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【摘 要】备用电源自动投入是当主供电源发生故障时，能迅速自动将备用电源投入工作的装置，在电网中起到迅速恢复供电的作用。本文阐述了备用电源自动投入的基本工作原理，并结合实例，重点介绍了备用电源自动投入在变电站应用过程中存在的问题及解决方法，确保备用电源自动投入在变电站中能起到预期的作用。
【关键词】备用电源自动投入；变电站；工作原理；问题；解决方法
1.前言
近年来，我国电力建设事业得到了快速发展，因此，对变电站供电的可靠性要求也提出了更高的要求。为了满足这一要求，人们提出了备用电源自动投入的概念。备用电源自动投入（以下简称备自投）是在工作电源因故障被断开以后，自动而迅速地将备用电源投入工作的启动设备。它在變电站中的应用，使得变电站的供电可靠性、安全性得到了大大提高。
2.对备自投的基本要求
根据《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB50062-92）规定：
（1）工作电源不论因何种原因失电时（如工作电源故障或被误断开等），备自投均应动作。
（2）应保证在工作电源断开后，备用电源才能投入。
这一要求的提出，主要考虑了以下两个因素：
①防止两个不同期的电源非同期并列；
②防止将备用电源投到故障元件上（如工作电源故障），造成事故扩大。
（3）备自投只允许动作一次，以避免备用电源投入到永久性故障时继电保护将其断开后又重新投入。
（4）备自投的动作时间应尽量短，以利于电动机的自启动。
（5）备自投在电压互感器二次侧的熔断器熔断时不应动作。
（6）备用电源无电压时，备自投不应动作。
3.备自投的基本工作原理
3.1 备自投的基本方式
结合目前电网的情况，110kV及以下电网一般采用开环运行，变电站的电源运行方式多为两个电源，一备一用或互为备用，即一个电源带全站负荷，另一个电源备用，或两个电源各带变电站的一半负荷，两个电源互为备用。同时，为降低变电站低压侧短路容量，保证开关有足够的遮断容量，减少故障对用户造成的电压波动，变电站低压侧一般考虑为两主变不并列运行。针对上述情况，当前我们所使用的备自投方式可大致分为四种：
（1）两个工作电源互为备用的方式，称为暗备用，也叫母联备自投。
（2）正常情况下备用电源不工作的方式，称为明备用，也叫线路备自投。
（3）正常情况下备用变压器不工作的方式，称为主变备自投。
（4）两台主变均运行，低压母线不并列的方式，称为低压母线分段备自投（一般多为110kV）。
3.2 备自投的工作原理简述
在上述四种备自投方式中，我们以最为常见的低压母线分段备自投—110kV母线分段备自投为例：
（1）正常运行：1B、2B处于工作状态（即1DL、2DL、3DL、4DL处于合位），110kVⅠ、Ⅱ母线独立运行（即3DL处于分位），两段母线电压正常。
（2）备自投动作
备自投动作，即满足传统的备自投动作条件后，跳开主供开关（2DL或5DL），合上备用开关（3DL）。
动作条件：
①备自投装置处于正常工作状态；
②I段母线或Ⅱ段母线中的一段失电；
③失电母线进线侧（即主变低压侧）欠流；
④另一段母线电压正常；
⑤无手动（或遥控）跳闸和外部闭锁
此外，目前在备自投设备的使用过程中，对于主变高压侧备自投装置，其有压无压的判别，除有传统的PT采集电压外，还引入了带电显示器接点模式，即通过带电显示器接点的状态判断出相关设备（进线或母线等）的带电状况。这样可省去PT，有利于实现开关柜的无油化和小型化。
4.一种常用备用电源自投装置的基本原理、在运行使用过程中出现的问题及解决方法
随着备用电源自投在110kV及以下电网的广泛应用，备自投的技术和装置更新也愈加频繁。目前，变电站使用的备自投装置型号繁多，其中以CSB21A型备自投装置的数量最为突出。在此，仅以CSB21A型备自投装置为例，分析其基本原理及我们在变电站运行使用过程中遇到的问题。
4.1 CSB21A型备自投装置简介
