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备自投装置运行中的问题及解决方法
《电工技术》
作者：爽子
关键词：备自投，开关量，均分负荷，过流速断
邵江华&&&&
（广东电网公司东莞供电局，广东 东莞 523120）
【摘要】 结合工作实践，通过对备自投装置的开关量采用方式，备自投装置的特殊设计方式，CSB－21A型备自投装置存在的隐患与整改措施，速断保护动作后对备自投装置的闭锁实现进行了分析，并要求备自投装置不断更新完善，从而确保电网安全稳定运行。
关键词& 备自投 &开关量& 均分负荷& 过流速断&
目前，我国经济不断蓬勃发展，对电网供电可靠性及供电连续性的要求不断提高。备自投装置就是保护系统连续性的一个重要设备。为适应新形势的发展，越来越多变电站加装了备自投装置，但由备自投装置带来的保护拒动及误动也时有发生。因此，现对运行中的备自投装置存在的隐患提出解决方法。
1&& 备自投装置所需的分位信号应采用开关辅助接点，而不能采用经开关操作箱TWJ输出的重动接点
大部分备自投装置只需使用开关位置的一个常闭接点就可实现对该开关的监控。在以往的设计中，因线路、母联保护装置与备自投装置都集中在继保室,为方便施工和成本控制，经常取保护装置操作箱TWJ继电器接点，实现对开关机构箱的开关常闭接点的监控，这一方法较取安装在开关场的开关机构箱大大降低了施工工作量，这就是取TWJ继电器接点的重要原因。此外，众多备自投装置厂家图纸在开关量输入端都标注该开关量取自开关的TWJ接点,这也是误导设计人员取TWJ接点的原因之一。
但是，当开关停电检修时，取下直流操作保险或直流电源失压时，使其原本励磁的TWJ重动继电器失磁返回，备自投装置检测不到开关的真实位置，将会引起备自投装置的误动或拒动。且开关操作箱的TWJ继电器的动作回路往往串联储能接点，当储能机构储能充足时储能接点才能接通TWJ继电器动作。在开关机构储能的时间里（约5s），备自投装置监测不到开关的分位信号，而闭锁投备用开关信号会使事故扩大。某供电局就发生类似事故：当时110kV故障线路保护动作跳开两侧开关，一侧变电站的保护重合闸重合不成功，另一侧变电站保护重合闸重合成功，其110kV线路备自投装置动作，再次跳开该线路，但未能投上另一条110kV备用电源线路，造成多个110kV站失压。所以备自投装置开关位置的接入应取开关机构箱的辅助接点，这样才能够及时且正确地反映开关的合分位状态，而不受其它因素的影响，从而保证备自投装置的正确动作。
2&& 一次设备的特殊设计布置使二次设备在相互配合时存在不足
我局去年投产的220kV进埔变电站，该站为3台主变，采用双变低的形式，其10kV部分的一次设备布置较为特殊，每台主变变低带甲、乙段母线，共6段母线，4台母联开关， 4套备自投装置。其一次设备接线图如图1所示。
图1 220kV进埔变电站一次设备接线图
原设计没有考虑到4套备自投装置的相互配合问题，I、II备自投装置都接入502甲开关的开关量及模拟量，在502甲失压、无流时（无闭锁信号输入），满足备自投装置的启动条件，I、II备自投装置会同时动作，同时合上500甲与550甲母联开关。III、IV备自投装置都接入502乙开关的开关量及模拟量，在502乙失压、无流时（无闭锁信号输入），满足备自投装置的启动条件，III、IV备自投装置会同时动作，同时合上500乙与550乙母联开关。使原来分裂的＃1、＃3主变因备自投装置的动作而长时间的并列运行，降低了系统安全可靠性。为此，与设计人员进行了研究讨论，最终决定在I备自投装置去启动502甲跳闸回路上加装重动继电器，利用此回路的接点去瞬间闭锁II备自投装置。在IV备自投装置去启动502乙跳闸回路上加装重动继电器，利用此回路的接点去瞬间闭锁III备自投装置。当＃2主变失压、无流时（无闭锁信号输入），满足备自投装置的启动条件，正确合上500甲与550乙母联开关，即可保证该站备自投装置的可靠运行。
