变电站中110 kV备自投装置的分析与应用
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作者: 练志斌
摘 要：保证电网系统对用户的可靠供电，备自投装置起到重要作用。当主供电源发生故障时，切断故障主供电源后，备用电源能自动投入使用，保证对城市供电不中断，不影响正常的社会生活。文章分析了备自投的构成，主要介绍了变电站中常用的两种110 kV备自投配置方式，及它们在实际应用中常出现的一些问题，并提出相应的改进措施，以此满足电网供电的安全可靠需求。
关键词：备自投；线路；母联
中图分类号：TM762 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）20-0013-02
经过多年的实践，可知道备自投装置的应用确实能有效的提高供电网的可靠性。但随着经济的快速发展和城市规模的扩大，使得城市供电网络规模也随之扩大，配电网结构越来越复杂，所以变电站在整个电网中作为枢纽的重要性也越发突出，各个等级的变电站构成复杂的网络，运行过程中出现问题在所难免。
1 备自投构成
因为110 kV变电站中输电线路多且连接复杂，不同变电站有着不同的功能要求，使得不同变电站的备自投程序也存在着差异，但大体上都要经过以下几道程序。
1.1 充电条件
110 kV变电站的主供电路和备供线路上的电压均不能为零，前者开关置于合位，后者开关置于分位，经过5～8 s的延时操作后，使整个备自投装置处在充电状态，运行方式可以通过分合位上的母联开关判断其正确性，同时计算出各支路线上的功率。
1.2 启动条件
①备用电源上必须确保存在电压，同时要完全满足充电条件后备自投装置方能被启动。
②主供电源的线路上无电压并且备供电源线路上存在电压时，表明其运行方式正确，可以将备自投装置启动。
③为避免电气元件故障引发备用电源发生故障，为安全起见，在启动备自投装置前必须切断主供电源。
④主供电源的线路上没有电压时，为避免备自投装置产生错误动作，引起设备故障，必须对主供电源进行无电流检测后才能启动备自投装置。
1.3 动作原则
①当外部闭锁信号或者装置运行方式判断出现异常时不能进行备自投动作。
②备自投装置只允许动作一次，因为当电器元件存在着永久性的故障时，为避免故障元件对备用电源产生不利影响，继电保护装置会将备用电源切断，不能进行第二次动作。
③为避免备自投动作时间过长使得故障元件对电网产生更大破坏，备自投动作一定要快速，时间一定要短。
④为防止事故进一步蔓延，一旦母线出现故障，要加速母差保护装置的动作，同时使备自投装置闭锁。
1.4 闭锁条件
①检修备自投装置线路时，只需要将正在检修的相关开关闭锁就行，不需要将整个装置都闭锁。
②在母差保护动作或者开关失灵保护动作情况下，备自投装置要处于闭锁状态，直到人工操作工作完成后，才能解除备自投装置闭锁状态。
③需要人工操作进行闭锁时，可将备自投装置的整个出口使用闭锁总压板闭锁，如果需要解除闭锁，切除闭锁总压板就能恢复备自投装置的自投能力，这种方式简单有效。
④手动操作某一个开关，同时会闭锁另一个开关的自投能力。除此之外，备自投装置出现异常时也需闭锁：备自投装置内部本身出现异常情况时将装置闭锁。备自投装置运行方式不正确会使得信号输出异常，闭锁备自投。备自投装置的线路出现三相断线故障时闭锁备自投。
2 110 kV变电站中常见的备自投配置方式
常见的备自投配置方式主要有线路备自投和母联备自投。它们最大的区别在于备自投对象的不同，前者以线路为对象，后者则以母联开关为对象，这两种配置方式各有优缺点。
2.1 线路备自投原理
2.1.1 线路备自投接线方式
110 kV变电站正常运行时，线路1与线路2不同时运行，一条作为主供电源，另一条则作为备用。
2.1.2 线路备自投装置动作逻辑
本文以线路1作为主供电源，线路2作为备用，完成备自投动作后，检测到母线上电压为零，UL2上存在电压并且I1上电流为零时，1DL延时跳闸，确认跳闸后收回命令，之后延时将2DL合闸。若1DL拒绝跳闸或者2DL拒绝合闸，备自投发生动作，发出“1DL拒绝跳闸”或者“2DL拒绝合闸”信息。
