（电气工程专业论文）备用电源自动投入时电网动态过程分析与控制策略研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 现代电力系统是一个复杂的非线性动力系统，安全、稳定运行是电力系统的 基本要求，系统稳定破坏可能导致系统瓦解和大面积停电等灾难性事故，给社会 带来巨大的损失。而电力系统电压稳定性是电力系统稳定问题研究的一个重要方 面，特别是近年来，由于电压失稳或电压崩溃而导致电力系统稳定破坏的事故频 繁发生。因此，保持电力系统电压的稳定性，对于电力系统安全可靠运行，具有 非常重要的意义。 备用电源自动投入( 简称各自投) 是提高供电可靠性的重要措施，在发电厂、 变电站和配电网络中得到了广泛的应用。但随着电力系统的发展，配电网的负荷 容量不断增大，负荷的无功一电压特性也在不断变化，因此可能会因电网电压稳 定性被破坏而导致各自投不成功，甚至使提供备用电源的电网随故障电网一起崩 溃，因此对备用电源自动投入时电网的动态过程进行分析并研究保证稳定性的策 略变得十分重要。 当电力系统遭受不同程度的扰动时，系统元件的动态特性对电压稳定性有着 重要影响。本文在分析了各种元件无功电压特性的基础上，建立了电网的数学模 型，并对备用电源自动投入时电网的动态过程进行了仿真计算分析，从而提出确 保各自投成功的控制方法。本文主要研究了以下内容： 分析了备用电源的引接方式、备自投装置的基本要求、备用电源自动投入 的一次接线方案及工作原理，重点分析了两变电站间互为备用电源投入时可能因 电压稳定性破坏而使备用电源自动投入失败的原理。 分析了备用电源自动投入时影响系统动态过程的因素是：同步发电机、异 步电动机、并联无功补偿装置的无功，电压特性，电动机的自起动特性及反馈电流， 备用电源投入时间以及投入容量等。 使用m a t l a b 软件建立电网的数学模型，设置几种典型的扰动情况，并对 这些扰动情况下备用电源自动投入时的动态过程进行了时域仿真 对仿真结果进行分析，找出了备用电源自动投入时影响电网动态过程的因 素，提出了备用电源自动投入时保证系统电压稳定从而保证备用电源自动投入成 功的措施。仿真计算证明了在备用电源自动投入之前实施减载是保证备用电源自 动投入成功的有效方法。 关键词：电力系统，备用电源自动投入，电压稳定性，无功补偿 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t m o d e mp o w e rs y s t e mi sac o m p l i c a t en o n - l i n e a rp o w e rs y s t e m , i t sb a s i c r e q u i r e m e n ti st ol u l ls a f e l ya n ds t a b l y t h ed e s l x u e t i o no f s y s t e m ss t a b i l i t ym a yl e a dt o d i s a s t r o u sa c c i d e n ts u c h 嬲c o l l a p s eo fs y s t e ma n do u t a g ei nl a r g ee x t e n t , a n db r i n g g r e a tl o s st os o c i e t y o n ei m p o r t a n ta s p e c ti ns t u d yo np o w e rs y s t e m ss t a b i l i t yi s v o l t a g e ss t a b i l i t y , e s p e c i a l l yo f r e c e n ty e a r s ，t h ed e s l r u e t i o no f p o w e rs y s t e ms t a b i l i t yi s r e c u r r e n tb e c a u s eo fv o l t a g ei n s t a b i l i t y0 1 v o l t a g ec o l l a p s e t h e r e f o r e , k e e p i n gv o l t a g e s t a b i l i t yo fp o w e rs y s t e mi sv e r yi m p o r t a n tt ot h es a f e t ya n dc o n f i d e n c eo fp o w e r s y s t e m t h el e s e l v l op o w e r 盘o u t c ca u t o m a t i cc o n n e c t i o n ( r s a c ) i sai m p o r t a n tm c a s u t o i n c r e a s et h er e l i a b i l i t yo f p o w e rs u p p l y ，a n dg e n e r a l l yu s e di np o w e rp l a n t , t r a n s f o r