变电站备用电源自动投入装置课程设计

1.概述

1.1概念

为保证供电的可靠性，电力系统常常采用两个或两个以上的电源进行

供电，并考虑互相之间采用合适日勺备用方式。当工作电源失去电压时，备

用电源由自动装置立即投入，从而保证供电的持续性，这种自动装置称为

备用电源自动投入装置，简称AAT。备用电源自动投入是保证电力系统

持续可靠供电H勺重要措施。

备用电源自动投入装置遵循的基本原则如下：

①当工作母线上日勺电压低于检无压定值，并且持续时间不小7时间定

值时，备自投装置方可起动。备自投的时间定值应与有关日勺保护及重叠闸

H勺时间定值相配合。

②备用电源的I电压应工作于正常范畴，或备用设备应处在正常日勺准备

状态，备自投装置方可动作，否则应予以闭锁。

③必须在断动工作电源"勺断路器之后，备自投装置方可动作，

工作电源消失后，不管其进线断路器与否已被断开，备自投装置在起

动延时到了后来总是先跳该断路器，确认该断路器在跳位后，方能合备用

电源的断路器。按照上述逻辑动作，可以避免工作电源在别处被断开，备

自投动作后合于故障或备用电源倒送电的状况发生。

④人工切除工作电源时，备自投装置不应动作。

装置引入进线断路器的I手跳信号作为闭锁量，一旦采到手跳信号，立

虽然备自投放电，实现闭锁。

⑤避免备用电源合于永久性故障

在考虑运营方式和保护配备时，应避免备自投装置动作使备月电源合

于永久性故障H勺状况发生，一般通过引入闭锁量或检开关位置使各自投发

电。例如，就主变低压侧分段开关备自投而言，变压器差动保护动作跳主

变各侧时.，一般表白主变本体发生故障，此时无需闭锁主变低压侧分段开

关备自投；而变压器后备保护动作时，也许是低压侧母线或其出线上发生

了故障，此时一般应闭锁低压侧分段开关备自投。

⑥备自投装置只容许动作一次。

以往常规日勺备用电源自动投入装置通过装置内部电容器的充放电过

程来保证只动作一次。为了便于理解，微机装置仍然引用充放电这一概念,

只但是微机备自投装置由软件通过逻辑判断实现备自投充放电。

当备自投充电条件满足时，经15秒充电时间后，进入充电完毕状态。

当放电条件满足、有闭锁信号或退出备自投时立即放电。

1.2备用电源的J备用方式

备用电源H勺配备一般有明备用和暗备用两种基本方式。系统正常时，

备用电源或备用设备不工作，处在备用状态，成为明备用；系统正常是，

备用电源也投入工作，称为暗备用。暗备用事实上是两个工作电源互为

备用。图1-1所示为几种备用方式的简朴接线图。图1-1中TV为电压互

感器，TA为电流互感器。

(a)明备用

邙蛛工作蛾

IV

TV4

(b)暗备用之一

1.2.2暗备用日勺控制

有两个工作电源互为备用的接线，两回进线或电源同步供电，如图

1-1(B)(C)所示。

在图1-1(B)中，正常工作时，母线HI和母线IV分别由Tl、T2供电,

分段断路器QF5处在断开状态。当母线HI和母线IV因某种因素矢电时，

在进线断路器QF2或者QF4断开后，QF5合上，恢复对工作母线H勺供电。

这种T1或T2既工作又备用口勺方式，称为暗备用。

需要指出日勺是，在图1-1(B)中。T1或T2也可工作在明备用时方

式下。这样，对于图1-1(B)又有如下备用方式：

(1)备用方式1。Tl、T2分列运营，QF2跳开后QF5由AAT装置

自动合上，母线III由T2供电

(2)备用方式2。Tl、T2分列运营，QF4跳开后QF5由AAT装置

动作自动合上，母线IV由T1供电。

(3)备用方式3。QF5合上，QF4断开，母线III、IV由T1供电；当

QF2跳开后，QF4由AAT装置动作自动合上，母线IH和母线IV由T2供电。

(4)备用方式4。QF5合上，QF2断开，母线HI、IV由T2供电；当

QF4跳开后,QF2由AAT装置动作自动合上，母线HI和母线IV由T1供电。

noKvimnoKvim

7702-e-7707701

告

1WKVM,1771)8

e

73-7弘-6-73GL-C^Bfi

蒯

舞慨

7001

110KVIWIK11

70217Q2-9-7023血"血

2#披01-7

