1.概述

1.1概念

為保證供電的可靠性，電力系統(tǒng)常常采用兩個或兩個以上的電源進(jìn)行

供電，并考慮互相之間采用合適日勺備用方式。當(dāng)工作電源失去電壓時，備

用電源由自動裝置立即投入，從而保證供電的持續(xù)性，這種自動裝置稱為

備用電源自動投入裝置，簡稱AAT。備用電源自動投入是保證電力系統(tǒng)

持續(xù)可靠供電H勺重要措施。

備用電源自動投入裝置遵循的基本原則如下：

①當(dāng)工作母線上日勺電壓低于檢無壓定值，并且持續(xù)時間不小7時間定

值時，備自投裝置方可起動。備自投的時間定值應(yīng)與有關(guān)日勺保護(hù)及重疊閘

H勺時間定值相配合。

②備用電源的I電壓應(yīng)工作于正常范疇，或備用設(shè)備應(yīng)處在正常日勺準(zhǔn)備

狀態(tài)，備自投裝置方可動作，否則應(yīng)予以閉鎖。

③必須在斷動工作電源"勺斷路器之后，備自投裝置方可動作，

工作電源消失后，不管其進(jìn)線斷路器與否已被斷開，備自投裝置在起

動延時到了后來總是先跳該斷路器，確認(rèn)該斷路器在跳位后，方能合備用

電源的斷路器。按照上述邏輯動作，可以避免工作電源在別處被斷開，備

自投動作后合于故障或備用電源倒送電的狀況發(fā)生。

④人工切除工作電源時，備自投裝置不應(yīng)動作。

裝置引入進(jìn)線斷路器的I手跳信號作為閉鎖量，一旦采到手跳信號，立

雖然備自投放電，實(shí)現(xiàn)閉鎖。

⑤避免備用電源合于永久性故障

在考慮運(yùn)營方式和保護(hù)配備時，應(yīng)避免備自投裝置動作使備月電源合

于永久性故障H勺狀況發(fā)生，一般通過引入閉鎖量或檢開關(guān)位置使各自投發(fā)

電。例如，就主變低壓側(cè)分段開關(guān)備自投而言，變壓器差動保護(hù)動作跳主

變各側(cè)時.，一般表白主變本體發(fā)生故障，此時無需閉鎖主變低壓側(cè)分段開

關(guān)備自投；而變壓器后備保護(hù)動作時，也許是低壓側(cè)母線或其出線上發(fā)生

了故障，此時一般應(yīng)閉鎖低壓側(cè)分段開關(guān)備自投。

⑥備自投裝置只容許動作一次。

以往常規(guī)日勺備用電源自動投入裝置通過裝置內(nèi)部電容器的充放電過

程來保證只動作一次。為了便于理解，微機(jī)裝置仍然引用充放電這一概念,

只但是微機(jī)備自投裝置由軟件通過邏輯判斷實(shí)現(xiàn)備自投充放電。

當(dāng)備自投充電條件滿足時，經(jīng)15秒充電時間后，進(jìn)入充電完畢狀態(tài)。

當(dāng)放電條件滿足、有閉鎖信號或退出備自投時立即放電。

1.2備用電源的J備用方式

備用電源H勺配備一般有明備用和暗備用兩種基本方式。系統(tǒng)正常時，

備用電源或備用設(shè)備不工作，處在備用狀態(tài)，成為明備用；系統(tǒng)正常是，

備用電源也投入工作，稱為暗備用。暗備用事實(shí)上是兩個工作電源互為

備用。圖1-1所示為幾種備用方式的簡樸接線圖。圖1-1中TV為電壓互

感器，TA為電流互感器。

(a)明備用

邙蛛工作蛾

IV

TV4

(b)暗備用之一

1.2.2暗備用日勺控制

有兩個工作電源互為備用的接線，兩回進(jìn)線或電源同步供電，如圖

1-1(B)(C)所示。

在圖1-1(B)中，正常工作時，母線HI和母線IV分別由Tl、T2供電,

分段斷路器QF5處在斷開狀態(tài)。當(dāng)母線HI和母線IV因某種因素矢電時，

在進(jìn)線斷路器QF2或者QF4斷開后，QF5合上，恢復(fù)對工作母線H勺供電。

這種T1或T2既工作又備用口勺方式，稱為暗備用。

需要指出日勺是，在圖1-1(B)中。T1或T2也可工作在明備用時方

式下。這樣，對于圖1-1(B)又有如下備用方式：

(1)備用方式1。Tl、T2分列運(yùn)營，QF2跳開后QF5由AAT裝置

自動合上，母線III由T2供電

(2)備用方式2。Tl、T2分列運(yùn)營，QF4跳開后QF5由AAT裝置

動作自動合上，母線IV由T1供電。

(3)備用方式3。QF5合上，QF4斷開，母線III、IV由T1供電；當(dāng)

QF2跳開后，QF4由AAT裝置動作自動合上，母線IH和母線IV由T2供電。

(4)備用方式4。QF5合上，QF2斷開，母線HI、IV由T2供電；當(dāng)

