110kV备用电源自动投入装置的应用.pdf

第 2 ( ) 卷 第 1 2 期 2 ( i ( 1 7年 1 2 月 广 东 电 力 gua ngd0ng el e ct ri c pow er v0 1 ( )no 1 2 de c 2( ) 【 】7 文章编号： 1 0 0 7 2 9 0 x( 2 0 0 7 ) 1 2 - 0 0 5 5 一 ( 1 5 1 1 0 k v备用 电源 自动投入装 置的应用 陈茂英 ( 佛 山供 电局 ，广 东 佛 山 5 2 8 0 0 0 ) 摘要 ：根据备用 电源 自动投 入装置的动作逻辑 ，对 1 1 () k v备 用电源 自动投入装置 开关位置接 点的引入 问题和 与 安全稳定系统的配合问题进行分析，并结合电网的实际情况，探讨具体的解决方案目的是进一步提高 1 1 ( ) k v 备 用电源 自动投入装置动作的准确性 。 关键 词 ：备 用电源 自动投入装置 ；开 关位置 ；安全稳定 系统 ；准确性 中图分类号 ：t m7 6 2 1 文献标 志码 ：a ana l y s i s o f re l a t e d pr o bl e ms i n ap pl i c a t i o n o f 1 1 0 k v au t o m a t i c s t a nd - by po we r s wi t c hi n g de v i c e s chen m a o y i n g ( f o s h a n p owe r s u p p l y bu r e a u，f o s h a n ，gu a n g d o n g 5 2 8 0 0 ( ) ，ch i n a ) ab s t r a c t ：ac c o r d i n g t o t h e o p e r a t i n g l o g i c s o f 1 1 0 k v a u t o ma t i c s t a n d b y p o we r s wi t c h i n g d e v i c e s ，t h i s p a p e r a n a l y z e s t h e p r ob l e ms a s t o t h e i n t r o d u c t i o n o f t h e b r e a k e r c o n d i t i o n c o n t a c t a n d t h e c o o p e r a t i o n wi t h t h e s e c u r i t y a n d s t a b i l i t y s y s t e mi t a l s o d i s c u s s e s t h e s p e c i f i c s o l u t i o n b a s e d o n t he a c t u a l i t i e s o f p o we r n e t wo r k ， s o a s t o f u r t h e r i n c r e a s e t h e o p e r a t i o n c o r r e c t n e s s o f 1 1 ( ) k v a u t o ma t i c s t a n d b y p o we r s wi t c h i n g d e v i c e s ke y wo r d s ：a u t o ma t i c s t a n d b y p o we r s wi t c h i n g d e v i c e；b r e a k e r c o n d i t i o n；s e c u r i t y a n d s t a b i l i t y s y s t e m ；c o r r e c t n e s s 备用 电源 自动投入装置 ( 以下简称备 自投装 置)是电力系统中为了提高供电可靠性而装设的 自 动装置 。当工作电源因故障或其他原因消失后 ，备 用电源自投装置迅速将工作电源断开，并将备用电 源或其他正常工作电源投入工作。随着电网规模的 不断扩大 ，电力系统网络结构 日益复杂 ，为了保证 供电的可靠性 ，备 自投装置在电力系统 中，尤其在 1 1 0 k v 电网中得到广泛应用 。