ml17024

^W_'iHCS—)73B^-7317311

良也7133号m7131

1#技701J兮如7011

7002-BHII

70磔700?7

2.装置硬件设计

2.1硬件构造

以图1-1(b)所示日勺双电源互为备用一次接线为例，其硬件构造如图

2-1所示。通过电压互感器和电流互感器将母线上的电压和电流反映给电

压继电器和电流继电器，其中电流互感器的输出接电流继电器，电压继电

器的输出接过压继电器和欠压继电器。再通过这些继电器的触点将母线有

压、无压和母线进线有流、无流反映给PLC。

琲螭工作的I

N

图2-1硬件构造示意图

外部电流和电压输入经变换器隔离变换后，由低通滤波器输入至A/D

变换器，通过CPU采样和数据解决后，由逻辑程序完毕多种预定的功能。

AAT装置的重要输入与输出有如下几种：

(1)从备用电源自动投入的一次接线方案图【图1-1(b)】可以看

出，测量TV3和TV4二次电压来鉴别母线III和IV上有、无电压，测量

日勺事三相电压并非单相电压。

（2）采用母线III和母线IV进线电流（测量TV1和TV2的二次电

流），避免TV断线误判工作母线失压导致误启动AAT装置；运用母线HI

和母线IV进线电流闭锁AAT,同步兼做进线断路器跳闸的辅助判据，闭

锁用电流只需一相即可。

（3）QF2、QF4、QF5日勺跳位与合位的信息由跳闸位置继电器和合

闸位置继电器H勺触点来提供，并辨认系统运营方式及选择自动投入方式。

（4）引入断路器QF2（或QF4）日勺合后位置触点，作为手跳断路器后

闭锁自动投入和外部闭锁自动投入输入触点。

（5）装置输出3对触点分别跳断路器QF2、QF4、QF5；输出2对

触点用于自动投入QF5,输出9对触点用于过负荷联切。所谓过负荷联切,

是指在投入备用电源后，运用母线III和母线IV进线电流，如发生过负荷,

切除预先准备切除的若干条不重要H勺负荷线路。

2.2PLC选型

从上面分析可以懂得，系统共有开关量输入点11个、开关量输出点

3个。参照四门子S7-200产品目录及市场实际价格，选用主机CPU224C14

入/10继电器输出），此最为经济。

2.3控制系统日勺I/O点及地址分派

控制系统日勺输入/输出信号的名称、代号及地址编号如表2-1所示。

输入地址名称代号

10.0母线III无压KV1

10.1母线ni进线无流KI1

10.2母线IV有压KV2

10.3方式1投入KF1

10.4T1保护KF3

10.5母线IV无压KV3

10.6母线IV进线无流KI2

10.7母线III有压KV4

11.0方式2投入KF2

11.1T2保护KF4

11.2方式1、方式2闭锁KF5

输出地址名称代号

Q0.0跳QF2QF2

Q0.1跳QF4QF4

Q0.2合QF5QF5

表2-1输入/输出点代号及地址编号

I

0LIQ

§——

©NM0

5

1Q

04

U10

03

QL1Q

72

0.

0L0

L一飞

0324U0

20

OULQ

6P

0.M

0C20

.507

Q000Q

4-2

.7.6

00S00

L5

0200

4

Q0Q

33

0000

2

.7—

二00Q

1J

60000

0

000

e

L1

OIIM0

2.4电气控制系统原理图

如图2-2所示为控制电路图。图中:SF为急停开关，TA为隔离变压器,

专为PLC供电，抗干扰，QF2、QF4、QF5均由PLCaI输出继电器控制,

图中QO.O、QO.kQ0.2为PLC的继电器触点。

图2-2控制电路图

如图2-3所示为PLCIKJ外接线图，如有需要，还可以加入扩展模块。有条件的

话可以接入触摸屏，通过对其设定和操作，即可按规定日勺程序工作。

I

0LI0

80NM0

5

o10

4

0U10

03

0LL

Q

.77

00105

F

L4K

03U04

2F

020K

UL©2

F

.6PMK

00C20

.507

Q00004]

2V

.4-6K

0070,0、

St?

