220 kV备自投动作失败原因分析及改进措施探讨(全文)

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摘要：备用电源自投简称备自投，其装置是指由于电力系统中的工作电源出现故障或者由于其他原因发生失电事故之后被断开，由备用电源取而代之的装置。本文讲述了220 kv在线路故障发生时备自投动作的情况，并对其动作失败原因进行分析，进而提出相应改进措施。

关键词：220 kV备自投工作电源防范措施探讨

中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（c）-0114-02

现在电网规模已经日渐扩大，在10～35 kV的较低电压等级电网中或者在110 kV较高电压等级电网中，为节省电力设备投资以及简化电力网接线进行继电保护，均对其非系统主联络线采取放射性供电。同时采用备用电源的自动投入装置提高可靠性要求，结合继电保护与其系统自动装置，成为经济有效的不间断供电重要技术。

1 备自投概述

1.1 220 kV备自投现状

国内供电需求日益扩大，同时可靠性要求也越来越高。而为了满足其电力系统的可靠性要求和保证供电行业的经济运行，如今供电领域采取了备自投装置技术。备自投装置技术可以避免人为进行某种操作时有可能会发生的错误或者不准确动作，也可以在变电所中进行安全可靠的正常运转。

1.2 备自投原理

只有在工作电源失电继而备自投起动并延时的情况下，工作电源断路器先进行跳位，确认之后，即可将之视为备自投满足了逻辑条件。因此可以避免备用电源发生倒送电或者备自投动作在故障发生时合上的情况。只是故障的切除不是由备自投来进行，因此备自投动作进行工作电源跳位的时限理应超过重合闸和有关所有保护最长动作时限。就地或者远控操作工作电源断路器跳位时，不对备自投进行闭锁，而应该退出其跳闸压板或者功能压板。备用电源不应该在不满足有压条件的时候进行动作。

1.3 备自投动作时限

因为备自投延时的目的是避开母线电压的短暂下降，所以其时限应该超过外部切除故障的最长时间。当母线失压是由于母线进线断路器的跳开，而且其进线没有重合闸的功能时，为了使备用电源加速合上，可以在不延时的情况下直接跳开进线断路器。

1.4 备自投应用逻辑

母线有两个线电压为Uab和Ubc，而母线有压定值和无压定值分别为70V和25V。当两个线电压中起码有一个超过70 V时，即为母线有压。而当两个线电压都小于25 V时，即为母线无压。还有另外一种情况就是进线无流，其定值为0.15.它是指在工作电源进线中，存在一个相电流值小于0.15的情况。进线无流定值比最小负荷电流还要小，目的是防止备自投在工作电源PT三相断线时误动。

1.5 备自投充电条件

备自投要动作，就要先经过充电。第一个条件就是在1号母线以及2号母线都有压的情况下，其工作断路器处在合位，而备用断路器处在跳位。第二个条件就是切换把手置在投入位置，或者其定值控制字为1而且处于投入状态时。第三个条件就是备自投硬压板处在投入的位置上，没有闭锁和放电条件。满足以上三种情况时，会充电15秒。

1.6 备自投放电条件

备自投放电时，就不会再有动作；备自投退出时；备用电源持续超过0.2 s不满足有压条件时；工作断路器就地或者远控操作跳开；工作断路器以及备用断路器所处位置形成闭锁状态时；当备自投被无条件强行闭锁时。

1.7 备自投动作过程

在备自投充电之后，母线会出现失压，大概下降到25 V，并且工作电源无流。备自投延时维持4 s之后会跳开其工作断路器，确认已断开之后，再延时0.2 s合上其备用电源断路器。当这一过程全部完成时，即可视为备自投动作已成功。

2 实例分析

2.1 备自投动作失败案例概述

2013年1月，某220 kV变电站备自投装置出现运行不正常的情况。

一开始，该站的220 kV4个进线开关a、b、c、d与各母联以及分段开关都运行正常，而且其备自投装置所处位置为无备用电源，正常放电。在操作期间，进线开关c和d本站侧开关先后被断开，将相应间隔转为了热备用状态。同时进线开关a和b都维持其运行状态不变。某站对备自投装置进行了相关行为预期。当进线开关c和d转热备用之后，即为备用电源，满足备自投充电的逻辑条件，该装置可以进行正常充电。但是实际上，即使断开了开关c，备自投装置却没有能够进行充电。再断开开关d，备自投装置仍旧没能实现充电。这样的异常状态导致备自投装置无法动作。当该站出现故障时，如220 kV母线失电，备自投不能动作，会导致该站与其110 kV辐射电网供应的几座110 kV变电站出现全部失压的严重影响。可以构成电力行业内安全一级事件，其预计负荷损失将超过某站所在城市负荷的5%。

2.2 某站备自投动作失败原因分析

某站该装置成功动作与装置升级改造的时间间隔为5个月。而升级改造时只是在原屏上部分更改接线或者更换插件，而且屏外二次接线时没有按照设计图纸进行相应变更。所以，可以把检查装置异常的重点放在装置升级改造前后其充电逻辑变化上面，查明装置异常原因。