为此，对 1 1 0 k v备 自投装置在现场运用中遇 到的一些实际问题进行分 析和探讨。 1 进线备 自 投装置的动作逻辑 目前 ，1 1 0 k v 电网普遍采用环网设计 、开环 备用的运行方式，所 以。1 1 0 k v备 自投装置大多 采用进线备 自投装置方式 。如图 1 所示 ，合上母线 收稿 日期 ：2 0 7 0 7 2 5 联络开关 ，一条进线开关合上 ，带两段母线并列运 行 ；另一条进线开关处于热备用 ，作为明备用 。当 两段母线电压消失时，备 自投装置将工作电源开关 跳开 ，合上备用 电源开关 。 图 1 进线备自投装置的主接线图 维普资讯 广 东 电 力 第 2 o卷 2 1 1 0 k v备 自投装置在实际应用中存在的 问题 2 1 1 1 0 k v进线跳闸位置接点的引取 文献 1 和 2 明确规定 ，要保证工作电源断开 的情况下方可投入备用 电源。所以。备 自投装置必 须引入开关的位置接点，通过检查该接点的状态来 l + 判断工作电源是否已经断开。目前，1 1 0 k v微机 线路保护( 如南瑞继保 的 r cs 9 4 1系统) 的操作 回 路 中具有跳闸位置继电器 kc t，其 kc t的输出接 点可作为备 自投装置判断线路开关位置的依据 ，具 体接线见图 2 。 在图 2中可以看到。在合闸弹簧已储能( 其常 开接点 q 1 闭合) 的情况下，断路器分闸，其常闭 ( a ) 线路外关操作【旦 j 路 f f u 川 合闸弹簧储能接点 断路器辅助常闭接点 ( b )断路器机构箱的合闸 路 图 2 线路开关操作回路 操作 电源 跳 闸位 置 峪视 合闸保持 罩合闸 防跳 于动 合 闸 手动跳闸 保护跳闸 跳闸保持 合闸位 置 峪视 合闸压力 继电器 跳闸压力 继电器 气压 不足 维普资讯 第 1 2期 陈茂英：1 1 0 k v备用电源f 1 动投入装置的应用 接点 q2闭合 ，跳 闸位置继 电器 kc t动 作 ，kc t 的常开接点闭合；断路器合闸，其常闭接点 q 2 分开，跳闸位置继 电器 k c t返 回，k c t的常 开 接点分开 。因此 ，在弹簧 已储能 的情况 下 ，kc t 的常开辅助接点能反应断路器 的分合状 态，备 自 投装置则可 以通过 kc t的常 开接 点判断 线路 开 关是否 已跳开。从 上述 分析 知道 ，引入 kc t常 开接点作为开关位置 的判据 ，备 自投装置是 可以 正确动作 的。 可是当 1 1 0 k v 变 电站联接有地方小 电源 ( 如 1 0 k v电厂或 1 1 0 k v电厂) 时，备 自投装置就会出 现拒动的情况。如 图 3所示 ，在变 电站 的 1 1 0 k v 母线上有三条 1 1 0 k v进线 ，线路 1 、线路 2分别 通过断路器 qf 1和 q 与系统大 电网相连 ，地方 电厂通过断路器 q f 5 上网，断路器 q f 5处于合闸 状态；线 路 1作 为变 电站 的工 作 电源，断路 器 q 处于合 闸状 态；备用 电源为线路 2 。断路 器 qf 4处于热备用状态。当工作电源在线路 1的 f 1 处发生永久性故障时，断路器 q f 1 重合不成功。 由于地方电厂提供短路电流，线路 1 负荷侧的线路 保护也会动作 ，断开断路器 q ，并重合 qf 2不 成功。线路保护动作的同时 ，联切 断路器 q f 5 ( 如 装设有联切装置) 。变电站备 自投装置由于 1 1 0 k v 母线失 压开始启 动，再 次发令 切开 断路器 qf 2 ， 并等待线路保护操作 回路 中的 kc t的位置信号， 以确认断路器 q f 2处于分闸位置。由于跳闸位置 继电器 k ct受开关储能接点 ol的影响 ，在断路 器 qf 2重合闸动作后，储能常开接 点 ol需要一 个较长的时间才能闭合( 该时间为开关储能时间， 一 般为 1 0 1 2 s 左 右) ，因此，跳闸位置继 电器 kc t在较长时间内没有动作 ，这样，备 自投装置 将在较长的时问内无法等到 k c t的位置信号 ，也 就无法监测断路器 qf 2是否 已经跳开 ，备 自投装 置误认为断路器 q 拒分( 一般备 自投装置发跳令 后 ，会在较短时间内判别 开关是否处于分 闸位置。 该时间各生产 厂家设定不 一致 ，短 的几百 毫秒 ， 长 的大约几 秒 钟，无法 和 开关 储 能 时 间 配合 ) ， 从而终止了备 自投装置 的运行 过程 ，备 自投装 置 放 电，不再合上断路器 qf 4 ，导致变 电站 长久性 失压 。