三主变四分段变电站备自投联跳回路的改进措施
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国网上海市电力公司市南供电公司的研究人员刘议华、顾皓亮、徐伟栋、陈建英、朱钦，在2018年第1期《电气技术》杂志上撰文指出，随着经济和社会的发展，电力客户对电能质量的要求越来越高，国家电网公司对优质服务提出了更高的要求，备用电源自动投切装置（简称备自投装置）在电力系统中运用十分普遍，当工作电源因故障断开后，它能够自动并且迅速地将备用电源投入到工作中，在保证电能质量方面占据十分重要的地位。
对于采用三主变四分段接线方式的变电站，备自投装置装设了联跳回路，具备联跳功能，在备自投装置动作后，联跳另一台变压器，可防止其中一台变压器严重过载，达到均衡两台变压器负荷的目的。现有的这种备自投装置的联跳回路存在缺陷，在备自投装置未停用时，不能进行遥控操作，并且在上级变电站全站停电时，可能造成35kV变电站半站失电，需对联跳回路进行改进完善。
本文通过对某35kV变电站中备自投装置的原理进行分析，阐述了现有备自投装置联跳回路中存在的缺陷，并给出三种相应的改进措施，较好地解决了现有备自投装置中联跳回路存在的问题。
随着电力客户对电能质量的要求越来越高，优质服务和安全生产对于电网公司具有同等重要的地位，随着国网公司“三集五大” [1]模式的深入推进，将监控业务与调度业务融合，实现电网调度与电网监控一体化管理。这种新的管理模式充分利用调度端的遥控手段，有效提高了电网紧急情况下的处理处理效率，提高了操作人员安全保障。它同时也要求变电站内所有设备均应该满足调控一体化模式的运行，保护自动装置也不例外。
备自投装置当工作电源因故障被断开以后，能够自动并且迅速地将备用电源投入工作。随着用户对供电质量和供电可靠性的要求日益提高，备自投装置是保证系统连续可靠供电的重要措施，该装置在中低压系统中运用相当广泛。
对于三主变四分段电系接线的35kV变电站，备自投装置动作后可能出现一台变压器低压带一段母线、另一台变压器带两段母线运行的情况，负荷高峰时带两段母线运行的变压器可能出现过载，故在备自投装置中装设联跳回路，将负荷较重的一台变压器某半段母线负荷自动切换到另一台变压器，使两台变压器的负荷达到均衡，防止变压器出现过载情形。
对于三台变压器的35kV的变电站，为了提高电源可靠性，一般三路电源来自于不同的上级电源站，防止上级电源全站停电时下级35kV也全站停电，由于地理位置和上级电源站布局限制，所有35kV变电站三路电源分别来自不同上级电源站，存在较大困难，目前大部分情况下，3台变压器的35kV变电站第一路和第三路电源来自同一个上级电源，第二路电源取自另一个电源站，具体接线可见图1。
上级变电站1全站失电时，现有的这种备自投联跳回路，35kV变电站将会半站失电，即10千伏Ⅱ（2）段和Ⅲ段母线失电。虽目前对备自投自动投退系统[2]和在线压板投退[3]进行了研究和应用，但在该装置出现缺陷，备自投装置未停用时，调度不能进行遥控操作，无法在第一时间恢复失电母线供电，显然这种联跳回路存在缺陷。
1 现状
本文采用某地区电网35kV变电站为例，该站的电系接线如图1所示，在QF5、QF6断路器处均配置了双向备自投装置[4]，两处的备自投装置均有联跳功能，调度端不具备遥控投退备自投的手段。现假设Ⅰ段母线无压，Ⅱ（1）段母线有压，相关备自投装置联跳回路接线图，如图2所示。
图1 电系接线图
备自投装置及联跳回路动作经过如下[5]：因Ⅰ段母线无压，则其低电压继电器1YJ、2YJ常闭接点闭合，在Ⅱ（1）段母线有压时，其低电压继电器6YJ常开接点闭合，由于QF2在合闸状态，其常开辅助接点闭合，则低电压起动回路接通，经时间继电器1SJ短时延时后，1号变压器（T1）QF1分闸。
