（电气工程专业论文）备用电源自动投入装置的功能实现研究.pdf

摘要 随着电力工业的发展和电力市场的提高，不间断送电的可靠性越来越受到重 视。在现代电力系统中，为满足电网经济运行及可靠供电，电网接线一般使用闭 环设计，开环运行，在开环运行的变电站装设备用电源自动投入装置，当主供电 源发生故障时，备用电源自动投入，从而立即恢复对用户的供电。 本文在对供电企业应用的备用电源自动投入装置的现状以及运行中关心的 问题分析的基础上，进行了备用电源自动投入装置的功能实现研究。 首先，给出了备用电源自动投入装置的实现原理；然后设计了自投装置的软 件部分。接着深入分析了自投的实现过程，详细解析了备投装置几个典型的步骤： 充电过程，启动过程，动作过程，放电条件。最后，考虑到备用电源自动投入装置 一次接线方式较多，有多种运行方式，为适应不同现场的需求，采用了梯形图编 程的方法用于开发备用电源自动投入装置。梯形图程序是由梯形图图元按一定的 语法规则组合成的、可以表达一定布尔逻辑关系的程序语言，通过改变装置内部 的梯形图程序，来适用于不同的各自投方式，实现备自投的动作过程。通过对梯 形图编辑环境的语法规则的分析和分段自投动作梯形图的示例，展示了梯形图对 适应不同现场多种运行方式的优越性，表明了梯形图可大大提高装置的灵活性和 适用性。 关键词：各自投备用电源梯形图 a b s t r a c t w i t hd e v e l o p m e n to ft h ep o w e ri n d u s t r ya n dt h ep o w e rm a r k e t ，m o r ea n dm o r e a t t e n t i o nh a sb e e ng i v e nt ot h er e l i a b i l i t yo ft h eu n i n t e r r u p t e dp o w e rt r a n s m i s s i o n i n m o d e r np o w e rs y s t e r n s ，t os a t i s f yt h ee c o n o m i co p e r a t i o no fn e t w o r ka n de n s u r et h e r e l i a b l ep o w e rs u p p l y , n e t w o r kc o n n e c t i o n , g e n e r a l l y , i sd e s i g n e d 豁t h ec l o s e dl o o p a n do p e r a t e sa st h eo p e n1 0 0 p a tt h es u b s t a t i o nw i t ho p e nl o o po p e r a t i o n , w h e r eb a c k u pp o w e rs w i t c h o v e ru n i t i si n s t a l l e d ，i nc a s eo ft h em a i np o w e rf a u l t s ，t h eb a c k u pp o w e rw i l la u t o m a t i c a l l y i n p u t ，t h u st h ep o w e rs u p p l yf o ru s e r sw i l lb ei m m e d i a t e l yr e s t o r e d b a s e do na n a l y s i s0 1 1t h ec u r r e n ts t a t u so ft h eb a c k u pp o w e rs w i t c h o v e ru n i t a p p l i e db yp o w e rc o m p a n i e sa n do p e r a t i o np r o b l e m si n v o l v e d ，t h et h e s i sh a ss t u d i e d t h ef u n c t i o nr e a l i z a t i o no ft h eb a c k u pp o w e rs w i t c h o v e ru n i t f i r s t l y , t h et h e s i sh a sp u tf o r w a r dt h er e a l i z a t i o nt h e o r yo ft h eb a c k u pp o w e r s w i t c h o v e ru n i t ；s e c o n d l y , i th a sd e s i g n e dt h es o f t w a r eo ft h eb a c k u pp o w e r s w i t c h o v e ru n i t ；t h i r d l y , i th a st h o r o u g h l ya n a l y z e dt