近年來電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，電力用戶對電能質(zhì)量的要求越來越高。110kV降壓變電站主接線方式主要為橋型接線方式、單母雙（多）分段接線方式等，站內(nèi)有備用變壓器或者互為備用的母線段，要求裝設(shè)備自投裝置，以保證在工作電源斷開后投入備用電源，這是提高電力系統(tǒng)供電可靠性、保證供電連續(xù)性的一種有效手段，主要用于110kV及以下電壓等級的系統(tǒng)。

110kV降壓變電站一般安裝同等容量的2～3臺變壓器，110kV電壓等級設(shè)備采用內(nèi)橋或擴大內(nèi)橋接線方式，10kV（35kV）設(shè)備采用單母雙（多）分段接線方式，此類接線方式的備自投動作邏輯簡單、功能易設(shè)計，但是部分老舊變電站內(nèi)變壓器容量不統(tǒng)一，接線方式特殊，導致常規(guī)的備自投動作邏輯不能適用。特殊接線方式下的備自投與常規(guī)備自投在邏輯上有不同之處，需要考慮更多、更復雜的影響因素。本文分析特殊接線變電站10kV備自投的設(shè)計原則，并針對不同運行方式對10kV備自投進行邏輯分析。

1 特殊接線變電站的運行方式

變電站的主接線如圖1所示，110kV為內(nèi)橋接線，10kV為單母三分段接線，1號、2號主變壓器高壓側(cè)同接在110kV Ⅰ段母線，容量均為31.5MV?A，3號主變壓器高壓側(cè)接在110kV Ⅱ段母線，容量為50MV?A。變電站3臺主變壓器容量不一致，互備時需考慮主變壓器容量與負荷容量關(guān)系，且1號、2號主變壓器高壓側(cè)都接在110kV Ⅰ段母線上，僅在少數(shù)老舊技改站內(nèi)才會出現(xiàn)，因此，對備自投的設(shè)計邏輯提出了特殊的要求。

圖1 變電站主接線

正常情況下，調(diào)度統(tǒng)籌安排該特殊接線變電站有以下幾種運行方式：

方式一：10kV Ⅰ、Ⅱ段母線并列運行，1DL、2DL、3DL、4DL開關(guān)合位，5DL開關(guān)分位的運行方式。

方式二：10kV Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段母線分列運行，1DL、2DL、3DL開關(guān)合位，4DL、5DL開關(guān)分位的運行方式。

方式三：1號主變壓器檢修，10kV Ⅱ、Ⅲ段母線分列運行，2DL、3DL開關(guān)合位，5DL開關(guān)分位的運行方式。

方式四：3號主變壓器檢修，10kV Ⅰ、Ⅱ段母線分列運行，1DL、2DL開關(guān)合位，4DL開關(guān)分位的運行方式。

方式五：2號主變壓器檢修，10kV Ⅱ、Ⅲ段母線分列運行，1DL、3DL、4DL開關(guān)合位，5DL開關(guān)分位的運行方式。

方式六：2號主變壓器檢修，10kV Ⅰ、Ⅱ段母線分列運行，1DL、3DL、5DL開關(guān)合位，4DL開關(guān)分位的運行方式。

2 10kV備自投設(shè)計原則

由圖1可知，3臺主變壓器容量不一致，實際運行中應(yīng)預防備自投動作后運行主變壓器帶負荷太重引起主變壓器過負荷。且容量不同的變壓器并列時，負荷分配不平衡，運行不經(jīng)濟，因此不同容量的變壓器不宜并列運行。綜合各方面因素，10kV備自投設(shè)計時應(yīng)考慮運行方式，并兼顧以下原則：

1）31.5MV?A小容量主變壓器不作為50MV?A大容量主變壓器的備用電源；2）31.5MV?A小容量主變壓器不宜帶全站負荷；3）不同容量變壓器不宜并列運行，調(diào)度不安排此類運行方式；4）考慮主變壓器低后備保護動作時的閉鎖問題，不得備投于故障設(shè)備；5）只考慮分段備自投，不考慮變壓器備投；6）具備過負荷聯(lián)切饋線功能。

