500kV变电站母联分段备自投装置设计特殊性

500kV变电站母联分段备自投装置设计特殊性

刘汉国

(广东电网有限责任公司东莞供电局广东东莞523000)

摘要：探讨和研究母联分段备自投与常规分段备自投的差异，详细分析500kV变电站母联分段备自投装置模拟量和开关量，充放电条件、启动条件以及动作逻辑设计的特殊性。

关键词：母联分段备自投；差异；设计特殊

0引言

母联分段备自投的基本功能是指工作母线在变压器电源发生故障跳开变压器开关后，备自投能迅速自动投入分段断路器，使得所有工作母线电源恢复正常运行。

为了解决短路电流日益增加给电力系统带来的运行风险，500kV变电站的220kV母线分列运行显得越来越迫切。220kV母线分列运行后，当某台变压器一旦出现故障后，可能造成某段220kV母线失压或者供电电压不足，从而降低了电网的供电可靠性，因此需要为220kV母线设计相应的母联分段备自投装置，然而母联分段备自投与常规分段备自投在设计上存在较大的差异。因此本文详细介绍母联分段备自投装置在模拟量、开关量、充放电条件和逻辑设计等方面的特殊性。

1母联分段备自投与常规分段备自投的差异

500kV变电站220kV母线一般都是双母线分段运行，母线数量多达四条。所以母联分段备自投装置除了具有上述常规分段备自投装置基本要求和动作原理外，还应根据其四段母线分列运行的特点，进行具有针对性的研究。

母联分段备自投与常规分段备自投相比，存在如下的差异：

（1）接入模拟量和开关量采集差异，两种备自投的模拟量和开关量接入基本一致，差别在于母联分段备自投需要接入四个母联分段开关的合闸位置继电保护器TWJ接点，用于判别系统运行方式。

（2）同期合闸差异，由于常规分段备自投通常只有2段母线，相互备用，备自投动作投入开关时，没有同期投入开关的要求。由于500kV变电站220kV母线通常分为四段母线，当母联分段备自投动作时，可能存在需备投母线尚有电压的情况，因此母联分段备自投装置需要判断系统的同期功能。

（3）备投开关差异，由于常规分段备自投通常只有一个备投开关，因此其没有选择备投开关的必要，而母联分段备自投装置会有2个备投开关，因此需要根据备投开关的优先级，判断投入哪个备投开关。

（4）备自投装置配置差异，常规分段备自投装置通常应用于110k和10kV母线，这些母线连接的用户和负荷与500kV变电站的220kV母线相比较少，因此为了提高备自投保护的动作可靠性，通常母联分段备自投装置均配置2套保护装置，互为备用，当其中一套检修或者不动作时，另一套也能够发挥保护作用。

（5）运行方式差异，常规分段备自投装置通常应用于110k和10kV母线，这些母线通常只有一个分段开关，不需要考虑设计运行方式，而500k变电站的220kV母线通常有四个不同的母联分段开关，每2个开关分闸组合成一种备自投的运行方式，共有18种不同的运行方式，因此需要根据电力系统的需要，制定不同的运行方式下的母联分段备自投运行策略。

（6）动作过程的差异，当500k变电站的220kV母线分列运行时，至少2个母联分段开关处于分闸位置，若母联分段备自投装置动作时，同时投入2个开关，则可能由于同期原因，造成电力系统的电压出现较大的波动，引发系统更大的故障，因此备自投装置需要通过预先设置逻辑判断确定先投入哪个开关。而常规分段母联备自投装置动作时只投入一个开关，不需要进行逻辑判断。

2母联分段备自投装置设计特殊性

2.1500kV变电站作为电力系统重要的电源点，通常情况下220kV母线接入数量众多的设备，分别有主变的中压侧断路器，母联分段开关和线路开关。面对数目较多的一次设备，哪些模拟量和开关量需要接入到备自投装置，关系到备自投装置的逻辑判断和动作出口，若装置接入过多的信息量会增加装置的逻辑判断功能，并且给后期运行维护带来一定的困难和安全风险，因此需要根据备自投装置可容纳的接入量和运行实际情况开展充分的需求分析和设计，基本要求如下：

（1）目前国内220kV备自投装置最多只采集6个220kV母线间隔接入模拟量。

（2）接入较多的模拟量将造成备自投装置的动作逻辑判断复杂化。

（3）接入较多的二次接线，给备自投装置后期的改造和维护造成较大的困难。

（4）在发生主变跳闸后，短期内若220kV母线上有其他主变正常运行，或者母线上连接的220kV电源线路供电，220kV母线暂时不会失压，只要备自投装置立即投入新电源，该母线的电压将会立即恢复运行。

（5）在发生主变跳闸后，如该主变所连接的母线没有其他主变或者电源线路供电，则该母线立即失压，备自投装置通过检测220kV母线失压，自动投入母联分段断路器。

（6）在发生主变跳闸后，无论主变变中开关是否断开，即测定其开关电流为零，并先跳开该断路器，并确认是已跳开后，才能投入母联分段开关。

2.2母联分段备自投接入模拟量的设计特殊性

（1）通过以上的分析，220kV母联分段备自投装置只需要反映主变中压侧开关跳闸和220kV母线的电压就能动作，也就是说不需要判断220kV线路的运行方式，因此220kV线路的模拟量不接入备自投装置。

