330kV變電站變壓器備用自投裝置的開發

摘要：固原330kV變電站主接線方式和負荷變化較大，因此其備自投裝置啟動、動作和閉鎖所需接入的模擬量和監視的開關量較多，動作邏輯較復雜，文章根據固原變電站主接線特點及其要求的幾種變壓器運行方式，分析了各種運行方式下的故障可能性及自投裝置的判斷依據與處理方法；在原來裝置基礎上開發出符合固原變電站要求的變壓器備用自投裝置，經各種模擬故障測試，運行穩定，目前已正式投入運行。
　　關鍵詞：變電站；備用自投裝置；模擬量；開關量
　　1引言
隨著電網規模的日益擴大和自動化水平的提高，諸多變壓器備自投裝置相繼開發出來，各個變電站都在向無人值班過渡。固原330kV變電站自1994年投運以來，負荷變化較大，負荷較小時2臺變壓器運行極不經濟，1臺變壓器運行又不可靠，事故狀態下不能及時投入備用變壓器。由于固原變電站備自投裝置啟動、動作和閉鎖所需接入的模擬量和監視的開關量較多，動作邏輯較復雜，國內各廠家生產的備自投裝置都無法滿足要求，經常采用2臺主變分列或并列運行方式，這樣既不經濟又不合理。為了解決上述問題，西安理工大學與許繼公司聯合研制了能滿足其要求的備自投裝置，目前已投入運行。
　　2變電站接線及特點
　　固原變電站是大壩電廠二期送出工程的配套工程，又是劉—天—關三回線的聯絡變電站，3回線分別與寧夏的大壩電廠、甘肅的靖遠電廠及陜西電網連接，地理位置較重要。主變接線圖見圖1。
　　
　　固原地區主要負荷為農業負荷和電氣鐵路負荷，農業負荷所占比重較大，初冬和春夏之交為灌溉高峰，負荷最高可達120MVA，其他時間負荷水平較低，一般為20~30MVA，2臺主變接近空載，損耗較高，運行極不經濟；而電氣鐵路負荷雖然所占比重不大，但對供電可靠性要求非常高，不允許供電間斷，為提高供電可靠性全部采用雙回線供電。所以在負荷水平較低時，存在經濟運行和供電可靠性之間的矛盾，要解決這一矛盾須采用一臺變壓器運行另一臺變壓器熱備用，同時配置一套備用變壓器自動投入裝置的方案。
從圖1可以看出，該變電站330kV部分的3/2接線方式比較特殊：①要使變壓器斷電與之有關的2臺斷路器必須都斷開；②330kV斷路器斷開后本側電壓依然存在，只有與之連接的中、低壓側電壓消失，同時本側電流將變為零。因此備自投裝置啟動、動作和閉鎖所需接入的模擬量和監視的開關量較多，動作邏輯復雜，普通備自投裝置無法滿足要求。
　　3備自投裝置運行原理及接口框圖
　　3.1變壓器的運行方式
變壓器的運行方式有四種：①2臺變壓器并列運行方式；②2臺變壓器分裂運行方式；③一臺變壓器帶全部負荷，另一臺變壓器空載運行；④一臺變壓器帶全部負荷，另一臺變壓器備用。
第一種運行方式下任何一臺變壓器故障引起的保護動作都不會中斷對外供電，其它幾種方式都會出現部分或全部負荷中斷供電，尤其是第四種運行方式，330kV的可靠性也會降低，對系統影響較大。
從上述四種方式看，第一種方式無需設置備用電源自投入裝置，而后三種方式均需考慮備自投裝置。造成斷路器跳閘中斷供電的保護有：①變壓器保護；②主變110kV母差動作啟動失靈保護；③330kV線路短引線保護；④330kV母線保護；⑤110kV線路故障同時出現斷路器失靈時，切除變壓器110kV側斷路器及母聯斷路器。有一點需注意，雖然后備保護動作亦能引起主變跳閘，但在其他設備故障同時保護拒動或斷路器失靈可能引起主變保護動作的情況下，為了不將電源誤合到故障設備上，在主變后備保護動作時有必要將備自投裝置閉鎖。
　　3.2自投裝置動作判據
備用電源的自投啟動、閉鎖、控制量均為變壓器跳閘情況下的模擬量和開關量。
第二種運行方式下有一臺變壓器故障保護動作跳三側。在裝置啟動后應檢測故障變壓器的110kV和35kV側確實在“分”位，以保證不向故障變壓器反送故障電流，如有一側或兩側沒有斷開，應再跳一次故障變壓器三側，然后裝置出口合110kV和35kV母聯斷路器，向停電母線供電；如變壓器中、低壓側任一斷路器跳閘，說明是變壓器后備保護、母線保護和失靈保護動作，極有可能是母線故障或越級跳閘，可以不必啟動裝置向停電母線送電。但如保護裝置誤動則需啟動備投裝置，這就需接入必要的保護接點加以選擇。
第三種運行方式下運行變壓器保護動作跳三側，然后檢測備用變壓器330kV側至少有一個在“合”位，110kV和35kV母聯斷路器確實在“合”位，再在裝置出口合備用變壓器的110kV和35kV側斷路器，其它與第二種情況相同。如只是110kV或35kV母聯開關跳開，可以不啟動備投裝置。
　　第四種運行方式下運行變壓器保護動作跳三側，然后檢測110kV和35kV母聯斷路器確實在“合”位，再在裝置出口合備用變壓器的330kV側2臺斷路器、110kV和35kV側主斷路器。可以看出，在第三、四種運行方式下變壓器故障后出現的變化量是相同的，可以按同一種方式考慮，這樣實現就簡單一些。
　　3.3備自投裝置框圖
　　在原來CSB—21A裝置的基礎上結合固原變原有的保護裝置，按照上述判斷依據開發的備用電源自投裝置接口框圖如圖2所示。
　　
　　 4試驗及結論
備自投裝置開發完成后，在各種運行方式下進行了故障模擬試驗，結果表明裝置運行穩定可靠，功能達到了固原變電站的要求，目前已正式投入使用，但由于剛投入運行不久，還沒有自投實例。
　　 參考文獻
　　 [1]王士政．電力系統運行控制與調度自動化[M]．南京:河海大學出版社，1990．
　　[2]能源部西北電力設計院．電力工程電氣設計手冊2(電氣二次部分)[M]．北京：水利電力出版社，1990．
　　[3]段傳宗．無人值班變電所及農網綜合自動化[M]．北京：中國電力出版社，1998．