備用電源自動投入裝置（以下簡稱“備自投”）是指當工作電源因故障或其他原因消失后能自動、迅速地將備用電源投入工作或將用戶切換到備用電源上去，而使用戶不致被停電的一種安全自動裝置。作為提高供電可靠性的重要措施，備自投裝置在電網中得到了廣泛的應用。但備自投裝置在500 kV變電站應用不多，而雙重化應用目前更是少有先例。為此，本文針對備自投裝置雙重化在500 kV羅洞變電站的應用展開分析，以期能為廣大同行在備自投裝置的配置、設計、應用及維護等方面提供參考。

1　500 kV變電站備自投裝置雙重化配置的必要性

1.1　各級電網對備自投裝置配置的要求

南方電網公司于2010年11月發布的《南方電網備自投裝置配置與技術功能規范》明確指出：“500 kV及以上電壓等級變電站的備自投裝置應采用完全獨立的雙重化配置。500 kV變電站的220 kV母線采取分列運行方式時，宜根據運行需要配置220 kV側的母聯（分段）備自投裝置”。

廣東電網于2010年10月公布的《廣東電網500 kV變電站備自投裝置標準化要求》也明確提出：“500 kV備自投裝置均需采用完全獨立的雙重化配置（由于一般開關的合閘線圈只有一個，故開出回路除外）”。

1.2　羅洞變電站對備自投裝置雙重化配置的客觀需求

500 kV羅洞變電站作為南方電網的樞紐變電站和“西電東送”廣東側的門戶變電站，在電網中地位攸關。其一次接線復雜，220 kV母線共接入14條線路、4臺主變壓器的中壓側斷路器、2個分段斷路器及2個母聯斷路器，還配有一條旁路母線；4臺主變壓器中除4號主變壓器變高為單開關直接接于500 kV 1M母線外，其余3臺主變壓器變高均通過雙開關接于500 kV系統中，其主接線如圖1所示。為解決電網發生故障時造成的短路電流超標問題，同時基于電網分區供電的考慮，羅洞站220 kV母線需長期工作在“2+2”模式（即220 kV 1號、2號母線并列運行，5號、6號母線并列運行，2個母聯開關合上，2個分段開關斷開），但這樣又會導致供電可靠性下降。

羅洞變電站每臺主變日均負荷都在65％～70％，高峰期甚至達到85％左右，如果沒有220 kV備自投裝置，那么任一臺主變發生故障停運，由并列運行的另一臺主變承擔全部負荷時，將導致其嚴重過載，一旦在允許的過載時間內無法將負荷及時轉供，將造成該主變開關跳開從而導致其正常供電區域大面積失電。如果配置了備自投裝置，一旦發生同樣情形，通過啟動備自投裝置使剩余的3臺主變并列運行，承擔原來4臺主變的負荷，可延長轉供負荷的時間，從而降低電網事故風險。而將備自投裝置雙重化配置后，一方面可以確保備自投動作成功，另一方面可以大大降低由于備自投裝置故障、定檢等原因而使電網失去備自投的風險。基于此，500 kV羅洞變電站2011年1—6月，經過精心安排，充分利用難得的主變停電間隙，順利實現了備自投裝置雙重化配置工作。

2　備自投裝置的輸入輸出回路

2.1　交流輸入回路

備自投裝置取1、2、3、4號主變變中套管及旁路開關CT三相電流，將該電流與相應的電壓進行計算，可以分別得到1、2、3、4號主變變中有功功率P。該有功功率P一方面用于可靠判斷主變運行狀態，另一方面用于糾正斷路器輔助開關不能正確反映一次設備實際位置時的錯誤。為了確保電流回路的獨立性，兩套備自投裝置分別取自以上CT不同二次繞組。

備自投裝置取220 kV 1M、2M、5M、6M母線CVT三相電壓，220 kV 3M旁路母線經切換后的CVT三相電壓及1號、2號、3號、4號主變變中專用CVT三相電壓用于有壓、無壓判別。為了確保電壓回路的獨立性，兩套備自投裝置分別取自以上CVT不同二次繞組。

