备用电源自动投入装置及接线方式

  随着经济建设的发股，我国电力系统的规模日益扩大，发电设备的容量也相应增大．系统运行方式的变化越来越频繁。为了更好地保证电力系统的安全、经济运行并保证电能质量，电力系统自动装置及其技术获得广泛应用并日益发展，同时也促进电力系统自动控制技术的不断提高。

  与其他产品不同，电能的生产、传输、分配和消耗在同一时刻完成，遵循功率平衡原则。所以发电厂、变电所、输配电线路和用户构成的电力系统是一个有机的整体，在运行中任何一个环节出现问题，都会影响到电力系统的稳定运行，严重时会造成恶性事故，导致整个系统崩溃。

  (1)低压起动部分：其作用是监视工作母线失压和备用电源是否正常，并兼作电压互感器熔断器熔断时闭锁服装置之用。当工作母线因各种原因失去电压时，断开工作电源，并在备用电源正常时使BZT装置起动。

  BZT装置从其电源备用方式上可以分成两大类:明备用和暗备用。图1-1为应用BZT装置的几种电气接线(a)中，正常工作时，断路器lQF、2QF、6QF、7QF台上运行，变压器T1、T2处于通电工作状态，向母线QF断开运行，变压器乃处于备用状态。当Tl(或T2)故障时，其两侧断路器lQF、2QL (或6QF、7QF)由变压器的继电保护动作而跳闸，然后BZT装置动作，将3QF、4QF(或3QF、5QF)迅速合闸，I段(或g段)母线即由仍恢复供电。这种设有可见的专用备用变压器或备用母线的情况，称为“明备用”。图1—1(b)--图1—l(d)均同明备用方式。

  运行中电压互感器二次侧断线是常见的，但此时一次侧回路正常，工作母线仍然正常工作，所以此时不应使备用电源自动投入装置动作，即BZT装置应子闭锁。

  正常工作情况下，备用母线无电压时，BZT装置应退出工作，以避免不必要的动作，因为在这种情况下，即使动作也没意义。当供电电源消失或系统发生故障造成工作母线与用母线同时失去电压时，BZT装置也不应动作，以便当电源恢复时仍由工作电源供电。为此，备用电源必须具有有压鉴定功能。

  第二种运行方式：1QF、2QF、3QF处于合闸位置，4QF、5QF断开，正常运行时由T1给两条母线供电。在这种运行方式下，如果I回路故障，导致两段母线均失压，此时BZT装置应能自动断开运行断路器1QF、2QF，然后再投入4QF、5QF，使T2两段母线 BZT装置一次接线QF断开，正常运行时由T2给两条母线供电。在这种运行方式下，如果Ⅱ回路故障，导致两段母线均失压，此时BZT装置应能自动断开运行断路器4QF、5QF，然后再投人1QF、2QF，使T1给两段母线供电。

  第一种运行方式：正常运行时3QF处于断开位置，I、Ⅱ段母线供电。在这种运行方式下，如果I回路故障，导致I段母线失压，此时BZT装置应能自动断开运行断路器1QF和2QF，然后再投入分段断路器3QF，使母线I恢复供电；反之如果Ⅱ回路故障，导致Ⅱ段母线失压，此时BZT装置应能自动断运行断路器4QF、5QF，然后再投入分段断路器3QF，使母线Ⅱ恢复供电。此种方式属暗备用的各自投方式。

  在图l—l(f)中．正常运行时，断路器lQF、2QF、4QF、5QF合上运行，3QF断开运行，两台工作变压器T1、T2分别向I、II段母线QF跳闸，然后BZT装置动作，将3QF投入，I段缉线供电；同样，书变压器T2发生故障时，T2的继电保护动作将4QF和5QF跳闸、BZT装置使3QF投入，II段母线转由变压器Tl供电。这种互为备用的方式称为“暗备用”．暗备用的每台变压器容量，都应按两分段母线上的总负荷来考虑，否则在BZT装置动作后会造成过负荷运行，当然在实际应用上可考虑变压器允许的暂时过负荷能力，变压器容量可选得比总负荷小些，在BZT装置动作后及时采取措施，停止次要负荷的供电，以免变压器长期过负荷的运行。图1—1中(e)图也属暗备用方式。

  在电力系统中．很多用户和用电设备是由单电源的辐射形网络供电的。当供电电源由于某些原因而断开时，则连接在它上面的用户和用电设备将失去电源，从而使正常工作遭到破坏，给生产和生活造成不同程度的损失。为了消除或减少损失．保证用户不间断供电，在发电厂和变电所中广泛采用了备用电源自动投入装置。

  备用电源自动投入装置是指当工作电源因故障被断开以后，能迅速自动地将备用电源投入或将用电设备自动切换到备用电源上去，使用户不至于停电的一种自动装置，简称备自投或BZT装置。一般在下列情况下装设：

  (1)发电厂的厂用电和变电所的所用电。

  <双电源供电的变电所和配电所，其中一个电源经常断开作为备用。

  (3)降压变电所内装有备用变压器或互为备用的母线)生产过程中某些重要的备用机组，如给水泵、循环水泵等。

  在电力系统中，不少重要用户是个允许停电的。因此常设置两个或两个以上的独立电源供电，一个工作，另一个备用，或互为备用。当丁作电源消失时，备用电源的投入，可以用手动操作，也可以用BZT装置自动操作。手动操作动作较慢，中断供电时间较长，对正常生产和生活有一定影响，对生产工艺不允许停电的场合，手动投入备用电源往往不能满足要求。采用BZT装置自动投入，中断供电时间只是自动装置的动作时间，时间很短，只有几秒，对生产无明显影响，故BZT装置可大大提高供电可靠性。

