摘要：站用交流电源系统是变电站运维工作的重要组成部分，其稳定可靠运行是电网供电稳定重要保障。目前站用交流电源系统一般都配备有双电源自动切换控制器（ATSE），本文从一起站用电全失事故分析了站用交流电源系统存在的隐患分析并提出了改进措施，在站用电源典型接线的基础上分析了单向自投在ATSE控制器中的实现方式，提出了两种380V备自投装置外部闭锁回路改进思路。
关键词：站用电；ATSE；隐患；供电可靠性
0引言
站用交流电源系统是变电站运维工作的重要组成部分，是变电站内设备正常运行和保护装置正常动作的保障，重要的负荷有直流系统、主变压器的风冷系统、有载调压系统等，一旦故障严重没有及时处理恢复就会造成全站停电，危机电网的安全稳定运行。
针对站用交流电源系统，文献[1]对站用电备自投装置的定值整定配合进行了研究，通过10kV和400V两级备自投装置的配合，实现了三路站用电源在任何一路正常的情况下都能保障设备的可靠供电，大大提高了供电可靠性；文献[2]分析了几种常用的站用电双路电源自动切换方案，研究了双路电源自动切换方案适用的供电环境及其在应用中存在的缺陷，提出了站用电双电源互为备用的自动切换方案。文献[3]通过事故模拟实验对一起站用电系统上下级开关保护配置不当引起的交流站用电源全失的事故进行了分析，提出了在采用接地保护的前提下，设置其动作值带可靠系数躲过母线的最大负荷开关的瞬动脱扣值，可以防止越级跳闸，缺点是接地保护的灵敏度降级。
本文从一起500kV站用电全失事件分析站用交流电源系统的隐患，研究了基ATSE配电屏的380V站用交流电系统典型接线，分析了几种隐患改进措施的有效性，对防患站用交流系统全站失、提高供电可靠性有一定的参考意义。
1一起500kV变电站380V站用交流全部失压事件分析
1.1事件经过简介
2016年08月，某500kV变电站发生了一起站用交流电源全失事件。事件由于380VIM母线相间短路故障引起。故障发生后，#1站用变变低401开关首先过流跳闸，380VIM母线失压；随后#1备自投动作，合上400甲开关；故障电流未消除，400甲开关未动作，#0站用变保护跳#0站用变变高717开关，造成0M母线失压；然后#2备自投动作，合上400乙开关，故障电流仍未消除，400乙开关未动作，#2站用变保护跳#2站用变变高349和变低402开关，最终导致全站380V交流失压。
1.2事件原因分析
事件暴露了三方面的原因，首先是站用交流电源系统运维不到位，站用交流电源系统低压母线发生绝缘击穿短路。其次是站用交流380V分段开关自带过流保护与站用变保护的定值配合存在问题，保护动作顺序不正确，越级跳闸。最后是站用380V低压分段开关400甲和400乙备自投策略采用双向自投方式，导致#0母线、#2母线逐一合于故障，造成三段低压母线全部失压。
1.3暴露问题和改进措施
事件暴漏了三方面的问题：双向自投的备自投策略配置导致了全部低压母线失压，二是站用交流系统的保护级差没有配合好，380V系统故障时无法闭锁备自投，三是一是站用交流电源没有运维到位导致缺陷持续发展最终造成事件的发生。改进措施分三方面开展：一个是改双向自投为单向自投（备用电源可投入至工作电源，工作电源不得投入至备用电源），二是完善ATS闭锁功能，三是最好站用交流电源系统的运维工作，防患于未然。
2采用ATSE配电屏的变电站380V站用交流电系统典型接线
根据南方电网《变电站站用交流电源系统技术规范》，110kV及220kV变电站一般从主变压器低压侧分别引接两台容量相同、可互为备用、分列运行的站用工作变压器。每台工作变压器按全站计算负荷选择。接线图见图1-1（a），当变电站只有一台主变压器或只有一条母线时，其中一台站用变压器的电源一般从站外引接，该电源宜采用专线引接。
500kV变电站的主变压器为两台（组）及以上时，由主变压器低压侧引接的站用工作变压器为两台，并装设一台从站外可靠电源引接的专用备用变压器，该电源一般采用专线引接，接线图见图1-1（b）每台工作变压器的容量至少考虑两台（组）主变压器的冷却用电负荷。专用备用变压器的容量应与最大的工作变压器容量相同。
站用变压器站用电母线采用按工作变压器划分的单母线。相邻两段工作母线间可配置分段或联络断路器，宜同时供电分列运行，并装设自动投入装置。当任一台工作变压器退出时，专用备用变压器应能自动切换至失电的工作母线段继续供电。
（a）500kV变电站站 （b）110kV、220kV变
用电接线图 电站站用电接线图
图1-1 采用ATS的变电站380V站用交流电系统典型接线
3采用ATSE配电屏的站用交流电源系统供电可靠性改进措施
3.1通过ATSE控制器中实现双电源系统的单向自投
本文以常见的用于ATS开关控制的IPC-03电源智能监控装置和双电源智能控制器ATS021两种控制器为例，对单向自投的实现方式进行研究分析，其他类型的双电源控制原理类似，篇幅所限不展开介绍。