检查后发现，某站现场在开关位置的信号保持接点处接入了STJ信号端子。在某站原有装置程序中，仅有主供线路STJ信号会起到强制放电的作用。当主供线路中STJ信号出现上升沿，备自投装置放电，并且对充电条件进行重新检测。而当备用电源线路中STJ信号为无效开入时，对充电和放电的逻辑不会产生影响。当采用新版本程序时，接入装置中无论哪一个开关都会有STJ信号上升沿出现，备自投装置放电，并且对充电条件进行重新检测。

升级前后的两种程序中，如果STJ信号由0变位为1，并且一直保持这种状态，则备自投装置会持续放电直到其信号变回0为止，然后再重新检测装置充电条件。而为了保证备自投装置的动作可靠性，某站在备自投装置的引入开关处设置了强制放电逻辑。所以，当手分开关时，某站STJ信号会出现由0变位为1的上升沿，备自投装置强制被放电，并且对充电条件进行重新检测。

程序升级前后的STJ信号作用存在差异，所以在二次接线或者操作过程条件完全相同的情况下，备自投装置逻辑行为也不同。进线开关a、b、c、d的初始状态均为运行中，所以被判为工作电源，而备自投装置相应被判为无备用电源，为放电状态。

在操作的过程中，进线开关c和d都会被先后断开。在程序升级前，将进线开关c和d分开，则该开关的STJ信号会由0变位为1，而合闸位置信号即HWJ信号却由1变位为0。因为该线路处于分闸位置，所以被判为备用电源。因此STJ信号对充电逻辑没有影响，则备自投装置成功充电。在程序升级之后，同样将进线开关c和d分开，该开关的STJ信号会由0变位为1，HWJ信号由1变位为0。但即使该线路被判为备用电源，备自投装置仍旧被强制放电。此时STJ信号维持的1位置会使得备自投装置同样维持着放电状态。

所以在升级前，不需要在开关位置瞬动接点处让STJ信号接入。只有在升级后才需要接入。而因为实际条件制约，二次回路改线没能尽快完成，导致装置充电异常。

3 220 kV备自投失败动作改进措施

就以上案例，为了解决问题，某站采取验证性试验。只有出现STJ信号上升沿时，才能够符合强制放电逻辑，并启动STJ位置。如果上升沿没有出现，即使STJ信号位置维持在1上面，备自投装置也不会进行放电工作。如果在装置程序处于检测状态时或者该信号被判为‘有效开入’前，STJ信号已经变位为1，却并没有被检测到上升沿，则该信号对充放电过程不产生任何影响。当程序处于检测状态或者该信号被判为‘有效开入’后，STJ信号发生变位，程序检测到的该信号上升沿将强制备自投装置放电。直到STJ信号变位为0时，重新检测装置充电条件。

某站可利用验证结果进行应急处理。首先要投入220 kV备自投装置总功能压板以及进行c、d的检修压板，当分开开关c、d之后，退出进线c、d检修压板。操作完成之后，备自投装置即可正常充电，同时进线备自投的逻辑原理可以运用。

现在的变电站一般无人值班，显得备自投巡视工作越发重要。在备自投投运时，电站人员应该对其LCD液晶显示以及LED指示灯进行检查，确保其运作正常。要使用备自投硬压板时，确认备自投充电标志符号显示充电状态方可投入。如果在备自投运行中发生装置告警，主要是因为母线电压的互感器发生断线。所以电站人员要马上查找其原因，若有必要，就退出备自投。

当CPU检测出备自投本身的硬件故障，如EPROM、RAM、定值出现错误或者电源故障，会导致备自投装置在运行中闭锁。此时应该马上汇报调度，并且退出备自投，让技术人员进行处理，做好供电事故预案。不管电站采取就地操作还是遥控操作，电站操作人员都应该检查备自投是否存在告警信号，然后确认备自投状态。

巡视要定期进行，相关人员要认真检查现场备自投装置运行状况，同时还要对充电情况和指示灯序列号进行检查，确认其与运行方式是否相符。巡视人员要认真巡视检查设备指导卡并做好相关记录。当无人值班时，变电站对备自投设备、功能以及状态等巡视每周至少一遍。

变电站还应该对备自投开关位置的检测功能进行完善。当工作电源的断路器存在电流，而且有对应的TWJ信号开入装置，可以经过10秒延时响起相应告警信号。同时对备自投放电，当所有条件消失之后0.5秒返回，有利于巡视人员及时发现变电站内备自投放电状况。

4 结语

随着电网规模不断扩大，网络结构也越来越复杂，日新月异的电力电网技术使得备自投装置在变电站中使用广泛，从而保证电力系统安全、供电可靠性以及稳定运行。但同时使得电力系统中不明显的问题显现出来，这就需要促进变电站供电过程中每一个环节更全面和更精细的发展。要充分考虑电网运行实际要求，并且加强分析研究备自投装置，认真应对各种可能出现的状况，并且妥善处理与解决，保证备自投可靠动作以及电网安全稳定运行。

参考文献

220 kV备自投动作失败原因分析及改进措施探讨

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