m e r s t a t i o na n dd i s l r i b u t i o nn e t w o r k a sp o w e rs y s t e mp l o g r 既s e $ , l o a dc a p a c i t yo f d i s l r i b u t i o nn e t w o r kc o n t i n u a l l yi n c r e a s e sa n dt h e “删v ep o w e r - v o l t a g ee h a m e t e r i s t i e o fl o a dc o n t i n u a l l yv a r i e s ，f l ot h ed e s m a e t i o no f s t a b i l i t yo f m a i mv o l t a g em a yr e s u l ti n f a i l u r eo f t h el s e r v ep o w e rs o u i c ea u t o m a t i cc o n n e c t i n g e v e nl e a dt h en e t w o r kw h i c h s u p p l i e st h e “璃e r v ep o w e rs o u r c et oc o l l a p s ew i t ht h ef a u l tn e t w o r k t h e r e f o r ei ti sv e r y i m p o r t a n tt oa n a l y z ep o w e rn e t w o r kd y n a m i cp r o c , 鹊$ a n ds t u d yc o n t r o ls t r a t e g i e st o e n 翻玳s y s t e ms t a b i l i t yw h e nt h el e s e l v ep o w e r s o u r c ea u t o m a t i c a l l yc o n n e c t s t h ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i co fs y s t e me l e m e n t sh a sag r e a ti m p o r t a n c eo nv o l t a g e s t a b i l i t yw h e np o w e rs y s t e ms u f f e r sd i f f e r e n td i s t u r b a n c e s t h i sd i s s e r t a t i o ns e t su pt h e m a t h e m a t i c a lm o d e lo fn e t w o r k0 1 1t h eb a s i so fa n a l y z i n gd i f f e r e n tk i n d so fd e m e n t s r e a c t i v ep o w e rt ov o l t a g ec h a r a c t e r i s t i c ，t h e ns i m u l a t e sa n da n a l y z e st h en e t w o r k c l y m m i ep r o c e s sw h e nt h e “葛e r y ep o w e rs 0 1 1 l c ea u t o m a t i c a l l yc o n n e c t sa n dp r o p o 辩s c o r r e s p o n d i n gc o n t r o ln m 甚翻l 螂t h ef o l l o w i n gc o n t e n t sa 托s t u d i e dp r i m a r i l y ： ( d t h ec o r m c c t i o nm o d eo ft h er e s a r v cp o w e r , t h eb a s i cr e q u i r e m e n t , t h e e o n n c e l j o na i a g r a ma n do p e r a t i n gp r i n c i p l eo ft h el e s e l v ep o w e rs 0 1 1 1 c ea u t o m a t i c c o n n e c t i o n 黜a n a l y z e d e s p e c i a l l yt h ep r i n c i p l et h a tt h e 他s c r v ep o w e rs o l l f r , e a u t o m a t i cc o n n e c t i n gf a i l sb e c a u s eo ft h ed e s t r u c t i o no fv o l t a g es t a b i l i t yw h e nt w o s u b s t a t i o