IPC-03电源智能监控装置可以实现ATS开关的六种工作模式，固定电源1、固定电源2、停止供电、自动电源1、自动电源2、自动切换。我们分析一下当ATS工作在自动电源1时候的动作逻辑，当选择“自动电源1”工作模式后，主供电为进线电源1，备用供电为进线2，具备自动切换，自动恢复功能。进线电源1正常则ATS开关优先合I位。进线电源1异常，而进线电源2正常则ATS开关合II位，也就是说，当进行电源1正常的时候，ATS不会切到备用电源，这与单向自投的要求是一致的，自动电源2也是同样的道理。
双电源智能控制器ATS021允许设置三种自动控制逻辑：自投自复、互为备用和自投不自复。当设置为自投自复时，通常两路电源均有电,当常用电源发生故障或失电时,ATS021将切换至备用电源向负载供电。当设置为自投不自复时，假如常用进线电源发生了故障，ATS021将会切换至备用电源向负载供电，但即使常用进线电源恢复正常，也不会切换回常用电源供电。如果备用电源也发生了故障，则ATS021将打开备用电源开关，然后等待备用电源恢复正常，且将不再切换回常用电源向负载供电。可见ATS021的自投不自复模式也是满足单向自投的要求的，而它跟IPC-03控制器的区别在于，ATS021切换后，如果要切回正常工作电源，需要手动进行切换。通过图1-2和图1-3的时序图我们可以更清楚了解这两种逻辑（CB1:LN1电源断路器，CB2:LN2电源断路器，LN1:第一路供电电源，LN2:第二路供电电源）
从上述分析可见，对于ATSE控制器，只要设定到自动模式下，都是可以实现单向自投的，而不会出现上诉案例中的由于双向自投导致工作电源给备用电源备用造成停电范围扩大。
3.2 ATSE配电屏的380V备自投装置外部闭锁回路改进
380V低压配电屏进线断路器应具备过流及短路保护功能，并配置保护出口接点用于闭锁380V备自投装置[]。站用交流系统故障时，380V进线开关过电流保护或站用变保护过电流保护应闭锁380V备自投装置；站用交流系统故障时，低压侧零序保护应闭锁380V备自投装置[]。
图1-2ATS021自投自复切换时序图
图1-3ATS021自投不自复切换时序图
2012年某110kV变电站发生馈线支路ABC相间短路,馈线开关不跳闸,站用交流进线开关不跳闸,站变过流保护越级动作,不闭锁380V备自投动作切换，造成全站站用交流电源失电。事故原因是由于开关在ABC相间短路故障后热磁保护动作曲线与站变保护没有配合，无法及时隔离故障，其次站变过流保护越级动作跳闸后，380V备自投切换扩大了事故范围。
要避免上述事故的发生，就要在低压交流系统故障时，ATS能得到可靠有效的闭锁，闭锁的思路可以从两方面入手：一是加入站用变保护闭锁ATS信号当站用变保护，闭锁ATS；二加装保护CT，在控制算法中加入过流保护和零序保护，先于变压器保护跳开交流电源的进线开关或闭锁ATS，见图1-4。
当站用变低压侧零序过流保护动作和低压配电屏进线断路器保护动作无法闭锁380V备自投装置或ATSE的情况下，禁止投入备自投装置，或将ATSE的切换模式设置为“手动”模式。
3.3其他提高站用交流电源系统供电可靠性的措施
一、作为交流系统的最后一道防线，防止站用直流电源失电就显得尤为重要，要提高蓄电池延续向母线供电的能力，蓄电池的核对性放电测试、直流系统维护必须严格按照规程规范开展，或者以外委的形式由专业维护团队进行维护，以达到系统的最优状态。
二、取消站用交流电源系统进线开关不的低压脱扣功能，通过技术改造逐步取消，在改造完成前低压脱扣装置如果投入，延时应与上级电源保护、重合闸和备自投动作时间配合。
三、备自投装置或ATSE的动作延时应与站用变保护和低压配电屏进线断路器保护的动作延时有1.0s或以上的级差配合。备自投装置动作或ATSE切换延时宜不小于5秒。
四、运行中负荷使用控制不平衡度防止零序保护误动。
图1-4利用备自投出线保护CT闭锁ATS
4结论
本文从一起站用电全失事故分析了站用交流电源系统存在的隐患分析并提出了改进措施，在站用电源典型接线的基础上分析了单向自投在ATSE控制器中的实现方式，提出了两种380V备自投装置外部闭锁回路改进思路。
如何防止站用交流电源失电，核心就在于利用高低压开关隔离各种故障的能力问题。如解决好开关隔离各种故障的选择性问题，则站变过流保护、零序过流保护等应反应站用变压器内部故障，站变保护动作应闭锁380V备自投，则380V备自投的闭锁、全站交流失电等问题就迎刃而解。
参考文献
[1]胡晓静，李志勇，杨慧霞等.换流站站用备自投装置设计及整定[J].电力系统保护与控制,2015,43(17),145-148
[2]冯旭,赵军玉,宋文亚等.站用电双路电源自动切换方案分析[J].河北电力技术,2017,36(2）,60-62
[3]薛峰.一起220kV变电站交流站用电全失事故的分析[J].电力系统保护与制,2008,36(21）,99-101
论文作者:谢水杰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/21
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