每台主变正常运行时带70％的负荷，若出现＃1主变或＃3主变失压时（备自投装置在投入状态，且备自投装置正确动作），＃2主变带就要带140％的负荷，此种运行方式是不允许的，因此在投入备自投装置前要根据运行时的实际负荷来投退，保证备自投装置动作时＃2主变不超负荷运行。
3&& CSB－21A型备自投装置存在的隐患及其整改措施
我局110kV莲塘变电站一次设备接线图如图2所示。
图2 110kV莲塘变电站一次设备接线图
110kV莲塘站10kV备自投装置采用CSB-21A型，该型号的装置逻辑功能设有5个相互独立的动作条件及闭锁条件，采用无闭锁条件作为充电条件，检不到开关跳位时判开关为合位。 其5个相互独立的动作逻辑如下。其中U01、U02为备自投装置的有压判据，I01 、I02为备自投装置的有流判据。
动作一：以TM1延时出口3跳开502甲开关
启动条件: II甲段电压低于U01、502甲电流小于I01启动；
闭锁条件: I段电压小于U02、501电流大于I02、502甲跳位、500合位；
检查条件:502甲跳位成功。
动作二：以TM2延时出口6合上500开关
启动条件: II甲段电压低于U01、502甲跳位；
闭锁条件: I段电压小于U02、500合位；
检查条件: 500合位成功。
动作三：以TM1延时出口1跳开501开关
启动条件: I段电压低于U01、 501电流小于I01启动；
闭锁条件: II甲段电压小于U02、502甲电流大于I02、501跳位、500合位；
检查条件:501跳位成功。
动作四：以TM2延时出口6合上500开关
启动条件: I段电压低于U01、501跳位启动；
闭锁条件: II甲段电压小于U02、500合位；
检查条件: 500合位成功。
动作五：以TM3延时出口7跳开502乙开关
启动条件: 500合位、501跳位、I段电压大于U02启动；
闭锁条件: III段电压小于U02、502乙分位、另一套备投来的闭锁接点；
检查条件: 502乙分位成功。
通过对新站新设备的大量反复试验及试运行，发现此保护存在3个隐患。
（1）&&&& 造成502乙开关误动。此隐患已在莲塘站发生过，当时的运行方式为：#1主变停电检修；#2主变分别带10kVII甲段、II乙段负荷及通过母联500开关带I段负荷运行；#3主变带10kVIII段负荷运行。该站10kV开关为小车开关。当501小车开关拉出检修后恢复为试验位置时，备自投装置检测为501开关由合位变分位，且此时500开关在合位，II段母线电压大于有压定值(Uac&U02)，备自投装置的动作五条件满足（均分负荷方式），跳开502乙开关，造成10 kV II乙段母线失压，给用户带来影响。
（2）&&&& 造成500开关误合。若502甲开关检修，同时II甲段母线停电定检。在502甲小车开关拉出检修后恢复为试验位置时，备自投装置检测为502甲开关由合位变分位，满足备自投装置的动作二条件，将会误合500开关。
（3）&&&& 在501开关检修，I段母线失压的情况下，误合500开关。
经过分析，认为该型号备自投装置程序设计上的5个相互独立动作逻辑是造成这次误跳的直接原因。整改措施：采用动作一、二构成II段母线失压的的备投逻辑，动作三、四、五构成I段母线失压的备投逻辑（还担负均分负荷的动作逻辑），且要求其动作连贯，即只有在检测到了上一动作逻辑正确动作后才允许执行下一动作逻辑，若上一动作逻辑的某一步骤因有闭锁条件而中止动作时，应立刻对下一逻辑进行闭锁，终止其动作行为。在主变定检或10kV母线检修时，为保证万无一失，应停用该段母线上关联的备自投装置，把一切隐患消灭在萌芽状态。
4&& 加装速断保护对备自投装置的影响及解决方法