L5K

Q200

4益

O'

0QR

33'K

0000H

2

.2、K

口0000

1J品

00.00'

6血

00

e00

LQ

OIIM0

图2-3PLC部分接线图

3.装置软件设计

3.1备用电源自动投入装置日勺软件原理

在图1-1（B）所示的双电源互为备用一次接线中，有四种基本备用

方式，备用方式1和备用方式2是变压器T1和T2各带一组母线分列运

营（QF5必处断位），靠母线分段断路器QF5H勺合闸实现互为供电H勺两种

备用方式，是暗备用方式；备用方式3和备用方式4是一种变压器带母线

III和母线IV运营（QF5必处在合位），另一种变压器备用的工作方式，

是明备用方式。图3-1所示为暗备用方式1日勺AAT装置软件逻辑框图。

晒睛11

周线□!进线无流卜------

,l_1I

母爱W无因——rail

洋线w苛线无流卜n：&

《投函盟

图3-1暗备用方式H勺AAT装置软件逻辑框图

（l）AAT装置H勺启动方式。图1-1（B）接线以备用方式1正常运营时,

QF1、QF2H勺控制开关必在投入状态，变压器T1和变压器T2分别供应电

能给母线III和母线IVo在t3时间元件10-15S充足电后,只要确认QF2

已跳闸，在母线由电压口勺状况下，Y9、H4动作。QF5就合闸。这阐明工

作母线受电侧断路器日勺控制开关（处合闸位）与断路器位置（处跳闸位）

不是相应要启动AAT装置（在备用母线由电压状况下），即AAT装置H勺

不相应启动方式，是AAT装置日勺重要启动方式

然而，当系统侧故障使工作电源失去电压，不相应启动方式不能使

AAT装置启动时，应考虑其她启动方式辅助不相应启动方式。在实际应

用中，使用最多的辅助启动方式是采用低电压来检测工作母线与否失去电

压。在图4-8（A）中，电力系统内的故障导致工作母线III失压，母线III

进线无电流，备用母线IV有电压，通过Y2启动H时间元件，跳开QF2,

AAT装置动作。可见，图4-8（A）是低电压启动AAT装置部分，是AAT

装置的辅助启动方式，这种辅助启动方式能反映功过母线失去电压的所有

状况，但着中国辅助启动方式的重要问题是如何克服电压互感器二次回路

断线的影响。

可见AAT装置启动具有不相应启动和低电压启动两部分，实现了工

作母线任何因素失电均能启动AAT装置日勺规定。同步可以看出，只有在

QF2跳开后，QF5才干合闸，实现了工作电源断开后AAT装置才动作的

规定；工作母线（母线IH）与备用母线（母线IV）同步失去电压，AAT

不动作；备用母线（母线IV）无压，根据图4-8逻辑框图，AAT装置也

不动作。

（2）AAT装置的充电过程。微机型备用电源自动投入装置为了保证

对的动作且只动作一次，在逻辑中设计了类似自动重叠闸装置的充电过程

（l（）-15S）o只有充电完毕后AAT装置才进入工作状态。如图4-8（C）所

示要使AAT装置进入工作状态，必须要使时间元件t3充足电，充电时间

需10-15秒，这样才干为Y11装置动作准备好条件。

AAT装置充电条件是：①变压器T1T2分列运营，即QF2处合位、

QF4处合位QF5处跳位，因此与门Y5动作；②母线III和母线IV均三相

有压（阐明QF1、QF3均台上，工作电源均正常），与门Y6工作。在满

足上述条件，没有AAT装置的放电信号状况下，与门Y7的输出对事件

原件t3进行充电。当通过10-15S充电过程后，为与门Y11准备好了动作

条件，即AAT装置动作准备好了条件。一旦与门Yl1日勺另一输入信号（AAT

装置动作命令）到来，AAT装置就动作，最后合上QF5断路器。

（3）AAT装置的J放电功能。对AAT装置的放电功能，就是在某些条

件下要取消AAT装置的动作能力，实现AAT装置的闭锁。

