备用电源自投装置的闭锁与可靠性问题的探讨

摘要：随着社会经济的飞速发展及人民生活水平的提高，人们对电力系统可靠性的要求也愈来愈高。备用电源自投装置是保证供电电源安全、可靠和不间断供电的重要手段之一，因此在电力系统中的应用越来越广泛，并在其中发挥着极其重要的作用。本文主要分析了备用电源自投装置的基本原理、基本要求以及闭锁设计，并探讨了其在变电站中的应用。

关键词：备自投装置;闭锁方式;案例分析

1.前言

随着我国人民生活水平的不断提高，供电可靠性成为供电考核的重要指标之一。因此各种电源的相互切换，保证电源的不间断供电和供电的高可靠性成了电力系统的重要部分。为实现电网运行经济性并提升双电源和以上供电负荷供电的可靠性、保证连续供电，一般使用备用电源自动投入装置。备自投装置结合供电网络系统的继电保护装置和自动装置，是使供电网络能够持续供电的经济高效的重要设施，是使电网稳定、安全、可靠运行的重要手段。因此对备自投装置的闭锁与可靠性问题进行深入研究成为了供电行业的重要课题。

2.备自投的基本原理

备自投装置是假如工作电源由于故障而断开后，可以自动并且快速地让备用电源开展工作或是将用户切入到备用电源上，进而避免用户面临停电状况的一种自动装置。如图1所示，正常工作时，主电源QF 1DL 开关合闸，主电源通过QF 1DL 开关带用电设备负荷。当出现主电源QF 1DL 开关跳闸时，用电设备停电，备用电源自投装置动作。QF 2DL 开关合闸，备用电源通过开关带用电设备负荷。

2.1采用主电源缺相后自动投入备用电源方式

在主电源回路中加装零序电压继电器。正常工作时，因主电源三相均有电压，零序电压继电器上无电压，不起动备用电源投入回路。当主电源电压消失或缺相运行时，将产生零序电压，零序电压继电器起动，主电开关跳闸，同时起动备用电源动作回路，使备用电源投入运行。

2.2主电源开关位置变位后自动投入备用电源方式

该方法即采用主电源开关的辅助接点控制备用电源自动回路。当主电源开关正常工作时，其备用电源起动回路中串入常开接点断开备用电源自起动回路，主电源带用电负荷。当主电源开关变位后，常闭接点断开主电源合闸回路，主电源辅助常开接点接通，起动备用电源自投回路，备用电源开关合闸，备用电源带全部用电负荷。

2.3采用其他备用电源投入方式

当前用电设备普遍采用上述两种备用电源自动投入装置。也有部分采取其他方式起动备用电源自动投入装置。如采用在主电源负荷侧加装电压继电器，利用其主电源电压作为判据，使用电压继电器辅助接点控制备用电源起动回路;还有使用主电源负荷电流等。

图1" 备用电源自动投入装置示意

3.备自投需满足的条件

3.1 充电条件

变电站的主供电路以及备供线路上的电压都不可以为零，前者主供电路的开关位于合位，备供线路电压的开关位于分位，延长5～8s的操作之后，让备自投装置整体都在充电，利用分合位上的母联开关可以知道其运行方式其正确与否，另外可以把各支路线的功率计算出来。

3.2 启动条件

一是备用电源上一定要有电压，并且要完全符合充电条件之后备自投装置才可以被启动。二是主供电源的线路上没有电压同时当备供电源线路上有电压的时候，必须确保其运行方式的正确性，才能启动备自投装置。三是为了防止电气元件的故障导致备用电源形成故障，提升其安全性，一定要切断主供电源之后才能启动备自投装置。四是主供电源线路上不存在电压的时候，为了防止备自投装置形成错误动作，造成设备故障，一定要利用无电流检测主供电源之后才可以启动备自投装置。

3.3 动作原则

第一，一旦装置运行方式或是外部闭锁信号的判断存在异常状况时应停止备自投动作。第二，当电器元件出现永久性故障的时候，为防止故障元件让备用电源遭受不利影响，备自投装置只能够动作一次。第三，为防止备自投动作的时间太长导致故障元件严重破坏电网，备自投动作必须要快速，用时短。第四，为避免事故不断蔓延，假如母线产生故障，必须要加快其保护动作，并且要闭锁装置。

3.4 闭锁条件

一是进行该装置线路的检修时，只需闭锁检修中的开关。二是在开关失灵保护动作或是母差保护动作状况下，必须闭锁该装置，在完成人工操作之后，才可以解除闭锁。三是利用人工操作闭锁该装置时，可使总压板闭锁进行出口闭锁。四是手动操作某开关，同时会使另一开关的自投能力闭锁。此外，备自投装置存在异常时也应闭锁。

