备自投负荷原理解析

备自投负荷原理解析
随着社会经济的不断发展，工业、农业、居民等各个领域的用电需求的不断增大，对10kV系统的安全可靠供电要求越来越高。

由于10kV 供电系统面对的是广大用户，而系统的网络结构是辐射型供电，10kV 其中Ⅰ段母线的停电，就可能造成一大片区域的供电中断，由此产生经济损失无法估量，甚至有可能威胁到民众的生命。

10kV系统能否可靠持续供电运行关系到千万电力用户的利益，这就要求我们电力行业在设备运行时采用有效的方法――备用电源自动投入装置，有效的实现电力的不间断供应。

由于厦门地区用户量的增加，用电负荷的上升，一些变电站都进行了二期的扩建工作，由此产生了的一种接线方式，三台变压器带10kV四段母线，在其中一台主变失电的情况下，备自投装置动作，此时将造成一台主变带三段母线的情况，从而导致主变出现过载，严重时威胁到主设备的安全。

这时我们引入了备自投装置负荷均分功能，它可以根据用户的需要通过硬压板进行投退，有效解决的由自投装置动作造成的主变过载现象，同时也满足了用户对供电可靠性的要求。

但是此种功能也存在着一定的弊端：1、人员根据用电负荷情况的频繁操作，来回奔波，提高了工作量。

2、造成不停电的两台主变压器无法相互支援，供电可靠性差。

针对这种特殊接线方式，我局属提出了一种更为智能的备自投负荷均分投入方式。

正常情况下三变带四段母线的备自投及负荷均分工作原理
1.10kV备自投动作原理（未投入负荷均分功能）
每一分段开关（900、990开关）均配有备自投装置，
正常运行方式下，三台主变各自带10kV母线运行，当#3主变电源进线发生永久性故障或上一级电源系统永久性故障时，上级开关跳闸，10kVⅢ母无压、无流，10kVⅣ母有压，10KV备自投装置充电完毕；经3.0S延时后跳903开关,确认903开关已于分位后，合990开关，实现备自投，此时#2主变带10kVⅡ、Ⅲ、Ⅳ段母线负荷，在负荷较重、主变容量受限的情况下，就会造成#2主变的过载运行，危胁变压器安全运行，严重者达到主变压器过流保护末段定值（不经复压闭锁），一般整定为近2倍高压侧额定电流，时限2秒以上，跳开主变两侧开关，10kVⅡ、Ⅲ、Ⅳ段母线失去电源，导致大片区停电，及工厂停机，经济及政治影响慎大。

#1主变失压时，同理。

2、10kV备自投负荷均分动作原理（前提是分段自投装置投入）
负荷均分功能只针对#1主变或#3主变失压的情况，#2主变失压不启动负荷均分功能，由900、990开关自投装置同时动作，实现负荷的不停电。

如图1
正常运行方式下，三台主变各自带10kV母线运行，当#3主变电源进线发生永久性故障或上一级电源系统永久性故障时，上级开关跳闸，10kVⅢ母无压、无流，10kVⅣ母有压，990备自投装置充电完毕；①经3.0S延时后跳903开关,确认903开关已于分位后，合990开关，实现母联备自投保护，②跳903开关时连跳992开关，造成10kVⅡ母无压、无流，10kVⅠ母有压，900备自投装置充电完毕；
③再经3.0S延时确认992开关已于分位后，合900开关。

备自投负
荷均分过程完成。

#1主变失压，同理。

此种方式避免出现主变的重载情况。

二、优化后的备自投负荷均分工作原理
1、优化负荷均分功能逻辑后的工作原理，如图2
#2主变10kV侧设置一个手车开关，取消原有的手车刀闸，减轻变电站设备检修，年检时的停电及送电操作强度。

低压备自投装置取入992及994开关CT实际电流值。

此时若取902开关通过的电流值判断，最为准确，但因902开关未参与分段备自投的逻辑回路，电流值未取入自投装置。

图2
当#3主变电源进线发生永久性故障或上一级电源系统永久性故障时，上级开关跳闸，10kVⅢ母无压、无流，10kVⅣ母有压，990备自投装置充电完毕；①经3.0S延时后跳903开关,确认903开关已于分位后，合990开关，实现备自投，②此时994开关过载联切功能开放，时限5分钟，在5分钟内994电流值若连续10S大于整定值（85%额定电流值），启动990负荷均分功能，联切992，若5分钟内994的电流值小于整定值，则不启动990负荷均分功能，直接由#2主变带10kVⅡ、Ⅲ、Ⅳ段母线运行。