如图1所示，CSB21A装置基本是一个可编程逻辑控制器，其动作条件是可以整定的。它的动作条件分为三类：启动条件、闭锁条件和检查条件。当启动条件全部满足、闭锁条件不满足时，动作出口。在出口后200ms-1.5s之内核对检查元件，若条件满足，认为动作成功，否则发出断路器拒动、动作失败的告警信号。每一个动作的启动条件、闭锁条件、检查条件都可以在所有的模拟量、开关量中选择，过值动作或欠值动作、高电平或是低电平也都可以灵活的选择。
4.2 CSB21A型备自投装置的基本原理
在这里仅以变电站110kV分段备自投为例简述CSB21A型备自投装置的基本原理。
（1）方式说明：
某变电站一次接线。正常方式下110kV线路开环运行，一线主供，另一条110kV线路备用。因短路容量等原因，三台主变均不允许并列运行。
（2）基本原理
CSB21A型备自投装置在实现110kV分段互投时的动作原理如图2，110kVⅠ、Ⅱ分段互投逻辑图2所示。
Ⅰ段母线失电，跳开DL1；在ⅡⅡ段母线有压的情况下，合DL4。
Ⅱ段母线失电，跳开DL2；在Ⅰ段母线有压的情况下，合DL4。
DL1或DL2偷跳时，合DL1保证正常供电。当其中一条母线故障或手动（遥控）跳开关时闭锁备投。 取主变低压侧电流作为母线失电的闭锁判据，防止PT断线时误动。
上述的备投过程分解为四个动作。如将动作一与动作三称为正方向备投，则动作二与动作四则可称为反方向备投。
4.3 自投装置在泉城变运行使用过程中遇到的问题
（1）定值整定中遇到的问题
当变电站10 kV Ⅱ母线失压且符合10kV Ⅰ、Ⅱ分段備投与10kV Ⅱ、Ⅲ分段备投条件时，考虑负荷情况，拟使10kVⅡ母线先投到负荷较轻的#3主变—即两个备投同时启动，10kVⅡ、Ⅲ分段备投先动作成功，然后10kVⅠ、Ⅱ分段备投因动作条件不满足而返回。故将备投动作时间整定为：10kVⅠ、Ⅱ分段备投—7.6s掉主供开关、0.5s合备用开关；10kVⅡ、Ⅲ分段备投—6.6s掉主供开关、0.5s合备用开关，其中7.6s与6.6s配合，以保证满足上述要求。
但经现场备投试验发现，在10kVⅡ母线失压的情况下，两个备投同时启动并都动作成功，造成10kV三段母线并列运行的方式。后经研究发现：在图6所示的逻辑中，并不是严格按照先动作一（或动作二）再动作三（或动作四）的顺序进行，只要满足其中任一个动作的全部条件，该动作即启动。因此为保证两个动作的相互配合，我们在定值上作了调整，令两个备投在合备用开关的时间上有一个级差，10kV Ⅰ、Ⅱ分段备投（7.6s主供开关，1.0s合备用开关），10kV Ⅱ、Ⅲ分段备投（6.6s掉主供开关，0.5s合备用开关），即解决了上述问题。
（2）对运行方式的限制
1）运行方式：分别供#1、3主变，#2主变停电；#1主变带10kV Ⅰ母线，#3主变带10kV Ⅱ、Ⅲ母线（DL4分位，DL5合位）或#1主变带10Kv Ⅰ、Ⅱ母线，#3主变带10kV Ⅲ母线（DL4合位BL5分位）运行。
2）现以第一种情况为例进行分析（第二种情况与第一种情况相识）：当一线瞬时故障跳闸时，10Kv Ⅱ、Ⅲ母线失压，10kV Ⅰ母线有压DL4分位，此时10kV Ⅰ、Ⅱ分段备投中的动作三条件满足，1.0s后合DL4。另一线跳闸2.0s后重合成功，形成了110kV线路经10kV环网的方式（1712、1711、019、020、039、041、1717、1716全部合位），而此种方式是不允许的。
解决方法：由于目前变电站110kV三段母线之间没有开关、只有刀闸，同时为避免上述情况的出现，我们对方式进行了限制，不允许出现变负荷的方式。
5.结束语
由于对电网供电可靠性、连续性、安全性的要求不断提高，越来越多的变电站应用了备自投装置，但备自投装置应用过程中还存在着不少问题。因此，这就要求我们在工程准备阶段，充分结合变电站的特点，完善备自投装置的功能，以防止运行过程中出现问题，威胁供电的可靠性、连续性和安全性。
参考文献：
[1] 吴少林.备用电源自动投入装置浅析[J].技术与市场.2012年03期
