摘要：本文对220kV云龙变微机型备自投和220kV吉安变双电源自动切换开关（ATS）进行比较分析，表述双电源自动切换开关在变电站中相对于备自投的简捷和可靠性。结合某110kV变电站交流系统的故障分析，阐述运行人员针对站用电交流系统应注意的事项。
关键词：双电源自动切换开关（ATS）；微机型备自投；站用电
1、引言
在红河供电局管辖的变电站中，110kV及以上的变电站，低压侧基本采用单母线分段接线方式，即装设两台容量相同、分列运行的站用变压器，以此来相互备用，保证站用变的可靠性和灵活性。为了实现两台站用变电源的相互切换，以前变电站多数选择微机型备自投装置，而现在新建的变电站通常会采用双电源自动切换开关（ATS）。
2、微机型备自投装置的原理及接线
以220kV云龙变为例，0.4kV备自投装置采用南瑞继保RCS-9652Ⅱ装置，401断路器为1号站用变380V进线开关，402断路器为2号站用变380V进线开关，400断路器为380V母线的分段开关。微机型备自投装置RCS-9652Ⅱ正常工作时需要采集380V两段母线电压，进线开关401、402和分段开关400的分合闸位置，以及进线电流。
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图1 220kV云龙变站用电系统接线图
2.1、微机型备自投装置通常有两种工作方式（如图1）：
2.1.1、正常运行时，两台站用变分列运行，进线开关401、402断路器在合闸位置，分段开关在分闸位置，两个电源互为暗备用，这种方式称为分段备自投（云龙变采用此种方式）。
当1号站用变故障时，380VⅠ段母线失压，1段进线无电流，380VⅡ段母线正常运行，经一定延时后，进线开关401断路器跳闸。当装置采集到401断路器确已跳开，且满足380VⅠ段母线确已无压，再经一定延时后，分段开关400断路器合闸。当2号站用变故障时，备自投原理与此相同。
2.1.2、正常运行时，1号站用变供电，进线开关401在合闸位置，进线开关402在分闸位置，分段开关400在合闸位置，2号站用变为明备用。这种方式称为进线备自投方式。
当1号站用变故障时，380VⅠ段母线失压，1段进线无电流，380VⅡ段母线正常运行，经一定延时后，进线开关401断路器跳闸。当装置采集到401断路器确已跳开，且满足380VⅠ段母线确已无压，再经一定延时后，进线开关402断路器合闸。当2号站用变故障时，备自投原理与此相同。
2.2、微机型备自投装置的特点
2.2.1、运行维护工作量大
微机型备自投装置在正常运行中，根据运行规程，运行人员必须定期对备自投装置及二次回路进行巡检，定期做切换试验工作，为了确保备自投装置在故障时能正常投入。
2.2.2、单向切换
在事故情况下，备自投装置只能实现单向切换，由工作切至备用。若为分段备自投方式，在一路工作电源故障时，进线开关分闸，分段开关合闸，在故障消除之后，还需运行人员手动恢复分段备自投的运行方式。同样情况，若为进线备自投方式，则无需恢复原运行方式。
2.2.3、二次接线和逻辑复杂
微机型备自投装置采集量较多：（1）采集Ⅰ、Ⅱ段母线电压，用来判别母线是否失压；（2）采集两段进线的电流，防止电压互感器在三相断线时，造成备自投装置误动；（3）需采集两段进线开关、分段开关本来位置信息，还需采集分合闸后的位置信息，来配合备自投的动作；（4）采集手动分合进线开关、分段开关位置信息及备自投功能退出信息，用于备自投装置闭锁。由于大量的信息采集量，导致备自投装置的二次接线和逻辑复杂。
3、双电源自动切换开关（ATS）的原理及接线
以220kV吉安变为例，该站用电系统采用施耐德WATSND-800双电源自动切换开关（ATS）。ATS带有双电源自动切换控制器，该控制器具有自动和手动两种操作状态。当控制器设置为自动状态时，控制器会自动判断进线两路的电压，自动进行开关分合闸的操作；当控制器设置为手动状态时，由运行人员进行开关的分合闸。如果两路进线的电压均正常，控制器会按照两条进线设定的优先级进行切换。
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图2 220kV吉安变站用变系统接线图
3.1、站用变的进线方式
220kV吉安变站用电系统正常运行方式：如图3，本站#1、#2站用变分列运行，35kV 1号站用变通过#1站用变进线开关401断路器及1ATS自动切换装置开关Ⅰ（常用电源）接入0.4kV Ⅰ段母线，通过#1站用变进线开关403断路器及2ATS自动切换装置开关Ⅰ（常用电源）断路器接入0.4kVⅡ段母线；35kV 2号站用变通过#2站用变进线开关402断路器及1ATS自动切换装置开关Ⅱ（备用电源）接入0.4kVⅠ段母线，通过#2站用变进线开关404断路器及2ATS自动切换装置开关Ⅱ（备用电源）接入接入0.4kVⅡ段母线。