QF1在分闸以后，其常闭辅助接点则闭合，经2BSJ常闭接点(此接点在备自投装置后加速保护动作以后断开，从而闭锁QF5合闸)、4XJ信号继电器和4LP连接压板，接通QF5合闸回路，使QF5合闸。QF5合闸后，其常开辅助接点闭合，同时QF2的常开接点也处于闭合状态，经时间继电器3SJ短时延时后，则T2的QF3跳闸回路接通，联跳T2的QF3。
T2的QF3跳闸后，QF6处备自投装置动作，使QF6合闸，最后T1将供10kVⅠ段和Ⅱ(1)段母线负荷，T2供10kVⅡ(2)段和Ⅲ段母线负荷。对于无人值班变电站，运行值班人员赶到变电站需要一定的时间，若没有相应的备自投装置联跳功能，T2供10kVⅠ段、Ⅱ(1)段和Ⅱ(2)段母线负荷，在负荷高峰时期，将会造成T2严重过载，给设备造成重大损害，可见备自投装置联跳功能十分必要。
另外，当上级变电站1全站失电时，T1和T3将同时失电，此时备自投动作过程如下：QF5和QF6处备自投几乎同时动作，备自投低电压回路首先起动，分别使QF1和QF4分闸，然后再分别使QF5和QF6合闸，经短时延迟后，QF5处备自投联跳QF3分闸回路首先接通（QF6处备自投联跳QF2的分闸回路时间整定要长），使QF3分闸，在QF3分闸后，其QF6处备自投联跳QF2的分闸回路断开，不会再出现联跳QF2的情形，最后T2供10千伏Ⅰ段和Ⅱ(1)段母线负荷，10千伏Ⅱ(2)段和Ⅲ段母线失电。
2 现状的缺陷分析
从上文讲述中可以看出，备自投联跳QF3避免了T2高峰负荷时过载的情形，且起到了均衡T1和T2负荷的作用。同时也可以看出，只要QF2和QF5同时在合闸位置，其相应的常开辅助接点也将同时闭合，则经时间继电器3SJ延时后联跳QF3断路器，这显然存在缺陷。
例如，在用电负荷高峰时期，因上级变电站1负荷紧张，需紧急遥控转移T1负荷时，值班调控员在遥控合上QF5以后，由于QF2和QF5同时处于合闸状态，则会联跳QF3，造成10千伏Ⅱ(2)段母线负荷短时失电，给用户造成不必要的经济损失。
这表明对于具有联跳功能的断路器开关，在没有运行值班人员到站停用相应备自投装置前，不可遥控，表明该备自投装置的联跳回路需进行改进完善。
图2 备用电源自动投切装置简图
另外，在用电负荷低谷时期，当上级变电站1全站停电时，现有的备自投联跳使得35kV变电站内T2仅供10千伏Ⅰ段和Ⅱ(1)段母线负荷，10千伏Ⅱ(2)段和Ⅲ段母线失电，为了保障用户的供电连续性和可靠性，在T2不会严重过载情况下，我们可以考虑T2短时间先供10千伏Ⅰ段、Ⅱ(1)段和Ⅱ(2)段及Ⅲ段母线负荷，等待操作人员通过紧急转移负荷路径来减轻T2负荷。
3 解决方案
由上文的分析可知，需改进备自投装置中联跳回路的判断逻辑，不能仅凭QF2和QF5同时处于合闸状态条件来联跳QF3，可以增加联跳起动条件。为了防止上级变电站1全站停电时，造成35kV变电站10千伏Ⅱ(2)段和Ⅲ段母线失电，可以考虑增加联跳闭锁条件，当QF1和QF4同时处于分闸状态时，只有当2号变压器负荷达到某一定值时才允许联跳，从而实现提高用户供电可靠性的目地。
4.1 增加中间继电器和辅助接点
通过上面备自投装置工作过程的分析和综合研究，可考虑在QF5合闸回路增加中间继电器1ZJ和QF5的常闭辅助接点，QF3分闸回路中增加QF1与QF4的常开辅助接点并联，再与中间继电器1ZJ的常开接点串联，解决备自投装置联跳回路存在的缺陷，为了增加联跳回路的可靠性，1ZJ的常开接点必须瞬时闭合延时打开，具体接线见图3。虚线框中为增加的中间继电器和辅助接点。
图3 中间继电器和辅助接点方案简图
同样假设Ⅰ段母线无压，Ⅱ（1）段母线有压情况下分析备自投装置的工作过程，首先低电压回路起动，QF1跳闸，其常闭辅助接点闭合，QF5的常闭辅助接点闭合，中间继电器1ZJ接通，然后其常开接点瞬时闭合，QF5合闸回路也接通， QF5合闸，QF5的常闭辅助接点打开，中间继电器1ZJ在短时接通后被断开。
虽1ZJ继电器已断开，但其常开接点将会延时打开，QF4的常开接点闭合（因QF4在合闸位置），同时QF5和QF2的常开接点也在闭合状态，则接通QF3跳闸回路，经继电器3SJ短时延时后，联跳QF3断路器。接下来工作过程与上面相同。