h er e a l i z a t i o np r o c e s s e so ft h e b a c k u pp o w e rs w i t c h o v e ra n dd e t a i l e d l ye x p l a i n e ds e v e r a lt y p i c a ls t e p so ft h eb a c k u p p o w e rs w i t c h o v e ru n i t ，i e ，c h a r g i n gp r o c e s s ，s t a r t i n gp r o c e s s ，a c t i o np r o c e s sa n d d i s c h a r g i n gc o n d i t i o n ；f i n a l l y , i nv i e wo f t h ev a r i o u sp r i m a r yc o n n e c t i o nm e t h o d sa n d v a r i o u so p e r a t i o nm e t h o d so ft h eb a c k u pp o w e rs w i t c h o v e ru n i t ，i th a su s e dt h el a d d e r p r o g r a mf o rt h ed e v e l o p m e n to ft h eb a c k u pp o w e rs w i t c h o v e rt m i ti no r d e rt om e e t r e q u i r e m e n t so fd i f f e r e n ts p o t s t h el a d d e rp r o g r a m , c o m b i n e db yt h el a d d e rs y m b o l s a c c o r d i n gt ot h eg r a m m a t i c a lr u l e s ，c a ne x p r e s st h ep r o g r a ml a n g u a g eo fb o o l e a n l o g i cr e l a t i o n ，a n da p p l yt h ed i f f e r e n tb a c k u pp o w e rs w i t c h o v e rm e t h o d s t or e a l i z et h e a c t i o np r o c e s so ft h eb a c k u pp o w e rs w i t c h o v e r t h r o u g ht h ea n a l y s i so nt h e g r a m m a t i c a lr u l e so ft h el a d d e re d i t i n gs u r r o u n d i n g sa n dt h ed e m o n s t r a t i o no ft h e s e c t i o n a lb a c k u pp o w e rs w i t c h o v e ra c t i o nl a d d e r , t h et h e s i sh a sd i s p l a y e dt h e s u p e r i o r i t yo ft h el a d d e rs u i t i n gv a r i o u so p e r a t i o nm e t h o d so fd i f f e r e n ts p o t s ，a n d s h o w nt h a tt h el a d d e rc a ng r e a t l yi m p r o v et h ef l e x i b i l i t ya n d a p p l i c a b i l i t yo f t h eu n i t k e yw o r d s ：r e s e r v ep o w e rs u p p l ya u t o m a t i cc o n n e c t i o nd e v i c e ，b a c k u p p o w e r , l a d d e r 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名巷兰浑签字吼沙7 年z 月劢目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤洼盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫注盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签导师签名： 己贸栩 签字日期砂律狷2 o 日签字日期：枷y 年月乙日 第一章绪论 1 1 本课题研究的意义 第一章绪论 随着社会经济的发展，城乡电网规模不断扩大，电网结构日趋复杂，这对保 证变电站供电可靠性提出了越来越高的要求。