因主变保护过载情况是出现在其中一台边变压器失压，备自投动作后的一种暂时的状态，故可设计为短时投入。

当#1主变失压时，900开关自投动作，992开关分，900开关合，
短时投入负荷均分功能，通过判992开关的电流，达到整定值后，联切994开关，990开关自投动作后，合上990开关，实现#2、#3主变各带两段母线运行，不会发生主变过载现象。

2、优化负荷均分功能的优点
2.1、使用备自投负荷均分优化措施后，取消了负荷均分硬压板的投退，减少运行人员的来回操作次数。

2.2、根据负荷情况智能投入负荷均分，取消强制进行负荷均分，在负荷允许的情况下，提高了供电的可靠性，使#2、#3主变或#1、#2主变还可以通过剩余的分段开关自投装置进行电源互相支援。

2.3、负荷均分功能需在三台主变均正常运行，900、990开关热备用且备自投均投入的情况下发挥作用，常规备自投装置因检修工作或运行方式改变等原因造成一侧自投装置退出时，两侧负荷均分功能需相应退出，原则上不允许只有单侧负荷均分功能投入，以避免负荷均分功能动作后误切开关，造成扩停。

优化后的自投装置具备分支进线过载联切功能，允许只有单侧负荷均分功能投入。

三、特殊接线方式下，自投装置负荷均分的配合
如图1，当该110kV变电站#1主变与#3主变电源进线上级电源接于同一个220kV变电站的110kV备自投装置母线上，为避免上一级变电站全站失压，#1、#3主变同时失压，900、990自投同时动作，跳开901、903开关，负荷均分起作用，跳开992、994开关导致该110kV变电站全站失压，我们采用根据该变电站各段母线上负荷的重要等级情况，将900、990自投装置时间定值错开一个级差，使较为
重要的负荷自投时间动作短，如10kVⅠ、Ⅱ段母线上负荷比较重要，设置900自投时限为3.0S，990自投时限为3.5S。

在#1、#3主变同时失压或永久性故障时，900、990开关自投装置同时启动，900开关自投装置延时3.0S后先行动作，跳901，994开关，合900开关，10kVⅢ、Ⅳ母同时失压，990开关自投装置放电，不动作，全过程完成。

此种方法牺牲了10kVⅢ、Ⅳ段母线上的负荷，但保全了该站较重要的负荷的正常供电。

在电力网络接线未进行整改时，可做为临时的过渡方案进行设置。

结语
在电力系统中,备自投装置常用于两个或两个以上的供电电源相互投切,从而保证系统供电的连续性。

在四段母线的接线方式中备自投装置除了实现备自投功能外,还要实现均分负荷功能。

通过上述优化后的保护配置，有效的提高了电气设备的安全可靠性，既减少了运行人员的操作量，工作强度，又使一次设备得到充分的利用。

通过实际装置中运用，此种方法取得了良好的运行效果。

当工作电源因故障被断开以后，能自动而迅速的将备用电源投入工作，保证用户连续供电的装置即称为备用电源自动投入装置，简称备自投装置。

备自投装置在110kV以下的中、低压配电系统中比较常见，是确保电力系统连续可靠供电的一个重要设备。

随着电力系统二次设备的发展，备用电源自动投入装置的作用日趋重要。

但由于生产实际中应用的备自投装置的运行方式和逻辑关系往往不符合要求，因此有许多备白投装置虽已安装，但无法正式投入运行。

本文首先简述
了备自投的使用原则，然后通过阐述备自投的动作过程，引出备自投动作逻辑中所需的开入量和模拟量，并对其作用及在工程实际中需要注意的地方进行相应的解释。

2备自投的使用原则
2.1备自投装置应保证只动作一次。

当工作母线发生永久性故障或引出线上发生永久性故障，且没有被出线断路器切除时，由于工作母线电压降低，备自投装置动作，第一次将备用电源或备用设备投入，因为故障仍然存在，备用电源或备用设备上的继电保护会迅速将备用电源或备用设备断开，此时再投入备用电源或备用设备，不但不会成功，还会使备用电源或备用设备、系统再次遭受故障冲击，损毁了设备，加重了事故的破坏力。