4.备用电源自投装置的闭锁设计

4.1电压闭锁

备用电源自投起动的条件是主电源母线无电压和备用电源线路有电压。当主电源开关跳闸时，母线电压会变成备用电源的电压，如果母线无压的定值偏小，就会导致备用电源自投装置无法启动，此时应适当提高检母线无压定值，保证备用电源自投装置能够正常工作。

4.2电流闭锁

当主电源母线处于无电压状态时，如果遇上回路空气开关误分或短路跳开的情况，就容易造成备用电源自投装置误动。本装置最好选择三相电流，这样能保证备用电源自投装置的安全性，负荷电流不应过大，防止在轻负荷情况下电流闭锁无法实现。

4.3保护闭锁

当低压侧母线出现故障时，应使备用电源自投装置自动闭锁，防止再往发生故障的位置送电，进一步加剧设备损坏，这样不仅会给电力企业带来损失，还会影响人们正常的生产和生活。当在高压侧采用内桥方式进行接线时，其内部故障时应闭锁内桥备用电源自投装置。对于进线备用电源自投装置，均要设置电流保护装置，一旦发生供电事故，备自投装置便能及时对供电装置进行保护，避免造成严重的经济损失。

4.4开关量闭锁

备用电源自投装置可以根据不同的开关量设置不同的闭锁程序。线路备投时，主电源开关在合位，各电源开关在分位;桥、母联自投时，主、备电源开关在合位，桥、母联开关在分位;主变备投时，主电源主、变各侧开关在合位、备电源主、变各侧开关在分位。在这种情况下，当所有条件满足时就能启动闭锁程序，保护供电装置。

5.备用电源自动投入装置相关问题处理

第一，备自投装置的闭锁问题：一般来说主变后备保护是相应母线及出线的后备，此时如果是出线开关拒动或母线发生故障，备自投不应动作;内桥接线注意主变保护动作要闭锁对侧的备自投，防止备投到故障主变上。第二，对中、低压侧有小电源接入变电站的备自投装置，可以不联切小电源，靠定值配合的方法来避免装置动作对小电源的冲击，比如用低周、低压解列。但对有大电源接入的变电站，可以采用主变保护联切电源或备投联切电源进线开关的方法，防止非同期并网及对小电厂的冲击。第三，当变电站最大负荷大于单台主变的额定容量时，若主变发生 N-1故障，备投投入时，可能使另一台主变严重过载甚至跳闸。建议为了降低备自投的复杂程度，确保备自投装置正确动作，不用备自投装置的过负荷联切功能。

而采取变电站最大负荷超过单台主变（小主变）额定容量的 1.6倍左右时停用相关备投装置，避免备投后主变过载跳闸。

6.案例分析：高压侧母线故障

6.1 通过母差保护动作接点使备自投闭锁

以某地区 220 kV 变电站的自投装置作为例子，假如在 220kV I母线或Ⅱ母线上产生故障，因其有两套 220kV 微机母线保护装置，因此可以用母差保护动作来闭锁备自投装置。当高压侧母线存在故障时，母差进行保护动作，使母差保护的动作接点闭合之后使备自投装置的放电回路得以接通，进而闭锁装置。

6.2采取过流闭锁备自投的方式

以高压侧 I 母线发生故障为例，此时备自投应可靠闭锁，利用装置的过流闭锁功能，即通过检测失压前线路电流超过定值，接通备自投装置的放电回路，备自投就被闭锁。过流定值的整定必须依照高压侧母线故障含有充足的灵敏度进行计算，进而使高压侧母线产生故障的时候，可以安全闭锁备自投装置。

6.3利用分段开关的过流保护保护动作跳闸，避免备用电源因误投于故障而造成全站失电。

因为该站没有母线保护功能，假如在35 kV母线上存在故障时，可以通过分段开关 345 的过流保护功能进行保护。一旦35V 母线上产生故障，备自投闭合分段开关之后，利用检测分段开关 345 电流电压值达到整定值而使分段开关跳开，这样就防止了备自投由于误投于故障而导致的全站失电。

7.结语

备自投装置在电网的实际应用中已经取得了很多成功的经验，但是随着电力系统的不断完善和复杂，日益提高的电网自动化和坚强程度要求，使得原来不太明显的问题逐步显现出来。备自投装置是系统自动装置与继电保护相结合，接线简单、可靠性高，是一种对用户提供不间断供电的经济而又有效的技术措施。我们要继续加强对备用电源自投装置的闭锁与可靠性的研究，以提高电网运行的稳定性、安全性以及可靠性。

参考文献：

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