在现代电力系统中，为满足电网经 济运行及可靠供电，电网接线一般使用闭环设计，开环运行，在开环运行的变电 站迸线装设备用电源自动投入装置，当主供电源发生故障时，备用电源自动投入， 从而立即恢复对用户的供电。对一主一备供电电源的变电站来说，采用备自投装 置使系统自动装置与继电保护装置相结合，是一种对用户提供不间断供电的经济 而又有效的技术措施。 备用电源自投装置( 备自投) 是电力系统中为了提高供电可靠性而装设的自 动装置，对提高多电源供电负荷的供电可靠性，保证连续供电有重要作用。各自 投装置是当工作电源因故障或其他原因消失后，迅速地将备用电源或其他正常工 作电源投入工作，并断开工作电源的自动装置。文献 1 对备自投装置的装设、 动作逻辑等都提出了明确的要求。 传统电磁型备用电源自投装置是由继电器构成的逻辑回路，如果对于某一主 接线形式，已设定其中一个开关为永久备投点，用继电器搭出比较简单可靠的备 用电源自投回路。随着计算机技术的发展，以单片机或可编程逻辑元件构成的 微机型备自投得到大量应用，其设计和运行上的灵活性为各自投装置的应用提供 了新的思路。现在，由微机系统构成的备用电源自投装置，以其性能可靠、功能 齐全、使用方便的独有优势，正在逐步地代替传统电磁型的备用电源自投装置。 对于不同的主接线方式及逻辑要求，微机备用电源自投装置采用不同的工作方 式，满足电网运行要求，提高供电可靠性。 1 2 本课题研究解决的问题和主要工作 面临城乡电网规模不断扩大，电网结构日趋复杂，影响供电可靠性的因素 很多，如变电站所处的地理位置、气候环境，站内一次、二次设备的可靠性， 变电站的运行管理，合理的电网结构与完善的电网调度系统，以及完善的备用 电源自投方案等。其中备用电源自投( 以下简称备自投) 是提高供电可靠性的一 第一章绪论 种有效手段。电力工业的发展和继电保护相关科学技术的进步都给微机继电保护 装置的研制提出了前所未有的机遇与挑战。微机继电保护装置结构上不断优化， 功能上不断增强，应用上更为灵活，“继电保护装置”的功能有了较大的延拓。 世界上知名自动化系统供应商不断推陈出新，研发了许多优秀的微机继电保护装 置。国内在8 0 年代开始研制微机继电保护装置，许多高校、科研单位、制造厂 家以及运行部门在学习和借鉴国外先进技术的同时，共同努力开发了更加符合国 情的微机继电保护装置，并成功应用于变电站自动化系统中。微机继电保护和变 电站自动化系统的推广，对新型微机继电保护装置的设计与研制提比了许多新的 问题和更高的要求。 本文在借鉴国内外微机继电保护发展的成功经验基础之上，紧跟继电保护相 关高新技术，分析了备自投在实际应用中存在的问题以及解决办法，提出了一种 新型的智能备自投装置，并介绍了其工作原理与基本功能，实践了新型微机继电 保护方案。 随着电力工业的发展和电力市场的提出，不间断送电的可靠性越来越受到重 视。备用电源自投装置作为提高供电可靠性的一种有效手段，在变电站中得到广 泛应用。文中分析了备用电源自投在实际应用中存在的问题，提出了一种新型的 智能备用电源自投装置。装置引入了“逻辑库”的设计思想，内部集成了大量的 逻辑模块与时间继电器模块，可根据实际应用进行灵活组态。装置根据组态的不 同而自动配置定值，可同时投入多种备自投方式，并自动识别系统运行方式， 选择相应的备自投方案。本文从东方各自投装置软件整体设计方案方面，简述备 自投原理设计的角度探讨不间断送电可靠性的措施。 1 3 小结 通过对目前电网的分析，提出本课题研究的意义，结合继电保护的发展现 状，分析了备用电源自投在实际应用中存在的问题，提出本课题研究解决的问 题和主要工作。 第二章备用电源自投装置的原理 第二章备用电源自投装置的原理 2 1 备用电源自投装置工作方式 备自投装置从原理上讲基本属于简单逻辑运算。一套完善的备自投逻辑方 案，除了应满足文献 1 2 提出的要求外，还应考虑装置实际运行环境的问 题。备自投的设计应避免求全思想，不切实际地追求适应一切故障情况甚至臆想 的稀有故障情况会导致自投逻辑过分复杂而大大降低可靠性。设计良好的备自投 应该是在满足常见运行方式下，充分考虑相关环节，在系统可靠性与装置可靠性 间取得合理的优化。文献 3 对各种自投方式进行了总结。 电力系统中，备用电源的一次接线种类繁多，如内桥、扩大内桥、单母分段 等。一次系统的运行方式可能会根据需要而变动，为了自适应一次系统，备用电 源自投也有多种运行方式嘲，但基本上都遵循以下的总则【9 】： ( 1 ) 备用电源不论何种原因工作电压消失时，自动投入装置均应启动，但应 防止电压互感器熔丝熔断时误动。 ( 2 ) 备用电源应在工作电源确实断开后才能投入，工作电源如为变压器，则 其高、低压侧断路器均应断开。 ( 3 ) 备用电源断路器的合闸脉冲应是短脉冲，只允许自动投入装置动作一次。 ( 4 ) 当备用电源自投于故障母线时，应使其保护装置加速动作，以免事故扩 大。 ( 5 ) 备用电源确有电压时才能投入。 ( 6 ) 备用电源自投装置自投时限应尽可能短，以保证负载中电动机自启动的 时间要求。 