3.2、双电源自动切换开关的工作方式
在正常运行中，#1、#2站用变分列运行。站用变进线开关401、402、403、404断路器均在合闸位置，1ATS自动切换装置开关Ⅰ、2ATS自动切换装置开关Ⅰ合上。当1号站用变故障时，控制器采集到#1站用变进线电压消失或者电压小于设定值，进线开关均在合闸位置，ATS将会自动切换到备用电源。当2号站用变故障时，原理相同。
3.3、双电源自动切换开关的特点
3.3.1、运行方便，二次接线和逻辑简单
双电源自动切换开关只需采集两段进线电压、两段进线开关的位置信息来进行常用电源和备用电源的切换。因此二次接线和逻辑相对简单，使运行人员的工作更加便捷。
3.3.2、双向切换
双电源自动切换开关切换方式是双向的，可由常用电源切至备用电源，也可从备用电源切至常用电源。当电源故障时，ATS装置将常用电源自动切至备用电源，而在故障消除后，ATS装置又会将备用电源重新切换至常用电源。
3.3.3、可靠性高
双电源自动切换开关之间的两台开关具有可靠的机械联锁装置和电气联锁保护，彻底杜绝两台开关同时合闸的可能性。
4、某110kV变电站交流系统故障分析
在某110kV变电站，运行人员因为操作不当，将交流系统两路不同变比的电源并列，导致多个交流馈线空气开关跳闸。该站一次接线图如图3：
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图3 某110kV变电站一次接线图
4.1、某110kV变电站运行方式
某110kV变电站装设1台110/35/10kV三相变压器，采用Y/Y/△-11接线方式，即110kV和35kV为Y型接线，10kV侧为△接线。站用变交流系统有2段电源，2台站用变压器分别接在35kV和10kV母线上。
站用变交流系统正常运行方式如图4所示，11QS、12QS、21QS、22QS正常情况下都是闭合的，2台自动转换开关控制器运行方式都为“方式一”（#1电源为主供电源，#2电源为备用电源），#1、#2交流屏馈线开关QF1、QF2均为闭合状态。
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图4 某110kV变电站交流回路图
4.2、事故经过
运行人员对交流电源进行切换试验操作，断开#2交流屏进线开关21QS，2ATS采集到进线电压消失，2ATS自动将自动切换装置A开关切换到自动切换装置B开关，导致#1电源和#2电源并列，多个交流馈线空气开关跳闸。
4.3、故障分析
由于交流电源系统两段进线电源分别接在同一台主变35kV、10kV侧母线上，如图5所示，主变35kV侧和10kV侧线电压之间存在相位差30°。#1站用变和#2站用变接线方式均为Yyn0，即#1站用变和#2站用变高压侧、低压侧线电压相位相同，说明#1站用变和#2站用变低压侧（380V）线电压之间同样存在相位差30°。由于2台站用变压器并列运行，接线组别不同时，并列变压器二次绕组将出现电压差，并在回路中产生循环电流，导致多个交流馈线空气开关跳闸。
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图5 电压相位图
4.4、处理措施
对于这次事故发生的原因有，运行人员未正确认识站用电交流系统的运行方式，盲目操作切换交流电源，导致2台站用变非同期并列运行。因此，运行人员应当在交流屏自动切换控制器和馈线空气开关上贴上相应的警示标示。其次，该站站用电交流系统采用环网供电，ATS装置采用“方式1”运行方式，且环网空气开关同时合上，具有很高的安全风险，当进线开关故障时，2台站用变即发生非同期并列运行，给站用电运行带来危害。因此，运行人员在进行站用交流电源切换试验时，应先确认环网空气开关是否都在合位，再进行操作。
5、总结
通过文中对微机型备自投和双电源自动切换开关的分析，以及三种特点的比较，可以发现双电源自动切换开关对于变电站来说，更具有简便、可靠性高的优势。在某110kV变电站交流系统事故中，可以看出，当站用电主供电源和备用电源为两段不同电压等级的电源时，应谨慎使用自动切换开关，注意站用电交流系统的运行方式，在不确定的情况下，不要擅自操作。总而言之，当站用电交流系统主供电源和备用电源之间存在电压偏差时，应将自动切换装置切至手动切换状态，禁止切至自动切换状态，防止自动切换时造成站用变非同期并列运行。
参考文献
[1]王锦平.变电所所用电备自投的设计改进[J].电工技术，2002（5）.
[2]陈家斌.变电运行与管理技术[M].北京：中国电力出版社，2004.
[3]刘胜利，高频开关电源新技术运用[M].北京：人民出版社，2002.
论文作者:刘志平
论文发表刊物:《电力设备》2019年第23期
论文发表时间:2020/4/30