基于110kV扩大内桥接线的备自投装置研究

基于110kV扩大内桥接线的备自投装置研究

叶伟楷

身份证号码：44122819821011xxxx广东运峰电力安装有限公司

摘要：扩大内桥接线方式在变电站中越来越广泛的应用，给该形式接线方式下的变电站供电可靠性带来新的课题。本文在分析一次接线为扩大内桥形式的110kV变电站在分期建设过程中，前期断路器配置不完整的情况下，提出了基于原有备自投方式的适应性强的改进方法，并对备自投方式的优化与改进进行了详细的阐述，可为有关方面的需要提供参考借鉴。

关键词：运行方式；过渡阶段；备自投；优化

引言

近年来，随着经济的飞速发展，电力负荷日益增加，尤其是一些经济开发区负荷高度集中，变电站原有容量无法满足高速增长的负荷需求，因此必须对这些变电站进行扩容。为了节约投资，保证供电的可靠性，110kV变电站建成或改扩建成扩大内桥接线的情况逐渐增多。扩大内桥接线的备自投对于提高这种接线方式的供电可靠性非常重要，但当前变电站采用扩大内桥接线时，传统的备自投逻辑已不能满足扩大内桥接线方式的实际运行需要。为此，本文主要讨论了110kV扩大内桥接线的备自投装置优化研究。

1扩大内桥接线运行方式分析

典型的扩大内桥主接线结构如图1a）所示。由于许多变电站在建设初期，用电负荷不大，往往考虑分期建设完成。通常在前期工程中，110kV侧仅装设两台主变和三台断路器。如图1b）或图1c）所示，内桥2断路器QF4或#2进线断路器QF2中的任意一台和T3主变为远期预留设备，待负荷增长后再择机扩建。而传统的扩大内桥接线的备自投方式却是按照完整的扩大内桥接线设计的，考虑四种运行方式，如图2所示，110kV侧的四台断路器中有一台在分位，其余三台在合位。这些运行方式未考虑处于过渡阶段的仅有三台断路器的接线形式。此时如果使用完整的扩大内桥接线的备自投逻辑，则由于前期工程中断路器位置接入不完整，将导致备自投装置无法正常充电，从而影响全站恢复供电。如果使用满足过渡阶段接线形式的备自投逻辑，则面临着后期改扩建成完整接线时，还要更换备自投程序、改动二次回路等问题，甚至在智能站中，由于更换备自投程序，还需要重新修改变电站配置说明（SCD）文件，这大大增加了后期改扩建工程中的工作量。

完整的扩大内桥接线的变电站有三台变压器，而变压器的损耗在电网的线损中所占比例是很大的，尤其是轻载时。变电站在投运初期，往往用电负荷较小，无法满足三台变压器的经济运行，这时就需要停运一台以保证其他变压器的运行效率，减少运行损耗。例如当安排T1变和T2变运行，T3变停运时，要将QF1和QF3置于合位，QF2和QF4置于分位，此时不满足图2中的任一方式，即原有的扩大内桥备自投方式无法适应。

另外，随着越来越多的分布式电源接入电网，导致变电站的工作电源与主网断开后，在接入的分布式电源的支撑下，电压降低缓慢，一般需要几十秒甚至几分钟后才能满足备自投的无压合闸条件，此时已失去了快速恢复供电的意义。

为了解决扩大内桥接线的变电站在建设和运行的全周期中，备自投装置遇到的种种问题，需要对传统的扩大内桥备自投逻辑进行优化和改进。

2可适应过渡阶段接线的备自投方式

由于过渡阶段断路器配置不全，为了既能适应过渡阶段的备自投方式，又能适应终期完整接线的备自投方式，表1给出一种代表当前接线形式的标志。当处于不同的阶段时，仅需设置该标志的值即可满足该阶段的备自投要求，大大增强了备自投装置的适应性。考虑到预留给后期扩建的断路器通常为QF2或QF4，因此该标志仅考虑这两个断路器的配置情况。一个二进制位代表一个断路器的配置情况，两个二进制位组成的数转换为十进制数即是该标志。

标志0代表QF2和QF4均未配置的情况，在这种情况下，由于断路器配置不完整，T2变和T3变的接入都将受到影响，在扩大内桥接线的过渡阶段一般不会出现这种配置，这里也不讨论这种情形下的备自投。