n sa 托t h e 旭翱嚣v ep o w e rs o u i 优f o re a c ho t h e ri sa n a l y z e d t h ef a c t o r st h a ti n f l u e n c et h en e t w o r ka y m m i ep o s sw h e nt h er e s e r v ep o w e r 5 0 1 1 1 a u t o m a t i c a l l yc o n n e c t s 勰a 越l y z e d , s u c h 豁t h el e a c t i v ep o w e rt ov o l t a g e c h a r a c t e r i s t i co ft h es y n c h r o n o u sg e n e r a t o r , t h ea s y n c h r o n o u sm o t o ra n dt h en 鞠枷v e 重庆大学硕士学位论文英文摘要 p o w e rc o m p e n s a t i o nd e v i c e ，t h es t a r , i n gc h a r a c t e r i s t i ea n df e e d b a c kc u r r e n to ft h e a s y n c h r o n o u sm o t o r , t h ec o n n e c t i n gt i m ea n dc a p a c i t yo f t h er e s e r v ep o w e rs o l l r t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo fn e t w o r ki ss e tu pb ys o f t w a r eo fm a t l a b ，k i n d s o fd i s t u r b a n c ei so v e n , a n dt h et i m ed o m a i ns i m u l a t i o no ft h ed y n a m i cp r o c e s sw h e n t h er e s e r v ep o w e rs o u r c ea u t o m a t i c a l l yc o n n e c t si sp r o c e s s e du n d e re a c hd i s t u r b a n c e t h es i m u l a t i o nf i g u r e sa r ea n a l y z e d , t h ef a c t o r st h a ti n f l u e n c et h en e t w o r k d y n a m i cp r o c e s sw h e nt h ef e s e ep o w e rs o r l c o n n e c t sa r ef o u n do u t s o m e s t r a t e g i e st oe n s u r et h es t a b i l i t yo fs y s t e mv o l t a g ea n dt h es u c c e s so fc o n n e c t i n gt h e l e s e n ，ep o w e rs o u r c ea r ea l s op r o p o s e d t h es i m u l a t i o np r o v e st h a tl o a ds h o d d i n g b e f o r ec o n n e c t i n gt h er e s e r v cp o w e rs o u r c ei se f f e c t i v em e a s u r et oe n s u r et h es u c 4 s s k e yw o r d s ：p o w e rs y s t e m , t h er e s e r v cp o w e rs o u r c ea u t o m a t i cc o n n e c t i o n , v o l t a g e s t a b i l i t y , r e a c t i v cp o w e rc o m p e n s a t i o l l i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庆太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：红静 签字日期：纠年罗月化日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重废太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( 、) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名：龟j 锛 导师签名每掌膨 签字日期： 纠年y 月1 z 日签字日期：知哆年f 月二日 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 绪论 1 1 课题的学术和实用意义 作为现代社会的一个关键部门，电力系统在工农业生产、交通运输、商业和 人民生活的各个方面起着重要作用。