备用电源自动投入在配电网中的应用
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【摘 要】备用电源自动投入装置是配电网自动装置的重要部分，也是确保电力系统安全、稳定、可靠的重要举措。本文结合工程应用实例，阐述了备用电源自动投入装置的动作原理及整定原则，重点探讨了备自投装置常见的故障，并针对性提出了处理措施，以供实践参考。
【关键词】配电网；备用电源；动作原理；处理措施
备用电源自动投入装置是配电网的重要组成部分，其主要作用是当电源因故障或者其他原因消失后，迅速将备用电源或其他正常运作的电源投入工作，可以有效提高配电网供电的安全可靠性，保证城市生活及工农业的正常供电。但在配电网运行过程中，备自投装置容易受到设计不合理、安装质量地和装置配置不满足需要等因素的影响而出现误动和拒动等故障，若电力工作者没有及时进行有效的处理，不仅会影响到配电网其他装置的正常运作，而且也会给电网的正常运行带来安全隐患，甚至造成不可换回的损失。因此，电网管理人员必须重视备用电源自动投入装置的应用研究，采取必要的处理措施，以确保配电网供电的可靠性。
1.工程概况
某电网110kv系统已逐渐成为电网的主网，同时为了降低短路容量，220kv系统必将逐渐解列运行。2006年10月30日，该地某变电站3号110kv主变投入运行，为了降低短路容量，110kv系统已经解列运行。随着新的变电站在2007年夏季前的投运，该地将有越来越多电网解列运行。
2.备用电源自动投入装置简介
2.1备用变压器自动投入
如图1所示，3号主变处于备用状态，若此时Ⅰ母线或Ⅱ母线失压，备自投装置动作，将DL1和DL2或DL6和DL7断开，将DL3和DL4拼或DL3和DL5投入，使Ⅰ母线或Ⅱ母线上的负荷不间断供电继续运行。
2.2线路自动投入
如图2所示，当断路器DL3断开，由甲、乙两线分带变电所的Ⅰ、Ⅱ母线运行。若Ⅰ或Ⅱ母线中某一母线失电，则备自投装置自动断开DL2或DL5投入DL3恢复失压母线的供电，这就是典型的自投。当断路器DL3处于合位，由甲线或乙线带变电站的Ⅰ、Ⅱ母线运行，而DL5（DL2）断路器处于断开备用状态，乙线或甲线带电备用。此时若Ⅰ或Ⅱ母线失电，备自投装备自动断开DL2（DL5），投入DL5（DL2）继续带Ⅰ、Ⅱ母线的全部负荷，这既是典型的互投。
图1
图2
3.备自投装置的动作原理及整定原则
3.1确定原工作母线确无电压
检测无压的过程是靠低电压继电器完成的。低电压继电器应能在所接母线失压后可靠动作，而在母线恢复供电后可靠返回，为了缩小低电压继电器的动作范围，继电器的定值应整定得较低，一般为0.15～0.3倍的额定电压。
3.2检测备用电源有电
鉴定有电的过程是靠有压检测元件完成的。有压检测元件要求在所接母线（线路）电压正常时可靠动作，无电压（停运）或电压剧烈变动（有故障）时可靠返回，不允许自投装置动作。其电压定值一般为0.6～0.7倍的额定电压。
3.3启动时间继电器，延时后投入备用电源
低电压继电器动作后，延时跳开工作电源进线断路器。延时的时限应大于本级线路电源侧后备保护的动作时间与线路重合闸时间之和。在确定工作电源断路器已跳开后，再合上备用电源的断路器。备用电源投入的过程一般无延时，但如需联切部分负荷，可有0.1～0.5s的时限。应注意的是，在某些变压器低压侧的备自投过程中（如图3），并不是靠低电压继电器检测母线失压来启动备自投装置，而是直接利用变压器低压侧受总断路器的辅助触点的变化来判定低压受总开关已经跳闸，再经有压检定元件判定备用电源有电后直接投入备用电源断路器。
3.4备自投装里的后加速
备自投装置有备用电源投入于永久性故障时，也需与保护装置配合，后加速切除故障。
3.4.1安装于主变电源侧的备自投装置，如动作后备用电源投到了永久性故障上，保护装置应后加速动作，直接用电源线路保护的电流保护来切除故障，或对于母联来说利用母联开关的充电保护来切除故障。
3.4.2安装于主变压器负荷侧的备自投装置，如动作后投入永久性故障，也应后加速切除。考虑到躲开负荷设备的最大自启动电流等因素，后加速保护应带有0.2～0.3s延时。电流后加速保护的定值应躲开最大负荷电流，即有足够的裕度又要有可靠的灵敏性。
3.5备自投装置的投/退顺序
备自投装置停用时，应先停直流，后停交流：投入时，应先投交流，后投直流。因为备自投装置是靠低电压继电器和有压检测元件启动的，这两个元件都接在交流回路中，如果在退备自投时，先停交流回路，后停直流回路，则造成停下交流回路后，低电压继电器及有压检测元件误动，此时直流回路还没有停运，导致保护误动。同样投入保护时顺序弄反也会引起保护误动。
4.备自投动作情况分析
备自投的动作情况不容乐观，根据统计数字，备自投装置的正确投入率在50%左右。现场工作中常会遇到备自投误动和拒动的情况。备自投装置的不正确动作会给电网和用户带来灾难性的严重后果，常会导致用户供电中断、变电站损失一半的负荷、系统潮流发生较大的波动。
4.1误动情况分析