我局原主变变低后备保护的配置为过流I段切除10kV母联开关，过流II段切除本变变低开关的同时闭锁备自投装置。后来，在总结南方电网事故汇总时，发现10kV母线短路故障率较高，为保证人身及设备安全，为了加速10kV母线短路故障的切除时间，在原主变变低后备保护的配置上增加过流速断保护，0.5s切除本变变低开关。由此涉及到速断保护动作闭锁备自投装置的问题。如果在这种情况下没有闭锁信号闭锁备自投装置，在保护切除主变变低开关的同时，满足备自投装置的动作条件，备自投装置动作，致使10kV母联开关合闸，再次将已被切除的故障点并入正常运行的大电网中，使电网及故障设备再次受到严重冲击，破坏系统稳定性。
为解决上述问题，对RCS-978系列主变保护，在整定速断保护定值时，将速断保护跳闸控制字上整定为同时闭锁备自投装置。而对ISA-300系列主变保护，在增加速断保护的同时，在跳变低开关的接点上加装重动继电器，利用重动接点去闭锁备自投装置。
[1]杨新民,杨隽琳.电力系统微机保护培训教材[M].北京：中国电力出版社，2008
[2]国家电力调度通信中心编.电力系统继电保护规定汇编[M].第二版.北京：中国电力出版社，2000
作者简介：邵江华（1974-），研究方向为电力系统继电保护。
来源：中国电工网
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开关柜新颖的防凝露技术
添加：不详
&& 摘　要：提出一种控制高压设备内部和外部温度差的方法，来预防凝露的发生，这种方法用温度传感器来替代凝露传感器，可大大提高电柜防凝露的可靠性，同时有良好的节电效果。 关键词：高压设备防凝露；控制温度差；提高可靠性; 节电 一、概 述 新型高压开关柜内部空间十分紧凑，为保证在高湿地区内部绝缘水平,保证装置可靠工作,对柜内防潮、防凝露提出了更高的要求。 我国在开关柜中采用自动加热除湿控制器防止凝露已有十几年历史，这种加热除湿控制器在抗潮湿、防凝露保证高压设备可靠运行起到了积极作用，但在有的地区应用中也出现了一些问题，例如：在南方的梅雨季节，有时开关柜内部的空气湿度较高，甚至开关柜内局部已有结露现象，由于安装在柜体内部的凝露传感器位置并没有到达凝露的程度，或者，凝露传感器长期受空气中灰尘和气体侵蚀，使传感器的灵敏度受到影响，凝露控制器不能及时地启动加热器。致使凝露控制的作用失灵，给开关设备的安全带来威胁。 根据凝露发生和预防机理，提出了一种多路温度控制装置，用控制开关柜柜内、柜外的温度差的方法来预防凝露的发生，这种方法可以大大提高开关柜防凝露的可靠性和工作寿命。用这种方法取代长期加热的驱潮方式有明显的节能效果。 二、开关柜常用的防凝露除湿措施及存在问题 2．1 常用凝露传感器的工作原理 现在市场上所有的凝露传感器几乎都是同一种类型，即在一个陶瓷基板上印制一种高分子半导体电阻材料，引出两端电极，当传感器表面干燥时，分子间接触电阻小，电极两端电阻为1kΩ左右。而当高分子材料吸收水分后，其内部分子空间迅速膨胀，分子间接触电阻变大，使电极两端的电阻率大大增加。电子控制器通过测试电阻的大小来感知或预知是否发生凝露。例如HDP — 07型凝露传感器，这是一种正特性开关型元件，它对低湿度不敏感，而对高湿度敏感，在70%RH ~ 100%RH范围内阻值变化 这种类型传感器的工作特性曲线示于图1。从图1（A）中特性曲线可以看出这种凝露传感器有二个固有的特性缺陷： screen.width*0.7) {this.resized= this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor='hand'; this.alt='点击在新窗口浏览图片\nCTRL+Mouse 滚轮可放大/缩小';}" onclick="if(!this.resized) {} else {WINOOW.open(this.src);}" src="/edit/UploadFile/53773.gif" ONLAOD="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized= this.width=screen.width*0.7; this.alt='点击在新窗口浏览图片\nCTRL+Mouse 滚轮可放大/缩小';}" border=0>A．