2 2 备用电源自投装置存在的缺陷及应对措施 现在运行的1 1 0 k v 变电所大多数都未安装母线差动保护，这就造成目前使用 的备用电源自投装置，无论是传统电磁型备用电源自投装置还是微机型备用电源 自投装置，均无法判别是线路故障还是母线故障造成的母线失电。这样，在母线 极其相连设备( 如电压互感器) 故障造成母线失电时，备用电源自投装置会动作， 将备用电源自动投入，对故障母线再次冲击，扩大故障。例如，某1 1 0 k v 变电所 第二章备用电源自投装置的原理 因l l o k v 母线电压互感器因过电压造成电压互感器发热损坏而引起主供电源跳 闸，备用电源自投装置动作，将备用电源自动投入，引起电压互感器爆炸，扩大 事故。再如，某l l o k v 变电所主变故障，而主变开关拒动，越级跳闸，母线失电， 备用电源自投装置动作，将备用电源自动投入，再次对故障主变送电冲击，而主 变开关继续拒动，再次越级跳闸，全所停电，主变严重烧损。因此，判别是不是 母线故障造成的母线失电是必要的。 对于微机型备用电源自投装置，只要增加一段程序，判别在母线失压前运行 的进线电源的电流有没有突然增量，电流值是不是大于最大负荷电流，即可判断 是线路故障还是母线故障。如果电流有突然增量，同时电流值大于最大负荷电流， 则判别是母线故障，此时应对备用电源自投装置瞬时放电，这样就避免了将备用 电源自动投入到故障母线。如果电流没有突然增量，同时电流值是也小于最大负 荷电流，则判别是线路故障，则不对备用电源自投装置放电，将备用电源自动投 入，提高供电可靠性。 这里只需判别在母线失压前运行进线电源的电流大于最大负荷电流，而不需 要考虑联在母线上的变压器的励磁涌流，因为其不会造成母线失电；也不需要考 虑主变中低压侧短路，因为此时有主变保护在工作，故障时可跳开主变高压侧开 关，不会造成母线失电；如果故障时主变高压侧开关拒动越级跳闸引起母线失电， 此时对备用电源自投放电就正是我们需要的，就能够保护主变不遭受再一的次冲 击。 此外，当备用电源自投装置判别出是母线故障时，在对备用电源自投装置放 电的同时，还可以联跳本侧主供电源的开关。这样除了避免将备用电源自动投入 到故障母线外，还可以避免工作进线对侧开关重合到故障母线并再次切除故障， 减少一次对故障母线的冲击。 改进后的备用电源自投装置，可以准确判别是线路故障还是母线故障造成的 母线失电，避免将备用电源自动投入到故障母线，减少对故障母线再一次冲击， 避免故障的扩大。此外还具有断路器切除故障动作次数少等优点，不但适用于线 路备自投，也可用于母联( 内桥) 断路器自动投入和线路变压器组自动投入。 2 3 备自投的几个特殊问题 对于备自投装置在实际应用中常见的几个问题，如对电压互感器断线的处 理，联切电容器，合闸前或合闸后联切负荷，加速备自投，以及接点启动各自投 等，本文不再细述，只对以下几个特殊问题进行讨论。 第二章备用电源自投装置的原理 2 3 1 复杂接线与复杂方式 降压变电站的典型接线是2 条进线、2 台主变分裂运行或一运行一备用，但 变电站接线种类繁多。比如：有3 台或更多主变，高压进线可能有3 条或更多； 高压侧双母接线；高压侧扩大内桥接线：低压侧分段开关兼做旁路开关等。复杂 的接线带来了多种复杂的各自投方式，这就要求各自投装置能自动识别系统运行 方式，自动选择相应的备自投方案。 2 3 2 过负荷联切问题 在很多场合备用电源不能满足全部供电容量要求，则应在自投于备用电源前 有选择地切除部分负荷，同时应闭锁这些线路的重合闸。 2 3 3 站内无功补偿电容器的处理问题 电容器保护如果设有低电压保护，则当主供电源消失时，低电压保护应先切 除电容器，再合备用电源，两者应考虑配合；如果电容器未设低电压保护，则备 自投应先切除电容器，再合备用电源。 2 3 4 断路器拒动检查和自动( 远方手动) 复归问题 断路器拒动是指备自投动作逻辑正确，但由于断路器原因断路器未动作，主 供电源断路器未断开或备用电源断路器未合上，使备用电源装置处于等待状态。 有两种处理办法：一是保持跳合闸脉冲，装置不复归，直到断路器动作或人员干 预整组复位进行重启动；二是装置从发出跳合闸脉冲后计时一定时间内如果断路 器不动则收回跳合闸脉冲并同时发出信号。笔者曾遇到一种情况：某厂生产的各 自投装置在主供电源断路器跳开后，备用电源断路器拒动，从而使备自投装置程 序进入等待合闸的死循环，不能收回跳主供电源断路器的跳闸令，造成主供电源 不能恢复和跳闸线圈烧毁。一般来说，断路器操作回路中有跳闸自保持继电器， 备自投动作跳闸后只要输出跳闸脉冲2 0 0m s 就可以启动该继电器。后要求厂家 对备自投逻辑进行完善：发出主供电源跳闸令2 0 0m s 后及时收回，备用电源断 路器合闸失败后，应具备断路器拒动告警、各自投装置自动复归和远方手动复归 功能。 2 3 5 断路器偷跳的处理问题 对母线无p t 的变电站，启动各自投有两种办法：利用进线p t 三相电压分 别经进线断路器位置触点串连后代替母线p t 电压接入和利用断路器位置启动备 第二章备用电源自投装置的原理 自投。