标志1代表QF2未配、QF4已配的情况，如图1c）所示。而图2b）中的运行方式2的动作过程如下：在#2进线故障导致母线失压后，跳工作电源的断路器QF2，确认跳开且母线无压后，合备用电源的断路器QF1，完成恢复供电。但是在标志1代表的情况下，由于没有配置#2进线断路器QF2，原有的方式2无法正确动作，因此需要对运行方式2进行优化处理。通过分析可以发现，由于没有#2进线断路器QF2，此时的内桥2断路器QF4通过母线直接与#2进线相连，且由于QF2未配置的原因，Ⅱ母下并没有接入T3变，因此可以认为Ⅱ母只起到了短接QF4与#2进线的作用，即QF4可以当做#2进线的断路器来处理。优化后的方式2的动作过程如下：在#2进线故障导致母线失压后，跳QF4，确认跳开且母线无压后，合QF1。

标志2代表QF2已配、QF4未配的情况，如图1b）所示。在图2d）中的运行方式4的情况下，由于QF4的位置没有接入，可能误判QF4在分位，从而导致方式4误充电。因此，在该标志为2时，应对方式4做闭锁的优化处理，避免不合理的充电。

标志3代表的情况即是完整的扩大内桥接线形式，按传统的扩大内桥备自投逻辑处理即可，这里不再赘述。

3可减少主变运行损耗的备自投方式优化

许多扩大内桥接线的变电站由于初期负荷较小，变压器在轻载状态运行，损耗较大，不够经济。为了减少运行损耗，可以安排一台主变停运。如图3a）所示，当安排T3变停运时，断路器的位置分别为：QF1和QF3在合位，QF2和QF4在分位。如果此时#2进线的对侧开关在合位且线路有压，则本站依然具备备自投的动作条件。由于图2所示的四种扩大内桥备自投方式无法适应这种有主变停运的情况，因此需要研究新的方式来满足有一台主变停运情况下的备自投需求。由扩大内桥接线的对称性可知，还存在一种T1变停运的特殊方式，如图3b）所示。

类似的，处于过渡阶段的扩大内桥接线的变电站也存在这种安排一台主变停运的运行方式，下面以图1b）所示的过渡阶段接线为例进行简要说明，具体动作过程如表3所示。

4适应有小电源接入的启动策略优化

传统的扩大内桥备自投采用电压作为主要判据识别变电站的正常状态或失电状态，当电压降低至无压定值以下，同时其他辅助判据也满足（例如工作电源无流），则认为变电站失电，进入动作过程，跳开工作电源，合上备用电源。但是，当小电源接入后，即使失去工作电源，小电源依然能支撑母线电压，母线不能快速降为无压，由此导致备自投动作缓慢甚至出现拒动。为了改善这一现象，提出2种启动策略优化的方法：

（1）当变电站与主网并列运行时，频率是很稳定的，偏差很小，而当变电站与主网断开后，由于小电源与原有负荷的容量难以平衡，会存在有功差额ΔP，从而引起频率的变化，根据频率的变化可以识别变电站是否已与主网断开。采用公式（1）来进行频率变化快速启动策略的判别。当频率偏移超出设定的门槛时，备自投快速启动。

│f-fnorm│＜Δfset（1）

式中：f表示变电站母线电压的频率，fnorm表示正常情况下的频率，一般为50Hz，Δfset表示频率变化的门槛。当频率变化超出Δfset时，备自投启动，进入策略判别流程，而不必等到电压降低，从而达到快速启动的目的。

（2）如果是工作电源故障导致的母线失压，且工作电源配置了保护或作为工作电源的线路配置了全线速动的光差保护或者纵联保护，则会跳开工作电源变电站侧的断路器，由于是保护跳闸，会产生跳闸位置为“1”、合后位置为“1”的不对应状态。备自投充电完成后，识别到工作电源变电站侧断路器位置变为不对应状态时，可以快速启动。

采用以上的频率启动判据或位置不对应启动判据，可实现变电站工作电源断开后快速进入备自投动作过程，之后经跳闸延时后补跳工作电源，而由于母线电压仍然有小电源支撑，因此还需同时联跳小电源来加速母线失压。母线失压后的合闸过程与传统的扩大内桥备自投合闸过程相同。

5结语

综上所述，扩大内桥接线在现场中正得到广泛应用，但目前的内桥接线备自投逻辑已经无法满足扩大内桥接线运行方式的运行需要。本文对110kV扩大内桥接线的备自投装置进行研究，公开了一种扩大内桥接线变电站备自投运行方式的改进优化方法。此方法解决了前期断路器配置不完整的问题，无需更换备自投程序或改动二次回路，即可灵活适应各个阶段的扩大内桥接线；通过研究了几种特殊方式，满足了有主变停运时的备自投需求，既有利于主变节能降损，又提高了供电可靠性；并针对小电源接入后对备自投启动条件的影响，提出了频率变化启动和位置不对应启动的快速启动策略，加速了备自投的动作过程，提升了快速恢复供电的能力。

参考文献：

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[3]杨孔，孙达山，张健.浅谈110kV内桥接线备自投装置改进[J].低碳世界.2016（36）：88-88