凝露传感器特性曲线screen.width*0.7) {this.resized= this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor='hand'; this.alt='点击在新窗口浏览图片\nCTRL+Mouse 滚轮可放大/缩小';}" onclick="if(!this.resized) {} else {WINOOW.open(this.src);}" src="/edit/UploadFile/53528.gif" ONLAOD="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized= this.width=screen.width*0.7; this.alt='点击在新窗口浏览图片\nCTRL+Mouse 滚轮可放大/缩小';}" border=0>B。线性湿度传感器特性曲线 图1 凝露传感器与线性湿度传感器特性曲线 　a) 在相对湿度不高时凝露传感器有一个离散区，在这区间对相对湿度变化不敏感而且变化的阻值也不精确，其输出特性不但和相对湿度的大小有关，和露点温度也有直接关系。例如：有时我们感觉到空气中湿度很大，但加热器并没有启动，这是由于传感器表面没有达到露点温度（也就是在传感器表面没有结成水珠）的缘故。 b) 由于凝露传感器必须不断地吸入或释放水分子，传感器受空气中灰尘或水份中的化学物质侵蚀后会改变灵敏度，导致防凝露的控制点出现偏差，这时会出现在湿度已是很高，凝露极易发生的情况下还没有启动加热器，或者加热启动后长期不会自动退出的现象，这就降低了防凝露灵敏度和可靠性。 2．2 常用的二种防凝露方法 方式1：在开关柜电缆室、断路器室各安装一个铝合金加热器（一般为150W），铝合金加热器工作时，其表面温度为120℃ ~ 130℃。通过空气散热除湿，由用户根据工作环境状态人工控制加热器的投入、切除； 方式2：防凝露自动除湿控制器安装在开关柜仪表室，凝露传感器安装在开关柜柜内，铝合金加热器分别安装在开关柜电缆室、断路器室，利用凝露传感器的动作特性来自动启动加热器投入、切除。 2．3 存在问题 方式1是靠人力完成加热器的投入和切除，因此使用的可操作性很差，往往会出现两个极端情况。其一是加热投入后不关，会造成不必要耗电浪费。其二是没有随气候变化及时启动加热器，柜内很潮湿时得不到加热除湿，一旦发生爬电、闪络会造成巨大损失。 方式2是利用凝露传感器自动启动加热器的，也存在两个缺陷。其一；这种凝露传感器是被动型动作器件，即一定要在空气中的水汽压力饱和时，也就是在物体表面到达露点温度，凝露发生时才会驱动加热工作。从检测凝露到消除凝露这一过程可以看出：首先要用凝露传 感器来检测到凝露（那就一定是在凝露发生时）才能启动加热器。而防凝露作为一个电柜反事故重要措施来说，接近凝露的边缘再启动加热来消除凝露，就缺少一个预防过程。从安全、可靠的角度来看，作为一个反事故措施在可靠性上还是远远不够的。其二，如果凝露传感器安装位置不当，或者凝露传感器的表面受到灰尘或气体的侵蚀后特性已改变，虽然柜壁已有结露现象，但凝露控制器仍不能及时启动加热器投入，也会带来严重后果。 因此，为了提高可靠性，电力运行单位往往会采用一些辅助手段来保障电柜的安全渡汛，如上海电力公司采用了进入霉雨季节就强制长通电加热的办法。这种方法，虽然加强了防凝露的措施，但也带来了电力损耗和浪费。 三、开关柜防凝露新方案及优越性 针对开关柜常用防凝露方法存在问题，为提高开关柜防凝露可靠性及减少电力消耗，提出了一种开关柜新颖防凝露控制方案。 3．1 “凝露”的基本概念及新方案依据 什么是凝露？ 所谓结露现象是指柜体内壁表面温度下降到露点温度以下时，内壁表面会发生水珠凝结现象。这个现象称之为结露。结露是否发生取决于室内温度、柜内温度、相对湿度以及露点温度。 什么是露点温度？ 