笔者不建议采用断路器位置启动的方式，该方式受直流电源的影响并且单 一的断路器辅助触点相对可靠性较差，容易因振动等造成备自投误动作。 2 3 6 合闸过程中投入母联保护问题 对单母线分段接线进线保护，一般短延时跳分段开关，长延时跳进线开关。 备用电源投到故障母线上时，必须快速切除故障段母线，减小短路冲击和防止保 护越级造成两段母线停电。为此有的厂家生产的备自投装置在合闸过程前中就将 母联开关速断保护短时投入，这样当备用电源投到故障母线速断保护时就会快速 切除。这种设计相当于母联保护双重化，对防止事故扩大有积极作用，但各自投 必须引入母联电流，其接线和逻辑复杂，实际运行动作表明该方式的相对可靠性 差。我们认为，如果站内可以利用母线保护或母线后备保护( 如主变复合电压闭 锁过流等) 出口触点闭锁备自投，则不必增设母联速断；如果不便利用母线保护 或母线后备保护( 如主变复合电压闭锁过流等) 出口触点闭锁备自投，则必须考 虑合闸过程中投入母联保护来避免事故扩大。 2 3 7 备用电源的p t 断线监视功能 备用电源的线路p t 断线或保险熔断将使检有压条件为假，造成各自投启动 后自投失败。因此，备用电源线路p t 断线监视功能十分重要。原理上发生三相 p t 断线或只装设单相”时，断线与对侧停电只依靠检验电压是不能区分的，所 以应同时监视p t 二次回路的空气开关辅助触点，但从根本上来讲应加强p t 二次 回路的可靠性。 2 3 8 多级备自投的配合问题 当系统中存在多级备自投时j 应考虑各级各自投间的关系。原则上高电压等 级、高可靠性、影响面大的各自投先动作，低电压等级的、低可靠性、影响面小 的备自投按躲过上级备自投整定。但是，低电压等级线路事故率高，在可靠性要 求很高的情况下，为了缩短延时，笔者主张各备白投可以同时动作，并且从运行 方式上考虑避免多级备自投顺序自投。例如：昆明供电局1 9 9 9 年世界园艺博览 会的场地供电工程中，有2 2 0k v 变电站进线、2 2 0k v 变电站l l o k v 母线、1 1 0k v 变电站进线、1 1 0k v 变电站3 5k v 母线、用户3 5k v 进线、3 8 0v 母线各自投共 六级各自投。按照常规配合，3 8 0v 母线各自投将延时6s 动作，这对连续供电 造成极大影响。因此，采取1 l o k v 到3 8 0v 全部分列运行，全部采用桥开关各自 投方式，这样任何一个电压等级故障，下级所有备自投同时动作，只要4 级备自 第二章备用电源自投装置的原理 投中任何一套备自投动作成功，均可以在1 2s 内恢复供电。 2 3 9 备自投自适应功能的实现 备自投的动作逻辑与变电站的运行方式密切相关，传统备自投在运行方式调 整后人员必须现场改动联线或整定逻辑控制字。随着大量变电站采用无人值班， 给运行增加了大量的工作，备自投根据系统运行方式变化自动选择适当的动作逻 辑已经成为必要的功能。从原理上讲，只要引入有关的全部开关状态自动识别当 前运行方式，启动相应的充电条件即可。在目前微机备自投的基础上针对不同运 行方式准备多套自投方案是可行的。 2 4 备自投的逻辑分析 各自投逻辑尽管很复杂，但仍有规律可循。一般说来，备自投的行为逻辑分 为以下4 个逻辑进程： ( 1 ) 各自投充电。当工作电源运行在正常供电状态、备用电源工作在热备 用状态( 明备用) ，或两者均在正常供电状态( 暗备用) 时，备自投装置根据所采集 的电压、电流及开关位置信号来判断一次设备是否处于这一状态，经过1 0 s 1 5 s 延时后，完成充电过程。 ( 2 ) 备自投放电。当备自投退出运行，工作断路器由人为操作跳开，备用 断路器不在备用状态，断路器拒跳、拒合，备用对象故障等不允许备自投动作的 情况下，将备自投放电，使其行为终止。 ( 3 ) 备自投充电后，满足其启动条件，经或不经延时执行其跳闸逻辑( 可能 断路器已跳开) ，跳闸对象可能有多个。 ，( 4 ) 备自投执行完跳闸逻辑后，满足其合闸条件，经或不经延时执行其合 闸逻辑，合闸对象也可能有多个。 2 5 小结 本章提出备用电源自投装置工作方式，讨论母线故障时备用电源自投装置存 在的缺陷及其相应解决方案，通过讨论复杂接线与复杂方式、过负荷联切问题、 站内无功补偿电容器的处理问题、断路器拒动检查和自动( 远方手动) 复归问题、 断路器偷跳的处理问题、合闸过程中投入母联保护问题、备用电源的p t 断线监 视功能、多级备自投的配合等几个特殊问题的讨论进一步全面了解了备用电源自 第二章备用电源自投装置的原理 投装置原理，提出将备自投的行为逻辑分为4 个逻辑进程：备自投充电，备自投 放电，备自投启动条件，备自投动作。 第三章备用电源自投装置的设计及实现 第三章备用电源自投装置的设计及实现 电力系统中对供电可靠性的要求越来越高，很多系统中都装设备用电源自动 投入装置，以便于在故障时可以尽快恢复供电。为适应一次系统要求的多种备自 投方式，微机型备用电源自动投入装置正逐步替代传统电磁型备自投装置。 3 1 实现自投的几个典型步骤 3 1 1 充电条件 对于微机型备用电源自投装置，一个技术重点是如何保证备用电源自投只动 作一次。在传统接线中，我们可以使用硬接点断开回路并人工复归的方法来保证 备用电源自投只动作一次的要求。