【110kV降压变电站备用电源自投装置设计开题报告文献综述5100字】

110kV降压变电站备用电源自投装置设计开题报告文献综述摘要：为了保证电网供电的可靠性，对重要负荷经常采用两个或两个以上的有效电源进行稳定的供电，并且考虑二者相互备用。备用电源的切换优先采用自动方式。传统的备自投控制系统多采用继电器组成，动作延时大、控制逻辑修改不便利、灵活性和可扩展性较差。本文设计了一种基于PLC的备自投自动投入装置，实现灵活便利的备自投装置控制。本文首先阐述了备自投装置的原理，分析了备自投几种基本工作方式，给出了基于PLC的备自投控制系统的总体设计方案。关键词：PLC；水电站；电源备自投1研究背景电力工业的发展初期，电能是由用户附近的发电站直接生产的，因而各个发电站是孤立运行的。但随着社会经济和生产力的迅速发展，对于电能的需求迅速增加，而在我国，能源资源与能源需求呈现逆向分布，能源丰富的西部地区远离用电集中的东部城市，为解决掉这个分布矛盾，就要在那些资源丰富的地区建造大型的发电厂，然后将电能远距离输送到电力用户；与此同时，为了提高供电的可靠性和资源的利用率，在发电厂和用户之间，建立了基于变电站和输电线路的电力网，电能由发电厂产生，先通过升压变电站进入远距离输电网，后通过由不同电压等级的降压变电站组成的配电网，最后到达用户，随着电网的不断扩大、改进和发展，渐渐形成了现如今稳定高效的电力系统[1]。随着信息时代的来临，电气自动化技术也迎来了蓬勃发展，电力系统自动化是应用了计算机、通信以及电力电子技术，对电力系统中发电、输电、变电、配电、用电几个环节进行信号数据的采集、分析和处理等，实现对系统的自动化控制[2]。电力系统自动装置，便是电力系统自动化最为典型的方式，这些装置往往具有检测、决策、控制等功能，大多安装于变电站内，成为变电站二次系统的一部分，保证了电力系统的安全稳定，在我国的电网中得到了广泛的应用。在电力系统中，从供电可靠性角度讲，重要用户是不允许停电的。因此，为了保证电网供电的可靠性，对重要负荷电力系统的设计会经常采用两个或两个以上的有效电源进行稳定的供电，并且考虑二者相互备用。备用电源的切换，有手动和自动两种方式：手动操作动作较慢，中断供电时间较长，对正常生产生活有一定影响；对生产过程中不予许停电的情况下，手动投入备用电源往往不能满足要求，故采用备用电源自动投入装置（AATS）可大大提高供电的可靠性，且结构简单、造价便宜。本课题研究的便是一种经典且重要的电力系统自动装置：备用电源自动投入装置。随着智能变电站技术的大力推广，备自投装置也在与时俱进，从传统型的由继电器控制的备自投装置，到如今多种类的微机型备自投装置，灵活性、适用性和智能化更加被凸显出来。电力系统中的备自投装置大多安装于变电站内，变电站作为电力系统不可或缺的部分，与电力系统共同发展了一百多年，在这一百多年的发展历程中，变电站在建造场地、电压等级、设备情况等方面都发生了巨大的变化。在电力系统中，变电站是输电和配电的集结点，其规划、设计、运营、维护等都对电网的安全性和供电可靠性起着重要的作用，而备自投装置的加入和改造将更加证明供电可靠对于电力系统的重要意义。由于PLC的可靠性高、编程简单易学、使用维护方便、体积小、质量轻、功耗低、设计施工周期短，且具有较好的灵活性和可扩展性等各项特点，，在自动化控制领域得到了广泛的应用。本次的设计主要是研究变电站的备用电源自动投入装置的自动化控制采取可编程控制器（PLC）来实现。2文献综述2.1备用电源自投系统概述2.1.1备用电源自投系统定义备用电源自动投入装置（BZT）是变电站的一种重要的自动化装置，与自动重合闸、自动切负荷、自动调节励磁装置等类似，同样属于一种电力系统安全自动装置，都是为了防止电力系统失去稳定性或者发生大面积停电而设计的自动保护系统。对于庞大的电力系统来讲，每一个备自投装置能否正确动作，都直接关系到电力系统运行的可靠性，在供配电系统中，对于电网中的一级负荷和二级负荷通常需设计并使用备用电源自投系统。备用电源自投装置定义如下：电力系统的主供电源因上一级电源出现故障而被切断后，可以及时地将备用电源或其他的正常供电电源投入使用，从而使因原主供电源断开而停电的用户快速得电的一种安全自动装置，它是保证电力系统可靠并持续供电的重要措施[9]。