在电力系统运行中，保持系统的稳定性是其 重要的任务，系统稳定破坏可能导致系统瓦解和大面积停电等灾难性事故，给社 会带来巨大的损失。 据统计，由于气候及技术等因素，上世纪9 0 年代至今，美国共发生了七次大 面积停电事故。历史上最大规模停电发生在2 0 0 3 年8 月1 4 日，范围包括纽约、 底特律、克利夫兰以及加拿大多伦多和渥太华等大都市。空中航运业、地铁则成 为此次大面积停电损失最为惨重的行业中的两个。这次美国历史上最大的停电事 故所造成的经济损失达3 0 0 亿美元天。然而，这次停电对股票交易所和军事基 地没造成太大的影响，这是因为股票交易所和美军大多数军事基地都有备用电源。 在我国沿海地区，也常常面对台风和暴风雨的袭击，供电线路面对严峻的考验。 如2 0 0 3 年9 月2 日，台风“杜鹃”毁坏某市供电线路6 0 0 多条，全市发生3 7 0 处1 0 k v 供电线路跳闸。 这些停电事故的教训说明，无论多么现代化的电力系统都会存在断电的可能， 保持电力系统运行的稳定性，对于电力系统安全可靠运行具有非常重要的意义， 也证明了备用电源在供电系统中的重要性，它是保证电力系统连续可靠供电的重 要措施。备用电源自动投入装置就是当工作电源因故断开以后，能自动而迅速地 将备用电源投入从而使用户不至于被停电的一种自动装置，简称各自投( i 泓c ) 。 在发电厂中，备自投用于投入厂用电备用变压器、备用线路及重要机械的电动机 的自动投入；在变电站中，变电站的分段母线上可以由彼此无联系的线路或变压 器供电，利用备自投，在主电源跳闸后，可以转由备用电源供电。使用户重新得 到供电。 自动重合闸装置( 简称z c 碰装置) 与r s a c 装置一样也是电力系统保证可靠供 电重要自动装置，两者常被称作为电力网络自动化的必要条件。根据分析统计， 架空线路的瞬时性故障次数，约占总故障次数的7 0 左右，在工厂及泵站单俣8 电 源线路中，通常在线路电源侧设置z c h 装置，z c h 装置是根据输电线路故障大多 数为瞬时性故障而设置。在线路因瞬时故障一旦被保护断开后，由z c h 装置可再 进行一次重合闸，往往就能够恢复原工作电源向负荷供电。但当工作电源永久性 故障跳闸( 或瞬时性故障跳闸无重合) 后必须投入另一路备用电源，才能保证连 续供电。两者的本质区别使其只可配合使用，但不可互为取代。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 各自投可以有效地提高供电的可靠性，并且使环网可以开环运行，变压器可 解列运行，从而简化继电保护。在受端变电所，如果采用变压器解列运行或环网 开环运行，可使故障时短路电流减小，供电母线残余电压相应提高，对保护电气 设备，提高系统稳定性有很大意义。而且本身的实现原理简单，费用较低，所以 在发电厂和变电站及配电网络中得到了广泛的应用。这是一种提高对用户不问断 供电的经济而又有效的重要技术措施之一【”。 备用电源自动投入装置主要用于l l o k v 以下的中、低压配置系统中。其接线 方案主要有三种：低压母线分段断路器自动投入；内桥断路器的自动投入；线路 备用自动投入。各自投不仅可用于变电站内部，还可实现相距较远的两个站之间 的备自投【2 j 。备用电源投入装置须校验备用电源和备用设备投入时过负荷的情况以 及电动机自起动的情况，如过负荷超过允许限度，或不能保证电动机自起动时， 应有自动投入装置动作于自动减负荷。 当备用电源自投装置动作时，往往是由于电网运行中已经发生了永久性故障、 人员误操作或一二次设备不正确动作等严重情况。在这种情况下，备自投装置如 果仍不能可靠动作，必将导致停电事故或停电范围的扩大，所以在系统发生故障 或事故的情况下，要坚决防止有备用电源自投装置拒动而导致停电事故或停电范 围扩大。因此，在备自投装置的回路设计和逻辑编程中，要尽量考虑足够的启动 量，完善检查量，以提高可靠性，并考虑适当简化闭锁量，降低启动量整定值， 以提高灵敏度。在强调各自投装置要确保可靠动作的同时，也要尽量避免误动作。 如在整定计算时尽量予以弥补。为防止系统非永久性故障情况下备自投装置的误 动作，在时阃定值配合上，可以在允许的范围内尽量放长，在考虑与线路保护整 定延时、重合闸延时、后加速保护延时、开关分合闸时间等时间进行匹配时，将 配合时间级差多加1 砣个时间级差【3 】。 虽然备自投装置可增加供电的可靠性，但如果设置不当。可能导致严重的后果： 轻者导致各自投不成功，失去电源的设备不能进入稳定运行状态；重者甚至还导 致提供备用电源的电网随故障电网一起崩溃。因此对备用电源自动投入时电网的 动态过程进行分析并提出保证安全的控制方法具有理论意义和重要的工程实用价 值。 1 2 国内外研究现状 早期应用的电磁型各自投装置是由若干继电器，根据不同的运行方式，构成 相应的备自投回路。电磁型备自投的缺点是改变运行方式困难，逻辑回路设计复 杂，继电器容易损坏，降低了供电可靠性，运行维护极为不便。