备自投简述.docx

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备自投简述

备自投装置简述

一、概述

备用电源自动投入装置（以下简称BZT装置）的作用是：

当正常供电电源因供电线路故障或电源本身发生事故而停电时，它可将负荷自动、迅速切换至备用电源，使供电不至中断，从而确保企业生产连续正常运转，把停电造成的经济损失降到最低程度。

备用电源的配置方式很多，形式复杂，一般有明备用和暗备用两种基本方式。

系统正常运行时，备用电源不工作，称为明备用；系统正常运行时，备用电源也投入运行的，称为暗备用，暗备用实际上是两个工作电源的互为备用。

主要有低压母线分段断路器备自投、内桥断路器备自投和线路备自投三种方案。

在企业高、低压供电系统中，只有重要的低压变电所和6kV及以上的高压变电所，才装设了BZT装置。

但因供电系统主接线方式大多数为单母线分段接线或桥接线方式，故一般采用母联断路器互为自动投入的BZT装置。

在过去，不论是新建变电所，还是改造老变电所，设计的BZT装置均由传统的继电器来实现，这种BZT装置因设计不完善或继电器本身存在的问题，而发生的拒动或误动故障率较高，所以有些企业用户供电系统虽已装设了BZT装置，但考虑到发生事故时不扩大停电事故，将其退出，这样BZT装置的作用就没有发挥出来。

近年来，随着微机BZT装置的不断完善与快速发展，在一些老高压变电所的改扩建及新建高压变电所的设计中，逐步广泛采用分段断路器微机备用电源自动投入装置（以下简称微机BZT装置）。

目前，许多企业用户在高压供电系统中为何要采用微机BZT装置呢?

是由于该装置与传统的BZT装置相比较，具有以下许多特点和优点，因而在工业企业的高压供电系统中获得了广泛的应用。

（1）装置使用直观简便。

可以在线查看装置全部输入交流量和开关量，以及全部整定值，预设值、瞬时采样数据和大部分事故分析记录。

装置液晶显示屏状态行还实时显示装置编号、当前工作状态，当前通讯状态、备自投“充电”、“放电”状态以及当前可响应的键。

（2）装置测试方便，工作量小。

交流量测量精度调整由软件方式完成，其调试和开入/开出试验均由装置通过显示界面和键盘操作完成。

（3）具有完善的事故分析功能。

包括保护动作事件记录、保护投退记录、装置运行记录、开入量变位记录和进线无流记录等。

（4）具有完善的数字信号和接点信号系统。

（5）具备掉电不停的实时时钟。

该实时时钟自动进行闰年调整，计时至2050年，且装置能接受微机监控系统的校时，故本装置不存在计算机系统的2000年（即“千年虫”）问题。

（6）采取了完善的软、硬件措施，来提高装置自身的可靠性和保护动作的准确性，从而保证了供电的可靠性。

二、备自投装置的设计

1、进线备自投跳闸回路的设计问题

进线备自投的跳闸回路一般可通过保护跳闸或手跳两种方式实现，但两种方式都有各自需要注意的问题。

（1）采用保护跳闸方式在设计中必须要考虑闭锁重合闸问题，因为采用保护跳开工作线路开关后，保护装置会误认为开关偷跳而启动重合闸将原已被分开的线路开关又重新合上，导致无法隔离有故障的原工作线路，备自投也因此无法正常工作，因此必须用另一副跳闸输出接点去闭锁该线路保护的重合闸。

建议设计按此方法接线，由于有一些厂家的备自投在设计时跳闸输出接点只有一副，这就要求我们设计人员在审图时要注意要求厂家多配一付跳闸出口接点来实现此功能。

（2）采用手跳方式就可以不用再考虑闭锁重合闸的问题，因为手动跳闸、遥控跳闸的操作回路已经考虑闭锁重合闸了，而且这种设计方式比较简单，但这种设计方式不能加入“手分闭锁备自投”的功能。