在微机型备用电源自投中，为了满足这个要求， 各厂家都引用了 充电”的概念，使用类似线路重合闸的充电问题来解决。 当目前系统各项条件满足备用电源自投允许投入时，令备用电源自投充电状 态为1 。只有充好电，在系统故障时备用电源才能投入，而在备用电源投入之后， 备用电源自投就会自动放电，直到故障消除，满足下一次自投条件才会继续充电。 这样就达到了备用电源自投只能动作一次的目的。备自投均应设置充电条件，在 传统备自投上采用电容器充放电过程和瞬时动作延时返回的中间继电器实现一 次合闸；在微机备自投中，一般采用逻辑判断和软件延时代替充电过程，即在所 有闭锁条件均无效时，延时1 0s 允许备自投工作，“闭锁或“退出”条件为“真 则立即放电。 这里充电时间取1 5s 主要考虑下面几个原则，避免合闸在故障上造成开关 跳跃和扩大事故：1 ) 等待故障造成的系统扰动充分平息，认为系统已经恢复到故 障前的稳定状态。2 ) 躲过对侧相邻保护最后一段的延时和重合闸最长动作周期。 3 ) 考虑一定裕度。 3 1 2 备自投的启动条件 工作母线失压是各自投启动的条件，但只有当工作母线电源确实无压，各自 投才允许启动，故应设置启动延时躲开电压波动。为防止备自投对线路倒送电， 不论进线断路器是否断开，备自投延时启动后都应再跳一次该断路器，并将检查 第三章备用电源自投装置的设计及实现 该断路器跳位辅助触点作为启动合闸的必要条件。对进线本侧装设线路保护的变 电站，可以在本侧保护跳进线断路器同时加速各自投，使各自投不经过延时合备 用开关。这种情况下仍然要考虑本侧保护范围外由对侧保护切除故障( 如对侧母 线上的相邻元件故障) ，备自投启动延时应与对侧保护i i 段配合。 对侧设重合闸的系统中各自投可等待对侧重合一次失败后启动自投，也可直 接自投。重合失败后自投对恢复供电较有利，但自投延时将延长一个重合闸动作 周期。原则上对供电容量大、装置可靠性较高、供电线路较长、重合成功率低或 对连续性供电有特殊要求的重要负荷可采用直接自投方式；对装置可靠性相对较 低的常规继电器各自投的负荷可采用先重合后自投方式。 3 1 3 备自投闭锁条件 一般应考虑：1 ) 手动断开工作电源，各自投不应动作。设计应考虑手分继电 器或控制开关触点闭锁各自投。2 ) 为防止自投在故障上，内部故障时应闭锁备自 投，设计应考虑备用电源进线开关的相邻元件保护出口触点闭锁备自投。 3 1 4 有压、无压、无流条件的选取 备自投的启动条件中检测工作母线无电压判据是最重要的判据，根据主接线 方式、自投方式以及电压回路接线的不同正确选用母线电压，是各自投成功应用 的前提条件。 3 1 5 备自投自适应功能的实现 备自投的动作逻辑与变电站的运行方式密切相关，传统各自投在运行方式调 整后人员必须现场改动联线或整定逻辑控制字。随着大量变电站采用无人值班， 给运行增加了大量的工作，备自投根据系统运行方式变化自动选择适当的动作逻 辑已经成为必要的功能。从原理上讲，只要引入有关的全部开关状态自动识别当 前运行方式，启动相应的充电条件即可。在目前微机备自投的基础上针对不同运 行方式准备多套自投方案是可行的。 3 2 备用电源自动投入装置动作过程实现途径 我们设计了东方d f 3 3 8 2 备用电源自动投入装置( 以下简称装置) ，主要适 用于l l o k v 及以下电压等级变电站需要备用电源自动投入的场合。备用电源自 动投入装置采用梯形图编程的方法，通过改变装置内部的梯形图程序，来适用于 第三章备用电源自投装置的设计及实现 不同的备自投方式来实现备自投的动作过程。在硬件上按最大可能的各自投方式 配置，开入量和出口均可自定义。 3 2 6 备自投工作方式 备用电源自动投入( 以下简称备自投) 装置一次接线方式较多，有多种运行 方式，如分段自投方式、桥自投方式、闭接点自投方式、进线互投方式( 母线进 线均有p t ) ( 只有两母线p t ) ( 只有两进线p t ) 、进线分段备投方式( 母线进线 均有p t ) ( 只有两母线p t ) ( 只有两进线p t ) 、变压器互投方式( 母线进线均有 p t ) ( 只有两母线p t ) 、以及其他复杂方式，通过归结基本方式有以下三类：分 段自投，进线互投，变压器互投。对更复杂的备自投方式，都可以看成是这些典 型方式的组合。 下面介绍分段自投，进线互投，变压器互投这几种变电站中典型的各自投方 式原理。如图3 - 1 和图3 - 2 所示。 i 段 3 d li i 段 图3 1 分段备自投和进线互投接线示意图3 - 2 变压器备自投接线示意 下面是这三种基本方式正常运行、启动、动作以及退出等条件，了解自投实 现过程，及其运行条件。 