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供配电保护装置电源自动转换系统 潘潘 飞飞 (大连西太平洋石油化工有限公司 116600) 摘摘 要要 文本说明了利用保护装置实现供配电系统电源自动转换系统的转换方法和转换条件， 详细地叙述了电压测量点的 设置、事故转换启动及过电流闭锁配合，以及电压回路、断路器操作回路、断路器状态辅助控制回路及电气设备位置的监测 方法， 提出的多投法解决了源转换和联转换与双转换的统一， 简化了双转换的操作逻辑， 提高了电源自动转换系统的可靠性 关键词关键词 供配电 微机综合保护装置 电源自动转换 倒闸操作 备用电源自动投入 1 前言前言 电源自动转换系统(Source Automatic Transfer System，简称 SATS)是供配电系统自动化[1]的一部 分，在正常工作状态下人为启动的自动转换即是 “自动倒闸操作” ， 而事故状态的自动启动就是 “备 用电源自动投入”，如在事故状态自动转换完成， 电源恢复正常后，再由事故运行状态自动复归至正 常工作状态则是“备用电源自动投入自动复归” 由于供配电系统的接线及运行方式种类较多， 逻辑要求差别较大，因此，需要利用微机综合保护 装置(以下简称保护装置)完成监测各电源的电流和 电压、检测各电气设备的工作状态和控制回路的完 整性、采用图形化界面逻辑可编程方式，实现各电 源间的自动转换功能。

本文仅讨论由保护装置构成的供配电系统 SATS，如何实现最基本的单母线“明备用”方式及 单母线分段或内桥接线“暗备用”方式的自动转换 功能 为说明方便， 将单母线备用与工作(或多段单 母线多工作)电源断路器及单母线分段与内桥接线 的进线和线路断路器通称为电源断路器；将单母线 分段与内桥接线的母联和桥连断路器称为联络断 路器 2 SATS SATS 通常由保护装置及其输入输出回路、 转换 操作按钮和各种状态开关构成保护装置及内部的 逻辑模块可完成各种供配电系统的保护和监测，如 过流、欠流、有压、无压、差压、低频、同期及 TV 断线，以及断路器状态监测及控制、故障检测及预 报、事故显示和报警、人机对话、事件记录、故障 录波及通讯等功能模拟输入回路包括各电源电流 和母线电压，开关量输入有断路器的状态、转换操 作按钮和状态控制开关的接点、以及各断路器、TV及隔离开关等电气设备的位置，而开关量输出回路 主要是控制断路器的工作状态转换操作按钮的作 用是在本地完成正常状态的自动转换转换动作状 态选择开关用于选择的手动、停止、自动(投入)转 换状态操作位置选择开关可选择本地与远程转换 操作转换方法状态选择开关可在本地选择各种转 换方法。

3 转换方法转换方法 3.1 转换转换方法分类方法分类 按不同的分类方式转换的方法也各异根据供 配电系统接线方式的不同，按转换的位置可分为： 电源断路器间的源转换，联络断路器的联转换及这 两种转换组合的双转换根据转换过程中供配电系 统是否并列可分为：并列法和非并列法按转换过 程中断路器动作的方式也可分为：相继法与同时 法如果按照转换的时机又可分为：残压法及同期 法 3.2 并列法并列法 该方法首先对转换电源间的电压幅值、相角和 频率进行严格地检测，当满足要求后，闭合处在断 开状态的断路器，形成各电源间的并列，经延时确 认各断路器同时合闸后，跳开另一断路器，既而完 成自动转换任务此方法可确保电源连续向负荷供 电，对负荷无冲击，但对转换电源间的一致性要求 极严，因此，仅适用于正常操作及自动复归 3.3 非并列法非并列法 当供配电系统严禁并列或利用残压法执行事 故转换时，只能采取将电源与负荷暂时断开的转换 方法此方法不能向负荷连续供电，在正常状态下 转换可能对负荷有很大冲击[2]，可采用相继法或同 时法完成 3.4 相继法相继法 相继法又称“串联法”SATS 相继向各断路器 发出操作命令，确认断路器状态已改变后再继续操 作，若前一操作发生故障，则后续转换无法继续进 行。