因为按备自投的设计原则，在人为手分工作线路开关时（如变电站需要全停时）备自投不应该合备用线路开关，实现这种功能是靠保护合后继电器接点接入备自投装置实现的。

因此设计中一般要加入“手分闭锁备自投”的回路。

但如果备自投采用手跳方式时也加入“手分闭锁备自投”的回路，将会造成备自投通过手跳回路跳开工作线路后，“手分闭锁备自投”回路又闭锁备自投，导致无法合备用线路的矛盾逻辑，因此手跳方式的设计不能加入“手分闭锁备自投”回路，即取消保护合后继电器接点接入备自投装置，这样备自投装置能正确动作。

但是，为了防止人为手分工作线路开关时备自投误投备用线路，应在备自投的现场运行规程里要求在人工断开工作线路开关前将备自投退出。

2、进线备自投合闸回路的设计问题

进线备自投的合闸回路可接在手合或不经手合（如接在重合闸回路）两种方式实现，备自投合闸的接法是根据保护装置实际进行选取的。

（1）在取保护装置的合后继电器来实现“手分闭锁备自投”的功能时，备自投合闸一定要接入手合回路，因为保护装置的合后继电器是接在手合回路中的，是通过手合来起动合后继电器的，备自投在收到保护的合后继电器动作信号才具备其动作条件。

（2）比较早期的微机保护，在厂家设计时并没考虑合后继电器的采用，当备自用装置应用于这些保护时，备自投将无法实现“手分闭锁备自投”的功能。

此时，备自投的合闸回路可接在手合或不经手合（如接在重合闸回路）均可，但要注意用电源将备自投装置的后合继电器输入接点短接，否则，备自投装置将因为无法满足条作而闭锁装置。

3、备自投装置开关位置的接入应取开关机构箱的接点

多数备自投装置只需要取开关位置的一个常闭接点。

我们在图纸设计时可通过开关机构箱的开关常闭接点和保护装置的TWJ接点来取得，通常情况下，设计人员为了施工方便（施工方便也是设计人员必须考虑的问题之一）经常会取保护装置的TWJ继电器接点，因为保护装置与备自投装置都是集中在一起放置在继保室的，施工接线时电缆短并且易于施工，相比取安装在开关场的开关机构箱，这一方法就大大降低施工的工作量，这就是取TWJ继电器接点的重要原因。

还有，多数备自投装置厂家图纸在开关量输入端都标取进线TWJ接点，这也是误导设计人员取TWJ接点的原因之一。

下面介绍一下取TWJ接点备自投动作时将闭锁备自投的一个实例。

当运行A线路发生永久故障时，运行A线路的光纤纵差保护动作不经延时跳开A线路两侧开关1DL和3DL，这时1DL重合成功，3DL则因重合于故障线路再次跳开，母线I因此而失压，这时备自投满足动作要求（母线失压，运行A线路无流），将再次发跳开1DL命令，1DL即被再次跳开，此时因1DL保护TWJ继电器动作回路串联开关储能接点（通常TWJ用来监视合闸回路的正常性，而合闸回路是与开关储能接点是串联在一起的），只有当储能机构储能完成时储能接点接通TWJ继电器才动作，所以当运行A线路保护重合闸动作成功后，1DL开关机构处于合闸储能过程中（这一过程大约要8—10秒的时间），储能接点没有接通，此时备投装置动作跳A线路开关1DL后，没有及时收到开关分位信号，而闭锁投备用线B开关信号，从而造成备自投装置不能正常动作，全站失压的事故。