l 、分段自投 ( 1 ) 正常运行条件 1 ) 分段断路器3 d l 处于分位置 2 ) 进线断路器1 d l 、2 d l 均处于合位置 3 ) 母线均有电压 第三章备用电源自投装置的设计及实现 4 ) 备自投投入开关处于投入位置 ( 2 ) 启动条件 1 ) i 段母线无压，1 d l 进线1 无流，i i 段母线有压 2 ) i i 段母线无压，2 d l 进线2 无流，i 段母线有压 ( 3 ) 动作过程 1 ) 对启动条件1 ) ： 若1 d l 处于合位置，则经延时跳开1 d l ，确认跳开后合上3 d l 若1 d l 处于分位置，则经延时合上3 d l 2 ) 对启动条件2 ) ： 若2 d l 处于合位置，则经延时跳开2 d l ，确认跳开后合上3 d l 若2 d l 处于分位置，则经延时合上3 d l ( 4 ) 下列条件相或作为退出条件 1 ) 3 d l 处于合位置时 2 ) i 段、i i 段母线都无电压 3 ) 有各自投闭锁输入信号 4 ) 备自投投入开关处于退出位置 2 、进线互投 ( 1 ) 正常运行条件 1 ) 1 d l 处于合位置( 此时2 d l 处于分位置) ，或2 d l 处于合位置( 此 时1 d l 处于分位置) 2 ) 两段母线均有电压 3 ) 3 d l 处于合位置 4 ) 各自投投入开关处于投入位置 ( 2 ) 启动条件 1 ) 母线无电压，进线l 无流，进线2 有电压 2 ) 母线无电压，进线2 无流，进线l 有电压 ( 3 ) 动作过程： 1 ) 对启动条件i ) ，2 d l 处于分位时 若1d l 处于合位置，则经延时跳开1 d l ，。确认跳开后合上2 d l 若1 d l 处于分位置，则经延时后合上2 d l 2 ) 对启动条件2 ) ，1 d l 处于分位时 若2 d l 处于合位置，则经延时跳开2 d l ，确认跳开后合上1 d l 若2 d l 处于分位置，则经延时后合上1 d l ( 4 ) 下列条件相或作为退出条件 第三章备用电源自投装置的设计及实现 1 ) 两进线均无电压 2 ) 母线无电压，进线1 有流或进线2 有流 3 ) 有备自投闭锁输入信号 4 ) 各自投投入开关处于退出位置 3 、变压器互投 ( 1 ) 正常运行条件 1 ) 主变压器各侧断路器处于合位置，辅变压器各侧断路器处于分位 置 2 ) 母线有压 3 ) 辅变压器进线有压 4 ) 各自投投入开关处于投入位置 ( 2 ) 启动条件 主变压器无电流，母线无电压，且辅变压器进线有压 ( 3 ) 动作过程 对启动条件： 若主变压器二次断路器处于合位置，则经延时跳开主变压器各侧断路 器，确认跳开后，依次合上辅变压器各侧断路器 若主变压器二次断路器处于分位置，则经延时依次合上辅变压器一二 次断路器 ( 4 ) 下列条件相或作为退出条件 1 ) 辅变压器进线无电压 2 ) 有备自投闭锁输入信号 3 ) 各自投投入开关处于退出位置 综上所述，各自投的工作原理可简述为：当工作线路失压时( 非p t 断线造 成) ，先跳开与原工作电源相连接的断路器，若备用电源正常，则合上工作线路 与备用电源相连的断路器。 3 2 7 备用电源自动投入装置功能 3 2 7 1 备自投功能 备自投的工作原理可简述为：当工作线路失压时( 非p t 断线造成) ，若备 用电源正常，则先跳开与原工作电源相连接的断路器，再合上工作线路与备用电 源相连的断路器。备自投动作逻辑图如图3 - - 3 所示。 第三章备用电源自投装置的设计及实现 各自 开关、 电压、电流、新路器位置满足充电条件 告警 一j s 秒ll 有闭锁信号 电压、电流、 充电完毕 告警， 有装置闭锁信号 自投立即放电 备自投启动 各自投动作 3 2 7 2 合闸后加速保护 备自投充电完毕 自投一次动作完毕标志 重新进行白投充电条件判断 图3 - 3 各自投动作逻辑图 充电过程 放电条件 启动条件 动作过程 备投重新投入 我们开发的备用电源自投装置一东方d f 3 3 8 2 具有手合后加速和各自投动 作后合闸后加速功能，仅在分段断路器被合上时短时投入。加速段电流定值、后 加速投入时间d l s d e x _ t 、后加速动作时间可整定。 若合闸后分段电流1 3 、1 4 、1 5 的电流超过启动电流，延时d l s d r u n _ t 后， 后加速动作跳开合于故障的断路器。若合闸后d l s d e x _ t 内未满足后加速条件， 装置将自动退出本次合闸后加速判断。d l s d 定值规定了合闸后加速保护的启动 电流；i o d 3 定值反映故障时电流量1 3 、1 4 、1 5 的电流瞬时值突变值。 投入合闸后加速或手合后加速功能时，装置的1 3 、1 4 、1 5 应接入三相分段 电流。 第三章备用电源自投装置的设计及实现 合闸后加速或手合后加速动作逻辑图如图3 - 4 所示。 后加速功能 后加速出口 图3 - 4 合闸后加速或手合后加速动作逻辑 d f 3 3 8 2 合闸后加速或手合后加速程序流程框图图3 5 所示。 第三章备用电源自投装置的设计及实现 合闸后加速故 图3 5 合闸后加速或手合后加速程序流程框图 1 6 第三章备用电源自投装置的设计及实现 3 2 7 3 过负荷联切 备自投动作后，经g f h _ t ，装置投入过负荷联切判断。若i a l ( 或i a 2 ) 的 电流大于g f h ，延时g f h r i j nt 后，装置将切除指定负荷。 备自投动作成功后，经延时g f h e x i t - t ，装置将自动退出过负荷联切判断。 