220kV大朗变电站220kV备自投机理及策略的应用研究.docx

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220kV大朗变电站220kV备自投机理及策略的应用研究

毕业设计[论文]任务书

姓名XXX班号院系

同组姓名指导教导

一、课题名称

220kV大朗变电站220kV备自投机理及策略的应用研究

二、课题内容

备自投装置是保障电网安全、供电可靠的重要装置，社会的发展要求电网有很高的供电可靠性，当电网部分电源中断供电后，备自投能迅速自动投入备用电源，提高了供电可靠性。

备自投装置的逻辑简单，但应用中涉及的元件和系统因素较多，解决备自投装置的存在问题，可以保证电网的安全稳定运行。

三、课题任务要求

1．简述备自投装置工作原理。

2．结备自投装置的异常运行及处理。

3．备自投存在的隐患及整改方法。

4．备自投装置带负荷传动试验。

四、同组设计者

无

五、主要参考文献

[1]郑秀芳.备用电源自投装置及其应用研究.中国西部科技,2009.2,17-18。

[2]GB/T14285-2006继电保护及安全自动装置技术规程.广州:

中国南方电网责任有限公司出版，2006年。

[3]熊为群，陶然．继电保护自动装置及二次回路（第二版）．北京：

中国电力出版社，2000年。

[4]黄剑.220kV备用电源自动投入装置现场运行问题分析.供用电,2009.1,32-35；

指导教师签字

教研室主任签字

年月日

摘要

备自投装置是供电网络系统自动装置与继电保护装置相结合，是一种对供电网络提供不间断供电的经济而又有效的技术措施。

备自投装置是保障电网安全、供电可靠的重要装置，社会的发展要求电网有很高的供电可靠性，当电网部分电源中断供电后，备自投能迅速自动投入备用电源，提高了供电可靠性。

备自投装置的逻辑简单，但应用中涉及的元件和系统因素较多，如备自投与运行方式、备自投充放电、备自投装置的异常运行及备自投存在的隐患等问题，这些问题困扰和影响着备自投装置发挥其积极作用。

解决备自投装置的存在问题，可以保证电网的安全稳定运行。

备用电源自投装置在电网中的使用，是保证电网安全、稳定、可靠运行的有力技术手段。

本文对220KV大朗变电站新安装220kV备自投装置UFV-200J进行探讨，并经过带负荷传动试验分析该装置正常动作性，以确保东莞电网的安全、稳定运行。

关键词：

备自投装置；逻辑；不间断供电；主供线路；传动试验

目录

摘要I

引言3

1电网备自投发展现状3

1.1东莞电网备自投发展情况3

2简述备自投装置工作原理3

2.1220kV大朗变电站概况3

2.2备自投的基本功能4

2.3备自投动作的基本逻辑5

2.4备自投装置及二次回路接入10

2.5备自投装置定值17

3备自投装置的异常运行及处理19

3.1装置异常告警的判据19

3.2装置出现异常告警时的检查21

3.3备自投装置的运行维护21

4备自投存在的隐患及整改方法22

4.1检修压板的意义22

4.2误投运行线路检修压板存在的问题23

5备自投装置带负荷传动试验23

5.1试验前运行方式24

5.2试验内容24

5.3试验操作步骤24

5.4试验结果28

结束语28

致谢28

参考文献29

引言

东莞电网大朗集控中心目前管辖2个220kV变电站，11个110kV变电站，其中220kV大朗站更是担负自己管辖的11个110kV变电站的大部分负荷，07年，220kV裕元站为大朗站提供多了2路220kV线路。

大朗站220kV电压线路侧与500kV变电站相环网，大朗站220kV电压侧一共5路线路进线，正常运行方式是2路220kV主供全站负荷，另外3路电源进线为热备用。

由于大朗站是个传统老站，设备陈旧，安全运行指数下降，例如220kV莞大甲线、莞大乙线线路进线故障，全站至少失去一半负荷甚至最严重后果会导致全站失压，严重危害电网安全性。

