備用電源自動(dòng)投入裝置（以下簡稱“備自投”）是指當(dāng)工作電源因故障或其他原因消失后能自動(dòng)、迅速地將備用電源投入工作或?qū)⒂脩羟袚Q到備用電源上去，而使用戶不致被停電的一種安全自動(dòng)裝置。作為提高供電可靠性的重要措施，備自投裝置在電網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但備自投裝置在500 kV變電站應(yīng)用不多，而雙重化應(yīng)用目前更是少有先例。為此，本文針對備自投裝置雙重化在500 kV羅洞變電站的應(yīng)用展開分析，以期能為廣大同行在備自投裝置的配置、設(shè)計(jì)、應(yīng)用及維護(hù)等方面提供參考。

1　500 kV變電站備自投裝置雙重化配置的必要性

1.1　各級電網(wǎng)對備自投裝置配置的要求

南方電網(wǎng)公司于2010年11月發(fā)布的《南方電網(wǎng)備自投裝置配置與技術(shù)功能規(guī)范》明確指出：“500 kV及以上電壓等級變電站的備自投裝置應(yīng)采用完全獨(dú)立的雙重化配置。500 kV變電站的220 kV母線采取分列運(yùn)行方式時(shí)，宜根據(jù)運(yùn)行需要配置220 kV側(cè)的母聯(lián)（分段）備自投裝置”。

廣東電網(wǎng)于2010年10月公布的《廣東電網(wǎng)500 kV變電站備自投裝置標(biāo)準(zhǔn)化要求》也明確提出：“500 kV備自投裝置均需采用完全獨(dú)立的雙重化配置（由于一般開關(guān)的合閘線圈只有一個(gè)，故開出回路除外）”。

1.2　羅洞變電站對備自投裝置雙重化配置的客觀需求

500 kV羅洞變電站作為南方電網(wǎng)的樞紐變電站和“西電東送”廣東側(cè)的門戶變電站，在電網(wǎng)中地位攸關(guān)。其一次接線復(fù)雜，220 kV母線共接入14條線路、4臺(tái)主變壓器的中壓側(cè)斷路器、2個(gè)分段斷路器及2個(gè)母聯(lián)斷路器，還配有一條旁路母線；4臺(tái)主變壓器中除4號主變壓器變高為單開關(guān)直接接于500 kV 1M母線外，其余3臺(tái)主變壓器變高均通過雙開關(guān)接于500 kV系統(tǒng)中，其主接線如圖1所示。為解決電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)造成的短路電流超標(biāo)問題，同時(shí)基于電網(wǎng)分區(qū)供電的考慮，羅洞站220 kV母線需長期工作在“2+2”模式（即220 kV 1號、2號母線并列運(yùn)行，5號、6號母線并列運(yùn)行，2個(gè)母聯(lián)開關(guān)合上，2個(gè)分段開關(guān)斷開），但這樣又會(huì)導(dǎo)致供電可靠性下降。

羅洞變電站每臺(tái)主變?nèi)站?fù)荷都在65％～70％，高峰期甚至達(dá)到85％左右，如果沒有220 kV備自投裝置，那么任一臺(tái)主變發(fā)生故障停運(yùn)，由并列運(yùn)行的另一臺(tái)主變承擔(dān)全部負(fù)荷時(shí)，將導(dǎo)致其嚴(yán)重過載，一旦在允許的過載時(shí)間內(nèi)無法將負(fù)荷及時(shí)轉(zhuǎn)供，將造成該主變開關(guān)跳開從而導(dǎo)致其正常供電區(qū)域大面積失電。如果配置了備自投裝置，一旦發(fā)生同樣情形，通過啟動(dòng)備自投裝置使剩余的3臺(tái)主變并列運(yùn)行，承擔(dān)原來4臺(tái)主變的負(fù)荷，可延長轉(zhuǎn)供負(fù)荷的時(shí)間，從而降低電網(wǎng)事故風(fēng)險(xiǎn)。而將備自投裝置雙重化配置后，一方面可以確保備自投動(dòng)作成功，另一方面可以大大降低由于備自投裝置故障、定檢等原因而使電網(wǎng)失去備自投的風(fēng)險(xiǎn)。基于此，500 kV羅洞變電站2011年1—6月，經(jīng)過精心安排，充分利用難得的主變停電間隙，順利實(shí)現(xiàn)了備自投裝置雙重化配置工作。