如果未投入过负荷退出时间，则过负荷联切功能将一直判断，直至备自投功能重 新投入。过负荷联切动作逻辑如图3 - 6 所示 3 2 7 4p t 断线闭锁 图3 - 6 过负荷联切动作逻辑图 p t 断线判据：任一线电压小于无压定值( 0 5 线电压 u 3 一y y u 6 i u 5 _ y y j i 8 u 醍y y ，且j u 7 j u 7 _ y y 图3 7p t 断线判据逻辑图 p t l 断线 p t 2 断线 p t 3 断线 p t 4 断线 3 27 5 备自投充放电过程 下面以分段自投为例说明备自投充放电和动作过程 ( 1 ) 充电条件( 正常运行条件) 1 ) 分段断路器3 d l 处于分位置 2 ) 进线断路器1 d l 、2 d l 均处于合位置 3 ) 母线均有电压 4 ) 各自投投入开关处于投入位置 延时1 5 秒内以上充电条件同时满足，无其他放电条件，备自投充电完 毕，装置运行灯闪烁，进入备自投启动条件判断 ( 2 ) 放电条件 第三章备用电源自投装置的设计及实现 1 ) 3 d l 处于合位置时 2 ) 1 0 秒内i 段、i i 段母线都无电压 3 ) 有备自投闭锁输入信号 4 ) 备自投退出 5 ) 各自投一次动作完毕 6 ) 当投入p t 断线闭锁功能，出现p t 断线时 当满足上述1 ) 5 ) 中任一退出条件时，备自投立即放电，装置运行灯 常亮，各自投功能退出，重新进入各自投充电条件判断。当满足上述条件6 ) 时，备自投退出但不放电，当相应启动条件满足后备自投可启动。 ( 3 ) 启动条件 1 ) i 段母线无压，1 d l 进线1 无流，i i 段母线有压 2 ) i i 段母线无压，2 d l 进线2 无流，i 段母线有压 ( 4 ) 动作过程 1 ) 对启动条件1 ) ： 若1 d l 处于合位置，则经延时跳开1 d l ，确认1 d l 跳开后合上3 d l 若1 d l 处于分位置，则经延时合上3 d l 2 ) 对启动条件2 ) ： 若2 d l 处于合位置，则经延时跳开2 d l ，确认2 d l 跳开后合上3 d l 若2 d l 处于分位置，则经延时合上3 d l 以上过程中，启动条件是由控制字整定，备自投充放电条件和备自投动作过 程是由梯形图编程实现。 d f 3 3 8 2 主循环p t 断线、过负荷、充放电处理程序流程框如图3 8 所示。 第三章备用电源自投装置的设计及实现 主循环p t 断线、过负荷、充放电处理： y 图3 8p t 断线、过负荷、充放电处理程序流程框 3 2 7 6 备自投重启动 备自投装置只动作一次。动作一次后，需按面板上复归键复位或按信号复归 按钮复归或通信复归，才能使各自投重新投入。当投入各自投重新投入功能后， 则装置每动作一次，经延时，可自动重新投入备自投，进行下一次启动条件判断。 投入各自投充电过程，且投入备自投重新投入功能时，各自投一次动作完毕 后，可不经延时，自动重新进入各自投充电过程，进行各自投充电条件判断，充 第三章备用电源自投装置的设计及实现 电完毕后方可允许各自投进行启动条件判断。 3 3 小结 本章对备自投充电，备自投放电，各自投启动条件，备自投动作等实现自投 的几个典型步骤过程进行详细分析讨论。备用电源自动投入装置一次接线方式较 多，有多种运行方式，通过归结基本方式有以下三类：分段自投，进线互投，变 压器互投。对更复杂的备自投方式，都可以看成是这些典型方式的组合。结合东 方电子备用电源自动投入装置d f 3 3 8 2 对这三种基本方式进行分析，掌握了各自 投的动作过程，也了解合闸后加速保护，过负荷联切，p t 断线闭锁等功能。 第四章备用电源自投装置梯形图编制环境、原则及示例 第四章备用电源自投装置梯形图编制环境、原则及示例 梯形图程序是由梯形图图元按一定的语法规则组合成的，可以表达一定布 尔逻辑关系的程序语言。梯形图程序可在p c 机或笔记本电脑中利用梯形图集成 开发环境编辑器生成，利用2 3 2 4 8 5 仿真狗通过装置前面板的维护口下载到 d f 3 3 8 2 装置中。 下面对梯形图程序的编写作概要说明： 4 1p l c 编辑环境说明 p l c 编辑环境为东方自主开发的，使用步骤简述如下： 1 ) 安装及运行 直接将p l c e x e 及b y q d l l 、i x 2 d l l 、m x 2 d l l 、p t 4 d l l 、p e a t o p e b e x e 、 p e b t o p e a e x e 文件拷贝至同一目录，直接运行p l c e x e 文件，进入p l c 编辑 环境即可使用 2 ) 主菜单共分三项：”梯形图”、”定值”、”帮助” 运行态如图4 - l 所示 第四章备用电源自投装置梯形图编制环境、原则及示例 ! i 璺o 兰| p l c 编辑环境 图4 - 1p l c 编辑环境运行态界面 3 ) ”梯形削”菜单用于d f 3 3 8 2 备用电源自动投入装置的梯形图编辑。 梯形图编辑态如图4 - 2 所示 臣盆譬墨重墨冒墨墨回霉瞳岛霸醒鏊强s 蕊 * 强目2 * 霉于 黼# * 衄t m