硅谷杂志：备用电源快速切换装置研发与应用 |
| 2012-11-01 11:06 作者：夏永平 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 关注： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网11月1日讯】据《硅谷》杂志2012年第16期刊文称，介绍备用电源快速切换装置的研发背景，介绍其工作原理、主要功能及技术难点。重点介绍备用电源快速切换装置研发的技术方案，论述其主要技术性能及技术特点。备用电源快速切换装置在110kV长安变电站的成功应用，显示其良好的经济技术性，值得推广。
关键词：快速切换；技术方案；应用
0引言
随着电网的快速发展，电网的短路容量也越来越大。随着500kV变电站的陆续投运，电网如按全合环方式运行，部分变电站母线的短路电流可能超过断路器的额定遮断容量，因此电网必须分层分区运行。传统的环路操作事先需进行专门的计算，并由运行人员按规定顺序实施操作，操作时间较长。分层分区供电后，使得110kV等低级电网的合环必须通过500kV系统构成回路，有可能造成穿越功率增加，超过继电保护整定允许的限值，使合环操作失败，若控制合解环操作的时间小于继电保护动作时间，则随着环流的消失，继电保护装置也将返回。
当高一级电网出现要求分层分区供电时，下一级电网的合解环可能限制方式较多，在110kV及以下馈供变电站装设并使用此装置后，可不必进行有关合解环计算，直接利用备用电源快速切换装置进行操作，提高合解环成功率，同时能缩短操作时间，提高工作效率。
1备用电源快速切换装置的工作原理
备用电源快速切换装置利用计算机技术，模拟传统手工合环操作，采用先合后分方法，自动快速完成变电站内的合解环操作，以缩短系统合环时间，躲过继电保护动作时间，防止由于合环潮流大引起的继电保护动作。
备用电源快速切换装置可以根据变电站电气接线方式，接入各段母线电压、各相关断路器的电流及位置接点，输出各相关断路器的分合闸出口及信号出口，通过方式选择，对合解环进行程序化操作，每步操作时对有关电气量及开关量的数据采集和分析，有允许判据和成功判据，在整个操作完成后，有合环是否成功的提示信息。在合环失败时，能自动采取补救措施恢复供电。
备用电源快速切换装置能实现就地操作，同时在变电站综合自动化系统及监控系统中均能实现远方操作。
2备用电源快速切换装置的主要功能
备用电源快速切换装置能应用于馈供变电站，解决不同电源之间合环调电受限的问题，具有如下功能：
1）能适应变电站的主接线方式，在可能出现的各种运行方式下，均能实现自动合解环操作，可就地或远方执行；
2）在自动合解环操作失败时，能自动采取补救措施；
3）在目前使用的变电站综合自动化系统及监控系统中均能实现。
3备用电源快速切换装置的主要技术难点
根据备用电源快速切换装置的工作原理，其主要技术难点如下：
1）根据变电站的主接线方式，分析不同的主接线方式下变电站的各种可能的合环操作；
2）研究合解环操作中各单项操作的允许条件及成功判据；
3）研究合解环操作过程结束后有是否成功的判据；
4）研究在自动合解环操作失败时，采取补救措施；
5）在目前使用的变电站综合自动化系统及监控系统中均能实现。
4备用电源快速切换装置研发的技术方案
4.1总体思路
为降低二次回路的复杂性，减少电缆接线，考虑在变电站现有的备用电源自投装置上进行改造，增加备用电源切换逻辑，并对相应的回路进行改造，并增加遥控及遥信信号，同时考虑与变电站综合自动化系统和监控系统中均能实现电源快速切换功能。
4.2工作逻辑
以典型110kV单母线分段接线方式为例，一次系统接线形式如下：
在变电站原备自装置所在屏增加1个切换开关，实现5个切换位置，分别为远方模式、停用模式及就地模式下的3个工作模式。
就地模式时，就地模式下的三个工作模式分别为选跳开关1DL（简称为模式1）、选跳2DL（简称为模式2）、选跳3DL（简称为模式3），模式选择确认后且合环条件满足，发提示合××开关分××开关报文，如此时不满足合环条件报“合环条件不满足”告警报文，合环允许按钮开入必须为0~1变位（长期10s为高电平则告警，报文为“合环允许开入告警”）。
远方模式时，分别设置选跳1DL开关（模式1）、选跳2DL开关（模式2）、选跳3DL开关（模式3）三软压板，通过监控选择合环操作模式。
通过就地模式（模式1、模式2、模式3）加操作按钮或远方模式对应的三个软压板，直接完成合环的逻辑，但是必须在返校时返回“合××开关、分××开关”报文，如此时不满足合环条件，报“合环条件不满足”告警报文，装置自动复归，完成一次操作。模式选择确认后且合环条件满足，快切发“快切充电满”报文，并上传后台监控。