2　備自投裝置的輸入輸出回路

2.1　交流輸入回路

備自投裝置取1、2、3、4號主變變中套管及旁路開關(guān)CT三相電流，將該電流與相應(yīng)的電壓進(jìn)行計(jì)算，可以分別得到1、2、3、4號主變變中有功功率P。該有功功率P一方面用于可靠判斷主變運(yùn)行狀態(tài)，另一方面用于糾正斷路器輔助開關(guān)不能正確反映一次設(shè)備實(shí)際位置時(shí)的錯(cuò)誤。為了確保電流回路的獨(dú)立性，兩套備自投裝置分別取自以上CT不同二次繞組。

備自投裝置取220 kV 1M、2M、5M、6M母線CVT三相電壓，220 kV 3M旁路母線經(jīng)切換后的CVT三相電壓及1號、2號、3號、4號主變變中專用CVT三相電壓用于有壓、無壓判別。為了確保電壓回路的獨(dú)立性，兩套備自投裝置分別取自以上CVT不同二次繞組。

2.2　開關(guān)量輸入回路

備自投裝置的開入量主要包括“四種壓板+兩種信號”，基于雙重化的基本要求，不同裝置的開入量回路之間都是相互獨(dú)立的。

a. 檢修壓板。檢修壓板分1號、2號、3號、4號主變檢修壓板和圖1中所有開關(guān)檢修壓板，當(dāng)檢修壓板投入時(shí)相應(yīng)主變或開關(guān)的電氣量和位置信號照常顯示，但不參與判斷，不告異常，不判跳閘。

b. 旁代壓板。旁代壓板分別為旁代1號、2號、3號、4號主變變中壓板，當(dāng)主變變中開關(guān)被旁代時(shí)，其開關(guān)位置取相應(yīng)的旁路開關(guān)位置。

c. 備自投功能投退壓板。備自投功能投退壓板投入后經(jīng)tc充電時(shí)間且條件滿足后開放裝置備自投功能，退出則瞬時(shí)退出備自投邏輯，但裝置輸入量顯示及異常告警繼續(xù)。

d. 總功能投退壓板?？偣δ芡锻藟喊蹇梢允箓渥酝堆b置像保護(hù)裝置一樣進(jìn)行投退操作，該壓板退出后裝置無法出口動(dòng)作，但可照常發(fā)信。

e. 開關(guān)合位信號。開關(guān)合位信號（HWJ）取自開關(guān)本體，由三相開關(guān)合位接點(diǎn)（SLA、SLB、SLC）相“與”后得到，主要用于主變運(yùn)行狀態(tài)的判別。

f. 閉鎖信號。備自投裝置的閉鎖信號是確保備自投邏輯能否正確實(shí)現(xiàn)的重要保障。裝置主要采用了三類閉鎖信號，即母差和失靈動(dòng)作閉鎖、主變/旁路開關(guān)手跳信號閉鎖、主變后備保護(hù)動(dòng)作閉鎖。除此之外，裝置還預(yù)留有備用閉鎖信號，供以后根據(jù)需要進(jìn)行添加。

2.3　開關(guān)量輸出回路

備自投裝置的開出量回路主要包括跳合閘回路、遠(yuǎn)方告警回路和故障錄波回路。由于目前圖1中的所有開關(guān)都只有1個(gè)合閘線圈，所以兩套裝置的合閘回路無法做到完全獨(dú)立，但除此以外，其余所有開出回路都是獨(dú)立的。

a. 跳閘回路。裝置的跳閘對象是4臺(tái)主變變中和旁路開關(guān)，實(shí)際接線是通過接入以上開關(guān)的操作箱保護(hù)跳閘回路來實(shí)現(xiàn)的。

b. 合閘回路。裝置的合閘對象是220 kV母線的兩個(gè)母聯(lián)和兩個(gè)分段開關(guān)，實(shí)際接線是通過接入以上開關(guān)的操作箱手合回路來實(shí)現(xiàn)的。

c. 遠(yuǎn)方告警回路。裝置的遠(yuǎn)方告警主要包括裝置動(dòng)作、充電完成、備自投成功、備自投失敗等，這些信號都通過公用測控屏反應(yīng)至后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)。

d. 啟動(dòng)故障錄波。為了更好地對裝置的動(dòng)作行為進(jìn)行分析，兩套裝置都設(shè)計(jì)了獨(dú)立的啟動(dòng)故障錄波回路。

