220 kV电网多种功能备用电源自动投入装置的研究设计和应用

    摘　要：结合广东220 kV电网的运行实际，从提高电网供电可靠性和运行稳定性的角度，分析了装设多种功能备用电源自动投入装置的必要性，详细阐述了在广东省220 kV电网中研究设计的自动投入装置的种类、功能和技术要求，并通过在广东电网应用的实例证明：备用电源自动投入装置的应用，提高了供电的可靠性。

   1 必要性

　　随着国民经济的迅速发展，近两年，广东电网的供电负荷快速增长。2002年，广东电网负荷增长率为16.1%；2003年，广东电网负荷增长率已上升到26%。但电网基建滞后，跟不上供电负荷增长的速度。合理的电网结构是电力系统安全稳定运行的物质基础。由于电网和电源结构不合理，电网、电源建设跟不上供电的需要，电网运行中出现了一些不稳定的因素；一些输电线路经常处于满载，甚至过载状态，部分电网的短路电流超标等。为了解决上述问题，提高电网正常运行情况下的供电能力，减少重载线路的负荷，限制短路电流,经分析研究，这两年，广东电网采取了特殊的解网分区供电运行方式。一些220 kV变电站的220 kV母线分列运行，一些220 kV线路环网解环运行。采取这些措施后，短路电流得到了控制，解决了局部电网正常情况下线路重载问题和N-1故障情况下相应输电线路严重过载问题，提高了供电能力。
　　解决了这些问题的同时，由于一些母线解列，线路解环。一些母线，甚至整座变电站出现了由单侧电源供电的情况，使供电的可靠性下降了。面对这样的运行情况，必须要研究和解决的课题是：如何做到既要提高供电能力，又要保证供电的可靠性。?
　　要在相对薄弱既定的电网格局下，弥补一次系统网架不完善造成的不足，提高电网的安全经济运行水平，并且做到少投资，多收益，就要恰如其分地配置安全自动装置并正确发挥它们的反事故作用。经过充分的分析研究，要提高供电的可靠性，就要在单侧电源供电的网点、过载的网点以及安全稳定运行需要的网点，设置备用电源。当主供电源中断后，或相关元件过载时，迅速自动投入备用电源。由此，近两年来，备用电源自动投入已经成为220 kV电网提高供电可靠性的一项重要措施。?

   2 功能设计

　　220 kV电网备用电源自动投入装置的功能和方式，并不像传统无压自动投入那种单一形式的自动投入装置那么简单。根据电网的运行实际，按照功能和作用划分，我们在广东省220 kV电网中研究设计了四种形式的备用电源自动投入装置。?
　　a)无压检定自动投入装置?
　　主要是解决由单侧电源供电的负荷供电的可靠性，当单一电源运行中因故跳闸后，通过检定母线失压，自动投入备用电源。?
　　b)过载检定自动投入装置?
　　检定主变压器或输电线路过载，自动投入备用线路（电源）。通过自动投入的线路电源分担部分负荷，达到消除原主变压器或线路过载的目的。这种自动投入措施的优点在于它不损失任何供电负荷，比检测线路过流切负荷更胜一筹，因为后者要损失被切除的负荷。?
　　c)稳定控制自动投入装置
　　当主变压器（或线路）三相跳闸后影响到相关线路的热稳定或暂态稳定时，通过自动投入备用电源（或线路）来解决稳定控制问题。如有需要，可设计成智能型带控制策略的自动投入装置，智能型稳定控制自动投入装置要检测220 kV线路（或主变压器）跳闸前的潮流和该站110 kV线路可切负荷大小和功率方向。通过稳定计算分析来确定，自动投入前是否需要先切负荷，设置功率门槛，整定切负荷量，需要时按控制策略实施切负荷和自动投入。?
　　d)双备用电源补充自动投入装置?
　　对于一些较重要或稳定控制要求较高的设备，如果一次（或一个开关）自动投入不成功，会导致较严重后果时，设置双备用自动投入。当一个开关自动投入不成功时，再启动自动投入第二个备用开关。500 kV增城变电站的220 kV母线分段开关自动投入形式就是这种双备用自动投入方式。?

   3 功能和技术要求

   3.1对检无压备用电源自动投入装置的要求

　　为了自动投入后供电的安全可靠，除了检测原供电母线确已失压外，还要保证备用电源线路一定要处于正常、待命的状态。防止自动投入于故障或失压的线路上。因此，一般要检测备用电源线路的运行电压和频率在整定的合格范围内。

   3.2装置要灵活可靠，适应多种运行方式的需要

　　一个变电站的运行方式是多变的，要具体分析需要自动投入的方式，按需要设计。
　　一般情况下，环网中开环的变电站最基本的检无压备用电源自动投入方式有三种：?
　　a)双母线分列运行，任一母线失压，对应的进线无电流，根据故障前此线路的功率大小，决定是否切除部分负荷后，切除原供电线路开关，自动投入母联2012开关。?
　　b)进线甲开环，负荷由进线乙供电。检测到变电站220 kV母线失压，且进线乙已无电流。再检测比较进线乙故障前的功率大小是否大于整定值，如大于整定值，切除适量负荷和切除进线乙开关后，自动投入进线甲开关。?
　　c)进线乙开环，负荷由进线甲供电。进线甲、乙开环方式互换，自动投入开关相应改变，原理相同。?
　　如果是设备三跳或过载自动投入，则要根据分析和计算确定需要自动投入的开关及方式。?
　　如果装置只有单一的自动投入方式，当运行方式改变后，将失去备用电源自动投入功能，达不到提高供电可靠性和稳定控制的目的。

    3.3有旁路代供，二次电流回路自动切换功能

　　接入备用电源自动投入装置的线路，有时会由旁路开关代路供电，为了保证旁路开关代供时的自动投入功能，设计时应将旁路开关的TA和TV回路接入装置，设置代路切换开关，软件写入自动代路功能。

   3.4自动投入的同期要求

　　a)备用电源的自动投入，如属于两个不同系统的并列，要按同期并列的条件设计和整定。?
　　b)备用电源的自动投入，如属于大环网的并环，要按同期并环的条件设计和整定。并列和并环的同期条件参照电力系统调度规程的规定。

    3.5装置的闭锁功能要求?