并列法采用的即是相继法，它也常用于非并列 法的事故转换中 3.5 同时法同时法 所谓同时法也称“并联法”SATS 同时向全部 参与转换的各断路器发出跳/合闸操作命令 若断路 器的固有合闸时间大于跳闸时间，将会出现瞬时非 并列状态；如断路器的跳闸时间大于合闸时间，则 有瞬时的并列状态， 其存在时间由断路器跳/合闸动 作时差决定 SATS 可设置该时差， 使断路器操作命 令延时，以缩短非并列或并列时间 该转换方法在正常操作及自动复归状态下对 负荷冲击较小，但对各断路器及其操作和控制系统 要求很高，在事故状态下对非故障电源有较大冲 击，但很适于采用非并列法的正常操作及自动复 归 3.6 残压法残压法 该转换方法是在电源电压和负荷残余电压降 至允许值(通常为 25％～33％UN)以下时再进行转 换残压法是事故转换最常用的方法，对电气设备 的电磁和机械冲击都很小，但由于残压下降延长了 转换时机，因此，转换过程消耗的能量很高，对供 配电系统的冲击较大 3.7 同期法同期法 SATS 发出跳开某断路器命令后， 立即检测欲转 换电源的电压是否正常，与负荷残压之间的幅值、 相角及频率的差值可否满足同期性，从而可靠地躲 过 180º附近反相点合闸。

如能在首个堕走周期进入 同期点，则超前发出闭合断路器的命令；若无法满 足同期转换的要求，则由残压法加以补救 此种转换方法电压测量输入回路多，逻辑控制 复杂，对各断路器及其操作和控制系统要求更高， 尤其是断路器合闸时间的稳定性，常用保护装置很 难完成在正常状态下，该转换对负荷冲击极小， 但由于在电源故障过程中负荷要向故障点提供较 大的故障电流，消耗了大量的电磁能和机械能，使 负荷残压的幅值和频率迅速下降，因此，极难在事 故状态下首个堕走周期满足同期要求，转换成功率 很低该转换方法对继电保护配合及转换的启动方 法要求极严，仅适用于负荷中具有大量旋转电机且 转动惯量很大的供配电系统 4 转换条件转换条件 4.1 动作动作(充电充电)条件条件 只有满足了下列全部动作条件电源转换才能 自动完成：  电源自动转换状态开关处在自动(投入)位置；  各电气设备已处在工作状态即线路和母线隔 离开关已闭合，各断路器已处在运行或热备用 状态；  各 TV 处在运行状态，且各段运行电压正常 经 10s～15s 完成充电 4.2 闭锁闭锁(放电放电)条件条件 在转换过程中如出现下列条件应立即闭锁或 停止转换：  电源过电流保护启动或动作；  断路器操作故障；  断路器合/跳闸操作回路故障；  电压监测回路故障；  首次转换结束或未成功；  全部电源同时故障 10s 后放电。

4.3 正常正常工作工作(倒闸倒闸)状态及状态及自动复归的动作条件自动复归的动作条件 在正常工作和自动复归状态下，不仅要满足上 述动作条件，还应具备下列自动转换动作条件：  转换电源之间的电压差(包括幅值、 相角和频率) 在允许范围内，且满足倒闸操作条件；  各断路器状态监测辅助控制回路完好 4.4 事故事故状态状态(备自投备自投)的自动转换动作条件的自动转换动作条件 除了具备 SATS 的动作条件外，故障状态还必 须满足下列全部动作条件时电源转换才能自动完 成：  故障电源欠电压，且维持至自动转换动作时 间；  采用同期法时，电源侧主保护动作、负荷残压 相角超值或低频率保护动作；  非故障电源的工作电压正常；  故障电源断路器处在闭合状态或过电流保护 未动作而供电断路器“滑机”断开 5 电压测量点的设置电压测量点的设置 自动转换的方法不同，电压测量点的设置位置也应各异源转换和双转换在采用并列法和非并列法时，测量点应设在电源断路器的电源侧，而采用同期法时，则应同时在电源断路器的电源侧和负荷(母线)侧两端装设采用联转换时，无论何种转换方法，仅在负荷侧设置电压测量点即可。