2.2 母联备自投原理
2.2.1 母联备自投接线方式
通常情况下，1#变和2#变同时运行，1DL、2DL、1GL、2GL都处在合闸状态，3DL备自投装置处在断开状态。1#为I段母线的相关设备供电电源，2#为II段母线的相关设备供电电源。
2.2.2 母联备自投装置动作逻辑
I段母线上电压为零，1DL跳闸；II段母线存在电压时，将3DL合闸；II段母线电压为零，2DL跳闸，当I段母线存在电压时，将3DL合闸；1DL或者2DL跳闸时，将备自投装置3DL合闸，保证供电正常。
3 应用线路备自投方式的常见问题及防止措施
①线路备自投的跳位开关不适合使用保护操作箱的跳闸位置继电器接点。弹簧储能开关广泛使用在110 kV输电线路上，控制着跳闸位置继电器，对储能接点、断路器和合闸线圈等元件起到监测作用。如果串供电源情况在110 kV变电站中普遍存在，当主供电源的线路上发生永久性故障时，继电器保护动作发生，断开断路器，保证电网运行安全。重合闸故障时，促使保护动作再次发生，此时的断路器处于分位，储能开关需要大约15 s来储满能量，否则储能接点不能接通，使得监视合闸线路的跳闸位置继电器不能动作，不能确认备自投的启动，备自投装置不能投入使用。在备自投的开关跳位接点处可以采用辅助接点接入，来保证开关接点分位和合位应变的及时性，禁止运用操作箱中跳闸位置继电器接点。 ②处于外界环境中110 kV变电站备自投不宜接入刀闸跳位闭锁备自投。容易受到环境不利因素（如暴雨大风）干扰较大的110 kV变电站，特别是在一些地质条件恶劣的地区（如高山），110 kV刀闸辅助接点的防水、防锈、防腐蚀等工作是重点难题，刀闸辅助接点运行时，会因为上述工作不到位造成备自投闭锁。通过综合考虑110 kV变电站的运行环境和运行方式，适当的取消刀闸跳位的开入接线，防止线路备自投装置的错误闭锁。
③保证备自投接入开关控制回路的正确性。备自投装置的线路开关控制着整个输电回路，在保护跳闸位置处安装着备自投条运行开关，动作时继电器接在合位不能置于分位。如果继电器置于分位了，导致备自投运行线路开关的合后位置消失，备自投判断属于人工操作，使得备自投的线路开关动作后立即停止工作。
4 母联备自投应用中的优缺点
4.1 优点
①母联备自投方式的启动条件更加严格，闭锁条件也更加可靠，使得这种方式更加安全。母联备自投只有在多个条件同时满足备自投动作要求后才能被启动，否则程序会被终止，备自投闭锁。母联备自投在启动后便会闭锁备自投装置，避免出现二次合闸现象，造成事故。相电压一旦出现异常情况，备自投装置将立刻闭锁，保障安全。
②母联备自投采用的是时间不满足要求就立刻返回重新动作，时间上一定要配合备自投的工序。
③为防止重合闸现象可采取合理的措施：整个电网系统必须运行正常；无电压无电流保证着三相断线使备自投产生错误动作。
4.2 缺点
①在轻负荷条件下，即三相电流小于0.25 A，同时满足无电压无电流条件，母联备自投就会自动启动。如果采取修改备自投逻辑来避免这种情况发生，在实际中又会使得母联备自投装置形同虚设，不发生动作。
②现今的备自投逻辑只考虑了简单情况，它只能对于简单情形发生动作，对于更为复杂的情况，备自投动作不一定准确。
5 分段备自投和变压器备自投
除了进线备自投和母联备自投，分段备自投与变压器备自投应用也非常广泛。
母线上存在电压，1DL、2DL处在合闸状态，3DL处在跳闸状态。
母线上存在电压，辅变压器进线也存在电压，主变压器各侧断路器处在合位置，辅变压器各侧断路器处在分位置。
6 结 语
全文具体分析了变电站中110 kV线路备自投和母联备自投应用中的常见问题和优缺点，并提出些许改进措施。综上所述，要保证备自投装置的正常工作，必须正确接线，运用合理的备自投动作逻辑，采取合理措施，避免上述情况在应用中的出现，保证电网可靠稳定运行。
参考文献：
[1] DI/T 623-1997，电力系统继电保护及安全自动装置运行评价规程[S].
[2] DL 400-91，继电保护和安全自动装置技术规程[S].
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