由于工作母线PT二次三相失压或现场误整定而导致备自投误动，还有误碰自投装置，导致保护误动。例如曾在某个变电站发生过对于有压鉴定电压继电器和无压鉴定继电器整定值现场混淆而导致误动的情况，由于现场保护的误整定，使鉴别无压的定值整定的很低，在发生PT断线时，保护误认为失压而动作。运行开关辅助闭接点由于绝缘击穿或误碰而使备自投误起动的情况也屡见不鲜。工作PT三相失压而导致保护误动一直是降低备自投装置动作率的主要因素，并且难于解决。
4.2拒动情况分析
由于断路器辅助接点转化不到位，或误闭锁备自投而导致拒动的现象屡屡发生。由于备用电源件断线失压和保护出口接点接触不良而导致自投不能动作或动作不成功的情况也常常发生。对于微机保护，曾发生过由于保护人员理解上的错误，误将PT断线回路接人闭锁回路，在自投动作时，电压继电器动作的不同时而导致短暂的PT断线信号的发出，将保护闭锁，导致自投不能动作。
5.针对备自投装置容易发生的问题采取的措施
5.1加强对自投装置的运行监视
自投装置本身的正确性可由监视重合闸指示灯来判断，对于微机保护，可以看备自投充电灯是否点亮，如果灯亮就可认为自投装置本身完好；如果不亮，可以检查保护电源是否正常，熔断器是否熔断，两个工作电源开关的手把接点接触是否良好，自投投入压板是否接触良好，分段开关的跳闸位置继电器的接点即TWJ是否接触良好，重合闸继电器本身是否完好。
加强对现场备自投装置的运行维护，备自投装置压板的投退是否正确，对于继电器式备自投装置，加强对重合闸指示灯的监视，发现情况立即汇报由专业人员处理。对于微机备自投装置加强监视其电源指示灯，就绪指示灯，面板显示是否正确。
5.2发生误动时应采取的措施
如果自投发生误动，则可能是由于两工作电源的断路器辅助常闭接点闭合，发生此种情况，极有可能是由于某一路工作电源的件三相失压，导致该断路器无压掉闸，进而引发自投动作，应着重检查工作电源的PT回路，另外，还应着重检查两工作电源的断路器辅助常闭接点绝缘。
对于微机型备用电源自投装置，只要增加一段程序，判别在母线失压前运行的进线电源的任一相电流有没有突然增量，电流值是不是大于最大负荷电流，即可判断是线路故障还是母线故障。如果电流有突然增量，同时电流值大于最大负荷电流，则判别是母线故障，此时应对备用电源自投装置瞬时放电，这样就避免了将备用电源自动投入到故障母线。如果电流没有突然增量，同时电流值也小于最大负荷电流，则判别是线路故障，则不对备用电源自投装置放电，将备用电源自动投入，提高供电可靠性。
这里只需判别在母线失压前运行进线电源的电流大于最大负荷电流，而不需要考虑联在母线上的变压器的励磁涌流，因为其不会造成母线失电；也不需要考虑主变中低压侧短路，因为此时有主变保护在工作，故障时可跳开主变高压侧开关，不会造成母线失电；如果故障时主变高压侧开关拒动越级跳闸引起母线失电，此时对备用电源自投放电正是我们需要的，就能够保护主变不遭受第二次冲击。
5.3发生拒动时应采取的措施
如果发生自投拒动，首先检查自投装置本身的正确性，其次可能是由于存在给自投放电的情况，可检查是否由母差闭锁回路发生误闭锁，两个工作电源开关的手把接点是否绝缘击穿，导致闭锁自投，自投出口压板是否正确投入。另外，还应检查分段开关合闸回路的完整性。
5.4采用性能更可靠的保护装置
传统电磁型备用电源自投装置是由继电器构成的逻辑回路，对于某一主接线形式，设定其中一个开关为永久备投点，用继电器搭出比较简单可靠的备用电源自投回路。现在，由微机系统构成的备用电源自投装置，以其性能可靠、功能齐全、使用方便的独有优势，正在逐步地代替传统电磁型的备用电源自投装置。对于不同的主接线方式及逻辑要求，微机备用电源自投装置仅需换一片程序片，即可满足运行要求。
采用可靠性高的微机型保护将老的继电器式的自投保护更换掉，深刻理解微机保护的动作原理，保证装置性能的正常发挥。采用辅助接点转化可靠性高的优良断路器和PT隔离开关，保证备自投保护动作机理的正常实现。
5.5加强自投装置的现场维护工作
进行必要的现场检验和传动试验，保证备自投装置以及整个备自投二次回路的正确性。
加强备自投保护的现场调试工作。
对于微机保护可利用现成的传动试验菜单来进行传动试验，也可模拟实际情况进行传动。对于继电器型的备自投保护可模拟满足动作条件的情况下进行传动。只要在传动中做好措施，可以不停电进行。或在作为备自投中的工作电源停电时进行实际传动。只要能做到以上几点，就基本可以保证保护的正确性。
6.结语
综上所述，备用电源自动投入装置的安全应用是确保电网安全的重要举措。因此，电力工作者应提高对备用电源自动投入装置的认识，加强备自投装置在设计及调试阶段的工作，尽可能满足配电网的需要，同时电力维护人员在备自投试验检查工作中要做到细心周全，采取必要的处理措施，一旦发现问题应立即解决，从而确保配电网供电的正常运作。
参考文献：
[1] 张军；王则.备用电源自动投入装置的研究与分析[J].科技创新与应用.2012年第20期
[2] 江霞；钱颖. 备用电源自动投入装置误动情况分析[J].科技致富向导.2012年第02期