近几年来，具有 可靠性高、维护量小和操作方便等优点的新型微机式电力系统自动装置正逐步替 2 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 代陈旧的设备并获得良好的经济效益。目前主要有南瑞继电保护公司生产的 u ! p 9 6 5 a b 型、北京四方公司生产的c s b 2 1 a 型和南京中德公司生产的n s p - - - - 4 0 型，基本上代表了国内3 种主流类型。这三种类型的各自投装置各有其优缺点。 随着计算机软硬件技术的飞速发展，可采用“虚拟逻辑编程”功能，进行图形化 直观式编程和整定，技术人员只要利用软件画出保护安全自动装置的逻辑流程图， 标明相关整定项，即可自动生成相应的保护程序和整定值。这种类型的各自投装 置有良好的人机交互界面和操作环境，能够进行灵活的逻辑设计，具有直观明确 的功能逻辑流程图，通过多种方式的通信接口便于和变电站综合自动化系统的连 接，用户可通过装置的人机界面或变电站监控系统进行修改设置或运行维护。目 前国外不少厂家和国内一些厂家的继电保护新产品中，已采用了“虚拟逻辑编程” 的概念t 4 1 。 随着电力综合自动化技术的不断发展，各自投的实现方式已经出现了极大的变 化。加上微机型继电保护和p l c 等装置在电力自动化领域得以广泛应用，各自投 的逻辑及其在现阶段的实现方法与过去相比有很大改进。 常用的备自投装置在两电源线路之间串接的2 个变电站开环运行时，只能满足 在开环处变电站具有自动投入的功能，另一个变电站上级电源线路故障无法自投。 数字式远方备用电源自动投入装置弥补了几个有联络线联系并由两个主电源供电 的变电所间不能同时运用备自投的缺陷。利用网络共享各处变电站的信息，将几 个变电站远方备自投装置通过光纤联系在一起，光纤传输的各站信息参与本地逻 辑判断，这就使几个变电站形成一个大的备自投系统，大大提高了供电可靠性。 各装置将自身的各种开关量信号转换成r s _ 0 8 5 串口数据通信信号，然后通过传 输质量高、抗干扰性能好的光纤通道传输到总线网络上，实现多个变电站之间的 信息共享，各装置同时接受其他各站的信息。装置的通道正常信号为常发信号， 作为通道的自检信号，一旦通道正常信号变位，各装置将立即闭锁本身远方各自 投功能。远方备自投装置采用基于图形化界面的逻辑可编程的方式实现备投功能， 装置在各自投逻辑设计上考虑的十分全面，可以实现6 种常规模式下的近备投及6 种常用的远各投逻辑，基本涵盖了全部的各自投模式。在一种接线方式下，远备 投逻辑与当地备自投逻辑相互配合，使用范围更广，装置不用重复配置i f , - 7 。 对于有压与无压的检测判别是所有备自投功能的基础。判别有压与无压时的 判据是：三相均无电压且进线无电流称为“无压”，三相中有电压则为“有压”。对 应“无压”的低电压定值一般整定为0 1 5 o 3 倍额定电压；“有压”的电压定值一般整 定为0 6 0 7 倍额定电压。设计备自投的方案时，应该遵循以下原则：尽可能将待 检的三相( 母线或线路) 电压信号直接地分相引入备自投装置。此外，可引入电流信 号，利用“有流”一“有压”、“无流，一- “无压”这样简单的递推关系，将进线电流的有 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 无作为判断有压与无压的一个补充条件，若装置采用“一相电流”条件则易因c t 的 一相断线( 检测无流回路装设于该相) 而产生误动，采用“三相电流”检测条件可相 对提高安全性。装置检测“三相电流”的定值应按电源线路流过最小负荷电流时能可 靠动作来整定，即不能太大也不能太小，定值太大，在轻负荷情况下，装置设计 的电流闭锁无法实现，且在p t 三相断线时易造成误动；定值太小则由于微机r s a c 零漂的存在造成r s a c 拒动。 工作电源或备用电源线路的导线载流量和工作电源或备用电源主变容量有差 别时，常常必须先联切部分负荷，因而可根据设定值和分段联切顺序，当进行备 用电源自投时，可自动进行过负荷联切。 过去国内制造厂生产的变压器各自投装置，主要原理是采用检无压备投方式， 即各自投动作后，先联切低压侧电源联络线，检测低压母线无压后，再投入备用变 压器。主变低压侧线路大部分为电动机负荷，电源切除后电动机有反馈，电压下 降速度较慢，而检无压定值一般整定得较低，电压降到定值以下需要时间较长， 如果等到满足无压条件后备用变压器再投入，要损失大部分负荷。文献 8 提出一 种能够实现快速合闸的变压器备自投装置。由于s f 。断路器，动作速度较快，一般 合闸时间小于l o o m s 。有了这个基础，通过分析主变跳闸后负荷电压的特性，提出 了实现直接合闸和捕捉同期合闸的设想。理由是：运行主交跳闸，如果测量到两侧 电压相位角还没拉开时，就采用直接合闸方式，系统受到冲击很小，用户可迅速恢 复供电；如果两侧电压相位角已经拉开，低压侧电源可以短时维持或考虑电动机 反馈电压衰减较慢，采用捕捉同期方式合闸，可以很快将低压侧拉入同步，停电 时间也很短。具有这两种功能的变压器各自投装置已经在吉林省2 2 0 k v 系统中投入 运行，取得了较好的经济效益峭j 。 备用电源自动投入装置在现代电力系统中被普遍使用，但该装置一般由各保 护生产厂家自行研制，功能专一，扩展性不强。