所以备自投装置开关位置的接入应取开关机构箱的接点，这样才能够第一时间且正确地反映开关的合分位状态，而不受其它因素的影响，从而保证备自投的正确动作性。

三、微机BZT装置应遵循的基本原则

《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》一书对BZT做了详细的技术要求：

（1）应保证在工作电源或设备断开后BZT装置才动作；

（2）工作母线和设备上的电压不论因何原因消失时BZT装置均应动作；

（3）BZT装置应保证只动作一次；

（4）BZT装置的动作时间以使负荷的停电时间尽可能短为原则；

（5）工作母线和备用母线同时失去电压时，BZT装置不应起动；

（6）当BZT装置动作时，如备用电源或设备投于故障，应使其保护加速动作；

（7）手动断开工作回路时，BZT装置不应动作。

以下细说：

（1）只有当工作电源确实被断开后，备用电源才能投入。

工作电源失压后，不论其进线断路器是否断开，本装置备自投起动延时到后总是先跳该断路器，确认该断路器在跳位后，备自投逻辑才进行下去。

这样可防止因工作电源在其它地方被断开，微机BZT装置动作后合于故障或备用电源倒送电的情况。

但故障不应由微机BZT装置切除，故微机BZT装置动作跳工作电源的时限应长于所有有关保护和重合闸的最长工作时限。

（2）因备自投备用对象故障而其保护拒动作，引起相邻后备保护动作切除工作电源时，应闭锁微机BZT装置。

如主变低压侧出线元件故障而相应保护未能切除，引起主变后备保护动作切除主变，造成母线失压时，应闭锁低压侧分段断路器备自投；主变保护（差动、后备或本体）全跳主变时，表明主变内部或低压侧发生故障，应闭锁高压侧桥断路器备自投。