[2] 邵江华.备自投装置运行中的问题及解决方法[J].电工技术.2010年11期
作者简介：
李长文（1975—），男，工程师，研究方向为电力系统继电保护。
【关键词】备用电源自动投入；变电站；工作原理；问题；解决方法
1.前言
近年来，我国电力建设事业得到了快速发展，因此，对变电站供电的可靠性要求也提出了更高的要求。为了满足这一要求，人们提出了备用电源自动投入的概念。备用电源自动投入（以下简称备自投）是在工作电源因故障被断开以后，自动而迅速地将备用电源投入工作的启动设备。它在變电站中的应用，使得变电站的供电可靠性、安全性得到了大大提高。
2.对备自投的基本要求
根据《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB50062-92）规定：
（1）工作电源不论因何种原因失电时（如工作电源故障或被误断开等），备自投均应动作。
（2）应保证在工作电源断开后，备用电源才能投入。
这一要求的提出，主要考虑了以下两个因素：
①防止两个不同期的电源非同期并列；
②防止将备用电源投到故障元件上（如工作电源故障），造成事故扩大。
（3）备自投只允许动作一次，以避免备用电源投入到永久性故障时继电保护将其断开后又重新投入。
（4）备自投的动作时间应尽量短，以利于电动机的自启动。
（5）备自投在电压互感器二次侧的熔断器熔断时不应动作。
（6）备用电源无电压时，备自投不应动作。
3.备自投的基本工作原理
3.1 备自投的基本方式
结合目前电网的情况，110kV及以下电网一般采用开环运行，变电站的电源运行方式多为两个电源，一备一用或互为备用，即一个电源带全站负荷，另一个电源备用，或两个电源各带变电站的一半负荷，两个电源互为备用。同时，为降低变电站低压侧短路容量，保证开关有足够的遮断容量，减少故障对用户造成的电压波动，变电站低压侧一般考虑为两主变不并列运行。针对上述情况，当前我们所使用的备自投方式可大致分为四种：
（1）两个工作电源互为备用的方式，称为暗备用，也叫母联备自投。
（2）正常情况下备用电源不工作的方式，称为明备用，也叫线路备自投。
（3）正常情况下备用变压器不工作的方式，称为主变备自投。
（4）两台主变均运行，低压母线不并列的方式，称为低压母线分段备自投（一般多为110kV）。
3.2 备自投的工作原理简述
在上述四种备自投方式中，我们以最为常见的低压母线分段备自投—110kV母线分段备自投为例：
（1）正常运行：1B、2B处于工作状态（即1DL、2DL、3DL、4DL处于合位），110kVⅠ、Ⅱ母线独立运行（即3DL处于分位），两段母线电压正常。
（2）备自投动作
备自投动作，即满足传统的备自投动作条件后，跳开主供开关（2DL或5DL），合上备用开关（3DL）。
动作条件：
①备自投装置处于正常工作状态；
②I段母线或Ⅱ段母线中的一段失电；
③失电母线进线侧（即主变低压侧）欠流；
④另一段母线电压正常；
⑤无手动（或遥控）跳闸和外部闭锁
此外，目前在备自投设备的使用过程中，对于主变高压侧备自投装置，其有压无压的判别，除有传统的PT采集电压外，还引入了带电显示器接点模式，即通过带电显示器接点的状态判断出相关设备（进线或母线等）的带电状况。这样可省去PT，有利于实现开关柜的无油化和小型化。
4.一种常用备用电源自投装置的基本原理、在运行使用过程中出现的问题及解决方法
随着备用电源自投在110kV及以下电网的广泛应用，备自投的技术和装置更新也愈加频繁。目前，变电站使用的备自投装置型号繁多，其中以CSB21A型备自投装置的数量最为突出。在此，仅以CSB21A型备自投装置为例，分析其基本原理及我们在变电站运行使用过程中遇到的问题。
4.1 CSB21A型备自投装置简介