实现方法：控制备用电源或设备断路器的合闸脉冲，使之只动作一次。

2.2工作电源被断开后才能启动备用电源。

工作电源失压后，备自投起动延时到后总是先跳进线保护断路器，确认该断路器在跳位后，备自投逻辑才继续工作。

这样能避免备自投动作后合于故障或备用电源倒送电的情况。

实现方法：备用电源和设备的断路器合闸回路应由供电元件受电侧断路器的常闭辅助触点启动。

2.3人工切除工作电源时，备自投不应动作。

2.4备用电源不满足有压条件时，备自投不应动作。

实现方法：备自投装置采集备用电源线路电压。

3备投在实际应用中需要注意的问题
3.1进线备自投跳闸回路的设计问题
进线备自投的跳闸回路主要包括两种形式，即手跳和保护跳闸，但必须注意几个细节性的问题。

①采用保护跳闸方式不可忽视闭锁重合闸设计的问题，因为采用保护跳开工作线路开关后，不启动KKJ，微机保护装置便判断为开关偷跳而启动重合闸，这样本来是分开的线路开关又被重新闭合，就不能将存在故障的原工作线路隔离开来，进而影响备自投顺利工作，这就需要通过另一副跳闸输出接点去将这条线路的重合闸闭合。

笔者认为应该根据上述设计原理安排接线，部分厂家的备自投设备只设计了一副跳闸输出接点，所以业内设计者最好在审图环节就要求厂家再加一副跳闸出口接点，从而使跳闸设计更加完善。

②若采用手跳方式，在手动跳闸和遥控跳闸的操作回路中就可以解决闭锁重合闸的问题，这样就省去了很多繁琐的设计步骤，唯一不足之处是这种设计不具有“手分闭锁备自投”功能。

照备自投的设计原则而论，在人为手分工作线路开关时备自投不应该合备用线路开关，使保护合后继电器接点与备自投装置相接才可以起到上述作用。

所以，将“手分闭锁备自投”回路设计加入备自投设备中。

当备自投选用手跳方式时也加入zh“手分闭锁备自投”回路，会造成备自投通过手跳回路跳开工作线路后，备自投又被“手分闭锁备自投”回路闭锁，造成无法合备用线路的矛盾逻辑，所以不允许在“手分闭锁备自投”回路中加入手跳方式，即取消保护合后继电器接点接入备自投
装置，以确保备自投装置正常工作。

但是，为避免备自投设备在人为手分工作线路开关的过程中误投备用线路，应在备自投的现场运行规程里要求在人工断开工作线路开关前将备自投退出。

此外，有些时候备自投需要采用合后节点作为手跳闭锁判据，但保护没有合后的备用接点接入备自投，这时候可以采用两种方式：①在保护上增加一个KKJ的中间继电器，从而引出备用接点到备自投。

②在备自投装置上将KKJ的开入短接，但需要运行人员在手分工作线路开关时将备自投退出，防止人为手分工作线路开关时备自投误投备用线路，此时跳闸回路可以接入微机综合保护装置的手跳回路。

还有一种情况就是备自投不需要KKJ开入，但是仍然要实现“手跳闭锁备自投”这个功能，这时我们采用的办法是将测控装置的手跳33并接入备自投装置的“闭锁备自投开入”，同样可以实现这个功能。

3.2进线备自投合闸回路的设计问题
进线备自投的合闸回路可接在手合或不经手合（如接在重合闸回路）两种方式实现，备自投合闸的接法是根据保护装置实际进行选取的。

①在取保护装置的合后继电器来实现“手分闭锁备自投”的功能时，备自投合闸一定要接入手合回路，因为保护装置的合后继电器是接在手合回路中的，是通过手合来起动合后继电器的，备自投在收到保护的合后继电器动作信号才具备其动作条件。

以深南瑞ISA-358G的进线自投为例
如下图：
假设：2#进线A点故障，备自投跳闸回路采用手跳回路，如果备自投正确动作后，2DL的为跳位，合后位复归，如果备自投合闸回路未采用手合回路，那么3DL合位且处于合后，1DL合位，但有可能不在合后，这时LBZT2就有可能不满足充电条件，导致保护不能正确动作，此时如果1#进线B处发生故障，备自投会因未充电而不动作，换另一种假设如果1DL在合后发生B处故障后备自投正确动作跳开1DL，合上了2DL，但是此时1DL跳位，2DL虽然是合位但必然不在合后，那么备自投是肯定不会充电的，所以如果跳闸回路用了手跳回路，那么合闸回路就一定要用手合回路。

②比较早期的微机保护，在厂家设计时并没考虑合后继电器的采用，当备自用装置应用于这些保护时，备自投将无法实现“手分闭锁备自投”的功能。

此时，备自投的合闸回路可接在手合或不经手合（如接在重合闸回路）均可，但要注意用电源将备自投装置的后合继电器输入接点短接，否则，备自投装置将因为无法满足条作而闭锁装置。