（2）接入主变中压侧电流，用于防止开关位置接点错误后造成备自投误投。

（3）接入主变中压侧电压，用于判断主变是否已无压和母联开关同期合闸使用。

（4）接入220kV母线相电压，用于判断母线有无压和母联开关同期合闸使用。

2.3母联分段备自投接入开关量的设计特殊性

（1）接入主变高压侧、中压侧的断路器合闸位置接点作为备自投的启动条件。

（2）接入母联分段开关位置断路器的跳闸位置接点，用于系统运行方式判别，自投准备。

（3）接入主变合后位置信息，作为手动操作主变开关时闭锁备自投装置。

（4）接入母差、失灵保护闭锁保护接点，当母差、失灵动作时闭锁备用电源自投功能。

（5）接入开关检修信息，当开关检修时，投入相应的开关压板，则备自投装置屏蔽其信息采集。

（6）为了保障主变变中开关确实已跳开，备自投装置满足自投条件后，会再次跳开主变变中开关，并确定变中开关处于跳闸位置后，才根据预先设定的开关合闸优先级，合上母联分段开关[7]。

2.4500kV变电站母联分段备自投充电设计特殊性

当备自投装置满足以下三个条件，并且持续时间5S（Tc，装置充电时间），则备自投开始正常充电，当系统出现故障时，备自投经过逻辑判断开始动作。

（1）至少有两个备投开关在分闸位置或检修压板投入。

（2）至少有一个备投开关在分闸位置且检修压板未投入，此开关两侧的母线电压均有压，且此开关的备投优先级不为0。

（3）所有未检修的母线电气量均无异常。

2.5500kV变电站母联分段备自投放电设计特殊性：

当备自投装置在下列条件下自动放电，若系统在这个时候若出现故障，备自投装置不会动作。

（1）备自投功能压板在退出位置，在经过防抖时间后装置立即放电。

（2）少于2个母联分段开关在分闸位置或检修状态，或者没有可投的开关，则延时5S放电。

（3）可备投的母联分段开关变为不满足两侧母线均有压的条件，延时5S放电；

（4）备自投装置逻辑动作启动跳主变中压侧开关后，若在规定的时间内检测不到开关在分闸位置，则装置立即放电，并需要手动复归装置信号。

（5）任意手跳开入主变间隔时，在经过防抖确认时间后装置立即放电，不需要手动复归信号。

（6）在母差、失灵保护动作信号或者其他外部闭锁信号发送至备自投装置后，在经过防抖确认时间后马上放电，需要手动复归。

（7）为保证装置只动作一次，在备自投正确逻辑动作后，装置立即放电，并需要手动复归信号[8]。

2.6500kV变电站母联分段备自投启动设计特殊性

母联分段备自投装置在满足下列5个条件下且持续时间0.2S（Tq，装置启动延时）则认为该主变跳闸，备自投装置启动动作，如图2-2。

（1）任一台主变开关状态发生变位（由投运变为停运）

（2）该主变没有电气量异常和HWJ异常

（3）该主变备自投装置的检修压板在退出位置

（4）该主变有功功率小于10MW（Pty，主变变中投运定值）

图1母联分段备自投装置启动逻辑图

2.7500kV变电站母联分段备自投动作逻辑设计特殊性

在满足一系列启动条件后，备自投装置根据预先设定的逻辑程序开始动作，如图2-3，其动作过程如下：

（1）备自投装置动作再次跳开判断已跳闸主变的中压侧开关，该保护动作的作用是为了确认主变中压测开关在分闸位置。

（2）等待Tt延时，在该延时等待过程中若出现跳闸主变中压侧开关的继电保护节点HWJ为分位，则备自投装置判断进入下一步；否则装置输出开关拒跳信号，备自投动作失败。

（3）检查当前优先级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投入检修压板。若满足则进入下一步，否则直接进入第6步。

（4）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：

1）一段母线有压，一段母线无压；

2）两段母线均有压，且满足同期条件。

若满足则备自投装置保护动作合上该备投开关，进入下一步，若在Ts时间内始终未满足则进入第6步。

（5）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，进入下一步。

（6）令n=n+1，若n≤4，则回到第4步迭代过程；若n>4，则备自投动作失败。

整个母联分段备自投动作过程的逻辑框图如下：

图2母联分段备自投动作逻辑图

3本章小结

本章简单介绍了常规分段备自投装置的基本要求和动作原理，以及探讨和研究母联分段备自投与常规分段备自投的差异，详细分析500kV变电站母联分段备自投装置模拟量和开关量，充放电条件、启动条件以及动作逻辑设计的特殊性。

作者简介：

刘汉国男，（1981-），本科，工程师，从事500kV变电站运行工作

李志辉.广东东莞500kV莞城变装置技术说明

2DL/T723-2000，电力系统安全稳定控制技术导则[S].中国电力出版社出版，2001

3郁景礼，马水生.备自投装置在500kV罗洞站的应用[J].电工技术，2011，（3）：19

4靳生成.220kV备用电源自动投入装置在500kV变电站的应用[J].电气技术，2011，（10）:102-103

5赵忠秋.220kV备用投配置及与相关保护的配合关系[J].河北工程技术等专科学校学报，2012，（1）:29-32