3 10kV備自投動作邏輯分析

備自投的動作邏輯與運行方式是密不可分的。上述內(nèi)容列舉了調(diào)度安排的六種運行方式，本文逐一分析方式一～方式六的備自投動作邏輯。

3.1 方式一備自投動作邏輯分析

由方式一的運行方式可以分析得出備自投的充電條件為：①10kV Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段母線有電壓；②1DL、2DL、3DL、4DL、6DL、7DL、8DL開關(guān)合位；③5DL開關(guān)分位；④無其他閉鎖量。

放電條件，即閉鎖條件，通常發(fā)生在備自投條件不滿足或外部閉鎖備自投等情況下，如充電條件不滿足、備自投動作后跳電源失敗、手動斷開開關(guān)、主變壓器保護動作閉鎖等。對放電條件的考慮與常規(guī)接線類似，本文不再一一贅述。

圖2為方式一備自投動作邏輯，從圖中可以看出共有兩個動作邏輯：

（1）考慮由于110kV Ⅰ段母線失電壓而110kV備自投未動作成功，造成10kV Ⅰ、Ⅱ段母線同時失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅰ、Ⅱ母線失電壓，Ⅲ母有電壓，1號、2號主變壓器低壓側(cè)無電流，跳1DL、2DL開關(guān)。確認1DL、2DL開關(guān)跳開后，合5DL母聯(lián)開關(guān)，確認5DL開關(guān)合上后，動作邏輯結(jié)束。

圖2 方式一動作邏輯

10kV Ⅰ母故障或饋線保護拒動時，1號主變壓器低后備保護動作先斷開4DL、后斷開1DL，造成10kV Ⅰ母失電壓，2號主變壓器低后備保護動作僅斷開4DL，10kV Ⅱ母有電壓，因此不必考慮備自投問題及1號主變壓器后備保護動作閉鎖問題。10kV Ⅱ母故障或饋線保護拒動時情況類似，此處不再贅述。

（2）考慮由于110kV Ⅱ段母線失電壓而110kV備自投未動作成功或者3號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘，造成10kV Ⅲ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅲ段母線失電壓，Ⅰ、Ⅱ母有電壓，3號主變壓器低壓側(cè)無電流，跳3DL開關(guān)。確認3DL開關(guān)跳開后，合5DL母聯(lián)開關(guān)，確認5DL開關(guān)合上后，動作邏輯結(jié)束。

10kV Ⅲ母故障或饋線保護拒動時，3號主變壓器低后備保護動作先斷開5DL、后斷開3DL，造成10kV Ⅲ母失電壓，3號主變壓器后備保護動作必須閉鎖備自投，防止備自投動作再次合于故障，符合設(shè)計原則4）。

3.2 方式二備自投動作邏輯分析

由方式二的運行方式可以分析得出備自投的充電條件為：①10kV Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段母線有電壓；②1DL、2DL、3DL、6DL、7DL、8DL開關(guān)合位；③4DL、5DL開關(guān)分位；④無其他閉鎖量。

圖3為方式二備自投動作邏輯，從圖中可以看出共有4個動作邏輯：

（1）考慮由于110kV Ⅰ段母線失電壓而110kV備自投未動作成功，造成10kV Ⅰ、Ⅱ段母線同時失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅰ、Ⅱ母線失電壓，Ⅲ母有電壓，1號、2號主變壓器低壓側(cè)無電流，跳1DL、2DL開關(guān)。確認1DL、2DL開關(guān)跳開后，合4DL、5DL母聯(lián)開關(guān)，確認4DL、5DL開關(guān)合上后，動作邏輯結(jié)束。

圖3 方式二動作邏輯

（2）考慮由于2號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘，造成10kV Ⅱ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅱ段母線失電壓，Ⅰ、Ⅲ母有電壓，2號主變壓器低壓側(cè)無電流，跳2DL開關(guān)。確認2DL開關(guān)跳開后，合5DL母聯(lián)開關(guān)，確認5DL開關(guān)合上后，動作邏輯結(jié)束。