如图1所示，CSB21A装置基本是一个可编程逻辑控制器，其动作条件是可以整定的。它的动作条件分为三类：启动条件、闭锁条件和检查条件。当启动条件全部满足、闭锁条件不满足时，动作出口。在出口后200ms-1.5s之内核对检查元件，若条件满足，认为动作成功，否则发出断路器拒动、动作失败的告警信号。每一个动作的启动条件、闭锁条件、检查条件都可以在所有的模拟量、开关量中选择，过值动作或欠值动作、高电平或是低电平也都可以灵活的选择。
4.2 CSB21A型备自投装置的基本原理
在这里仅以变电站110kV分段备自投为例简述CSB21A型备自投装置的基本原理。
（1）方式说明：
某变电站一次接线。正常方式下110kV线路开环运行，一线主供，另一条110kV线路备用。因短路容量等原因，三台主变均不允许并列运行。
（2）基本原理
CSB21A型备自投装置在实现110kV分段互投时的动作原理如图2，110kVⅠ、Ⅱ分段互投逻辑图2所示。
Ⅰ段母线失电，跳开DL1；在ⅡⅡ段母线有压的情况下，合DL4。
Ⅱ段母线失电，跳开DL2；在Ⅰ段母线有压的情况下，合DL4。
DL1或DL2偷跳时，合DL1保证正常供电。当其中一条母线故障或手动（遥控）跳开关时闭锁备投。 取主变低压侧电流作为母线失电的闭锁判据，防止PT断线时误动。
上述的备投过程分解为四个动作。如将动作一与动作三称为正方向备投，则动作二与动作四则可称为反方向备投。
4.3 自投装置在泉城变运行使用过程中遇到的问题
（1）定值整定中遇到的问题
当变电站10 kV Ⅱ母线失压且符合10kV Ⅰ、Ⅱ分段備投与10kV Ⅱ、Ⅲ分段备投条件时，考虑负荷情况，拟使10kVⅡ母线先投到负荷较轻的#3主变—即两个备投同时启动，10kVⅡ、Ⅲ分段备投先动作成功，然后10kVⅠ、Ⅱ分段备投因动作条件不满足而返回。故将备投动作时间整定为：10kVⅠ、Ⅱ分段备投—7.6s掉主供开关、0.5s合备用开关；10kVⅡ、Ⅲ分段备投—6.6s掉主供开关、0.5s合备用开关，其中7.6s与6.6s配合，以保证满足上述要求。
但经现场备投试验发现，在10kVⅡ母线失压的情况下，两个备投同时启动并都动作成功，造成10kV三段母线并列运行的方式。后经研究发现：在图6所示的逻辑中，并不是严格按照先动作一（或动作二）再动作三（或动作四）的顺序进行，只要满足其中任一个动作的全部条件，该动作即启动。因此为保证两个动作的相互配合，我们在定值上作了调整，令两个备投在合备用开关的时间上有一个级差，10kV Ⅰ、Ⅱ分段备投（7.6s主供开关，1.0s合备用开关），10kV Ⅱ、Ⅲ分段备投（6.6s掉主供开关，0.5s合备用开关），即解决了上述问题。
（2）对运行方式的限制
1）运行方式：分别供#1、3主变，#2主变停电；#1主变带10kV Ⅰ母线，#3主变带10kV Ⅱ、Ⅲ母线（DL4分位，DL5合位）或#1主变带10Kv Ⅰ、Ⅱ母线，#3主变带10kV Ⅲ母线（DL4合位BL5分位）运行。
2）现以第一种情况为例进行分析（第二种情况与第一种情况相识）：当一线瞬时故障跳闸时，10Kv Ⅱ、Ⅲ母线失压，10kV Ⅰ母线有压DL4分位，此时10kV Ⅰ、Ⅱ分段备投中的动作三条件满足，1.0s后合DL4。另一线跳闸2.0s后重合成功，形成了110kV线路经10kV环网的方式（1712、1711、019、020、039、041、1717、1716全部合位），而此种方式是不允许的。
解决方法：由于目前变电站110kV三段母线之间没有开关、只有刀闸，同时为避免上述情况的出现，我们对方式进行了限制，不允许出现变负荷的方式。
5.结束语
由于对电网供电可靠性、连续性、安全性的要求不断提高，越来越多的变电站应用了备自投装置，但备自投装置应用过程中还存在着不少问题。因此，这就要求我们在工程准备阶段，充分结合变电站的特点，完善备自投装置的功能，以防止运行过程中出现问题，威胁供电的可靠性、连续性和安全性。
参考文献：
[1] 吴少林.备用电源自动投入装置浅析[J].技术与市场.2012年03期
[2] 邵江华.备自投装置运行中的问题及解决方法[J].电工技术.2010年11期
作者简介：
李长文（1975—），男，工程师，研究方向为电力系统继电保护。