4.2.1当操作前线路I开关合位，线路II开关分位，具体动作逻辑如下：
1）合2DL操作条件：
①Ⅰ母电压、Ⅱ母电压正常
②1DL在合位、2DL在分位且无流
③切换开关切换在就地模式
④满足上述①、②、③条件，合2DL开关
⑤满足③，不满足其它条件发合环失败报文
2）跳1DL操作条件（模式1）：
①Ⅰ母电压、Ⅱ母电压正常
②1DL在合位、3DL在合位、2DL在合位
③判定前次操作为合2DL开关，延时T9（可整定）
④满足上述①、②、③条件，跳1DL开关
⑤满足条件③，但是不满足其它条件（或者有保护跳闸开入），跳2DL并发合环失败报文
步骤④后经0.5s延时：（不管步骤D成功与否均执行以下操作）
⑥1DL在合位且有流（0.04In），则跳开2DL
⑦1DL在合位，1DL无流，则发告警信号，报选跳1DL异常
⑧Ⅰ母无压、Ⅱ母无压且2DL无流，经1s延时合1DL，跳开2DL（反向切换）
3）跳3DL操作条件（模式3）：
①Ⅰ母电压、Ⅱ母电压正常
②1DL在合位、3DL在合位、2DL在合位
③判定前次操作为合2DL开关，延时T11（可整定）
④满足上述①、②、③条件，跳3DL开关
⑤满足条件③，但是不满足其它条件（或者有保护跳闸开入），跳2DL并发合环失败报文
步骤④后经0.5s延时：（不管步骤④成功与否均执行以下操作）
⑥3DL在合位且有流，则跳开2DL
⑦3DL在合位，3DL无流，则发告警信号，报选跳3DL异常
⑧Ⅰ母有压、Ⅱ母无压且2DL无流，经1s延时合3DL，跳开2DL
4.2.2当操作前线路I开关分位，线路II开关合位，具体动作逻辑如下：
1）合1DL操作条件：
①Ⅰ母电压、Ⅱ母电压正常
②2DL在合位、3DL在合位、1DL在分位且无流
③切换开关切换在就地模式
④满足上述①、②、③条件，合1DL开关
⑤满足③，不满足其它条件发合环失败报文
2）跳2DL操作条件（模式2）：
①Ⅰ母电压、Ⅱ母电压正常
②1DL在合位、3DL在合位、2DL在合位
③判定前次操作为合1DL开关，延时T10（可整定）
④满足上述①、②、③条件，跳2DL开关
⑤满足条件③，但是不满足其它条件（或者有保护跳闸开入），跳1DL并发合环失败报文
步骤D后经0.5s延时：（不管步骤D成功与否均执行以下操作）
⑥2DL在合位且有流，则跳开1DL
⑦2DL在合位，2DL无流，则发告警信号，报选跳2DL异常
⑧Ⅰ母无压、Ⅱ母无压1DL无流，经1s延时合2DL，跳开1DL（反向切换）
3）跳3DL操作条件（模式3）：
①Ⅰ母电压、Ⅱ母电压正常
②1DL在合位、3DL在合位、2DL在合位
③判定前次操作为合1DL开关，延时T11（可整定）
④满足上述①、②、③条件，跳3DL开关
⑤满足条件③，但是不满足其它条件（或者有保护跳闸开入），跳1DL并发合环失败报文
步骤④后经0.5s延时：（不管步骤D成功与否均执行以下操作）
⑥3DL在合位且有流，则跳开1DL
⑦3DL在合位，3DL无流，则发告警信号，报选跳3DL异常
⑧Ⅱ母有压、Ⅰ母无压且1DL无流，经1s延时合3DL，跳开1DL。（反向切换）
4.2.3当操作前线路I、线路II开关合位，母联开关分位，具体动作逻辑如下：
1）合3DL操作条件：
①Ⅰ母电压、Ⅱ母电压正常
②1DL、2DL在合位、3DL在分位且无流
③切换开关切换在就地模式
④满足上述A、B、C条件，合3DL开关
⑤满足C，不满足其它条件发合环失败报文
2）跳1DL操作条件（模式1）：
①Ⅰ母电压、Ⅱ母电压正常
②1DL、2DL在合位、3DL在合位
③判定前次操作为合3DL开关，延时T9（可整定）
④满足上述①、②、③条件，跳1DL开关
⑤满足条件③，但是不满足其它条件（或者有保护跳闸开入），跳3DL并发合环失败报文
步骤④后经0.5s延时：（不管步骤D成功与否均执行以下操作）
⑥1DL在合位且有流，则跳开3DL
⑦1DL在合位，1DL无流，则发告警信号，报选跳1DL异常
⑧Ⅰ母、Ⅱ母均无压，则经1s延时合1DL跳2DL；Ⅰ母无压、Ⅱ母有压则经过1s延时合1DL跳3DL（反向切换）
3）跳2DL操作条件（模式2）：
①Ⅰ母电压、Ⅱ母电压正常
②1DL、2DL在合位、3DL在合位
③判定前次操作为合3DL开关，延时T10（可整定）
④满足上述①、②、③条件，跳2DL开关
⑤满足条件③，但是不满足其它条件（或者有保护跳闸开入），跳3DL并发合环失败报文
步骤④后经0.5s延时：（不管步骤D成功与否均执行以下操作）
⑥2DL在合位且有流，则跳开3DL
⑦2DL在合位，2DL无流，则发告警信号，报选跳2DL异常