之前，该站结合电网，尝试了多种运行方式，因为负荷涉及整个电网，加之大朗站负荷重，4路进线电源一起运行会改变整个东莞电网潮流，最终还是恢复正常运行方式。

为了提高供电可靠性，保证电网安全，该局不断引进先进技术，设置备用电源，备自投就是这样一种装置。

因此对220kV备自投的工作原理及运行维护就值得探讨。

1电网备自投发展现状

1.1东莞电网备自投发展情况

随着国民经济的迅速发展，提高系统的供电可靠性成为电力部门关注的焦点。

东莞电网为了提高电网正常运行情况下的供电能力，减少重载线路的负荷，限制短路电流而采取了特殊的解网分区供电运行方式；甚至整座变电站出现了由单侧电源供电的情况，使供电的可靠性下降了。

为了提高电网供电可靠性，保证电网安全稳定运行。

应该在单侧电源供电的网点，过载的网点以及安全稳定需要的网点，设置备用电源，当主供电源中断后，迅速自动投入备用电源。

这就需要备自投装置恢复电网供电。

随着备自投装置大量应用于电力系统中，要求深入认识和了解备自投装置的设计。

备自投装置的逻辑简单，但应用中涉及的元件和系统因素较多，解决备自投装置的存在问题，可以保证电网的安全稳定运行。

作为东莞电网的一个重要枢纽变电站，220KV大朗变电站就更需要一套完善备用电源自投装置，用于实现东莞电网更高的供电可靠性和供电能力。

2简述备自投装置工作原理

2.1220kV大朗变电站概况

220KV大朗变电站投产于1990年，经过几次扩建，现有220KV线路5回，110KV线路13回，220KV主变4台，总容量为660MVA。

220KV及110KV均采用双母线带旁路接线方式。

该站是连接500KV东莞站和500KV莞城站的重要桥梁，也是深圳电网与东莞电网的一个重要枢纽变电站，担负着东莞市丘陵片和山区片一大部分用户的供电任务。

目前220KV大朗变电站有三个电源点供电。

第一电源点：

220KV莞大甲线、220KV莞大乙线，此两条线路是500KV莞城站至220KV大朗站的双回线路。

第二电源点：

220KV裕大甲线、220KV裕大乙线。

此两条线路是500KV东莞站经220KV裕元站再至220KV大朗站的双回线路。

第三个电源点：

220KV龙大线，此线路是深圳220KV龙塘站至220KV大朗站的供电线路。

正常情况下，大朗变电站只取其中一个作为主供电源，另外两个为备用电源，当双母线转为分列运行方式时，便取其中两个电源作为主供电源。

220KV大朗变电站220kV母线主接线如图2-1所示：

图2-1220KV大朗变电站220kV母线主接线

2.2备自投的基本功能

为保证重要用户供电的可靠性，当工作电源因电力系统故障或其他原因失去电压后，自动将备用电源投入供电，不影响设备运行，这种装置叫备用电源自动投入装置，简称备自投装置。

备自投是备用电源自动投入使用装置的简称。

220kV大朗变电站220kV备自投装置主要功能是检测220kV主供电源失去且母线失压后，装置根据当时的运行方式自动投入备投线路或母联开关，恢复失压母线所带负荷的供电。