露点温度是指在一定温度的空气中，水蒸汽的最大含量称为［饱和水蒸汽量］，此时的空气成为［饱和空气］，饱和空气温度下降时，空气中的水蒸气将凝结成水珠。含有水蒸气的空气的饱和温度，称为露点温度。请参考温度、湿度、和露点的相关数据表（表1）。 表1 温度、湿度和露点的相关数据表格screen.width*0.7) {this.resized= this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor='hand'; this.alt='点击在新窗口浏览图片\nCTRL+Mouse 滚轮可放大/缩小';}" onclick="if(!this.resized) {} else {WINOOW.open(this.src);}" src="/edit/UploadFile/53218.gif" ONLAOD="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized= this.width=screen.width*0.7; this.alt='点击在新窗口浏览图片\nCTRL+Mouse 滚轮可放大/缩小';}" border=0>按表格中数据得到图2。screen.width*0.7) {this.resized= this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor='hand'; this.alt='点击在新窗口浏览图片\nCTRL+Mouse 滚轮可放大/缩小';}" onclick="if(!this.resized) {} else {WINOOW.open(this.src);}" src="/edit/UploadFile/53517.gif" ONLAOD="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized= this.width=screen.width*0.7; this.alt='点击在新窗口浏览图片\nCTRL+Mouse 滚轮可放大/缩小';}" border=0>图2 环境温度、凝露温度与相对湿度曲线 　从表1与图2曲线可以看出： ①在一定的温度条件下，空气中的相对湿度越高，结露的温度越是接近环境空气温度，也就是说，环境温度愈接近露点温度，凝露就越容易发生。②不管空气中的温度如何，形成结露的露点温度始终是低于环境温度。例如：空气温度20度、相对湿度60%时，结露的温度为12度。 从凝露发生机理与表1、图2我们可以得出结论： ① 要想防止凝露的发生，必须使不允许发生凝露部位的表面温度始终高于其周边的环境温度。② 对开关设备而言，为防止开关柜内部发生凝露，只要保持开关柜体内部的温度始终高于外部环境温度即可。描述这一原理在生活中的现象就是：夏天从冰箱中取出一杯冰水，在水杯表面马上就会结露。而从高于环境温度的保温箱中拿出一杯热水时，杯子表面是不可能结露的。 开关设备内部发生凝露引起爬电、闪络事故，一般发生在以下几种情况：① 地区湿度高，气候温度变化大，开关柜底部潮湿，有的电缆沟甚至有积水；② 有的开关柜在地下室，湿度高，柜体内温度特别是接近地面的温度低于环境温度；③ 有的设备处于暂时停运状态，电柜内小环境温度就比周围环境温度低，在其表面就极易形成结露，在这种情况下，一旦送电投运，事故就随之发生。 3．2 开关柜防凝露新技术方案 根据上面分析，只要我们使开关柜内部的温度始终保持高于柜外部的环境温度，且尽量降低柜体内部的相对湿度，就完全可以预防柜内产生凝露。 为了确保柜内温度始终保持高于柜外部的环境温度，又要满足节电目的，防凝露新方案的控制仪表将取消现有流行的凝露传感器，利用多个温度传感器，一个测柜体外温度；一个安装在柜壁，测量柜壁温度；其余的测柜体内部各隔室的温度，通过CPU智能化控制加热器的投切来调节柜内温度，使开关柜内部要防凝露的部位的温度始终比柜外环境温度至少高2℃~3℃，使之不具备凝露发生的条件，起到预防凝露的作用。