13的放电条件有：①QF5处合位（AAT装置动作成功后，备用工作

方式1不存在了，13不必再充电）；②母线山和母线IV均三相无压（T1、

T2不投入工作，t3严禁充电；Tl、T2投入工作后t3才开始充电）；备用

方式1和备用方式2闭锁投入（不去用备用方式1、备用方式2日勺备用方

式）。这三个条件满足其中之一，t3会瞬间放电，闭锁AAT装置。

可以看出,Tl、T2投入工作10-15S,等t3充足电后，AAT装置才有

也许动作。AAT装置动作使QF5合闸后，t3瞬时放电；若QF5合于故障

上，则由QF5上的加速保护使QF5立即跳闸，此时母线III（备用方式2

工作时为母线IV）三相无压，Y6不动作，t3不也许充电。于是,AAT装

置不再动作，从而保证了AAT装置只动作一次。

（4）AAT装置的动作过程。当备用方式1运营15秒后，AAT装置的

动作过程如下：工作变压器T1故障时，T1保护动作信号经H1使QF2跳

闸；工作母线III上发生短路故障时，T1后备保护动作信号经H1使QF2

跳闸；工作母线HIKJ出线上发生短路故障而没有被该出线断路器断开时;

同样由T1后备保护动作经H1使QF2跳闸；电力系统内故障使母线III

失压时，在母线III无进线电流、母线IV有压H勺状况下经时间tl使QF2

跳闸；QF1跳闸时，母线m失压、母线III进线无电流、母线IV有压的

状况下经时间tl使QF2跳闸，或QF1跳闸时连跳QF2跳间。

QF2跳闸后，在确认已跳开（断路器无电流）、备用母线有压状况

下，Y11动作，QF5合闸。当合于故障上时，QF5上的保护加速动作，

QF5跳开，AAT装置不再动作。可见，图4-8所示H勺AAT装置逻辑框图

完全满足AAT装置的基本规定。

3.2程序

变电站备用电源自动投入装置H勺软件设计相应的简要程序如图3-2所

示。可根据实际应用状况合适变化程序以达到工作规定。

Network1NetworkTitle

I跳QF2

MO.O

(

Network2

MO.OT37

|------FNfoi7

T1-PT100ms

QO.O

NecwoikJ

|跳QF4

I0.5I0.6M0.1

Network4

T38Q0.1

Network5

|丫”一端输入一

QO.OQ0.1Q0.2M0.2

—II-------1I-------1/I——()

NetworkG

11.2I0,2M0,2M0,5T39

I-------1I-------1I-------1，I-

T3-PT100ms

T39M0.3

I------()

Network9

|Y11另一端输入

QO.O10.210.1M1.0

()

Network10

Q0.111.211.1M1.1

()

Network11

M1.0Q0.2

MU丁

图3-2简要程序

3.3AAT装置参数整定

整定的参数有低电压元件动作值、过电压元件动作值、AAT装置充

电时间、AAT装置动作时间、低电流元件动作值等。

(1)低电压元件动作值。低电压元件用来检测工作母线与否失去电压

H勺状况，当工作母线失压时，低电压元件应可靠动作。

为此，低电压元件的动作电压应低于工作母线出线短路故障切除后电

动机自启动时日勺最低母线电压；工作母线(涉及上一级母线)上的电抗器

或变压器后发生短路故障时，低电压元件不应动作。考虑上述两种状况，

低电压元件动作值一般取额定电压H勺25%o

(2)过电压元件动作值。过电压元件用来检测备用母线(暗各用时是

工作母线)与否有电压日勺状况。如图中以备用方式1、备用方式2运营时,

工作母线浮现故障被该出线断路器断开后，母线上电动机自启动是备用母

线浮现最低运营电压Umin,过电压元件应处动作状态。故过电压元件动

作电压Uop为

Umin

Uop=