備自投動作后選擇合5DL開關(guān)，而不選擇合4DL開關(guān)，50MV?A容量的主變壓器作為31.5MV?A容量主變壓器的備用電源，可有效預防1號主變壓器過負荷，符合設(shè)計原則1）。

10kV Ⅱ母故障或饋線保護拒動時，2號主變壓器低后備保護動作先斷開4DL和5DL、后斷開2DL，造成10kV Ⅱ母失電壓，2號主變壓器后備保護動作必須閉鎖備自投，防止備自投動作再次合于故障，符合設(shè)計原則4）。

（3）考慮由于110kV Ⅱ段母線失電壓而110kV備自投未動作成功或者3號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘，造成10kV Ⅲ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅲ段母線失電壓，Ⅰ、Ⅱ母有電壓，3號主變壓器低壓側(cè)無電流，跳3DL開關(guān)。確認3DL開關(guān)跳開后，合4DL、5DL母聯(lián)開關(guān)，確認4DL、5DL開關(guān)合上后，動作邏輯結(jié)束。

備自投動作后同時合上4DL、5DL開關(guān)，10kV Ⅰ、Ⅱ段母線并列運行，相同容量的1號、2號主變壓器并列運行，累計63MV?A總?cè)萘康闹髯儔浩髯鳛?0MV?A容量主變壓器的備用電源，符合設(shè)計原則1）。

10kV Ⅲ母故障或饋線保護拒動時，3號主變壓器低后備保護動作先斷開5DL、后斷開3DL，造成10kV Ⅲ母失電壓，3號主變壓器后備保護動作必須閉鎖備自投，防止備自投動作再次合于故障，符合設(shè)計原則4）。

（4）考慮由于1號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘，造成10kV Ⅰ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅰ段母線失電壓，Ⅱ母有電壓，1號主變壓器低壓側(cè)無電流，跳1DL開關(guān)。確認1DL開關(guān)跳開后，合4DL母聯(lián)開關(guān)，確認4DL開關(guān)合上后，動作邏輯結(jié)束。

10kV Ⅰ母故障或饋線保護拒動時，1號主變壓器低后備保護動作先斷開4DL、后斷開1DL，造成10kVⅠ母失電壓，1號主變壓器后備保護動作必須閉鎖備自投，防止備自投動作再次合于故障，符合設(shè)計原則4）。

3.3 方式三備自投動作邏輯分析

由方式三的運行方式可以分析得出備自投的充電條件為：①10kV Ⅱ、Ⅲ段母線有電壓；②2DL、3DL、7DL、8DL開關(guān)合位；③1DL、6DL、5DL開關(guān)分位；④無其他閉鎖量。

圖4為方式三備自投動作邏輯，從圖中可以看出共有1個動作邏輯：考慮由于110kV Ⅰ段母線失電壓而110kV備自投未動作成功或者2號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘，造成10kV Ⅱ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅱ段母線失電壓，Ⅲ母有電壓，2號主變壓器低壓側(cè)無電流，跳2DL開關(guān)。確認2DL開關(guān)跳開后，合5DL母聯(lián)開關(guān)，確認5DL開關(guān)合上后，動作邏輯結(jié)束。

圖4 方式三動作邏輯

10kV Ⅱ母故障或饋線保護拒動時，2號主變壓器低后備保護動作先斷開4DL和5DL、后斷開2DL，造成10kV Ⅱ母失電壓，2號主變壓器后備保護動作必須閉鎖備自投，防止備自投動作再次合于故障，符合設(shè)計原則4）。