6 保护设置保护设置及配合及配合 除了供配电系统设置的各种保护外， SATS 还宜投入与转换相关的充电和后加速保护 6.1 充电保护充电保护 当某段母线新投运或检修后再投运时，必须对该段空母线做充电试验，在此期间应投入充电保护，以快速切除被试母线上存在的故障充电保护为带时限的无方向过电流保护，断路器合闸后 3 秒内开放 6.2 后加速保护后加速保护 为防止转换至故障点对电源造成更大的影响，SATS 应设置后加速保护， 其整定值应躲过电动机最大再起动电流 6.3 事故事故转换启动配合转换启动配合 当供配电系统数级变配电所内均具有事故转 换时，应采用至上而下的动作时间配合方式，即下 级变配电所转换时间应比上级大一个时间阶梯Δ tSATS，通常取 0.6s～1s采用残压法的下级应与上 级同期法中残压补救的动作时间相配合 6.4 事故转换与事故转换与过电流闭锁配合过电流闭锁配合 设 TS.oc为电源过电流保护动作时间；TSATS为 SATS 动作时间；Δtoc—过电流保护动作时间阶梯， 通常取 0.3s～0.5s当ocSATSocStTT∆+≥.时，常用电 源过电流保护启动闭锁 SATS；当ocSATSocStTT∆+Iset.1，U1Uset.2，电压回路故障逻 辑输出也为 1。

7.2.6 双电压监测双电压监测法法 当采用瞬时同期方式转换时，对于每一段母线 均会在电源侧和负荷侧各运行一组 TV， 而变压器的 高、低压侧通常也有两组 TV 运行，比较两者电压 既可判断电压回路是否故障两组电压回路故障逻 辑为： cLUbLUaLUcSUbSUaSUFULLLLLLL.......⊕⊕⊕⊕⊕=(7) 式中： LSU.a、LSU.b、LSU.c—电源侧各相低电压动作逻 辑； LLU.a、LLU.b、LLU.c—负荷侧各相低电压动作逻 辑 电源侧电压回路故障逻辑为： ()cSUbSUaSUFFSULLLLL....++•= (8) 负荷侧电压回路故障逻辑为： ()cLUbLUaLUFFLULLLLL....++•= (9) 该方法也可采用线电压检测 7.3 断路器合断路器合/跳闸操作回路监测跳闸操作回路监测 SATS 的输出回路应设有断路器合/跳闸操作回 路监测电路该电路可采用电压、电流或电压及电 流组合检测方式：  电压检测方式是检测在 SATS 输出接点的开口 电压，当该电压消失则表明操作回路故障；  电流检测方式是在 SATS 输出接点中检测回路 电流，当失去该电流则说明操作回路故障；  电压及电流组合检测方式则为上述两种方式 的组合。

7.4 断路器状态辅助控制回路监测断路器状态辅助控制回路监测 断路器的工作状态通常是由 SATS 输入其常开/ 闭辅助接点完成的， 如此回路出现故障， SATS 则无 法得到该断路器正确的工作状态采用同或逻辑可 监测断路器常开/闭辅助控制回路(包括接点和导线) 出现同时开路或短路引起的故障： NCNOFCLLL⊗=.(10) 式中： LC.F—控制回路故障逻辑输出； LNO—常开辅助控制回路闭合逻辑； LNC—常闭辅助控制回路闭合逻辑 7.5 双接点断路器状态监双接点断路器状态监控控 断路器的工作状态直接影响 SATS 的可靠性， 特别是在转换过程中由于断路器常开/闭辅助控制 回路故障而不能正确动作，对于供配电系统的连续 供电实在太不值了因此，有必要在逻辑编程中采 用双接点监控断路器状态 断路器断开状态监控逻辑为： NCNOOQFLLL+=.(11) 断路器闭合状态监控逻辑为： NCNOCQFLLL+=.(12) 例如在非并列法事故转换过程中，跳开故障电 源断路器后应监控该断路器确已断开后才能发联 络断路器合闸命令， 若此时出现常开/闭辅助控制回 路故障转换无法继续进行。

采用双接点监控法后， 该断路器的断开状态是由该断路器的常开和常闭 两个辅助控制回路共同完成的，无论是。