当柜体内外有2℃~3℃ 温差时就停止加热。当柜体内外温差低于2℃~3℃时就启动加热器。由于柜内环境容积小，达到这个温差所需的加热功率和柜内隔仓的容积的大小有关； 电柜内部空间不同容积的升温/降温模拟实测试验 1、电柜空间容积：1.1m3 加热功率：150W 2、柜空间容积：0.5m3 加热功：150W 柜外环境温度：17.2℃ 柜外环境温度：17.2℃ 柜内环境起始温度：17.3℃ 柜内环境起始温度：17.4℃ 加热器通电起始时间10:12（开始加热） 加热器通电起始时间14:10（开始加热） 柜内升温到达增高3℃时间10:40（停止加热） 柜内升温到达增高3℃时间14:18（停止加热） 柜内降温到比环境温度高1℃的时间11:12 柜内降温到比环境温度高1℃的时间14:43 screen.width*0.7) {this.resized= this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor='hand'; this.alt='点击在新窗口浏览图片\nCTRL+Mouse 滚轮可放大/缩小';}" onclick="if(!this.resized) {} else {WINOOW.open(this.src);}" src="/edit/UploadFile/53967.gif" ONLAOD="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized= this.width=screen.width*0.7; this.alt='点击在新窗口浏览图片\nCTRL+Mouse 滚轮可放大/缩小';}" border=0>、从以上实验曲线可以看出：　① 10kV开关柜母线室内部空间按0.5 m3空间容积模拟，加热到比柜外升高3℃时约需8分钟。停止加热后退回到温差1℃时约需25分钟。如果按照这个时间控制加热器投入、退出循环加热，保持电柜内部空间温度比柜外高1~3℃，加热投入的时间约是1 : 3。 ② 35kV开关柜内母线室容积可以用1.1 m3空间来近似模拟。从曲线可以看出，保持柜内比柜外温度高1~3℃，需要加热器投入、退出的时间约为1:1。 ③ 按控制温差1~3的范围，0.5 m3空间时加热投入的时间是1/4，按1.1 m3计算，加热器投入时间是1/2。 ④ 如果电柜运行时产生一些热量的话，也可以作为加热功率的一部分，加热时间可能还会大大缩短。因此，用150W加热器，用温差控制防凝露，对于10kV开关柜至少可节省3/4的加热功耗，对于35kV开关柜至少可节省1/2的加热功耗。 为了进一步提高防潮、防凝露的可靠性，还可以在每台防凝露控制仪表中增加线性测量的相对湿度度传感器。控制仪表可在监测、温度、温差的同时，CPU还可以测量显示柜内的相对湿度。根据多种参数来判别、控制电柜内部的相对湿度（超过65%RH时启动加热），进一步提高驱潮和防凝露能力。 四、结 论 1. 我国电力系统采用自动加热除湿控制器已有十几年的历史，自动加热除湿控制器在电力系统的高压设备运行中起到了抗潮湿、防凝露的积极作用。但在有的地区的应用中也会出现一些效果不理想的状况，分析其原因，在很大程度上就是因为凝露传感器其特性的局限性和使用环境的影响，致使控制灵敏度、精度产生较大偏差而引起。 2. 有效地解决原自动加热除湿控制方案存在的灵敏度、精度、使用寿命、电能消耗和可靠性等问题，使防凝露控制技术在安全、可靠、节能方面上新台阶、发挥新效能。 3. 由于新方案把被动防止凝露方式,改变为主动防止凝露，无疑增加了开关柜防凝露的可靠性；另外，从传感器寿命来说，温度传感器的使用寿命是凝露传感器寿命的数十倍，防凝露控制系统的工作寿命和可靠性将大大增加。
作者：未知 点击：1373次
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