2.1.2备自投分类（1）按运行状态分类明备用：工作电源和备用电源分工明确，正常运行时工作电源供电，工作电源因故障失压，投入备用电源供电。暗备用：工作电源和备用电源分工不明确，正常时两电源进线分裂运行，分别给各自段的母线供电，当其中一个电源发生故障停电时，母联断路器闭合，由另一个电源给两段母线同时供电，暗备用实际上是两个工作电源互为备用。（2）按接线方式分类备用电源自投装置原理上属于一种简单的逻辑运算，但变电站的一次部分电气主接线形式种类比较多，如单母线分段、内桥接线、单元接线、角形接线等，从而使备自投系统也有了多种运行方式。但归根结底，众多复杂的备自投方式都可看成是以下几种典型备自投的组合。1）进线备自投2）分段备自投3）变压器备自投这三种备自投方式无一例外都遵循一个原则，即当工作电源失压时，先跳开与其相连的断路器，在备用电源可以正常供电的前提下，合上与备用电源相连接的断路器。2.1.3采用备自投装置的优点提高了供电的可靠性，与具有相同可靠性的不带备自投的变电站相比，节省了建设投资；为电力系统的继电保护提供了便利，简化了继电保护系统，环形网络可以开环运行，变压器可以分列运行；同样起限制短路电流的作用，降低了变电站母线的短路容量，同时提高了母线的残余电压，提高了电力系统暂态稳定性[10]。2.1.4多级变电站的备自投配合当电力系统中存在多电压等级备自投时，应考虑到各级备自投间的关系以及如何配合工作。原则上是电压等级高、影响范围大的备自投先动作，电压等级低、影响范围小的备自投以躲过上一级的备自投时间的标准来整定[11]。然而，低压线路发生事故的概率颇高，为了满足更高的供电可靠性，缩短停电时间，不妨使各级备自投同时启动，这种方式在开环运行网络中推荐使用，对持续供电意义重大，但在复杂网络中需考虑多方面因素，应依据电网不同的运行情况，研究适合的配合方法。2.2备自投装置应满足的要求（1）为了保证备自投装置在电力系统中起到有效的作用，而不影响电网和用户的正常工作，备自投装置往往要满足以下几点要求：（2）工作电源断开后方可投入备用电源，以防止将备用电源投到有故障的线路上，扩大事故造成严重后果；（3）备用电源的投入需有一定的延时，延时时间应超过最长的外部故障继电保护切除的时间，但延时应尽量做短，应满足用户中电动机的自启动时间需求；（4）人为手动拉闸不应该触发备自投系统工作，但运行人员误操作造成失压的情况下需要触发备自投[12]；（5）备用电源电压不足时不应投入工作，同时备用电源应保证与主供电源有相同的负荷能力；（6）备自投装置在电压互感器二次回路断线时不应动作；（7）备自投装置只应动作一次，当母线发生持久性的故障时，备自投系统第一次将备用电源投入工作后，因故障仍然会存在，继保装置会将备用线路切断，备自投失去意义，故备自投装置应及时自动复位，以免对电力系统造成不必要的冲击扩大事故。（8）在不同PLC之间，以及PLC和上位机之间需要保证良好通信，实时交换信息。2.3备自投工作方式2.3.1进线备自投图2.1进线备自投起始图此种方式类似于明备用，如图2.1所示，在正常运行时，假设进线1为主供电源，进线2为备用电源，则断路器1DL、3DL处于合位置，2DL处在断开状态，两段母线均正常工作，备自投系统等待启动；当欠电压继电器检测到母线失压时，进线1没有电流，进线2有足够电压，便可启动备自投装置，经延时跳开1DL，再合上2DL，若1DL已经跳开，则可经延时直接合上2DL[14]。由于这种接线方式的拓扑结构具有不错的对称性，所以进线1和进线2可角色互换。当备自投动作一次后，或1DL、2DL都处在合位置，或有备自投闭锁信号输入时，备自投系统应退出。2.3.2分段备自投图2.2分段备自投起始图此种方式类似于暗备用，如图2.2所示，正常运行时，进线断路器1DL、2DL处在合位置，母联断路器3DL处在分位置，两段母线均正常供电，备自投系统等待启动；当其中任意一段母线被检测到失压，即任意一路进线无电流，而另一路进线正常供电，则启动备自投系统；假设Ⅰ段母线失压，若1DL未断开，则经延时后断开1DL，再合上3DL，若1DL由于故障已经断开，则直接经延时合上3DL即可。同样由于拓扑结构的对称性，两路进线可角色互换，互为备用。当备自投动作一次后，或3DL处在合位置，或有备自投闭锁信号输入时，备自投系统应退出。