而电网接线形式复杂多样，因此， 在不同的接线情况下，应对各自投装置进行适当的改进，以使其可靠动作。中国 石化北京燕化石油化工股份有限公司聚丙烯事业部3 0 9 变电所是2 0 0 k t a 聚丙烯装 置的专用变电所，于1 9 9 8 年底投入运行。其备自投系统采用德国某公司生产的可 编程序控制器，具有可靠性和稳定性高的特点。但实际运行中，在上级电站供电 正常的情况下，变电所曾出现2 路进线同时跳闸，导致停电的事故，给生产造成 很大损失。经检查得知，事故是由各自投系统加速输入信号接点误动作造成的。 从系统的可靠性、系统功能的需要及实施的可能性考虑，提出了四种改进方案： 通过选用屏蔽电缆或用中间继电器进行隔离，来提高各自投系统的抗干扰能力； 增加延时功能，延时不能太长和太短，根据逻辑关系中时间的配合情况来定；取 消备自投系统的加速功能；在逻辑程序中，增加对进线回路电流的判断条件。方 4 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 案实施后，备自投系统运行稳定【9 】。 1 3 研究的主要内容 对于两变电站问备用电源互投的情况，当其中一个变电站发生故障而失去电 源时，备用电源自动投入，本课题是对投入时电网的动态过程进行分析，研究的 内容主要包括以下几个方面； 分析备用电源自动投入的一次接线及工作原理，重点分析了两变电站间备 用电源互投的情况，找出影响备用电源投入容量的因素，计算备自投允许容量。 详细分析了影响备用电源自动投入动态过程的因素： 对两变电站问互投的情况，建立电网的数学模型，用m a t l a b 仿真软件进 行数值仿真计算，找出影响系统动态过程的因素，当备用电源过负荷时，在备用 电源投入之前减负荷。 重庆大学硕士学位论文2 各自投的方式及其工作原理 2 备自投的方式及其工作原理 2 1 备用电源的引接方式 电力负荷按其供电可靠性要求分为三类：i 类负荷供电中断可能导致威 胁人身安全、贵重设备的损坏、国民经济的巨大损失，造成爆炸、火灾等严重事 故；类负荷供电中断将导致大量减产或破坏大量居民的正常生活；类负 荷一i 、类之外的其它负荷。 对于i 类负荷必须考虑有两个独立电源供电，在发生事故时，在继电保护装 置正确动作的情况下，两个电源不会同时丢失或在失去1 个电源时，在允许的时 间内第2 电源自动投入。当i 类负荷容量较大或有高压用电设备时，备用电源选 为高压电源一般是由当地电力系统的区域变电站引来。备用电源和工作电源应属 于不同的两个区域变电站，并且当其中一个电源中断供电时，另一个电源应能承 担全部i 类负荷设备的供电。当i 类负荷容量不大时，可从电力网或邻近单位取 得第二低压电源，也可设自备电源。对于i 类负荷中特别重要的负荷，除了i 类 负荷所需的两路电源外，还应增设自备电源作为第三电源。 l i 类负荷也要求有两个独立电源供电，当第1 电源失去时，由运行人员操作 投入第2 电源。当只有一个独立电源时，也必须由两回线供电，并能保证故障线 的修复不超过l 昼夜。i l 类负荷的供电系统有三种方式： 一路电源取自当地电力网，另一路电源取自邻近单位或自行设置备用电源； 由同一座区域变电站的两段母线分别引来的两个回路供电； 当负荷较小时或地区供电条件困难对，可由一路6 k v 及以上专用的架空线 路供电。 类负荷可仅有1 回供电线路，事故后应能在1 昼夜内修复。 2 2 对备自投装置的基本要求 备用电源自动投入装置是当电力系统故障或其他原因使工作电源断开后，能 迅速将备用电源、备用设备或其他正常工作的电源自动投入工作，使原来工作电 源被断开的用户能迅速恢复供电的一种自动控制装置，简称r s a c 装置。采用这种 装置可以简化电力网的接线和继电保护装置的配置方式，节省设备投资，减少运 行损耗，而且其本身具有结构简单、造价低、应用范围广的优点，因而在电力系 统中被广泛使用。备用电源自动投入装置是保证电力系统连续可靠供电的重要措 施。 根据电力装置的继电保护和自动装置设计规范( g b 5 0 0 6 2 - 9 2 ) 规定： 6 重庆大学硕士学位论文2 各自投的方式及其工作原理 工作电源不论因何种原因失电时( 如工作电源故障或被误断开等) ，备自 投均应动作。 应保证在工作电源断开后，备用电源才能投入。 这一要求的提出，主要考虑了以下两个因素： 1 ) 防止两个不同期的电源非同期并列； 2 ) 防止将备用电源投到故障元件上( 如工作电源故障) ，造成事故扩大。 备自投只允许动作一次，以避免备用电源投入到永久性故障时继电保护将 其断开后又重新投入。 备自投的动作时间应尽量短，以利于电动机的自起动。 备自投在电压互感器二次侧的熔断器熔断时不应动作。 备用电源无电压时，备自投不应动作； 手动断开工作回路时，不启动各自投； 备自投装置中，可设置工作电源的电流闭锁回路。 2 3 备自投的方式及其工作原理 备用电源的配置一般有明备用和暗备用两种基本方式。系统正常运行时，备 用电源不工作，称为明备用；系统正常运行时备用电源也投入运行的，称为暗备 用。暗备用实际上是两个工作电源互为备用。 2 3 1 站内( 厂内) 备自投方式及工作原理 备用电源自动投入装置主要用于1 1 0 k v 以下的中、低压配电系统中，其一次接 线方案主要有如下三种，每一种接线方案又有几种运行方式i “。 