2.2　開關量輸入回路

備自投裝置的開入量主要包括“四種壓板+兩種信號”，基于雙重化的基本要求，不同裝置的開入量回路之間都是相互獨立的。

a. 檢修壓板。檢修壓板分1號、2號、3號、4號主變檢修壓板和圖1中所有開關檢修壓板，當檢修壓板投入時相應主變或開關的電氣量和位置信號照常顯示，但不參與判斷，不告異常，不判跳閘。

b. 旁代壓板。旁代壓板分別為旁代1號、2號、3號、4號主變變中壓板，當主變變中開關被旁代時，其開關位置取相應的旁路開關位置。

c. 備自投功能投退壓板。備自投功能投退壓板投入后經tc充電時間且條件滿足后開放裝置備自投功能，退出則瞬時退出備自投邏輯，但裝置輸入量顯示及異常告警繼續。

d. 總功能投退壓板。總功能投退壓板可以使備自投裝置像保護裝置一樣進行投退操作，該壓板退出后裝置無法出口動作，但可照常發信。

e. 開關合位信號。開關合位信號（HWJ）取自開關本體，由三相開關合位接點（SLA、SLB、SLC）相“與”后得到，主要用于主變運行狀態的判別。

f. 閉鎖信號。備自投裝置的閉鎖信號是確保備自投邏輯能否正確實現的重要保障。裝置主要采用了三類閉鎖信號，即母差和失靈動作閉鎖、主變/旁路開關手跳信號閉鎖、主變后備保護動作閉鎖。除此之外，裝置還預留有備用閉鎖信號，供以后根據需要進行添加。

2.3　開關量輸出回路

備自投裝置的開出量回路主要包括跳合閘回路、遠方告警回路和故障錄波回路。由于目前圖1中的所有開關都只有1個合閘線圈，所以兩套裝置的合閘回路無法做到完全獨立，但除此以外，其余所有開出回路都是獨立的。

a. 跳閘回路。裝置的跳閘對象是4臺主變變中和旁路開關，實際接線是通過接入以上開關的操作箱保護跳閘回路來實現的。

b. 合閘回路。裝置的合閘對象是220 kV母線的兩個母聯和兩個分段開關，實際接線是通過接入以上開關的操作箱手合回路來實現的。

c. 遠方告警回路。裝置的遠方告警主要包括裝置動作、充電完成、備自投成功、備自投失敗等，這些信號都通過公用測控屏反應至后臺監控系統。

d. 啟動故障錄波。為了更好地對裝置的動作行為進行分析，兩套裝置都設計了獨立的啟動故障錄波回路。

3　備自投裝置的判斷策略及動作邏輯

3.1　備自投裝置的充電條件

備自投裝置的充電是保證備自投裝置只動作1次的重要手段，充電條件不滿足，裝置就無法啟動，更不可能進入動作邏輯，所以充電條件的設置至關重要。裝置的充電條件設置如下：

①開關2015或2026或2012或2056至少有1個不檢修且在分位狀態；

②開關2015或2026或2012或2056至少有兩個開關在分位或檢修；

③開關2015或2026或2012或2056至少有1個在分位且不檢修，同時此分位開關兩側的母線均有壓且優先級非“0”。

當上述條件滿足且延時時間≥充電時間tc后，充電完成，裝置開放備自投功能，同時發充電完成信號。

3.2　備自投裝置的放電條件

備自投裝置的放電是當備自投的條件不滿足或者在某些特定情形下不希望備自投動作的重要手段，一旦滿足放電條件，裝置需要瞬時退出備自投功能。裝置的放電條件設置如下：

①220 kV母線全部母聯和分段開關同時檢修；

②220 kV母線少于2個母聯和分段開關在分位或檢修；

③圖1中所有開關在合位；

④裝置判出220 kV任一段母線電壓消失或PT斷線；

⑤圖1中任一開關手跳；

⑥收到備自投閉鎖開入信號；

⑦備自投功能投退壓板退出。

3.3　母聯（分段）開關的“投入優先級”

從圖1可以開出，500 kV羅洞變電站220 kV母線設置有2個母聯和2個分段共4個聯絡開關。為了使備自投裝置在不同220 kV母線運行方式下（4段母線之間的不同分列與并列運行組合）可以實現多種備自投邏輯，裝置備自投策略中設計有母聯（分段）開關的“投入優先級”定值，定值越小優先級越高（定值范圍為1～4）。備自投裝置將根據母聯（分段）開關位置及其“投入優先級”次序自動判斷裝置備投的開關，當備投開關檢修時，投入其“檢修壓板”即可。

