对备自投装置在110kV变电站中的应用分析

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摘 要：为提高供电可靠性、减少系统故障所造成对用户的停电，实现优质服务承诺，在变电站进线开关或母线的联络、分段（内桥）开关上加装备用电源自动投入（以下简称备自投）装置是一个行之有效的重要手段。为了使备自投装置在实际运行中，能够可靠发挥作用，必须考虑一、二次系统之间的合理配合运用，本文对110kv电网中110kV变电站的一次主接线方式与备自投装置之间的合理配置进行了调查分析，以及考虑负荷因素，对备自投装置进行了改进完善。

关键词：备自投装置；变电站；接线方式；配置

引言

随着电网不断地扩大，重要负荷的不断增加，供电可靠性显得尤为突出。在110kV区域电网已形成环网结线、辐射开环运行方式时，如何来满足N-1要求及提高供电可靠性，通过对备用电源自动投入装置（以下简称备自投装置）在电网中的合理配置，可以很大程度上解决前述问题。

现有备自投装置生产厂家在原理上、性能上基本大同小异，均能满足电网现场运行要求。但在负荷较大的变电站中备自投装置动作后会引起过负荷的发生，无法有选择性地备投电源，造成供电可靠性不高，其原因是备自投装置无相关过负荷判据功能，同时有些备自投装置的设置与电网运行要求不合理。因此，要保证供电可靠性前提，兼顾合理优化电网运行方式，根据负荷需求实际情况，最大优化变电站的一次主接线方式，为备自投装置动作提供合理外部条件。

1、系统结构及变电站主接线供电方式

随着电网的不断扩大，系统容量日益增强，早已从过去以110kV电压等级作为区域性行政地区级主网架转变为几年前来的220kV电压等级行政地区级主网架，而目前已经开始向500kV电压等级行政地区级主网架方向发展；现阶段220kV电压等级已经成为现有行政地区级电网主网架，随着35kV电压等级的逐步淘汰，110kV电网大部分直接降压为10kV电压等级直供用户。

根据地区负荷分配特征，为保证供电质量和可靠性，在负荷集中区尽可能采用以220kV变电站为依托的110kV电压等级辐射形两卷变压器集中供电方式，必要时可采取双回线供电；对于集中负荷兼顾少部分分散负荷时，可采用以10kV供电为主，35kV供电为辅的三卷变压器供电方式，其10kV、35kV适宜采取单母分段方式。

采用这样的供电方式，能够以最小损耗为代价，最大效率的将电能供向负荷中心，同时兼顾部分边远山区的用户。

2、变电站结线方式与备自投装置的配置分析

根据地区负荷分配特征，为保证供电质量和可靠性，工程规划设计绝大部分均采用以220kV变电站为依托的110kV电压等级辐射形双电源或双回线供电的两卷式或三卷变压器供电方式。因此，根据变电站一次主接线的不同方式，备自投装置也有不同的接入方式和功能配置。

2.1 110kV变电站采用两卷变压器集中供电方式

1）当供电负荷性质为城区居民及商业性负荷时，由于10kV网架具有很好地互通性，因此变电站一次主接线主要采用110kV线路变压器组接线及10kV侧为单母分段接线方式（如图1所示），宜装设10kV备自投装置，并配置进线、分段备自投功能，控制图1中所示901、902、931开关；

采用图1所示主接线,既可以大大减少站地面积和一次设备数量,也可以大量简化保护配置，无需配置110kV线路保护和110kV专用母线电压互感器。当110kV线路故障失压或主变本体故障时，10kV备自投装置可以自动判别901、902、931开关的位置状态，按照装置的进线、分段备投功能方式可靠动作，实际动作投入效率很高。

当供电负荷性质为城郊公共性或专线供电大负荷时，变电站内110kV电源侧可以考虑采取110kV内桥接线方式（如图2所示）,10kV侧为单母分段接线，可同时装设110kV、10kV进线、内桥（分段）备自投装置，并配置进线、分段备自投功能，110kV备自投装置控制如图2中所示111、112、131开关，10kV备自投装置控制如图2中所示901、902、931开关；

采用图2所示主接线,能够适当地减少站地面积和一次设备数量，110kV线路必须配置专用110kV线路保护。当110kV线路失压或主变本体故障时备自投备自投可以自动根据进线、分段备投方式可靠动作，投入效率较高。其110kV线路可以是同一电源的双回线，也可以是同一系统内不同电源方向的两条线路（若为电厂电源线路时，还必须考虑配置自动快速检同期装置，以满足同期并列的要求），很适合县级供电区域负荷，既能满足负荷供电可靠性，也能满足电网的灵活运行方式要求。

当110kV线路采用双回线供电方式时，若不考虑双回线并列运行时，其110kV电压互感器宜装设于线路侧共用三相电压互感器，并可不配置专用110kV线路保护和专用单相线路电压互感器；当考虑双回线并列运行时，应装设专用三相110kV母线电压互感器和单相线路电压互感器，同时必须配置专用110kV线路保护，来满足并列运行时线路重合闸检同期方式和线路保护装置运行要求。