3　備自投裝置的判斷策略及動(dòng)作邏輯

3.1　備自投裝置的充電條件

備自投裝置的充電是保證備自投裝置只動(dòng)作1次的重要手段，充電條件不滿足，裝置就無法啟動(dòng)，更不可能進(jìn)入動(dòng)作邏輯，所以充電條件的設(shè)置至關(guān)重要。裝置的充電條件設(shè)置如下：

①開關(guān)2015或2026或2012或2056至少有1個(gè)不檢修且在分位狀態(tài)；

②開關(guān)2015或2026或2012或2056至少有兩個(gè)開關(guān)在分位或檢修；

③開關(guān)2015或2026或2012或2056至少有1個(gè)在分位且不檢修，同時(shí)此分位開關(guān)兩側(cè)的母線均有壓且優(yōu)先級非“0”。

當(dāng)上述條件滿足且延時(shí)時(shí)間≥充電時(shí)間tc后，充電完成，裝置開放備自投功能，同時(shí)發(fā)充電完成信號。

3.2　備自投裝置的放電條件

備自投裝置的放電是當(dāng)備自投的條件不滿足或者在某些特定情形下不希望備自投動(dòng)作的重要手段，一旦滿足放電條件，裝置需要瞬時(shí)退出備自投功能。裝置的放電條件設(shè)置如下：

①220 kV母線全部母聯(lián)和分段開關(guān)同時(shí)檢修；

②220 kV母線少于2個(gè)母聯(lián)和分段開關(guān)在分位或檢修；

③圖1中所有開關(guān)在合位；

④裝置判出220 kV任一段母線電壓消失或PT斷線；

⑤圖1中任一開關(guān)手跳；

⑥收到備自投閉鎖開入信號；

⑦備自投功能投退壓板退出。

3.3　母聯(lián)（分段）開關(guān)的“投入優(yōu)先級”

從圖1可以開出，500 kV羅洞變電站220 kV母線設(shè)置有2個(gè)母聯(lián)和2個(gè)分段共4個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。為了使備自投裝置在不同220 kV母線運(yùn)行方式下（4段母線之間的不同分列與并列運(yùn)行組合）可以實(shí)現(xiàn)多種備自投邏輯，裝置備自投策略中設(shè)計(jì)有母聯(lián)（分段）開關(guān)的“投入優(yōu)先級”定值，定值越小優(yōu)先級越高（定值范圍為1～4）。備自投裝置將根據(jù)母聯(lián)（分段）開關(guān)位置及其“投入優(yōu)先級”次序自動(dòng)判斷裝置備投的開關(guān)，當(dāng)備投開關(guān)檢修時(shí)，投入其“檢修壓板”即可。

3.4　備自投裝置的動(dòng)作邏輯

備投功能動(dòng)作邏輯圖如圖2所示，其動(dòng)作邏輯如下：

①裝置檢測到滿足充電條件時(shí)開始進(jìn)行充電，經(jīng)過tc時(shí)延后，裝置處于充電完成狀態(tài)。

②當(dāng)裝置檢測到主變變高或變中開關(guān)發(fā)生變位（從合位變?yōu)榉治唬?，且主變變中的有功功率小于設(shè)定值時(shí)，延時(shí)tq后，備自投裝置啟動(dòng)。

③裝置啟動(dòng)后出口跳主變變中開關(guān)。

④裝置在tT延時(shí)內(nèi)檢測主變變中開關(guān)在分位。當(dāng)檢測到分位后，邏輯進(jìn)入第⑤步，否則裝置放電，報(bào)備自投失敗（須人工復(fù)歸才可恢復(fù)）。

⑤裝置檢測當(dāng)前優(yōu)先級n的備投開關(guān)（初始n=1）是否具備備投條件，即開關(guān)在分位且沒有檢修。若滿足則繼續(xù)第⑥步，否則直接進(jìn)入第⑨步。

⑥裝置在ts時(shí)間內(nèi)檢測當(dāng)前備投開關(guān)兩側(cè)的母線電壓是否滿足兩個(gè)備投條件中任意一個(gè)：一段母線有壓、一段母線無壓或兩段母線均有壓且滿足同期條件。若滿足則繼續(xù)第⑦步，否則直接進(jìn)入第⑨步。

