220 kV备自投装置双重化在500 kV罗洞变电站的应用

    备用电源自动投入装置（以下简称“备自投”）是指当工作电源因故障或其他原因消失后能自动、迅速地将备用电源投入工作或将用户切换到备用电源上去，而使用户不致被停电的一种安全自动装置。作为提高供电可靠性的重要措施，备自投装置在电网中得到了广泛的应用。但备自投装置在500 kV变电站应用不多，而双重化应用目前更是少有先例。为此，本文针对备自投装置双重化在500 kV罗洞变电站的应用展开分析，以期能为广大同行在备自投装置的配置、设计、应用及维护等方面提供参考。

1　500 kV变电站备自投装置双重化配置的必要性

1.1　各级电网对备自投装置配置的要求

南方电网公司于2010年11月发布的《南方电网备自投装置配置与技术功能规范》明确指出：“500 kV及以上电压等级变电站的备自投装置应采用完全独立的双重化配置。500 kV变电站的220 kV母线采取分列运行方式时，宜根据运行需要配置220 kV侧的母联（分段）备自投装置”。

广东电网于2010年10月公布的《广东电网500 kV变电站备自投装置标准化要求》也明确提出：“500 kV备自投装置均需采用完全独立的双重化配置（由于一般开关的合闸线圈只有一个，故开出回路除外）”。

1.2　罗洞变电站对备自投装置双重化配置的客观需求

500 kV罗洞变电站作为南方电网的枢纽变电站和“西电东送”广东侧的门户变电站，在电网中地位攸关。其一次接线复杂，220 kV母线共接入14条线路、4台主变压器的中压侧断路器、2个分段断路器及2个母联断路器，还配有一条旁路母线；4台主变压器中除4号主变压器变高为单开关直接接于500 kV 1M母线外，其余3台主变压器变高均通过双开关接于500 kV系统中，其主接线如图1所示。为解决电网发生故障时造成的短路电流超标问题，同时基于电网分区供电的考虑，罗洞站220 kV母线需长期工作在“2+2”模式（即220 kV 1号、2号母线并列运行，5号、6号母线并列运行，2个母联开关合上，2个分段开关断开），但这样又会导致供电可靠性下降。

罗洞变电站每台主变日均负荷都在65％～70％，高峰期甚至达到85％左右，如果没有220 kV备自投装置，那么任一台主变发生故障停运，由并列运行的另一台主变承担全部负荷时，将导致其严重过载，一旦在允许的过载时间内无法将负荷及时转供，将造成该主变开关跳开从而导致其正常供电区域大面积失电。如果配置了备自投装置，一旦发生同样情形，通过启动备自投装置使剩余的3台主变并列运行，承担原来4台主变的负荷，可延长转供负荷的时间，从而降低电网事故风险。而将备自投装置双重化配置后，一方面可以确保备自投动作成功，另一方面可以大大降低由于备自投装置故障、定检等原因而使电网失去备自投的风险。基于此，500 kV罗洞变电站2011年1—6月，经过精心安排，充分利用难得的主变停电间隙，顺利实现了备自投装置双重化配置工作。

2　备自投装置的输入输出回路

2.1　交流输入回路

备自投装置取1、2、3、4号主变变中套管及旁路开关CT三相电流，将该电流与相应的电压进行计算，可以分别得到1、2、3、4号主变变中有功功率P。该有功功率P一方面用于可靠判断主变运行状态，另一方面用于纠正断路器辅助开关不能正确反映一次设备实际位置时的错误。为了确保电流回路的独立性，两套备自投装置分别取自以上CT不同二次绕组。

备自投装置取220 kV 1M、2M、5M、6M母线CVT三相电压，220 kV 3M旁路母线经切换后的CVT三相电压及1号、2号、3号、4号主变变中专用CVT三相电压用于有压、无压判别。为了确保电压回路的独立性，两套备自投装置分别取自以上CVT不同二次绕组。