3.4　備自投裝置的動作邏輯

備投功能動作邏輯圖如圖2所示，其動作邏輯如下：

①裝置檢測到滿足充電條件時開始進行充電，經過tc時延后，裝置處于充電完成狀態。

②當裝置檢測到主變變高或變中開關發生變位（從合位變為分位），且主變變中的有功功率小于設定值時，延時tq后，備自投裝置啟動。

③裝置啟動后出口跳主變變中開關。

④裝置在tT延時內檢測主變變中開關在分位。當檢測到分位后，邏輯進入第⑤步，否則裝置放電，報備自投失敗（須人工復歸才可恢復）。

⑤裝置檢測當前優先級n的備投開關（初始n=1）是否具備備投條件，即開關在分位且沒有檢修。若滿足則繼續第⑥步，否則直接進入第⑨步。

⑥裝置在ts時間內檢測當前備投開關兩側的母線電壓是否滿足兩個備投條件中任意一個：一段母線有壓、一段母線無壓或兩段母線均有壓且滿足同期條件。若滿足則繼續第⑦步，否則直接進入第⑨步。

⑦合該備投開關。

⑧若在th時間內檢測到該備投開關的合位信號且兩側母線均有壓，則備自投成功；若在th時間內檢測不到備投開關的合位信號且兩側母線均有壓，則進入第⑨步。

⑨令n=n+1，若n≤4，則回到第⑤步迭代過程；若n>4，則報告備自投失敗。

4?備自投裝置的現場運行、維護注意事項

備自投裝置雙重化配置目前在電網中應用甚少。在現場運行與維護方面，它除了具有不少與一線人員比較熟悉的保護裝置的相同之處外，還有不少特別之處需要格外關注。

a. 雙套備自投裝置除了兩者之間完全獨立外，還要完全獨立于保護裝置。備自投裝置的配置不能影響保護動作的正確性，其二次回路應避免與保護回路混淆。

b. 由于模擬試驗只能用來檢測備自投裝置的一般邏輯功能，因此，備自投裝置投運時，必須帶實際開關進行備自投邏輯試驗，而不能只進行模擬試驗。為了確保這一點，500 kV羅洞變電站歷時5個月、利用多次停電窗口才得以實現。

c. 在日常巡視時，應注意其充電標志，一旦發現異常，要及時上報處理，以免造成拒動或誤動。

d. 旁代操作時應遵循“先投先撤”原則，即當線路（主變）開關需要進行旁代時，先投入旁代壓板，再進行代路操作；旁代完畢恢復正常時，先退出旁代壓板，再將線路（主變）開關恢復運行。為防止投錯旁代壓板或未做到“先投先撤”，旁代全過程中應檢查液晶屏中電流顯示值是否正確。

e. 檢修壓板投退時應遵循“先投后撤”原則，即當開關或主變要轉為檢修狀態時，轉至熱備用狀態即可投入檢修壓板；檢修完畢，開關或主變恢復運行后，再退出檢修壓板。

f. 運行人員對備自投裝置進行壓板投退操作時，應按照先退出口壓板、再退功能壓板的順序，投入時操作順序與此相反。

g. 裝置運行過程中如果需要修改定值時，必須先退出裝置的所有出口壓板，當定值修改完畢再將其投入。

5　結束語

500 kV變電站備自投裝置雙重化是加強電網安全、提高電網運行靈活性、保證供電可靠性的重要手段，今后一段時間內，其在電網中必將得到不斷應用普及。為了更好地設計、運行、維護好500 kV變電站雙重化配置的備自投裝置，筆者認為以下幾點至關重要。

a. 在條件許可的情況下盡可能做到電流、電壓、開入、開出量回路的完全雙重化。

b. 充、放電邏輯以及動作優先級的設計必須以系統長期運行方式為準。

c. 動作邏輯中對主變及開關運行狀態的判別必須可靠，時間配合必須準確。

d. 運行、維護時不能將其當作普通保護裝置看待，一定要清楚其在回路設計、模 擬試驗、日常巡視、二次操作等方面的特殊之處。