2.1.3变压器备自投图2.3变压器备自投起始图如图2.3所示，假设1#为主变压器，2#为辅变压器，正常运行时主变两侧断路器在合位置，辅变压器处于未投入工作状态，但进线2处应有电压，由主变为母线供电，备自投系统准备启动；当主变无电流，母线检测到失压，证明主变或进线1出现故障停电，此时启动备自投，若主变二次侧断路器处在闭合状态，则经一段延时后跳主变两侧断路器，然后按顺序合上辅变压器两侧断路器，若主变二次侧断路器已经被切断，则经延时后合上辅变压器两侧断路器即可。当备自投动作一次后，或3DL、4DL都处在合位置，或有备自投闭锁信号输入时，备自投系统应放电退出。2.4备自投控制系统备用电源自动投入装置。随着智能变电站技术的大力推广，备自投装置也在与时俱进，从传统型的由继电器控制的备自投装置，到如今多种类的微机型备自投装置，灵活性、适用性和智能化更加被凸显出来。3技术路线本文以110kV降压变电站为例，设计了一种基于可编程逻辑控制器（PLC）的备自投装置。相比于传统的备自投装置，基于PLC的备自投系统不需要众多的继电器和复杂的接线，这样不仅降低了出错率，而且提高了灵活性，适用于多种复杂工况。此外，PLC兼容大多的计算机和通信技术，使备自投系统运行更加稳定高效。3.1110kV降压变电站一次系统本课题110kV变电站一次主接线图，是比较常规的两进线一母联形式，高压侧110kV采用内桥接线形式，低压侧35kV采用单母线分段接线形式。此图为经典的电力系统单线图，采用单线表示三相线的方式，更加简洁直观。图1110kV变电站一次主接线图两路电源进线可以分别为Ⅰ段和Ⅱ段母线供电，母联断路器CB3处在分位置，两电源互为暗备用；也可以采用一主一备的明备用方式，本课题假设进线1为主供电源，同时为Ⅰ段和Ⅱ段母线供电，进线2为备用电源，进线断路器CB2处在分位置。对于变电站的低压侧，一般只存在暗备用的工作方式，即两台主变分列运行，母联断路器CB6处在分位置[19]。3.2110kV降压变电站备自投系统总体设计思路电气二次部分的作用主要是对一次部分进行监测、保护、控制等，通过电流、电压互感器与一次部分取得电的联系，变电站中常规的二次设备包括测量仪表、继电保护装置、熔断器、控制开关、自动装置（如备自投装置）等。如图2和图3所示为分别高压侧和低压侧备自投系统的二次回路，对应上方的地址分配表，输入输出端子对应正确接线，输入端继电器触点一端接输入接口，一端接公共端；输出端继电器线圈一端接输出接口，一端接公共端；24V电源正极接L+，负极接公共端M。图2高压侧备自投二次回路图3低压侧分段备自投二次回路4进度安排1)第1~2周：查阅文献，进行翻译文献；2)第3~4周：进一步熟悉课题，修改完善文献翻译，撰写开题报告并进行交流；3)第5~6周：查阅相关文献资料，进行文献翻译工作、了解智能系统研究背景及研究现状，准备开题报告，参与开题交流；4)第7~8周：在分析研究智能系统在电站的应用基础上，根据设计要求，提出控制系统的总设计方案。参加中期交流和考核；5)第9~13周：进行控制系统硬件软件及监控系统设计；6)第15~16周：控制系统的仿真调试；7)第17~18周：撰写论文、论文修改、完善；论文打印、装订，论文答辩5参考文献陈珩.电力系统稳态分析(第三版)[M].北京：中国电力出版社,2007.林杰,温欢,李博浩,刘婧雯.浅谈电力系统自动化与自动装置[J].电气传动自动化,2018,40(06):38-43.李杜,胡国文.基于PLC的备自投控制系统设计[J].低压电器,2013(18):40-42.PhilippErlinghagenandStefanErkensandArminSchnettler.Backuppowersupplyconceptsforlow-voltagemicrogridswithdirectlycoupledorinverter-interfacedgrid-forminggenerators[J].ElectricalEngineering,2019,101(2):291-302.张飞云,赵秋宇,栗伟周.基于PLC的备用电源自动投入控制系统设计[J].许昌学院学报,2012,31(05):30-33.潘凯岩,桑清城,谭大帅.电力系统备用电源自动投入装置分析与研究[J].电气应用,2017,36(22):16-20.崔艳,杜景远.备自投装置在电网中的应用分析[J].继电器,2005(22):81-83.Yu