2.2　开关量输入回路

备自投装置的开入量主要包括“四种压板+两种信号”，基于双重化的基本要求，不同装置的开入量回路之间都是相互独立的。

a. 检修压板。检修压板分1号、2号、3号、4号主变检修压板和图1中所有开关检修压板，当检修压板投入时相应主变或开关的电气量和位置信号照常显示，但不参与判断，不告异常，不判跳闸。

b. 旁代压板。旁代压板分别为旁代1号、2号、3号、4号主变变中压板，当主变变中开关被旁代时，其开关位置取相应的旁路开关位置。

c. 备自投功能投退压板。备自投功能投退压板投入后经tc充电时间且条件满足后开放装置备自投功能，退出则瞬时退出备自投逻辑，但装置输入量显示及异常告警继续。

d. 总功能投退压板。总功能投退压板可以使备自投装置像保护装置一样进行投退操作，该压板退出后装置无法出口动作，但可照常发信。

e. 开关合位信号。开关合位信号（HWJ）取自开关本体，由三相开关合位接点（SLA、SLB、SLC）相“与”后得到，主要用于主变运行状态的判别。

f. 闭锁信号。备自投装置的闭锁信号是确保备自投逻辑能否正确实现的重要保障。装置主要采用了三类闭锁信号，即母差和失灵动作闭锁、主变/旁路开关手跳信号闭锁、主变后备保护动作闭锁。除此之外，装置还预留有备用闭锁信号，供以后根据需要进行添加。

2.3　开关量输出回路

备自投装置的开出量回路主要包括跳合闸回路、远方告警回路和故障录波回路。由于目前图1中的所有开关都只有1个合闸线圈，所以两套装置的合闸回路无法做到完全独立，但除此以外，其余所有开出回路都是独立的。

a. 跳闸回路。装置的跳闸对象是4台主变变中和旁路开关，实际接线是通过接入以上开关的操作箱保护跳闸回路来实现的。

b. 合闸回路。装置的合闸对象是220 kV母线的两个母联和两个分段开关，实际接线是通过接入以上开关的操作箱手合回路来实现的。

c. 远方告警回路。装置的远方告警主要包括装置动作、充电完成、备自投成功、备自投失败等，这些信号都通过公用测控屏反应至后台监控系统。

d. 启动故障录波。为了更好地对装置的动作行为进行分析，两套装置都设计了独立的启动故障录波回路。

3　备自投装置的判断策略及动作逻辑

3.1　备自投装置的充电条件

备自投装置的充电是保证备自投装置只动作1次的重要手段，充电条件不满足，装置就无法启动，更不可能进入动作逻辑，所以充电条件的设置至关重要。装置的充电条件设置如下：

①开关2015或2026或2012或2056至少有1个不检修且在分位状态；

②开关2015或2026或2012或2056至少有两个开关在分位或检修；

③开关2015或2026或2012或2056至少有1个在分位且不检修，同时此分位开关两侧的母线均有压且优先级非“0”。

当上述条件满足且延时时间≥充电时间tc后，充电完成，装置开放备自投功能，同时发充电完成信号。

3.2　备自投装置的放电条件

备自投装置的放电是当备自投的条件不满足或者在某些特定情形下不希望备自投动作的重要手段，一旦满足放电条件，装置需要瞬时退出备自投功能。装置的放电条件设置如下：

①220 kV母线全部母联和分段开关同时检修；

②220 kV母线少于2个母联和分段开关在分位或检修；

③图1中所有开关在合位；

④装置判出220 kV任一段母线电压消失或PT断线；

⑤图1中任一开关手跳；

⑥收到备自投闭锁开入信号；

⑦备自投功能投退压板退出。

3.3　母联（分段）开关的“投入优先级”

从图1可以开出，500 kV罗洞变电站220 kV母线设置有2个母联和2个分段共4个联络开关。为了使备自投装置在不同220 kV母线运行方式下（4段母线之间的不同分列与并列运行组合）可以实现多种备自投逻辑，装置备自投策略中设计有母联（分段）开关的“投入优先级”定值，定值越小优先级越高（定值范围为1～4）。备自投装置将根据母联（分段）开关位置及其“投入优先级”次序自动判断装置备投的开关，当备投开关检修时，投入其“检修压板”即可。