⑦合該備投開關(guān)。

⑧若在th時(shí)間內(nèi)檢測到該備投開關(guān)的合位信號且兩側(cè)母線均有壓，則備自投成功；若在th時(shí)間內(nèi)檢測不到備投開關(guān)的合位信號且兩側(cè)母線均有壓，則進(jìn)入第⑨步。

⑨令n=n+1，若n≤4，則回到第⑤步迭代過程；若n>4，則報(bào)告?zhèn)渥酝妒　?/span>

4?備自投裝置的現(xiàn)場運(yùn)行、維護(hù)注意事項(xiàng)

備自投裝置雙重化配置目前在電網(wǎng)中應(yīng)用甚少。在現(xiàn)場運(yùn)行與維護(hù)方面，它除了具有不少與一線人員比較熟悉的保護(hù)裝置的相同之處外，還有不少特別之處需要格外關(guān)注。

a. 雙套備自投裝置除了兩者之間完全獨(dú)立外，還要完全獨(dú)立于保護(hù)裝置。備自投裝置的配置不能影響保護(hù)動(dòng)作的正確性，其二次回路應(yīng)避免與保護(hù)回路混淆。

b. 由于模擬試驗(yàn)只能用來檢測備自投裝置的一般邏輯功能，因此，備自投裝置投運(yùn)時(shí)，必須帶實(shí)際開關(guān)進(jìn)行備自投邏輯試驗(yàn)，而不能只進(jìn)行模擬試驗(yàn)。為了確保這一點(diǎn)，500 kV羅洞變電站歷時(shí)5個(gè)月、利用多次停電窗口才得以實(shí)現(xiàn)。

c. 在日常巡視時(shí)，應(yīng)注意其充電標(biāo)志，一旦發(fā)現(xiàn)異常，要及時(shí)上報(bào)處理，以免造成拒動(dòng)或誤動(dòng)。

d. 旁代操作時(shí)應(yīng)遵循“先投先撤”原則，即當(dāng)線路（主變）開關(guān)需要進(jìn)行旁代時(shí)，先投入旁代壓板，再進(jìn)行代路操作；旁代完畢恢復(fù)正常時(shí)，先退出旁代壓板，再將線路（主變）開關(guān)恢復(fù)運(yùn)行。為防止投錯(cuò)旁代壓板或未做到“先投先撤”，旁代全過程中應(yīng)檢查液晶屏中電流顯示值是否正確。

e. 檢修壓板投退時(shí)應(yīng)遵循“先投后撤”原則，即當(dāng)開關(guān)或主變要轉(zhuǎn)為檢修狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)至熱備用狀態(tài)即可投入檢修壓板；檢修完畢，開關(guān)或主變恢復(fù)運(yùn)行后，再退出檢修壓板。

f. 運(yùn)行人員對備自投裝置進(jìn)行壓板投退操作時(shí)，應(yīng)按照先退出口壓板、再退功能壓板的順序，投入時(shí)操作順序與此相反。

g. 裝置運(yùn)行過程中如果需要修改定值時(shí)，必須先退出裝置的所有出口壓板，當(dāng)定值修改完畢再將其投入。

5　結(jié)束語

500 kV變電站備自投裝置雙重化是加強(qiáng)電網(wǎng)安全、提高電網(wǎng)運(yùn)行靈活性、保證供電可靠性的重要手段，今后一段時(shí)間內(nèi)，其在電網(wǎng)中必將得到不斷應(yīng)用普及。為了更好地設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)好500 kV變電站雙重化配置的備自投裝置，筆者認(rèn)為以下幾點(diǎn)至關(guān)重要。

a. 在條件許可的情況下盡可能做到電流、電壓、開入、開出量回路的完全雙重化。

b. 充、放電邏輯以及動(dòng)作優(yōu)先級的設(shè)計(jì)必須以系統(tǒng)長期運(yùn)行方式為準(zhǔn)。

c. 動(dòng)作邏輯中對主變及開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)的判別必須可靠，時(shí)間配合必須準(zhǔn)確。

d. 運(yùn)行、維護(hù)時(shí)不能將其當(dāng)作普通保護(hù)裝置看待，一定要清楚其在回路設(shè)計(jì)、模 擬試驗(yàn)、日常巡視、二次操作等方面的特殊之處。