由于110kV Ⅱ段母線失電壓而110kV備自投未動作成功或者3號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘，造成10kV Ⅲ段母線失電壓時，若備自投動作成功，必然造成31.5MV?A小容量主變壓器作為50MV?A大容量主變壓器的備用電源，不符合設(shè)計原則1）；若4DL開關(guān)在合位時會造成31.5MV?A小容量主變壓器帶全站負荷，不符合設(shè)計原則2），因此不考慮這種情況下備自投動作邏輯。

3.4 方式四備自投動作邏輯分析

由方式四的運行方式可以分析得出備自投的充電條件為：①10kV Ⅰ、Ⅱ母線有電壓；②1DL、2DL、6DL、7DL開關(guān)合位；③3DL、8DL、4DL、5DL開關(guān)分位；④無其他閉鎖量。若5DL開關(guān)在合位時，備自投動作造成31.5MV?A小容量主變壓器帶全站負荷，不符合設(shè)計原則2），因此方式四充電條件要求5DL開關(guān)分位。

圖5為方式四備自投動作邏輯，從圖中可以看出共有2個動作邏輯：

圖5 方式四動作邏輯

（1）考慮由于1號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘，造成10kV Ⅰ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅰ段母線失電壓，Ⅱ母有電壓，1號主變壓器低壓側(cè)無電流，跳1DL開關(guān)。確認1DL開關(guān)跳開后，合4DL母聯(lián)開關(guān)，確認4DL開關(guān)合上后，動作邏輯結(jié)束。

10kV Ⅰ母故障或饋線保護拒動時，1號主變壓器低后備保護動作先斷開4DL、后斷開1DL，造成10kV Ⅰ母失電壓，1號主變壓器后備保護動作必須閉鎖備自投，防止備自投動作再次合于故障，符合設(shè)計原則4）。

（2）考慮由于2號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘，造成10kV Ⅱ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅱ段母線失電壓，Ⅰ母有電壓，2號主變壓器低壓側(cè)無電流，跳2DL開關(guān)。確認2DL開關(guān)跳開后，合4DL母聯(lián)開關(guān)，確認4DL開關(guān)合上后，動作邏輯結(jié)束。

10kV Ⅱ母故障或饋線保護拒動時，2號主變壓器低后備保護動作先斷開4DL、后斷開2DL，造成10kV Ⅱ母失電壓，2號主變壓器后備保護動作必須閉鎖備自投，防止備自投動作再次合于故障，符合設(shè)計原則4）。

3.5 方式五備自投動作邏輯分析

由方式五的運行方式可以分析得出備自投的充電條件為：①10kV Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段母線有電壓；②1DL、3DL、4DL、6DL、8DL開關(guān)合位；③2DL、7DL、5DL開關(guān)分位；④無其他閉鎖量。

圖6為方式五備自投動作邏輯，從圖中可以看出共有2個動作邏輯：

圖6 方式五動作邏輯

（1）考慮由于110kV Ⅰ段母線失電壓而110kV備自投未動作成功或者1號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘，造成10kV Ⅰ、Ⅱ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅰ、Ⅱ段母線失電壓，Ⅲ母有電壓，1號主變壓器低壓側(cè)無電流，跳1DL開關(guān)。確認1DL開關(guān)跳開后，合5DL母聯(lián)開關(guān)，確認5DL開關(guān)合上后，動作邏輯結(jié)束。

考慮由于10kV Ⅰ母故障或饋線保護拒動時，1號主變壓器低后備保護動作先斷開4DL、后斷開1DL，造成10kV Ⅰ、Ⅱ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅰ、Ⅱ段母線失電壓，Ⅲ母有電壓，1號主變壓器保護動作開入量變位，跳4DL開關(guān)。確認4DL開關(guān)跳開后，合5DL母聯(lián)開關(guān)，確認5DL開關(guān)合上后，動作邏輯結(jié)束。

（2）考慮4DL開關(guān)偷跳時，10kV Ⅱ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅱ段母線失電壓，Ⅰ、Ⅲ母有電壓，無其他閉鎖開入量變位，跳4DL開關(guān)。確認4DL開關(guān)跳開后，合5DL母聯(lián)開關(guān)，確認5DL開關(guān)合上后，動作邏輯結(jié)束。