闭锁延时2s返回，即闭锁条件消失2s后，微机BZT装置才开始充电检查。

（3）微机BZT装置延时是为了躲过因母线引出线故障造成的母线电压下降，故微机BZT装置延时时限应大于最长的外部故障切除时间。

（4）由人工切除工作电源时，微机BZT装置不应动作。

本装置引入各工作断路器的合后接点，就地或远控跳断路器时，其合后接点断开，微机BZT装置自动退出。

若无法引入合后接点，在人工切除工作电源前，应保证将备自投退出工作，可以用手动切换开关退出，或解开相应出口压板或由整定退出。

（5）备用电源不满足有压条件时，微机BZT装置不应动作，因为动作是无效的。

这种情况下，经延时闭锁微机BZT装置，该延时为微机BZT装置起动延时加1s。

（6）微机BZT装置只允许动作一次。

为避免在母线或引出线上发生永久性故障时，备用电源被多次投入到故障元件上去，造成更严重的事故，BZT装置只允许动作一次。

微机BZT装置允许工作的各种条件（充电条件）均具备后开始充电，经10s后完成准备工作（即充电时间为10s），出现需要闭锁或退出微机BZT装置的条件时立即放电。

（7）当电压互感器熔丝熔断，或二次空气开关跳开，或拉开电压互感器一次刀闸，或退出电压互感器手车时，微机BZT装置不应误动作。

本装置通过进线无流检查，来防止工作电源PT断线时微机BZT装置的误起动。

四、微机BZT装置有关基本条件

1、有压、无压和无流条件

工作和备用电源有压或无压一般判断相应母线是否有压或无压。

本装置中：

母线有压指母线的三个线电压中至少有一个大于有压定值。

三个线电压有压，相“或”可以保证备用电源PT一相或两相断线时仍满足有压条件，微机BZT装置不致拒动。

母线无压指母线的三个线电压均小于母线无压定值。

三相线电压无压，相“与”可以保证工作电源PT一相或两相断线时，不满足无压条件，微机BZT装置不致误动作。

进线无流一般指工作电源进线的一个相电流小于线无流定值。

该定值应小于最小负荷电源，以防工作电源PT三相断线时微机BZT装置的误起动。

2、输入量

装置应引入工作电源进线和备用电源的相应电压量，以及工作电源进线的一相电流。

对母线PT，装置接入两个线电压Uab和Ubc，第三个线电压Uca由装置自行计算得到：

Uca＝－（Uab+Ubc）

装置应引入反映工作电源和备用电源断路器位置的开入量，以及其它辅助开入量（如BZT投退控制、闭锁BZT和工作电源断路器合后位置等）。

3、充电条件

微机保护装置具有很强的逻辑判断能力，因此对充电条件增加了一些辅助条件，以提高微机BZT装置动作的可靠性以及保证一次式动作。

所有充电条件均满足后经10s的充电时间，微机BZT装置充上电，才有可能动作。

装置液晶显示屏的状态行以主接线示意方式显示微机BZT装置是否充电完成，直观明确，见表1。

充电标志以实心表示微机BZT装置充电完成。

表1

充电条件包括如下几条：

a）微机BZT装置投入工作，即相应投退切换把手置“投入”位置，且相应投退型定值为“ON”。

b）工作电源和备用电源均正常，即符合有压条件。

c）工作和备用电源断路器位置正常，即工作断路器合位且处于合后，备用断路器跳位。

d）无闭锁微机BZT装置条件。

e）无放电条件。

4、放电条件

包括如下几条，任一放电条件满足，微机BZT装置立即放电，不可能再动作。

a）微机BZT装置退出工作，即相应微机BZT装置投退切换把手置“退出”位置或相应投退型定值为“OFF”。

b）备用电源不满足有压条件的持续时间（微机BZT装置延时+1s）。

c）工作断路器由人为（就地或远控）操作跳开，即工作断路器合后消失。

d）备用断路器不在备用状态，即备用断路器合上。

e）工作断路器拒跳或备用断路器拒合。

f）闭锁条件满足。

无论微机BZT装置是否已经起动均强引闭锁微机BZT装置，表现为微机BZT装置放电。

5、动作条件：

a）备自投起动条件满足，装置充上电。

b）工作电源失压（一般为工作母线三相无压）。

c）相应的工作进线无流。

d）备用电源有压。

以上条件全部满足后，微机BZT装置才起动跳工作进线延时，延时到后，在5s内微机BZT装置判断工作断路器确已跳开，再起动合备用电源延时。

延时到后，在5s内微机BZT装置判断备用断路器确已合上，最后发“备自投动作”信息。

6、闭锁情况

（1）备自投内部闭锁

当备自投装置检测到本身硬件故障时，发出装置闭锁信号，同时闭锁备自投装置。

硬件故障一般包括：

定值出错、电源故障、RAM故障、EPROM故障等等。

（2）外部条件输入闭锁

一般是通过外部输入一对接点实现对备自投装置的闭锁。

（a）人工切除进线闭锁。

很多时候，当人为拉开进线开关时需要闭锁备自投，以免人为拉开进线后备自投动作，使得母线无法停电。

此时，大多采用进线开关操作控件的KKJ（一个磁保持继电器，即双位置继电器）来识别是人为分闸还是保护跳闸。

当然，对于没有采用操作控件的用户，一般采用另外一种方式。

由后台（如SCADA或DCS）提供一对接点，接到备自投装置的外部闭锁输入端子。

后台给出闭锁命令，该接点闭合，备自投装置被闭锁。

（b）其他保护闭锁。

如母线过流保护、母差保护、进线过流保护动作时，都需要闭锁备自投，以免母线发生故障时，保护动作跳开进线开关后，备自投动作，母联开关合闸，由于故障依然存在，使得另一路进线（或母联）保护动作跳闸，引起系统第二次冲击，并扩大了事故面。