同时通过稳定计算分析来确定，自投前是否需要先切负荷，设置功率门槛、整定切负荷量，需要时按控制策略实施切负荷和自投。

220kV大朗变电站220kV母线属于双母线带旁路主接线形式，接入量包括莞大甲线、莞大乙线、龙大线、裕大甲线、裕大乙线、旁路；1母电压：

1MUA，1MUB，1MUC2母电压：

2MUA，2MUB，2MUC；莞大甲线A相电压、莞大乙线A相电压、龙大线A相电压、裕大甲线A相电压、裕大乙线A相电压。

备自投还涵括一下一些功能：

1、可以测量装置安装处母线、电源进线的三相电压、三相电流、系统频率、有功功率、无功功率、相位角等，判断变电站运行方式及其变化。

当发现工作电源中断时，自动采取预定措施后投入备用电源。

2、当运行方式满足充电条件后经五秒的充电时间，备自投确认运行方式，即“充电”此时间即“充电时间”。

如果变电站运行方式不满足充电条件，则八秒后备自投放电，并给出“无方式”信号。

3、备自投充电后方可动作。

在一次动作完成或出现闭锁信号后备自投放电，须经充电时间后才能再次充电动作。

4、工作母线无压、工作电源断开且经过延时后备自投方可启动。

这一启动延时应与母线上有关的继电保护动作时间配合。

5、启动后，装置首先跳一次工作电源开关，并经过断路器动作时间后确认工作电源已经断开才可以继续动作。

以此保证不会发生电源倒送或备用电源合于故障。

6、当两个电源不在同一电压等级时，可以在投入备用电源前预设一定切负荷量，并在投入后按过载量切负荷。

7、母差保护、手跳开关等情况时备自投放电。

8、备自投动作过程中，发出开关跳、合命令后检查开关位置。

若开关拒跳或拒合，备自投立即放电，并发出“跳开关失败”、“合开关失败”信号。

9、装置具有事件记录、数据记录、自检、打印、异常报警等功能。

10、装置具有与外部监控系统进行通信的功能，可以与故障信息系统、变电站监控系统相连接，装置能提供多种多个独立的通信接口如RS232/RS485等，通信规约采用IEC60870－5－103规约。

11、装置具有对时功能，具备软件对时和GPS脉冲对时能力。

2.3备自投动作的基本逻辑

2.3.1主供线路、备投线路及备投开关的判别逻辑

主供线路、备投线路及备投开关的判别逻辑包括的条件比较简单，在现场大自动化装置中容易实现，其条件注释包括主供线路、热备用线路、运行母线、线路备投组别、备投优先级和元件状态字等几个方面。

1、主供线路

（1）线路的检修压板退出；

（2）线路开关在合位；

（3）线路切换后电压均值大于U1。

条件

（1）、

（2）、（3）全满足就认为该线路为主供线路。

2、热备用线路

（1）线路的检修压板退出；

（2）线路开关在分位；

（3）线路切换后电压均值大于U1（表示本侧母线刀闸在合位）；

（4）线路PT≥U1（表示对侧开关合位且有源）。

条件

（1）、

（2）、（3）、（4）全满足就认为该线路为热备线路。

3、运行母线

若母线的3相电压均大于U1，则认为该母线运行。

4、线路备投组别

每个220KV线路均有一个线路备投组别定值，可设为0、1或2。

同设为“1”的为一组线路，同设为“2”的是另一组线路，组别为“1”、“2”的两组线路互为备投。

对于不参与线路备投或未接入装置的线路间隔将组别设为“0”即可。

5、备投优先级

每个220KV线路均有一个线路备投优先级定值，可设为0、1或2。

“0”表示该线路间隔不参与备投；“1”表示该线路优先参与备投；“2”表示该线路在前面线路备投失败后才参与备投。

若同组内多于1回线路的备投优先级设为“1”，则多回线应同时投入，同时根据备投线路的回路数计算需切的负荷量；若备投线路分别设为“1”和“2”，则优先投入备投优先级为“1”的线路，若不成功才再投入备投优先级为“2”的线路，在备投前需校核切负荷量是否足够。