当110kV线路采用双电源供电方式时，若110kV电压互感器考虑装设于线路侧共用三相电压互感器时，可不配置专用110kV线路单相电压互感器，但同时会大大增加二次电压切换回路的复杂化，运行可靠性不高且不利用运行维护，同时当两电源并列运行时，必须将二次电压投并列位置。

若采用装设专用三相110kV母线电压互感器和单相线路电压互感器，能够使二次电压切换及并列回路简单化，运行可靠性高且维护很方便。

当110kV线路采用同一系统内不同电源方向供电方式时，应装设专用三相110kV母线电压互感器和单相线路电压互感器，同时必须配置专用110kV线路保护，来满足并列运行时线路重合闸检同期方式和线路保护装置运行要求。

2.2110kV变电站采用采用三卷变压器供电方式

当供电负荷性质为城郊公共性或专线供电负荷及边远山区时，变电站内110kV电源侧可以考虑采取110kV内桥接线方式（如图3）或110kV单母线主接线方式（如图4）,10kV侧为单母分段接线，35kV侧为单母或单母分段接线，可考虑装设110kV、35kV、10kV进线、分段（桥）备自投装置，并配置进线、分段备自投功能，110kV备自投装置控制如图3中所示111、112、131开关或如图4中所示111、112开关，35kV备自投装置控制如图3中所示301、302、331开关，10kV备自投装置控制如图3中所示901、902、931开关；

1）当110kV侧采用内桥接线（如图3）时，可以装设110kV进线、桥备自投方式，最大限度保证110k侧不失压。110kV侧备自投与前述两卷变时情况相同。当35kV、10kV均配置备自投时，可能因备自投动作后一台主变过载而过流动作跳闸或损坏主变。此时，备自投装置必须根据过负荷闭锁备自投功能来闭锁备自投的动作。

对于为两卷变压器时，备自投装置的过负荷闭锁判据为I1+I2（如图5所示）电流之和是否大于备自投的过负荷闭锁定值，如果大于其闭锁定值，则将备自投闭锁掉。对于两卷变，I1+I2即为两台主变总负荷电流，这样就能有效防止备自投动作后，引起另一台主变过负荷的情况发生。

图5 两卷变示意图

对于为三卷变压器时(如图6所示），例如#1主变电源消失时，备自投装置的过负荷闭锁判据应为：

a、若IH1+ IH2

b、若IH2+ IL1

c、若IH2+ IL1>If 且IH2+IM1

d、若IH2+ IL1>If 且IH2+IM1>If，则闭锁10kV备自投，也闭锁35kV备自投。

因此，35kV、10kV这两套分散的备自投装置，所判断出来的是否闭锁本侧备自投的结果是一致的。这样不但避免了备自投误闭锁、或误投的情况，而且还对10kV和35kV的备自投动作进行了选择性动作，能够满足装置可靠性要求和动作选择性的技术要求。

图6三卷变示意图

2）当110kV侧采用单母线运行主接线（如图4所示）时，可以装设110kV电源线路进线备自投方式，以保证110k侧尽可能不失压。其10kV进线、分段备自投功能前述相同。

3、备自投装置作用效率分析

备自投装置在电网中实际的作用效率包括实际能够动作的条件和综合投资效益两方面。第一，备自投装置一般常配置在主变中、低压侧单母分段接线方式，但由于原理设计和技术要求等原因，在这种方式下，备自投装置仅在主变本体或主变差动范围内故障时，才允许备自投装置动作，而实际上据运行经验表明故障率最高的是线路故障，因此对于以220kV电压等级为主网架时，以降低电网短路容量和优化保护配置目的为要求，110kV电网逐步采取辐射方式运行的前提方向下，110kV变电站为终端运行可能有因线路故障造成全站失压的风险，所以必须装设110kV备自投装置来综合提高供电可靠性。但同时，也应考虑变电站内单台主变带全站负荷和线路带多座变电站负荷的能力，采取适当措施，防止主变或线路过载而造成二次跳闸；同时由于为尽可能减小主变的短路冲击电流，防止主变烧损，一般情况下，两台主变同时运行时不允许10kV侧分段开关长期并列运行，因此，可以考虑10kV备自投装置不需配置进线备投功能，仅考虑配置分段备投功能，简化装置及二次回路，既有实效又可靠；第二，根据110kV电网的实际运行方式，在需要装设备自投装置的地方，尽可能结合一、二次设备要求，合理配置设备，既节省设备投资，又简化了保护，提高了保护的可靠性，设备实际利用率提高。

只有做到综合考虑各方面因素，才能使备自投装置真正实现正确、可靠、有效动作，切实提高供电可靠性。

4、结束语

综上所述：随着电网的不断扩大，对于电网安全、稳定运行的要求起来越高，因此合理的设计、规范全面的安装调试、认真到位的运行维护分析是保证电网安全可靠运行的前提保障。通过分析电网中110kV变电站的各种主接线方式与负荷性质、备自投装置配置之间的关系，能够使备自投装置配置、装设合理。通过对备自投装置的功能完善改进，能够让备自投装置可靠动作，切实提高供电可靠性，保证电网的安全稳定运行。

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