  因为此时故障的性质已确定，如果仍由继电保护的固有动作时间去跳闸，则达不到快速切除故障的目的。

  除上述要求以外，一个备用电源同时作为几个工作电源的备用或有两个备用电源的情况，备用电源应能在备用电源已代替某工作电源后，其他工作电源又被断开，必要时备用电源自动投入装置仍应能动作。但对于单机容量为200Mw及以上的火力发电厂，备用电源只允许代替一个机组的工作电源。在有两个备用电源的情况下，当两个备用电源互为独立备用系统时，应各装设独立的BZT装置，使得当任一备用电源都能作为全厂各工作电源的备时，BZT装置使任一备用电源都能对全厂各工作电源实行自动投入。

  工作母线失压到备用电源投入，这段时间为中断供电时间。停电时间短，对电动机自起动是有利的。停电时间短，电动机未完全制动，则在BZT装置动作，恢复供电时，电动机自起动较容易；但停电时间过短，电动机残压可能较高，当BZT装置动作时，会产生过大的电流和冲击力矩，导致电动机的损伤。因此，装有高压大容量电动机的厂用电母线s以上。对于低压电动机，因转子电流衰减极快，这种问题并不突出。同时为使BZT装置动作成功，故障点应有一定的电弧熄灭去游离时间，在一般情况下，备用电源或备用设备断路器的合闸时间，已大于故障点的去游离时间，因而可不考虑故障点的去游离时间．但在使用快速断路器的场合，必须进行校核c另外，中断供电的时间还必须满足馈电线外部故障时，由线路保护切除故障，避免越级跳闸。运行经验证明，BZT装置的动作时间以1—1.5s为宜。

  (2)自动合闸部分：在工作电源的断路器断开后，经过一定延时将备用电源的断路器动投入。

  2.1备用电源自动投入装置接线所示为厂用电系统暗备用BZT装置的典型接线，高压侧采用高压断路器接线，低压侧使用自动空气开关接线，低压侧母线接厂用电负荷，两台厂用变压器互为备用。

  为了取得更大的经济效益，电力网规模越来越庞大、发电机容量也越来越大，因此为了满足电力系统运行的要求，电力系统必须借助于自动装置来完成别电力系统及其设备监视、控制、保护和信息传递。因此自动化技术就成了必不可少的手段。

  电力系统自动控制酌总目标是：保证供电质量，提高供电的可靠性，实现电力系统的安全经济运行。为了实现这个总目标，电力系统自动控制的任务有以下几个方面。

  备用电源自动投入装置中．当一次运行方式相对固定时，BZT装置接线比较简单。但对于实际的运行方式来说，不可能永远在一种方式下运行，顾及到电网的灵活性，要求BZT装置投入时的动作过程也相应有所不同，如下图1—2所示：

  在图1—2这种接线方式下，共有三种可能的运行方式，从而也就有三种备自投方式。以下分别详细说明。

  当工作母线发生持续性短路故障或引出线上发生未被出线断路器断开的持续性短路故障时，备用电源第一次投入后，由于故障仍然存在，继电保护装置动作，将备用电源眺开，此时工作母线又失压，若再次将备用电源投入，就会扩大事故，对系统造成不必要的冲击。为了解决这一问题，就需控制备用电源或设备断路器的合闸脉冲，使它只能合闸一次。

  近年来，由于控制理论、信息沦等方面的成就，大规模、超大规模集成电子器件不断推出；计算机技术和数据通信技术的发展，自动控制技术正发生着日新月异的变化；计算机控制技术在电力系统自动装置中得到普遍应用。

  由于BZT装置可以大大提高供电的可靠性和连续性的广用电系统和厂矿企业的变、配电所的所用电系统中：

  工作母绘突然失去电压，主要原因有：①工作变压器出现故障，继电保护动作，使两侧断路器跳间；②工作母线上的馈电线发生短路，没有被线路保护瞬时切断，引起变压器断路器断开；③工作母线本身故障，继电保护使断路器跳闸；④工作电源断路器操作回路故障跳间；⑤工作电源突然停止供电，⑥误操作造成工作变压器退出。这些原因都不是正常跳闸的失压，都应使BZT装置动作，使备用电源迅速投入恢复供电。

  从上述接线图的工作情况可见，如果采用手动切换，动作侵，中断供电时间较长。如不采用BZT装置．要想达到同样的供电可靠性，同一母线必须由两路电源供电或由两台变压器并联运行，这样势必造成继电保护装置复杂，短路电流增大，设备投资增加等。因此，BZT装置的采用是一种安全、经济的措施，采用BZT装置后，有如下优点：

  (2)简化继电保护，因为采用了BZT装置后，环形网络可以开环运行,变压器可以分裂运行等，这样，就可以来用方案相对简单的继电保护装置。

  (3)限制短路电流，提高母线残余电压。在受端变电所，如果采用开环运行和变压器分裂运行，将使短路电流受到一定限制，不需要再装出线电抗器，这样，既节省了投资，又使运行维护方便。

  主要目的是提高备用电源自动投入装置动作的成功率：假如工作电源出现故障，工作断路器尚未断开时．就投入备用电源，也就是将备用电源投入到故障元件上，这样就势必扩大事故，加重故障设备的损坏程度；另外，备用电源与工作电源不是取自同一点，往往存在电压差或相位差，只有工作电源先切，备用电源后投才能避免发生非同期并列。实现这一要求的主要措施是：备用电源必须判断工作电源断路器切实断开，工作段母线无电压，才允许备用电源合闸，比如备用电源断路器的合闸部分应该由工作电源断路器的常闭辅助触点来起动。

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