文作者:张坤
论文发表刊物:《河南电力》2018年19期
论文发表时间:2019/4/11
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