低压母线分段断路器自动投入方案 低压母线分段断路器自动投入方案主接线如图2 1 所示。 图2 1 低压母线分段断路器自动投入方案主接线 f 皓2 1c o r m e c t i o nd i a g r a mo f a u t o m a t i cc o n n e c t i o no f l o w - v o l t a g eb u sb r e a k e r 7 重庆大学硕士学位论文2 各自投的方式及其工作原理 由图2 1 可看出，当t l 、他同时运行，3 q f 断开时，一次系统中t l 和t 2 互为备 用电源，此方案是“暗备用接线方案。 当t 1 故障，保护跳开1 q f ，或者t l 高压侧失压，均引起i 段母线失压，j 。无 电流，并且i i 段母线有电压，即跳开 q f ，合上3 q f 。自动投入条件是i 段母线失 压、 无流、段母线有压、i q f 确实已跳开。检查j 。无流是为了t v l - - 次侧三相 断相引起的误投。当发生段母线失压，2 无流，并且i 段母线有压时，即断开 2 q f ，合上3 q f 。自动投入条件是段母线失压、，：无流、i 段母线有压，2 q f 确 实已跳开。 内桥断路器自动投入方案 内桥断路器自动投入方案的主接线如图2 2 所示。 图2 2 内桥断路器自动投入方案接线图 f i g 2 2c o n n e c t i o nd i a g r a mo f a u t o m a t i cc o n n e c t i o no f i n t e r - b r i d g eb r e a k e r 由图2 2 可看出，当x l l 进线带i 、段运行，即1 q f 、3 q f 在合位，2 q f 在分 位时，x l 2 是备用电源( 方式1 ) ，或x l 2 进线带、i 段运行，b p 2 q f 、3 q f 在合 位，1 q f 在分位时，x l l 是备用电源( 方式2 ) 。显然这两种接线方案是“明备用” 接线方案。方式1 ( 方式2 ) 备用电源自动投入条件是i ( ) 段母线失压、 ( 1 2 ) 无流、x l 2 ( x l l ) 电路有压、1 q f ( 2 q f ) 确实已跳开时合2 q f ( 1 q f ) 。 如果两段母线分列运行，即桥断路器3 q f 在分位，而1 q r 、2 q f 在合位，称为 方式3 和方式4 ，这时x l l 和x l 2 互为备用电源，所以是暗备用接线方案。此种暗备 用方案与低压母线分段断路器自动投入方案及其运行方式完全相同。 线路备用自动投入方案 线路备用自动投入方案接线如图2 3 所示。该接线为单母线接线，一般在农网 配电系统、小型化变电站或在厂用电系统中使用。 图2 3 所示的备用电源自动投入方案接线是明备用方案。x l l 和x l 2 中只有一个 断路器在分位，另一个在合位，因此当母线失压，备用线路有压，并 ( 1 2 ) 无 流时，即可跳开1 q f ( 2 q f ) ，合上2 q f ( 1 q f ) 。该备用方案的自动投入条件与 0 重庆大学硕士学位论文2 各自投的方式及其工作原理 内桥断路器的自动投入条件中备用方式1 和方式2 的条件类似，即母线失压，线路 ) 也2 有压，l 无流，1 q f 确实已跳开，合上2 q f ，或者母线无压，j 2 无流，线路。1 有压，2 q f 确实已跳开，合上1 q f 。 图2 3 线路备用自动投入方案接线图 f i g 2 3c o m u 蝴i o nd i a g r a mo f a u t o m a t i cc , o r m e c t i o no f t h el i n e s e r v cp o w e rs o t l i v z 2 3 2 两变电站间备自投的运行原理 两个变电站s s 1 和s s 2 间备用电源互投时，应在两个站之间的联络线上各设一 套备自投装置，用其检测本变电站的母线电压以及主变压器低压电流。如果母线 失压且进线无流，则跳开主变压器两侧的开关，然后合上两个变电站的联络开关。 这样只需在两站之间发送一个合闸信号即可1 2 】。 如图2 4 所示，在正常运行时，l1 q f 、1 2 q f 及2 1 q f 、2 2 q f 均处于合闸状态。 1 3 q f 与2 3 q f 中有一个开关合上。现以1 3 q f 合闸、2 3 q f 分闸为例，说明各自投的 运行原理，这时可能出现以下两种情况。 图2 4 两变电站间各自投接线圈 f i g 2 4c o n n e c 目t i o nd i a g r a mo f b z t b e t w e e nt w os u b s t a t i o n s 9 重庆大学硕士学位论文 2 各自投的方式及其工作原理 第一种情况，s s 1 变电站的电源失电或保护跳闸，此时安装在s s 1 联络线上的 备自投装置检测到本侧母线失压( 1 1 t v 失压) ，同时，主变低压侧1 t a 没有电流。 于是各自投装置动作，发出跳闸命令，跳开本变电站的主变压器高低压两侧开关。 确认两开关确实已经跳开后，再发出合闸命令合上本侧与对侧的联络开关。