⑧Ⅰ母、Ⅱ母均无压，则经1s延时合2DL跳1DL；Ⅱ母无压、Ⅰ母有压则经过1s延时合2DL跳3DL（反向切换）
5备用电源快速切换装置的主要技术性能及技术特点
5.1主要技术性能
备用电源快速切换装置内部可对合环时间进行整定；可对合环操作进行方式选择；具备停启用功能；在各项操作时，有允许操作及相应的信息提示；合解环操作过程结束后有是否成功的判据；在自动合解环操作失败时，能自动采取补救措施。
装置操作界面友好简捷。采用全汉化大屏幕液晶显示，使用树形菜单，跳闸报告、自检报告、遥信报告（SOE报告）、定值整定及其他操作都在液晶上有明确的汉字标识，现场运行调试人员操作方便。
装置具备完善的事故分析功能。除了保护动作、自检报警、遥信变位和事故遥信的SOE报告之外，还具备装置操作记录。SOE报告最多记录256条，其他报告和记录均最多记录64条。上述所有报告和记录均掉电不丢失。装置采用IEC-60870-5-103规约，能与变电站综合自动化系统及监控系统进行数据交换。
5.2主要技术特点
目前的备用电源快速切换装置能满足三个开关（常见为内桥接线方式）之间的所有可能的合解环操作，对于两个开关（单母线接线等）同样适用。备用电源快速切换装置，可进行合环方式选择，通过对接入相关电气及开关量的判断，对合解环进行程序化操作，每步操作有允许判据和成功判据，在整个操作完成后，有合环是否成功的提示信息，在合环失败时，能自动采取补救措施恢复供电。
6备用电源快速切换装置的在110kV长安变电站的应用
6.1现场应用方案的确定
针对现阶段电网方式变化，在对现有设备装置型号排查分析基础上，经过公司生产技术部、电力调度中心调度、变电运行工区等部门专业人员共同分析的基础上，选择可能出现跨区合解环操作的110kV长安变电站进行应用。110kV长安变电站110kV母线为单母线接线方式，一次系统接线形式如下：
现场备自投逻辑方式为线路开关备投（方式3）方式，动作逻辑为母线失电，在备用线路有压的情况下跳开工作线路，合备用线路；当工作电源断路器偷跳合备用电源。为防止TV断线时备自投误动，取线路电流作为线路失压的闭锁判据。
当线路Ⅰ主供、线路Ⅱ备供时方式时，具体动作逻辑如下：
1）充电条件：①母线三相有压，线路Ⅱ线路有压；②1DL合位、2DL分位；经10s后充电完成。
2）放电条件：①线路Ⅱ线路无压延时60s放电；②2DL合上；③手跳1DL；④其它外部闭锁信号。
3）动作逻辑为：当10s充电完成后，母线无压且线路Ⅰ进线无流，线路Ⅱ进线有压，经T1延时跳开1DL；确认1DL跳开后，线路Ⅱ进线有压，经T3延时合开关2DL。
当线路Ⅱ主供、线路Ⅰ备供时方式时，具体动作逻辑与上述过程对称。
备用电源快速切换装置的在110kV长安变电站具体应用时，考虑典型接线方式与现场接线方式的差异，并且变电站设计是按照典型接线方式设计，将来考虑完善母联间隔，因此在典型工作逻辑中的Ⅰ母电压、Ⅱ母电压均接现场110kV母线电压，典型工作逻辑中的3DL按照始终在合闸位置考虑，其余工作逻辑不变。
6.2现场应用方案的实施和效果
考虑现场装置型号，确定有实际研发应用经验的国电南京自动化股份有限公司作为配合研发单位，请配合研发单位根据备用电源快速切换装置的工作原理、主要功能及技术方案等进行设计和开发程序。2010年12月9至10日，我公司在110kV长安变电站安装了备用电源快速切换装置，在恢复送电时做了带负荷试验，试验结果见下表。从表中可以看出，试验结果是满足设计方案的。
运行方式 切换开关位置 操作 试验结果
线路I开关合位，线路II开关分位 选跳1DL 按钮 合2DL开关后跳1DL
线路I开关分位，线路II开关合位 选跳2DL 按钮 合1DL开关后跳2DL
线路I开关合位，线路II开关分位 远方 软压板（选跳1DL） 合2DL开关后跳1DL
线路I开关分位，线路II开关合位 远方 软压板（选跳2DL） 合1DL开关后跳2DL
7结论
备用电源快速切换装置能适应变电站各种运行方式，并能在就地或远方执行快速自动合解环操作。当合解环操作失败时，还能自动采取补救措施。合解环逻辑周到严密，功能信息齐全。备用电源快速切换装置能实现对110kV变电站运行方式的快速调整，并大大缩短合环运行时间，满足电网安全稳定运行的要求，较好地解决了电网分片运行后低压电网合环受限的问题。另外，备用电源快速切换装置能大大减少运行人员的工作量，提高工作效率，有显著的经济和社会效益，具有推广应用价值。
作者简介：
夏永平（1975-），男，江苏大丰，工程师，从事输变电设备运检管理工作。
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