目前，根据2个进线、1个母联的接线方式，备自投装置一般都有4种工作方式。

不同开关的保护动作需要闭锁不同的备自投方式。

实现的方案很简单，就是由保护装置提供一对无源常开接点，接到需要闭锁工作方式的输入端子上即可。

保护动作的同时，该接点闭合，备自投受到闭锁指令，从而闭锁相应备自投方式。

五、高压供电系统常用的分段断路器微机备用电源自投装置

1、分段备自投主接线如下图1所示

图1

为了实现微机BZT装置逻辑，须接入6个交流量和7个开入量，见表2。

输入量

用途

交流量

Ⅰ、Ⅱ母各两个线电压：

Uab1、Ubc1、Uab2、Ubc2

母线有压/无压判定

两条进线各一个线电流

Ia1、Ia2

进线无流判定

开入量

BZT投退切换把手

BZT就地手动投退控制

1DL、2DL、3DL的跳位

相应断路器位置判断

1DL、2DL的合后位置

人工跳开断路器时，自动闭锁BZT

闭锁BZT

强行闭锁BZT

表2

BZT装置需接出的出口回路为

（1）1DL跳闸接点

（2）2DL跳闸接点

（3）3DL合闸接点

2、微机BZT装置动作逻辑

（1）微机FBZT装置充、放电条件见表3。

充电条件

放电条件

BZT投入工作

（即BZT投退切换把手在“投入”位置，且相应定值为投入）

BZT退出工作

（即BZT投退切换把手在“退出”位置，且相应定值为退出）

Ⅰ、Ⅱ母均符合有压条件

Ⅰ、Ⅱ母均不符合有压条件的持续时间

（BZT跳工作进线时限+1s）

1DL、2DL均为合位且合后位置

3DL跳位

1DL或2DL合后位置消失

或3DL合上

无“闭锁BZT”信号输入

有“闭锁BZT”信号输入

无放电条件

1DL或2DL拒跳

或3DL拒合

表3

（2）微机FBZT装置的详细动作过程说明如下。

装置充上电后，工作电源失压（一般为工作母线三相无压）、相应的工作进线无流、备用电源有压，BZT即起动跳工作进线延时。

延时到后，不论工作断路器是否已断开，BZT总先发跳工作断路器命令，同时判断其是否跳开。

若跳闸命令发出5s后，BZT判断工作断路器仍未跳开，BZT即收回跳工作断路器命令，同时发断路器拒跳信息，并中止BZT过程；若在5s内BZT判断工作断路器跳开，即收回跳工作断路器命令，并起动合备用电源延时。

延时到后，BZT发合备用断路器脉冲，然后判断备用断路器是否合上，若在合闸脉冲发出5s后，BZT判断备用断路器仍未合上，中止BZT过程，同时发断路器拒合信息；若在5s内，BZT判断备用断路器已合上，即发“备自投动作”信息。

3、变压器低压侧分段断路器备自投应用

下图2为变压器低压侧分段断路器备自投方案接线

图2

可以看出，当#1主变、#2主变不同时运行，3DL为合位时，#1主变和#2主变互为明备用电源，此方案称为变压器自投。

当#1主变、#2主变同时运行，3DL为分位时，10kV I段母线和II段母线互为暗备用电源，此方案称为分段断路器自投。

（1）自投方式1（#1主变运行，#2主变备用）

当#1主变故障，其主保护动作1DL跳闸；或者#1主变高压侧失压，引起10kV I段、II段母线均失压，且电流互感器TA1无电流，则断开1DL、4DL，合上#2主变2DL、5DL，由#2主变供电。

#2主变自投启动条件是10kV I段、II段母线均失压、电流互感器TA1无电流、1DL确在断开位置。

检查电流互感器TA1无电流，是为了防止10kV I段、II段母线电压互感器二次电压断线引起的误投。

（2）自投方式2（#2主变运行，#1主变备用） 

当#2主变故障，其主保护动作2DL跳闸；或者#2主变高压侧失压，引起10kV I段、II段母线均失压，且电流互感器TA2无电流，则断开2DL、5DL，合上#1主变1DL、4DL，由#1主变供电。

#1主变自投起动条件是10kV I段、II段母线均失压、电流互感器TA2无电流、2DL确在断开位置。

检查电流互感器TA2无电流，是为了防止10kV I段、II段母线电压互感器二次电压断线引起的误投。

（3）自投方式3（#1主变运行，#2主变运行，10kV分段断路器3DL断开） 

当#1主变故障，其主保护动作1DL跳闸；或者#1主变高压侧失压，引起10kV I段母线失压，且电流互感器TA1无电流，而10kV II段母线有电压，则断开1DL、4DL，合上3DL，保证10kV I段母线的供电。

分段断路器自投起动条件是10kV I段母线失压、电流互感器TA1无电流、10kV II段母线有电压、1DL位置确在断开位置。

（4）自投方式4（#1主变运行，#2主变运行，10kV分段断路器3DL在断开位置） 

　　当#2主变故障，其保护动作2DL跳闸；或者#2主变高压侧失压，引起10kV II段母线失压，电流互感器TA2无电流，而10kV I段母线有电压，则断开2DL、5DL，合上3DL，保证10kV II段母线的供电。

分段断路器自投起动条件是10kV II段母线失压、电流互感器TA2无电流、10kV I段母线有电压、2DL位置确在断开位置。

在实际工程中，当变电所的最高负荷低于其中一台主变的容量时，主变在运行方式上采用一台主变运行、一台主变备用的运行方式，此时应采用变压器自投方案，即实例中的方式1和方式2。

当变电所的负荷高于其中一台主变的容量时，主变在运行方式上采用分列运行方式，即两台主变同时运行，低压侧分段断路器在断开位置，此时应采用分段断路器自投方案，即实例中的方式3和方式4。

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