因本 侧联络开关1 3 q r 己处于合闸状态，故此命令无效；合对侧联络开关的命令是通过 光缆传送的，发出命令后2 3 q f 合闸，完成各自投过程。 第二种情况，s s 2 变电站的电源失电或保护跳闸，此时安装在s s - 2 联络线上的 各自投装置检测到本侧母线失压，i i p 2 r r v 失压，同时，主变低压侧2 1 a 没有电流。 于是备自投装置动作，发出跳闸命令，跳开本变电站的主变压器高低压两侧开关。 确认两开关确实已经跳开后，再发出合闸命令合上两站的联络开关。合上本侧联 络开关的命令将2 3 q f 合上，而通过光缆传送的合上对侧联络开关的命令则是无效 的。 由以上分析可以看出，不论两个联络开关的分合状态如何，均由电源失电或 保护跳闸一侧变电站内的各自投装置动作。由于两台各自投装置的动作原理相同， 只要检测到母线失压及圭变压器低压侧无流，就跳本变电站主变两侧开关，并合 本侧及对侧的联络开关。而主变压器后备保护动作、主变压器两侧开关手跳闭锁 各自投也只需闭锁本站内的备自投装置即可。这样配置，1 3 q f 和2 3 q f 的运行状态 就很灵活，正常工作时，任意一个合上均可。 这种装置除了利用两站之间的光缆外没有增加其他的电缆，接线方便、可靠。 当母线、电压互感器、电流互感器等内部出现故障时，各自投应当闭锁，即备自 投读取内部故障信号时不动作，否则就会扩大事故范围。 2 。4 备用电源容量的确定 备用电源的容量在确定时，应考虑到是明备用还是暗备用。对于暗备用电源， 当工作电源断开后，备用电源除承担自己原有的负荷外，应尽可能的承担原工作 电源的大部分负荷或重要负荷；而明备用电源只需与工作电源容量相同 2 4 1 厂用备用电源容量的确定 厂用备用电源必须具有供电的独立性，并且有足够的容量，最好与系统紧密 联系，在全厂停电情况下仍能从系统获得厂用电源。有几种引接方式：从发电机 电压母线的不同分段上引接厂用备用变压器；从与电力系统联系紧密的升高电压 母线上引接厂用高压备用变压器，如有两级升高电压，尽量选用较低一级以节省 投资；从联络两级升高电压的联络变压器的第三绕组引接备用变压器。 火电厂一般采用明备用，平时不工作或只带很小负荷，当工作电源失去后， 该备用变压器自动代替原来的工作电源；水电厂多采用暗备用，厂用工作变压器 i o 重庆大学硕士学位论文2 各自投的方式及其工作原理 的容量应大一些。 低压厂用备用变压器的容量应与最大一台低压厂用工作变压器容量相同。 低压厂用工作变压器容量选择时宜留有适当裕度( 一般为1 0 左右) ，可按下 式计算： a 鼬坚 ( 2 1 ) k e 式中：s 埘为低压厂用工作变压器额定容量，k v a ；如为由该变压器供电的低压厂 用工作母线段上的计算负荷，k v a ；k 。为变压器温度修正系数，一般可取1 0 。 高压厂用备用变压器容量应等于最大一台高压厂用工作变压器的容量。 高压厂用工作变压器容量应按由其供电的厂用高压母线段上各高压电动机计 算负荷的1 1 倍再加上0 8 5 倍的所带低压厂用变压器额定容量之和。 s 椭1 1 s + 0 8 5 s 朋 ( 2 2 ) 式中：s 肺为高压厂用工作变压器额定容量，k v a ；s 。为各高压电动机的计算负 荷，k v a ；s 。为由高压厂用工作变压器供电的各低压厂用变压器额定容量之和， k v a 。 当起动备用变压器还带有部分公用负荷时，还应计入这部分公用计算负荷。 考虑到起动备用变压器检修时这部分公用计算负荷要能切换到其它工作或备用 变压器上去，计算相关工作或备用变压器容量时，也应计入这部分容型1 0 1 。 当备用电源自身带有负荷凡时，厂用电动机自起动时母线电压为： 如2 j 雨静两石 3 ，7 c o s q s t 式中：u 。为电源电压标幺值；u ：为自起动开始瞬间厂用母线电压标幺值；x r 为 厂用变压器的电抗标幺值；为厂用变压器的额定容量，k v a ：k 。为电动机群的 平均起动电流倍数；z ，为厂用母线上参加自起动电动机的总功率，k w ：，7 c o s 矿 为电动机的效率和功率因数，均为平均值 由上式可求出允许参加起动的电动机容量即备用电源投入时允许投入的负荷 容量为： z p u = 黧半驴i p l 组4 ， 2 。4 2 两站间互投时备用电源容量的确定 变电站的负荷比较重要，为保证变电站的供电可靠性，应采用两台主变压器。 这样当变电站的一条主变回路发生故障导致一台主变压器停运后，还可保证对重 要用户的供电。变电站安装两台主变时，每台容量应按照其中一台停运时，另 台容量至少能保证所供i 类负荷或为变电站全部负荷的6 0 7 5 。但当两台主变 重庆大学硕士学位论文2 各自投的方式及其工作原理 压器均出现故障时，必须能及时投入备用电源来确保重要负荷不断电。对于两变 电站问备用电源互投的情况，备用电源即是另一变电站的主变压器。 对于图2 4 ，假设s s 一1 变电站的电源失电，该变电站所带的负荷转由s s 2 变 电站供电。因为两台备用电源互为暗备用，所以s s - 2 变电站除承担自身原有负荷 外，还要承担s s 1 变电站的负荷，如果备用电源容量不足，将造成备用电源设备 过负荷的情况。此时，为了防止备用电源因过载而跳闸，必须切除部分负荷。若 将其看作单机无穷大系统，n 为s