若一组内的所有线路均设为“2”，则认为设置异常，告警，不可整定。

6、元件状态字

为了分析事故方便，具体元件的运行状态，装置中有元件运行状态字予以显示，其定义为表2-1所示：

表2-1备自投装置元件状态字

位

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

代表含义

莞大甲线主供

状态

莞大乙线主供

状态

龙大线主供状态

裕大甲线主供状态

裕大乙线主供状态

莞大甲线热备状态

莞大乙线热备状态

龙大线热备状态

裕大甲线热备状态

裕大乙线热备状态

1M母运行状态

2M母运行状态

母联状态

线路主供状态：

置1主供；置0不主供。

线路热备状态：

置1热备；置0不热备。

母线运行状态：

置1运行；置0停运。

母联状态：

母联检修压板投入或母联合位置1；否则置0。

2.3.2方式1下备自投功能（线路备自投）

方式1下的备自投功能为线路备自投，实现这一功能要满足充电条件后才能启动备自投，使备自投正确动作。

1、充电条件

（1）至少一段母线运行；

（2）其中一组线路有且只有主供线路，另一组线路有且只有热备用线路。

（3）母联检修压板投入

（4）母联合位且其检修压板退出

条件

（1）、

（2）、（3）全满足或条件

（1）、

（2）、（4）全满足，且持续时间Tc则判为运行方式1。

注：

满足方式1充电条件的情况下，若元件运行状态字中线路主供、热备状态或母线运行状态发生变化，则装置将立即进行重新充电。

2、启动条件

（1）所有运行的母线三相电压均小于U2；

（2）所有主供线路无流：

两相电流均小于Iw1。

条件

（1）、

（2）全满足且持续时间Tq，装置启动。

3、备自投动作

（1）跳开所有主供线路的开关

（2）等待TT延时，在该延时的等待过程中若判出所有主供线路的开关均为分位，则判断进入下一步；否则装置输出开关拒跳信号，备自投失败。

（3）检查是否有第1优先级的热备用线路，若有则进入下一步，否则进入第⑦步。

（4）根据第1优先级的热备用线路的可承受功率检查是否需要切除负荷。

若需切负荷，则切除负荷，等待Tt延时后进入下一步；若无需切负荷，则直接进入下一步。

（5）将第1优先级的热备用线路全部合上。

（6）等待Th延时，在该延时的等待过程中若判出第1优先级的热备用线路的开关均在合位且失电母线恢复电压（电压大于U1），则备自投成功；否则装置输出开关拒合信号，进入下一步。

（7）检查是否有第2优先级的热备用线路，若有则进入下一步，否则备自投失败。

（8）根据第2优先级的热备用线路的可承受功率检查是否需要切除负荷。

若需切负荷，则切除负荷，等待Tt延时后进入下一步；若无需切负荷，则直接进入下一步。

（9）将第2优先级的热备用线路全部合上。

（10）等待Th延时，在该延时的等待过程中若判出第2优先级的热备用线路的开关均在合位且失电母线恢复电压（电压大于U1），则备自投成功；否则装置输出开关拒合信号，备自投失败。

线路备自投母联检修压板投入或者母联开关合位且检修压板退出的时候才能正确动作。

所以在选择这种备自投的时候一定要检查母联检修压板投退符合这一要求。

2.3.3方式2下备自投功能（母联备自投）

母联备自投功能要求母联开关在分位，母联检修压板退出且两段母线分列运行。

方式比较固定，实行起来也十分方便。

其基本逻辑条件如下：

1、充电条件

（1）两段母线均运行；

（2）母联检修压板退出

（3）母联在分位

条件

（1）、

（2）、（3）全满足，且持续时间Tc则则判为运行方式2。

注：

满足方式2充电条件的情况下，若元件运行状态字中线路主供状态发生变化，则装置将立即进行重新充电。

2、启动条件

（1）有且只有一段母线三相电压均小于U2；

（2）至少一条主供线路判出跳闸：

无流且其切换后电压均值小于U2。

条件

（1）、

（2）全满足且持续时间Tq，装置启动。

3、备自投动作

（1）跳开所有判出跳闸的主供线路的开关

（2）等待TT延时，在该延时的等待过程中若判出所有跳闸的主供线路的开关均为分位，则判断进入下一步；否则装置输出开关拒跳信号，备自投失败。

（3）根据剩下主供线路的可承受功率检查是否需要切除负荷。

若需切负荷，则切除负荷，等待Tt延时后进入下一步；若无需切负荷，则直接进入下一步。

（4）将母联合上。

（5）等待Th延时，在该延时的等待过程中若判出母联开关在合位且两段母线均有压（电压大于U1），则备自投成功；否则装置输出开关拒合信号，备自投失败。

2.3.4切负荷功能逻辑

为防止备自投动作后导致备投元件过载，在备投元件合闸前应切除过剩的负荷。

需切量P需切按以下公式计算：

P需切=∑P-2S-P允许.