对于没有配置联切装置 的 1 1 0 k v变 电站 ， 由于主 供线路 断 开，导 致地 方 电厂 与大 电源 断 开。依据 目前地方 小 电厂的实 际情 况 ( 机组 容量 以及稳定性) ，一般都很难带负荷形成孤岛运行， 机组会 随之跳机 ，在这种情况下 ，1 1 0 k v备 自投 装置依然会延续 上述流程 ，无法成功 自投 备用 电 源 。另一种情况 ，当无地方小电源时 ，1 1 0 k v变 电站主变压器中性点 问隙在雷击或其它 因素影 响 下被击穿 ，较 大 的零序 电流将 流过负 荷侧端 ， 导致负 荷侧 接地 距 离保 护 动作 ，之后 保护 重合 闸，若故障是永 久性 故 障 ，负 荷端 变 电站失压 。 由于保护进行 了重合 闸，需 要重新储能 ，储能接 点短时间内无法到位 ，备 自投装置依然无法及时 识别 开 关 位置 ，中断备 自投装 置 过程 ，变 电站 失压 线路l 线路2 地方电厂 图 3 带有地方 电源变电站的典型主接线 图 综上所述 ，采用 图 2的接线 ，跳 闸位置继 电 器 kc t受到储 能 辅助接 点 的影 响，在 工作 电源 负荷侧 的保护动作 、重合 闸不成功 的情况下 ，负 荷侧的备自投装置由于在固定时间内( 小于开关 储能 时 间) 监测 不到 工作 电源 的跳 闸位置 信号 ， 中断备 自投装置 ，没有合上 备用 电源开关 ，导致 变 电站失压 。为 了防止此类情况 的发生 ，让备 自 投装置有效地 实现 其功能 ，我们对 1 1 0 k v 变电 站备 自投装置的二次 回路接线进行 了整改 ，把与 地方 电源联 接 的 1 1 0 k v变 电站 和保 留主变压 器 中性 点 间 隙 的 1 1 0 k v 变 电 站 的备 自投 装 置 的 kc t辅助接 点改 为断路器 qf的辅 助常 闭接点 ， 对 以后备 自投装置的设 计 ，线路 跳闸位置 的引人 统一改为断路器的辅 助常闭接点 ，这样 ，线路的 跳闸位置信号则不受储能开关 的影响，备 自投装 维普资讯 广 东 电 力 第 2 0 卷 置能成功 自投上备用电源 。 2 2 1 1 0 k v备 自投 装置与 安全稳定 系统 的配合 问题 近年来，为 了提 高电力系统安 全稳定性 ，防 范电网稳定事故 ，防止发生 大面积停 电事故 ，在 广东电网中安装 了安全稳定装置 。在安全稳定装 置 中，2 2 0 k v切负荷执行站的其中一个功能是接 收上级控制子站发来 的切负荷命令 ，按 照一 定的 策略 ，切除 1 1 0 k v负荷。安全稳定装置切除 1 1 0 k v线路 ，导致变 电站 工作 电源失 电 ，备 自投 装 置不允许动作并投上备用电源，而由其它原因使 工作 电源失电，则要投 上备用 电源。为了满 足上 述条件 ，可以考虑对备 自投装置配置远方控制 的 闭锁功能，将安全稳定装置的闭锁动作信号远传 至工作电源的对端 ，从而闭锁备 自投装置 ，但这 种方法需要加装通信通道 由于 目前 1 1 0 k v变电 站没有和安全稳定装置建立通信通道，而且 1 1 0 k v变电站数量大、分布广，建立和维护通信通道 需要投资大量的人力 、财力和时间。因此我们采用 另一种方法 ，对安全稳定系统可切线路对侧 的 1 1 0 k v备 自投装置进行升级。使其能智能区别工作电 源是故障失电还是安全稳定装置远切失电，这种方 法耗资少，工期短。 升级后 的备 自投装 置主要增加 了经不平衡 电 压起动或经重合闸过程起动进线 自投 以及备用 电 源低频低压闭锁 进线 自投功能 。现在 以南京南瑞 继保电气有限公司生 产的 r c s 一 9 6 5 2 b 一 0 5 0 7 9 4备 自投装置为例 ，具体说明备 自投装置升级后所增 加的功能 。 2 2 1 备 自投装置经电压不平衡起动 当工作 电源线 路上 发生 不对称 故 障时，1 1 0 k v变电站母线 的故 障相线 电压( 相间故障时) 或故 障相电压 ( 单相故障时) 会下降，三个线 电压或三个 相电压的不平衡程度较高 ，而引起安全稳定装置动 作的 5 ( ) 0 k v 系统故障 ，由于距离 1 1 0 k v 变电站 的电气设 备距离远 ，加之 5 0 0 k v和 2 2 ( ) k v 环网 和其他电源支撑 ，在安全稳定设备动作并远切 1 1 0 k v线路前，1 1 0 k v变电站母线的电压变化不 大， 线电压和相 电压的不平衡程度较小 。