35kV变电站在正常运行时，因QF2和QF1处于合闸位置，则它们的常闭接点均断开，使得中间继电器1ZJ断电，其常开接点也断开。当调度端紧急遥控转移T1负荷时，在遥控合上QF5后， QF5的常闭辅助接点断开，虽然此时QF2和QF5同时在合闸位置，但1ZJ的常开接点断开，没有接通QF3跳闸回路，不会联跳T2的QF3，当调度端接着遥控拉开QF1后，虽QF1常闭接点闭合，QF5常闭辅助接点已断开，联跳回路已经断开，实现QF5调度端可以遥控的目的。
当上级变电站1全站停电时，若T1和T3同时失电，则QF5和QF6处备自投同时动作，首先两处备自投低电压回路起动，分别使QF1和QF4分闸，然后再分别使QF5和QF6合闸，因QF1和QF4都处于分闸位置，则它们常开辅助接点均断开，则QF3断路器分闸回路断开，实现不联跳QF3的目的。
最后T2供全站负荷，若此时变压器过载严重，值班调控员可以遥控拉开10kV母线上不重要用户的出线开关，降低T2变压器负荷直至允许短时过载范围，有效保证10千伏Ⅱ(2)段和Ⅲ段母线上重要用户的供电可靠性，不足之处需调控员及时处理变压器过载情形。
增加中间继电器和辅助接点的方法接线简单，且增加元件较少，将具有较好的技术经济效果。
4.2 增加电流继电器
可以在QF3联跳回路中增加电流继电器2LJ的常开接点，具体接线如图4所示。当T2的电流达到某一值后其常开接点闭合，该值可以根据设备工作情况预先设定。为了增加联跳回路的可靠性，2LJ的常开接点必须延时闭合瞬时打开。为了使T2能够躲过正常操作情况下等的各种电流，时间继电器3SJ时间可考虑适当延长。
备自投装置的低电压起动回路与QF5合闸回路与上文一样，这里不再讲述。在调度端遥控合闸QF5时，虽然QF2与QF5同时在合闸位置， T2电流在未达到预定值时，2LJ接点断开，从而QF5处备自投不会联跳T2变压器的QF3，最后T2供10千伏Ⅰ段、Ⅱ(1)段和Ⅱ(2)段母线负荷，T3供Ⅲ段母线负荷，不会造成10千伏Ⅱ(2)段和Ⅲ段母线短时失电，实现QF5调度端可以遥控的目的。但要求调度端遥控时判断T2负荷是否会超过2LJ预定值。
在上级变电站1全站停电时，若T1和T3同时失电，QF5和QF6处备自投同时动作，分别使QF1和QF4分闸，然后再分别使QF5和QF6合闸，在电流继电器在未达到预定值时，2LJ接点断开，从而QF5处备自投不会联跳T2变压器的QF3，QF6处备自投不会联跳T2变压器的QF2，最后T2供全站负荷，保证10千伏Ⅱ(2)段和Ⅲ段母线上用户的供电可靠性。
该方案增加仅增加了一个电流继电器，接线比较简单，也较好解决了备自投联跳回路中存在的不足。
图4 电流继电器方案简图
4.3增加遥控闭锁回路
加装遥控闭锁回路后，当调度端遥控操作QF5或QF6时，闭锁相应备自投的联跳回路，具体接线如图5。
变电站正常接线方式运行时，中间继电器1YBJ处于断电状态，其常闭接点闭合。当Ⅰ段母线无压，Ⅱ（1）段母线有压时，备自投装置的工作过程与前面相同，此处不再讲述。最后T1供10千伏Ⅰ段和Ⅱ(1)段母线负荷，T2供10千伏Ⅱ(2)段和Ⅲ段母线负荷。
当调度端对QF5进行遥控合闸时，遥控执行继电器YKF[6]的一个开接点闭合，接通中间继电器1YBJ，该中间继电器的一个常开接点闭合，实现自保持，另一个常闭接点断开，使QF3跳闸回路断开，从而达到闭锁联跳的目的。该方案的原理与遥控闭锁重合闸类同，比较简单，具有较强的可行性和操作性。
图5 遥控闭锁方案简图
结论
在电力客户对电能质量要求越来越高的背景下，本文针对三主变四分段母线接线方式的35kV变电站，分析了备自投装置中联跳回路存在的不足，提出了实际可行的三种解决方案，很好地解决该类型变电站分段断路器在备自投装置未停用情况下不可遥控操作的问题，同时还解决了部分变电站因上级变电站全站停电可能半站失电的情形，具有一定的实际意义。