　　为了防止误动作以及误动作造成事故扩大，装置必须设置闭锁功能，根据电网运行上可能出现的情况，装置应考虑设置以下四种闭锁功能。
　　a)为了防止备用电源自动投入于故障母线，设置母差保护或失灵保护动作闭锁自动投入的功能，必须等到手动复归信号后，装置自动投入功能才重新开放。
　　b)为防止开关在检修时误动自动投入，设置开关检修自动闭锁自动投入功能。但应注意仅闭锁正在检修的开关的自动投入，其余非检修开关的自动投入功能照常开放。
　　c)对于检无压自动投入和开关三相跳闸自动投入装置，还应设置手跳开关闭锁自动投入功能，防止手跳开关后失压错误自动投入和错误作三相故障跳闸自动投入。但应注意，所有的手跳闭锁功能仅闭锁该手跳开关对自动投入装置的启动功能。
　　d)设置人工闭锁信号（可用设置投、退总压板的方式）闭锁整套装置，收到人工闭锁信号后闭锁自动投入功能，解除闭锁后经Tbs延时，自动投入功能重新开放。

    3.6装置综合辅助功能

　　为便于运行管理、维护和事故分析，装置应具有事件记录、数据记录、打印、自检和告警功能。?

   4  应用成果

　　合适的地点、合理的配置、多种功能的备用电源自动投入装置在电网反事故工作中发挥了重大作用。

   4.1保证了主供电源跳闸后变电站的连续供电，提高了用户供电的可靠性

　　例证如下：
　　a) 2002年12月31日6时34分，向220 kV平胜变电站供电的单一电源线路220 kV平雷线故障跳闸，装设在平胜变电站的无压检定自动投入装置检测到平胜变电站母线失压后，立即跳开220 kV平雷线开关，自动投入220 kV芳平线开关。使220 kV平胜变电站原来所带的48 MW负荷安全连续运行，挽回了对用户供电的损失。
　　b) 2003年11月28日，220 kV莆心变电站的220 kV母线分列运行，220 kV深莆线事故跳闸，原深莆线所带莆心变电站的220 kV Ⅱ母线瞬间失压。我们装设在莆心变电站的备用电源自动投入装置检测到这一信息，正确动作，自动投入220 kV母联2012号开关，使220 kV深莆线所带的莆心变电站115 MW负荷恢复了连续供电，避免了负荷损失。

   4.2  主供电源跳闸后，备用电源自动投入，避免其它电源（线路）过载导致稳定事故

　　例证如下：
　　500 kV增城变电站的220 kV Ⅵ和Ⅱ母线负荷很重，由2号、3号主变压器和220 kV的增开线供电。2003年1月25日，500 kV的3号主变压器发生故障，瓦斯保护动作跳开主变压器三侧开关，备用电源自动投入装置检测到3号主变压器跳闸，按预先制定的控制策略自动投入220 kV的2026号母线分段开关，引入1号主变压器电源，分担了失去3号主变压器电源的部分负荷，避免了2号主变压器和增开线的过载事故及可能发生的电网连锁反应事故。?

   5 安全运行注意事项

　　a)装设备用电源自动投入装置的线路开关断开热备用一侧线路，一定要装设避雷器，以免雷电击穿热备用开关的绝缘，毁坏变电站设备。在线路没有安装避雷器的情况下，可以根据实际情况，考虑利用母线避雷器作为设备防雷保护，在母联开关装设备用电源自动投入装置。
　　b)备用电源自动投入的整定值要与继电保护开关三相跳闸重合闸、线路后备保护和上下级备用电源自动投入装置动作的时间配合，避免在三相重合或后备保护动作过程中自动投入备用电源（注：开关单相跳闸不满足自动投入装置检测的三跳失压条件，可不予考虑时延配合问题）。
　　c)备用电源自动投入装置应设置低频低压、电压变化率超限、频率变化率超限及安全自动装置动作闭锁信号，使其在安全稳定运行时或安全自动装置动作时自动闭锁自投。
　　d) 对于向主网供电的220 kV变电站中110 kV、10 kV侧接有的小电源，在主供电源跳闸且母线电压低于整定值后，应先断开小电源，再投重合闸或备用电源。?
　　e)原供电线路跳闸前如果所带负荷过重，应先切除部分负荷（可整定，先计算确定），然后自动投入自备用电源，以免自动投入时冲击过大，自动投入后引起相关元件过载和稳定事故。

6结论
　　由于电网的规划建设不能满足电网的运行要求，在电网结构相对薄弱又必须采取解网分区供电运行的情况下，造成局部电网和部分变电站的供电可靠性及稳定性下降，在电网发展过程中，备用电源自动投入装置成为提高供电可靠性和稳定性最快捷、可行、经济的手段。备用电源自动投入装置的设置必须具有适应各种运行方式变化的灵活性，以提高装置的利用率和可投率。备用电源自动投入装置必须稳定可靠，保证投运的成功率，必须设置闭锁功能，防止误动作以及误动造成事故扩大。备用电源自动投入装置的应用成果说明：多种功能的备用电源自动投入装置对电网的安全稳定运行发挥了重大作用。