一种能自适应识别母线运行方式的备自投装置应用探讨
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中山供电局的研究人员江清楷，在2019年第8期《电气技术》杂志上撰文，介绍了一种220kV备自投装置，列出了母联备自投和线路备自投的充电条件及起动条件。以220kV逸仙变电站为例，指出该备自投装置在双母线单分段接线的变电站应用中存在的问题，并提出了三种解决方案，分析了各自的优缺点，最后指出通过第三种方案改进的备自投装置能自适应识别双母单分段母线运行方式，实现母联备自投和线路备自投之间的自动切换，提高了备自投装置的灵活性、适应性和可靠性。
220kV备自投装置（简称“备自投装置”）已广泛应用于广东电网220kV变电站中，其主要功能是检测220kV主供电源失去且母线失压后，装置自动投入备投线路或母联开关，恢复失压母线所带负荷的供电。该备自投装置要求能适应以下三种接线方式：双母线、双母线带旁路及双母线单分段。为简化逻辑和接线，该备自投装置只取一个母联开关置。
对于双母线单分段接线的母线，其母线运行方式与两个母联开关和一个分段开关的运行方式有关，若备自投装置只取一个母联开关位置，将可能无法正确识别双母单分段母线的实际运行方式。为使备自投装置在各种运行方式下能正确动作或不动作，有必要对该备自投装置加以改进，使其具有更好的灵活性，更强的适应性和更高的可靠性。
1 备自投装置充电条件及起动条件
1.1 线路备自投充电条件及起动条件
1）线路备自投充电条件：“备自投功能压板”在投入状态；母联检修压板退出时两段母线均有压，或母联检修压板投入时有且仅有一段母线有压；非检修状态的母联开关应在合位；其中一组线路有主供线路，另一组线路有且只有备投线路（可含有检修线路）。
满足上述条件经过Tc时延后，装置处于充电完成状态，备自投功能开放。
2）线路备自投起动条件。当装置检测到系统满足以下两个条件，且经Tq延时后，装置起动：所有运行的母线电压＜U2（判别电压起动定值）；所有主供线路无流。
1.2 母联备自投充电条件及起动条件
1）母联备自投充电条件。装置检测到满足以下条件时进入充电状态：“备自投功能压板”在投入状态；母联开关在备投状态（即热备用状态）。满足上述条件经过Tc时延后，装置处于充电完成状态，备自投功能开放。
2）母联备自投起动条件。当装置检测到系统满足以下两个条件，且经Tq延时后，装置起动：任一段母线电压＜U2（判别电压起动定值）；有供电线路无流，且其切换后电压＜U2（判别电压起动定值）。
2 备自投装置在双母单分段接线变电站中应用存在的问题
下面以中山地区220kV逸仙站为例进行说明。逸仙站220kV母线为双母单分段接线，如图1所示。其中1M、2M由母联2012开关连接，1M、5M由分段2015开关连接，2M、5M由母联2025开关连接。为简化逻辑和接线，该站220kV备自投装置只取220kV母联2012开关位置，而未引入220kV母联2025和分段2015开关位置，同时220kV备自投只取1M、2M电压，未接入5M电压。该备自投装置可实现线路备自投和母联2012备自投功能。
图1 220kV逸仙站220kV母线一次接线示意图
由母联备自投充电条件可知，该备自投装置只需母联2012开关在热备用状态，母联备自投就可充电。然而，当母联2012开关在热备用状态，而母联2025开关和分段2015开关同时合位时，母联备自投仍可充电，而此时220kV母线实际是在并列运行，母联备自投不应充电。
根据母联备自投起动条件可知，母联2012备自投动作需满足220kV有一段母线失压，因220kV母线在并列运行，母联备自投不满足实际起动条件，无法正确动作。实际上，此时220kV母线在并列运行，可实现线路备自投功能，但因母联2012开关在分位，不满足线路备自投充电条件，线路备自投不会充电。
据此，母联2012开关在分位的情况下，备自投装置运行时需注意以下两点：
1）若要使用母联2012备自投功能需保证母联2025和分段2015至少有一个开关在分位。
2）若要使用线路备自投功能，需保证2012开关在分位前线路备自投在充电状态且2012开关分位后线路备自投不得放电，否则线路备自投将无法再自行充电（在线路备投的充电方式下，若非检修母联开关变为分位，装置不放电，但应发出告警信号，即备投方式异常告警）；或者母联2012检修压板投入时有且仅有一段母线有压。
3 解决方案
由以上分析可知，该备自投装置问题是由只引入母联2012开关位置，而未引入母联2025和分段2015开关位置引起的。解决此问题可有以下3种方案：
1）用短接线将母联2012开关合位开入短死，备自投装置固定实现线路备自投功能，取消母联备自投功能。该方案的优点是实现简单，只需加装1根短接线；缺点是备自投装置无母联备自投功能，适应性较差。
2）升级备自投装置，增加2015和2025开关合位2个开入量，同时增加“分段2015开关检修”和“母联2025开关检修”两块压板。母联备自投充电条件2改为“母联2012开关在备投状态（即热备用状态）且母联2025开关和分段2015开关不同时在合位”；线路备自投充电条件3改为：“非检修状态的母联2012开关应在合位或非检修状态的母联2025开关和非检修状态的分段2015开关同时在合位”。当“分段2015开关检修”或“母联2025开关检修”压板投入时，装置认为该分段（母联）开关处于分位，且不参与自投。
该方案的优点是备自投原理清晰、运行维护方便；缺点是逻辑、接线相对复杂，与标准备自投装置简化逻辑和接线的设计初衷不符，且升级后改变了标准版备自投逻辑，不利于备自投装置统一管理。
3）在不升级备自投装置的情况下，在母联2012开关常开辅助触点回路上并接分段2015开关和母联2025开关常开辅助触点的串联回路，如图2所示。
图2 开关辅助触点接线示意图
该方案可自适应识别母线运行方式：
1）当2012开关在合位时，备自投装置判定220kV母线为并列运行方式，母联备自投不会充电，线路备自投可充电。
2）当2012开关在分位时，若2015和2025开关同时在合位，备自投装置判定220kV母线为并列运行方式，母联备自投不会充电，线路备自投可充电。
3）当2012开关在分位，且2015或2025开关至少有一个开关在分位，备自投装置判定220kV母线为分列运行，母联备自投可充电。
该方案的弊端是：当2015或2025开关在检修时，因其开关状态不定，检修开关的分、合将直接影响备自投方式的变化，影响备自投的正常运行。为使2015或2025开关在检修时不影响备自投方式正常运行，需增加“2015开关运行”和“2025开关运行”两块压板，将这两块压板串接在2015和2025开关常开辅助触点回路上，如图3所示。
图3 含压板的开关辅助触点接线示意图
正常运行时投入此两块压板，当2015开关检修时，退出“2015开关运行”压板；同理，当2025开关检修时，退出“2025开关运行”压板。即当2015或2025开关检修时，备自投装置充放电条件将只根据2012开关位置判定，而与2015和2025开关位置无关。
该方案无需对备自投装置进行升级，在不改变备自投装置逻辑的基础上，能自适应识别母线运行方式，线路备自投和母联备自投能根据两个母联开关和一个分段开关的状态自适应切换，运行维护方便，逻辑简单清晰。
综上所述，备自投装置在经过第三种方案的改进后，更具有选择性和灵活性，能自适应识别双母单分段母线运行方式，根据运行方式的变化自动切换母联备自投和线路备自投功能，有利于提高备自投装置的可靠性，该方案已在220kV逸仙站得到了实践应用，其在双母单分段接线的220kV变电站具有广泛的应用前景。