3.4　备自投装置的动作逻辑

备投功能动作逻辑图如图2所示，其动作逻辑如下：

①装置检测到满足充电条件时开始进行充电，经过tc时延后，装置处于充电完成状态。

②当装置检测到主变变高或变中开关发生变位（从合位变为分位），且主变变中的有功功率小于设定值时，延时tq后，备自投装置启动。

③装置启动后出口跳主变变中开关。

④装置在tT延时内检测主变变中开关在分位。当检测到分位后，逻辑进入第⑤步，否则装置放电，报备自投失败（须人工复归才可恢复）。

⑤装置检测当前优先级n的备投开关（初始n=1）是否具备备投条件，即开关在分位且没有检修。若满足则继续第⑥步，否则直接进入第⑨步。

⑥装置在ts时间内检测当前备投开关两侧的母线电压是否满足两个备投条件中任意一个：一段母线有压、一段母线无压或两段母线均有压且满足同期条件。若满足则继续第⑦步，否则直接进入第⑨步。

⑦合该备投开关。

⑧若在th时间内检测到该备投开关的合位信号且两侧母线均有压，则备自投成功；若在th时间内检测不到备投开关的合位信号且两侧母线均有压，则进入第⑨步。

⑨令n=n+1，若n≤4，则回到第⑤步迭代过程；若n>4，则报告备自投失败。

4 备自投装置的现场运行、维护注意事项

备自投装置双重化配置目前在电网中应用甚少。在现场运行与维护方面，它除了具有不少与一线人员比较熟悉的保护装置的相同之处外，还有不少特别之处需要格外关注。

a. 双套备自投装置除了两者之间完全独立外，还要完全独立于保护装置。备自投装置的配置不能影响保护动作的正确性，其二次回路应避免与保护回路混淆。

b. 由于模拟试验只能用来检测备自投装置的一般逻辑功能，因此，备自投装置投运时，必须带实际开关进行备自投逻辑试验，而不能只进行模拟试验。为了确保这一点，500 kV罗洞变电站历时5个月、利用多次停电窗口才得以实现。

c. 在日常巡视时，应注意其充电标志，一旦发现异常，要及时上报处理，以免造成拒动或误动。

d. 旁代操作时应遵循“先投先撤”原则，即当线路（主变）开关需要进行旁代时，先投入旁代压板，再进行代路操作；旁代完毕恢复正常时，先退出旁代压板，再将线路（主变）开关恢复运行。为防止投错旁代压板或未做到“先投先撤”，旁代全过程中应检查液晶屏中电流显示值是否正确。

e. 检修压板投退时应遵循“先投后撤”原则，即当开关或主变要转为检修状态时，转至热备用状态即可投入检修压板；检修完毕，开关或主变恢复运行后，再退出检修压板。

f. 运行人员对备自投装置进行压板投退操作时，应按照先退出口压板、再退功能压板的顺序，投入时操作顺序与此相反。

g. 装置运行过程中如果需要修改定值时，必须先退出装置的所有出口压板，当定值修改完毕再将其投入。

5　结束语

500 kV变电站备自投装置双重化是加强电网安全、提高电网运行灵活性、保证供电可靠性的重要手段，今后一段时间内，其在电网中必将得到不断应用普及。为了更好地设计、运行、维护好500 kV变电站双重化配置的备自投装置，笔者认为以下几点至关重要。

a. 在条件许可的情况下尽可能做到电流、电压、开入、开出量回路的完全双重化。

b. 充、放电逻辑以及动作优先级的设计必须以系统长期运行方式为准。

c. 动作逻辑中对主变及开关运行状态的判别必须可靠，时间配合必须准确。

d. 运行、维护时不能将其当作普通保护装置看待，一定要清楚其在回路设计、模 拟试验、日常巡视、二次操作等方面的特殊之处。