∑P-2S：

指主供线路无流且其切换后电压低于U1（考虑到可能存在的小电源弱支撑过程，与启动条件不同）的前2s时刻，所有主供线路的功率代数和。

P允许：

备投元件允许切负荷基值和。

若备投元件有同向双回线，则只取一个双回允许切负荷基值。

在线路备投过程中若涉及两次备投过程，则切负荷量取大的执行。

具体装置按容量切负荷的措施如下：

若P≤Pg1不切负荷；

若Pg1≤P≤Pg2切第一轮负荷；

若Pg2≤P≤Pg3切第二轮负荷；

若P≥Pg3切第三轮负荷。

2.3.5闭锁信号

备自投装置的闭锁信号分为两大类型，具体如下：

类型1：

收到该信号后装置立刻放电，闭锁装置，信号消失后需进行手动复归，装置才能重新充电，开放备投功能。

该类型的信号包括母差和失灵动作闭锁信号及备用闭锁信号1。

类型2：

收到该信号后装置立刻放电，闭锁装置，信号消失后等待Tb延时后装置自动重新充电，开放备投功能。

该类型的信号包括手跳信号及备用闭锁信号2。

在运行过程中的特殊情况有：

1、在备自投动作过程中收到任何手跳信号装置不放电，备投逻辑正常进行。

2、备投功能压板退出，装置立刻放电，闭锁备投功能，信号消失后装置自动重新充电，开放备投功能。

3、手跳信号取用变位状态（由0变为1有效），最长保持时间200ms。

可适用保持或不保持的手跳信号。

2.4备自投装置及二次回路接入

随着电力系统的不断扩大和发展，大容量的电网的稳定和发电设备安全运行对继电保护及自动装置的要求越来越高，它不但要求继电保护装置具有良好的可靠性，同时也要求继电保护装置具有较好的稳定性。

然而，继电保护及二次回路系统中存在的隐性故障对电网和电力设备的影响不容忽视；当电网系统或发电设备发生故障时，隐形故障很容易造成系统重大事故或使事故扩大，加剧对设备的损坏和破坏电网系统的稳定运行。

2.4.1保护装置概况

备自投装置是南京南瑞南京南瑞电网安全稳定控制技术分公司的保护装置，具体参数如下：

1、装置型号：

UFV-200J

2、生产厂家：

南京稳控

3、保护总版本（无校验码）：

无

4、主机版本：

UFV：

10051601

DCJ1：

10051601

DCJ2：

10051601

HMI（程序）：

DongGuanDaLang-330

5、技术参数：

（1）交流额定电压100V（相间或开口三角电压），交流额定电流5A，装置工作电源DC220V。

（2）额定频率：

50Hz。

（3）GPS对时：

主机采用分对时空接点输入（从110KV故障录波屏24P取），主机与GPS对时正确。

6、备自投装置配置：

强电开入隔离装置一台：

接入220kV莞大甲乙线、龙大线、裕大甲乙线、旁路2030、母联2012开关合闸位置。

备自投装置的功能压板投退和指示灯的息亮的对应关系如表2-2所示，而黄灯要根据电力系统的运行方式变化而亮灯：

表2-2备自投装置的功能压板投退和指示灯的息亮的对应关系

功

能

莞

大

甲2558

合位

莞

大

乙2559合位

龙

大

线2254

合位

裕

大

甲2950合位

裕

大

乙2951合位

旁

路2030

合位

母

联2012

合位

莞

大

甲

手跳

莞

大

乙

手跳

龙

大

线

手跳

裕

大

甲

手跳

裕

大

乙

手跳

旁路

手跳

母差失灵闭锁

外部闭锁1备用

外部闭锁2备用

指示灯

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

黄

灯

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

（1）主机一台：

接入220kV莞大甲乙线、龙大线、裕大甲乙线、旁路2030电流电压回路及中央信号输出。

（2）输入输出信号调理单元一台：

用作以上220kV间隔的跳合闸输出、联切110KV（大东线122、大隔线124、大常线125、大合线126、大樟线127、大啼线128、大黄甲线130、大黄乙线131、大巷甲线132、大巷乙线133、大松线134）间隔负荷、中央信号及外部闭锁开入。