所 以，当线 电压或相电压 的不平衡程 度较 大时，备 自投装置 可以判定工作电源 是故障切 除，而不是安 全稳 定 装置远方控制切除 ，从而启动备 自投装置 ，其逻 辑见 图 4 。 图 4 r c s 一 9 6 5 2 b _ o 5 0 7 9 4装置 的起动备 自投装置逻辑 u母线最大相问 电压 ；u i 母线最小 相问电压 ；u口 r n 母 线最大相电 压；u i 母线 最 1 、 相 电压 ；k b 一电压不 平衡 的 比 值 ；u r 进线不对称故障时母 线非 故障相相 问电压定值 ，按线整 定 ；t s t a r t 满 足电压不平衡判据后 允许备 自投装置起动的时间 2 2 2 备 自投装置经重合 闸起动 升级后的备 自投装置增加了经重合闸起动 自投 的逻辑 ，根据重合于永久性故障时，1 1 0 k v母线 电压的变化情况 ，即监测到母线 电压存在失压 一有 压 一失压这样的过程才起动备 自投装置逻辑 。图 5 为备 自投装置经重合闸起动的判断逻辑。 图5 r c 9 6 5 2 b 5 0 7 9 4 装置经重合闸起动备自投装置逻辑 u f 一进线不对称故障时母线非故障柑相 问电压定值 ，按线 整定； f i 一工作线路的相电流； f 一 重合 闸起动过程判 别的整定 时间 整定原则是进线重合闸时问 +合j r 故障跳开时间 +适当裕度； u 一母线最大相间电乐 ：u 母线最夫相 电压 ；u 自投 无压定值 2 2 3 备 自投装置经低频低压闭锁 在电力系统 电压 、频率 出现异常 时，低周减 载动作 ，切除 1 1 0 k v工作 电源 ，备 自投装 置不 应误投 ，保证电网的安 全稳 定运行。因此 ，备 自 投装置配备 了就地低频低 压闭锁功 能，所用 的电 压 、频率取 自备用 电源电压 ，其逻辑判 断如 图 6所示 。 2 2 4 升级后备 自投装置的动作逻辑 升级后备 自投装置的动作逻辑如图 7 所示 。电 压不平衡起动条件 和重合闸起动条件是或的关 系。 维普资讯 第 1 2期 陈茂英 ：1 1 0 k v备用电源 自动投入装置的应用 ( a ) 低频闭锁备白投装 逻辑 f b ) 低j 闭锁备 白投堤胃逻辑 图 6 r c s 9 6 5 2 b _ d 5 0 7 9 4装置低频低压 闭锁备 自投装置逻辑 图 在图 6 ( a ) 中f 低频 闭锁 备 自投 装置 定值 ；d j d t- 钡 率 变f t 率 ；d f d 了 1 d f d f 的闭锁低 频定值 ；u 低 雎闭锁 低频 定值 ； d u d f 电压变化率 ；d u d t d u d t的 闭锁低 频定 值； t f r o- 低 频 闭锁备 自投装置延时。在图 6 ( b ) 中u ! 低压 闭锁备 自投装 置定值 ；d u, d t d u d i的闭锁低压定值 ；u 线路有压定值 ； f 。 【 一低 压闭锁备 自投装置延时 另外 ，起动条件中还加入了工作线路开关跳闸位置 起动条件 ，这是考虑到开关偷跳闸时 。不满足电压 不平衡起动条件和重合闸起动条件，不能起动备 自 投装置 ，为了在开关偷跳时也能起动备 自投装置， 可采用开关的常闭接点闭合时作为起动条件 。 电压小半衡起动备自投装 重合闸过程起动备 f j 投装置 i ： 作线 路 开关跳 闸何 置起动各自投装置 低频闭锁备 自投装 低压闭锁备自投装昔 舰备自投装 动作条 图 7 升级后 的备 自投装置动作逻辑 目前 ，升级后的备 自投装置已投入运行 ，它在 实际运行中具有以下特点： a )检电压不平衡或检重合闸过程 ，开放备 自 投装置功能 ，可通过控制字投入 ，存 1 1 0 k v工作 线路或对侧 1 1 0 k v母线非全相故障以及工作线路 重合 闸不成功时，备 自投装置开放 ；在 1 1 0 k v工 作线路本侧开关偷跳时 。由开关位置接点开放备 自 投装置。 b )在 5 0 0 k v系统故障且安全稳定系统动作 ， 或 2 2 0 k v 线路无 故障过 负荷减载装 置动作 切除 1 1 0 k v工作线路对侧开关时，备 自投装置不满足 检电压不平衡判 据或检重合 闸过程起动条件而被 闭