备自投装置的基本原理介绍

知识点：电气自动投入

备用电源自动投入装置（简称备自投）是当电力系统故障或其他原因使工作电源被断开后，能迅速将备用电源自动投入工作，或将被停电的设备自动投入到其他正常工作的电源，使用户能迅速恢复供电的一种自动装置。本期和大家一起简单了解备自投装置的基本原理。

1、明备用与暗备用

备自投装置根据备用方式，可以分为明备用和暗备用两种。

明备用是指正常情况下有装用的备用变压器或备用线路。如下图，正常运行时QF3、QF4、QF5在断开状态，变压器T2作T1、T3的备用。

暗备用是指正常情况下没有专用的备用电源或备用线路，而是在正常运行时负荷分别接于分段母线上，利用分段断路器取得相互备用。如图，正常运行时，QF5在断开状态，I、II段母线分别通过各自的线路或变压器供电，当任一母线失电时，QF5自动合闸，从而实现线路或变压器互为备用。在暗备用方式中，每个工作电源的容量应根据两个分段母线的总负荷来考虑，否则在备自投动作前后，要适当切除相应负荷。

由此可见，采用备自投装置后，有以下优点：

（1）提高供电可靠性，节省建设投资；

（2）简化继电保护；

（3）限制短路电流，提高母线残压；

   备自投有上述优点，而且结构简单，投资少，且可靠性高，因此在电力系统得到广泛应用。

2、备自投装置的“充放电”

微机备自投装置在发生故障需要将备用电源投入时，应正确动作，且只允许动作一次。为了满足这个要求，装置采用了类似于自动重合闸“充放电”的概念来模拟这种功能。

备自投装置满足启动条件，开始“充电”；经过一定的“充电时间”后，“充电”完成，备自投装置准备就绪；当备自投动作后或满足任一闭锁条件，立即瞬时“放电”，“放电”后备自投装置被闭锁。

因此备自投装置动作逻辑的控制条件可分为三类：充电条件，闭锁条件，启动条件。取一定的充电时间主要是考虑到：（1）等待故障造成的系统扰动充分平息，恢复到故障前的稳定状态；（2）躲过对侧相邻保护最后一段的延时和重合闸最长动作周期，以免合闸在故障上扩大事故。

3、典型备投方式

（1）桥（分段）备投原理

   中小容量的发电厂和变电站高压侧一般采用内桥接线，一次接线如图所示。

正常运行时，内桥（分段）断路器QF3在断开状态，I、II段母线分别通过各自的供电设备或线路供电。QF1、2QF2在合位，L1和L2互为备用电源（暗备用）。当线路发生故障或其他原因使得线路断路器QF1（QF2）断开，分段断路器QF3由备自投投入，从而实现互为备用。

充电条件：QF1合位 & QF2合位 & QF3分位 & I母II母三相有压

放电条件：QF1分位 or QF2分位 or QF3合位 or I母II母同时三相无压

启动条件：I母失压时，I母三相无压，进线L1无流，II母三相有压，QF2合位，备自投经延时跳QF1，合QF3，并发动作信号。II母失压时，动作逻辑同理。动作逻辑框图如下。

   在这种分段暗备用方式中，每个工作电源的容量应根据总负荷来考虑，否则备投要考虑减去一部分负荷。

   为防止TV断线时备自投装置误动，取线路电流作为母线失压的闭锁判据。

（2）进线备自投

   一次接线同上。正常运行时，工作线路同时带两段母线运行，另一条进线处于明备用状态。当工作线路失电，其断路器处于合位，在备用线路有压、分段开关合位情况下，跳开工作线路，经延时合备用线路。

   以进线L1为工作线路，L2为备用为例，备自投过程为：

充电条件：QF1合位 & QF2分位 & QF3合位 & I母II母均三相有压 & 进线L1三相有压

放电条件：QF1分位 or QF2 合位 or QF3分位 or 进线I三相无压

起动条件：I母三相无压，II母三相无压，进线L1无流，进线L2三相有压，备自投起动，经延时跳开QF1，合上QF2。动作逻辑框图如下。

（3）主变备自投

主变备自投一次接线如图。主变备自投分位热备用和冷备用。假设T1在工作状态，T2在备用状态。

热备用：工作主变T1低压侧处于合位，母线失电，在备用变压器T2高压侧有压情况下，跳开T1低压侧断路器QF2，合T2低压侧断路器QF4。为防止TV断线时备自投误动，取主变低压侧电流作为母线失压的闭锁判据。

冷备用：逻辑同热备用，区别在于工作主变T1同时跳开高压侧和低压侧断路器QF1、QF2，然后备用主变T2同时合高低压侧断路器QF3、QF4。

以热备用为例：

充电条件：QF1合位 & QF2合位 & III母三相有压 & T2高压侧三相有压

放电条件：QF1分位 or QF2 合位 or T2高压侧三相无压

起动条件：III母三相失压，T2主变高压侧三相有压，QF4分位，备自投起动，经延时跳开QF2，合上QF4。动作逻辑框图如下。

（4）均衡负荷备自投

这种接线方式在负荷相对集中且负荷比较重要而区域应用较多，一次接线图如图。

   I母备II母方式：II母失电，I母有压，跳QF2，合QF3。

   II母备I母方式：I母失电，II母有压，跳QF1，合QF3。确认QF1跳开及QF3合上后，跳QF4，合QF6，均衡T2、T3主变负荷。这样处理III母会短暂失压，但可以防止T2、T3的非同期合闸。

充电条件：QF1合位 & QF2合位 & QF3分位 & I母II母均三相有压

放电条件：QF1分位 or QF2 分位 or QF3合位 or I母II母三相无压

I母备II母起动条件：II母三相失压，进线II无流，备自投起动，经延时跳开QF2，收到QF2跳位后合QF3，并发信号。

II母备I母启动条件：I母三相失压，进线I无流，备自投起动，经延时跳开QF1，收到QF1跳位后合QF3，并发信号。此时QF1分位、QF3合位、QF4合位、QF6分位。IV母有压，另一台备自投起动，跳QF4，收到QF4跳位后，合QF6均衡负荷。如果QF4拒动，则联切负荷。动作逻辑框图如下。

4、备自投其他功能

（1）过负荷联切

为防止备用电源由于负荷较大引起过负荷，备自投装置一般具有过负荷联切功能。

过负荷联切功能有两种实现方式：一是在备用电源投入前先切除部分负荷，从而保证备用电源投入后不会发生过负荷。这种方式常用在负荷较重、备用电源较小，为保证重要用户供电，认为确定切除部分负荷；另一种方式是备用电源投入后，由备自投自动检测备用电源的负荷情况，当检测到过负荷后，可分两轮切除部分负荷线路。

（2）合闸后加速保护

   备自投装置一般配置了独立的合闸后加速保护，包括手合于故障加速跳、备投动作合闸于故障加速跳。

（3）与相关保护的配合

   备自投的目的是为了保证系统的可靠供电。但当系统发生严重故障，如母线故障或断路器失灵（此时由母差保护或失灵保护跳开各间隔，母线失压，备自投装置满足动作条件），由于线路已经全部切除，备自投装置已经没有必要动作。而且备自投如果动作，反而可能会给系统造成再次冲击。因此，备自投应与相关保护配合，当相关保护动作后，给备自投装置一个外部闭锁开入信号，对其进行闭锁。

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