（3）装置接入量：

1）UFV板模入：

莞大甲线、莞大乙线、龙大线线电压U1ab、U1bc、U2ab、U2bc、U3ab、U3bc；

莞大甲线、莞大乙线、龙大线电流I1a、I1c、I2a、I2c、I3a、I3c；

2）DCJ1板模入

裕大甲线、裕大乙线、旁路线电压U4ab、U4bc、U5ab、U5bc、U6ab、U6bc；

裕大甲线、裕大乙线、旁路电流I4a、I4c、I5a、I5c、I6a、I6c；

3）DCJ2板模入

莞大甲线、莞大乙线、龙大线、裕大甲线、裕大乙线单相电压U1a、U2a、U3a、U4a、U5a；1M母线电压；2M母线电压；

（4）220kV莞大甲乙线、旁路2030开关CT变比均为2400/5A，裕大甲线、龙大线开关CT变比均为1200/5A，裕大乙线开关CT变比为2000/5A，变比可以修改。

各线路A相抽取电压（A609）为100V（交流插件小变压器额定值为100V）。

（5）备自投装置具备按轮次及负荷情况切除负荷功能，其整定原则必须遵循UFV-200J装置跳线轮次整定说明要求，且整定切负荷时需要包含关系，否则会多切，如第二轮要包含第一轮的负荷量。

2.4.2UFV-200J装置跳线轮次整定说明

关于220kV备自投UFV-200J装置跳线轮次的说明，因为110kV线路跳闸需要现场整定切负荷轮次，此说明只针对“出口中间3”和“出口中间4”板，对跳线轮次说明如下：

1、切负荷轮次对应关系如表2-3所示：

表2-3切负荷轮次对应关系

轮次

说明

14

切负荷第一轮

15

切负荷第二轮

16

切负荷第三轮

切负荷轮次对应关系说明：

“切负荷第一轮”为第14轮；“切负荷第二轮”为第15轮；“切负荷第三轮”为第16轮；负荷性质越重要，切负荷过程中就越后。

2、“出口中间”板的实际情况，对于“出口中间1”和“出口中间2”板的跳线已整定，不允许改动！

对于出口中间1、2板1－16轮对应关系中，出口中间1对应关系如表2-4所示：

表2-4出口中间1对应关系

跳线单元

跳闸线路

跳线整定

KC1

跳220kV莞大甲线

短接1跳线

KC2

跳220kV莞大乙线

短接2跳线

KC3

跳220kV龙大线

短接3跳线

KC4

跳220kV裕大甲线

短接4跳线

KC5

跳220kV裕大乙线

短接5跳线

KC6

跳220kV旁路

短接6跳线

KC7

合220kV莞大甲线

短接7跳线

KC8

合220kV莞大乙线

短接8跳线

出口中间2对应关系如表2-5所示：

表2-5出口中间2对应关系

跳线单元

跳闸线路

跳线整定

备注

KC1

合220kV龙大线

短接9跳线

KC2

合220kV裕大甲线

短接10跳线

KC3

合220kV裕大乙线

短接11跳线

KC4

合220kV旁路

短接12跳线

KC5

合220kV母联

短接13跳线

KC6

切负荷第一轮

短接14跳线

只点亮插板的指示灯

KC7

切负荷第二轮

短接15跳线

KC8

切负荷第三轮

短接16跳线

出口中间3对应关系如表2-6所示：

表2-6出口中间3对应关系

跳线单元

跳闸线路

切负荷轮次

跳线整定

KC1

跳110kV大东线122开关

只切负荷第一轮

短接14跳线

KC2

跳110kV大合线126开关

只切负荷第二轮

短接15跳线

KC3

跳110kV大