由于10kV Ⅱ母故障或饋線保護拒動時，1號主變壓器低后備保護動作斷開4DL造成10kV Ⅱ段母線失電壓時，會備投于故障設(shè)備，因此應(yīng)閉鎖備自投，符合設(shè)計原則4）。10kV Ⅲ母失電壓時，若備投動作會造成31.5MV?A小容量主變壓器帶全站負荷，因此不考慮該備投邏輯，符合設(shè)計原則2）。

3.6 方式六備自投動作邏輯分析

由方式六的運行方式可以分析得出備自投的充電條件為：①10kV Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段母線有電壓；②1DL、3DL、5DL、6DL、8DL開關(guān)合位；③2DL、7DL、4DL開關(guān)分位；④無其他閉鎖量。

圖7為方式六備自投動作邏輯，從圖中可以看出共有3個動作邏輯：

圖7 方式六動作邏輯

（1）考慮由于110kV Ⅰ段母線失電壓而110kV備自投未動作成功或者1號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘，造成10kV Ⅰ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅰ段母線失電壓，Ⅱ、Ⅲ母有電壓，1號主變壓器低壓側(cè)無電流，跳1DL開關(guān)。確認1DL開關(guān)跳開后，合4DL母聯(lián)開關(guān)，確認4DL開關(guān)合上后，動作邏輯結(jié)束。

（2）考慮5DL開關(guān)偷跳時，10kV Ⅱ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅱ段母線失電壓，Ⅰ、Ⅲ母有電壓，無其他閉鎖開入量變位，跳5DL開關(guān)。確認5DL開關(guān)跳開后，合4DL母聯(lián)開關(guān)，確認4DL開關(guān)合上后，動作邏輯結(jié)束。

由于10kV Ⅱ母故障或饋線保護拒動時，3號主變壓器低后備保護動作斷開5DL造成10kV Ⅱ段母線失電壓時，會備投于故障設(shè)備，因此應(yīng)閉鎖備自投，符合設(shè)計原則4）。

（3）考慮10kV Ⅲ母故障或饋線保護拒動時，3號主變壓器低后備保護動作先斷開5DL、后斷開3DL造成10kV Ⅱ、Ⅲ段母線失電壓的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅱ、Ⅲ段母線失電壓，Ⅰ母有電壓，3號主變壓器保護動作開入量變位，跳5DL開關(guān)。確認5DL開關(guān)跳開后，合4DL母聯(lián)開關(guān)，確認4DL開關(guān)合上后，動作邏輯結(jié)束。

110kV Ⅱ段母線失電壓而110kV備自投未動作成功或者3號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘時造成10kV Ⅱ、Ⅲ母同時失電壓，若備投動作會造成31.5MV?A小容量主變壓器帶全站負荷，因此不考慮該備投邏輯，符合設(shè)計原則2）。

?4 結(jié)論

備自投裝置是提高電力系統(tǒng)供電可靠性、保證供電連續(xù)性的有效手段。110kV變電站橋型接線方式、單母雙（多）分段接線的常規(guī)變電站備自投裝置邏輯相對簡單、功能較易設(shè)計。

老舊變電站主變壓器尚未進行增容技改，主變壓器容量不一致，并列運行不經(jīng)濟，或接線方式特殊，暫不具備改變接線方式的條件，種種原因?qū)е鲁Ｒ?guī)的備自投動作邏輯不能適用。特殊接線方式的備自投既要保證可靠供電，又要考慮主變壓器過負荷及容量等問題，在邏輯上有不同之處，需要考慮更多、更復雜的因素。本文分析了特殊接線變電站10kV備自投的設(shè)計原則，針對特殊運行方式下10kV備自投進行邏輯分析，為10kV備自投邏輯設(shè)計提供參考。

本文編自2021年第7期《電氣技術(shù)》，論文標題為“特殊接線變電站10kV備自投設(shè)計原則及邏輯分析”，作者為楊朝赟、張國平等。