QF4跳開后,QF2由AAT裝置動作自動合上，母線HI和母線IV由T1供電。

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2.裝置硬件設(shè)計

2.1硬件構(gòu)造

以圖1-1(b)所示日勺雙電源互為備用一次接線為例，其硬件構(gòu)造如圖

2-1所示。通過電壓互感器和電流互感器將母線上的電壓和電流反映給電

壓繼電器和電流繼電器，其中電流互感器的輸出接電流繼電器，電壓繼電

器的輸出接過壓繼電器和欠壓繼電器。再通過這些繼電器的觸點(diǎn)將母線有

壓、無壓和母線進(jìn)線有流、無流反映給PLC。

琲螭工作的I

N

圖2-1硬件構(gòu)造示意圖

外部電流和電壓輸入經(jīng)變換器隔離變換后，由低通濾波器輸入至A/D

變換器，通過CPU采樣和數(shù)據(jù)解決后，由邏輯程序完畢多種預(yù)定的功能。

AAT裝置的重要輸入與輸出有如下幾種：

(1)從備用電源自動投入的一次接線方案圖【圖1-1(b)】可以看

出，測量TV3和TV4二次電壓來鑒別母線III和IV上有、無電壓，測量

日勺事三相電壓并非單相電壓。

（2）采用母線III和母線IV進(jìn)線電流（測量TV1和TV2的二次電

流），避免TV斷線誤判工作母線失壓導(dǎo)致誤啟動AAT裝置；運(yùn)用母線HI

和母線IV進(jìn)線電流閉鎖AAT,同步兼做進(jìn)線斷路器跳閘的輔助判據(jù)，閉

鎖用電流只需一相即可。

（3）QF2、QF4、QF5日勺跳位與合位的信息由跳閘位置繼電器和合

閘位置繼電器H勺觸點(diǎn)來提供，并辨認(rèn)系統(tǒng)運(yùn)營方式及選擇自動投入方式。

（4）引入斷路器QF2（或QF4）日勺合后位置觸點(diǎn)，作為手跳斷路器后

閉鎖自動投入和外部閉鎖自動投入輸入觸點(diǎn)。

（5）裝置輸出3對觸點(diǎn)分別跳斷路器QF2、QF4、QF5；輸出2對

觸點(diǎn)用于自動投入QF5,輸出9對觸點(diǎn)用于過負(fù)荷聯(lián)切。所謂過負(fù)荷聯(lián)切,

是指在投入備用電源后，運(yùn)用母線III和母線IV進(jìn)線電流，如發(fā)生過負(fù)荷,

切除預(yù)先準(zhǔn)備切除的若干條不重要H勺負(fù)荷線路。

2.2PLC選型

從上面分析可以懂得，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn)11個、開關(guān)量輸出點(diǎn)

3個。參照四門子S7-200產(chǎn)品目錄及市場實(shí)際價格，選用主機(jī)CPU224C14

入/10繼電器輸出），此最為經(jīng)濟(jì)。

2.3控制系統(tǒng)日勺I/O點(diǎn)及地址分派

控制系統(tǒng)日勺輸入/輸出信號的名稱、代號及地址編號如表2-1所示。

輸入地址名稱代號

10.0母線III無壓KV1

10.1母線ni進(jìn)線無流KI1

10.2母線IV有壓KV2

10.3方式1投入KF1

10.4T1保護(hù)KF3

10.5母線IV無壓KV3

10.6母線IV進(jìn)線無流KI2

10.7母線III有壓KV4

11.0方式2投入KF2

11.1T2保護(hù)KF4

11.2方式1、方式2閉鎖KF5

輸出地址名稱代號

Q0.0跳QF2QF2

Q0.1跳QF4QF4

Q0.2合QF5QF5

表2-1輸入/輸出點(diǎn)代號及地址編號

I

0LIQ

§——

?NM0

5

1Q

04

U10

03

QL1Q

72

0.

0L0

L一飛

0324U0

20

OULQ

6P

0.M

0C20

.507

Q000Q

4-2

.7.6

00S00

L5

0200

4

Q0Q

33

0000

2

.7—

二00Q

1J

60000

0

000

e

L1

OIIM0

2.4電氣控制系統(tǒng)原理圖

如圖2-2所示為控制電路圖。圖中:SF為急停開關(guān)，TA為隔離變壓器,

專為PLC供電，抗干擾，QF2、QF4、QF5均由PLCaI輸出繼電器控制,

圖中QO.O、QO.kQ0.2為PLC的繼電器觸點(diǎn)。

圖2-2控制電路圖

如圖2-3所示為PLCIKJ外接線圖，如有需要，還可以加入擴(kuò)展模塊。有條件的

話可以接入觸摸屏，通過對其設(shè)定和操作，即可按規(guī)定日勺程序工作。

I

0LI0

80NM0

5

o10

4

0U10

03

0LL

Q

.77

00105

F

L4K

03U04

2F

020K

UL?2

F

.6PMK

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Q00004]

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O'

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00.00'

6血

00

e00

LQ

OIIM0

圖2-3PLC部分接線圖

3.裝置軟件設(shè)計

3.1備用電源自動投入裝置日勺軟件原理

在圖1-1（B）所示的雙電源互為備用一次接線中，有四種基本備用

方式，備用方式1和備用方式2是變壓器T1和T2各帶一組母線分列運(yùn)

營（QF5必處斷位），靠母線分段斷路器QF5H勺合閘實(shí)現(xiàn)互為供電H勺兩種

備用方式，是暗備用方式；備用方式3和備用方式4是一種變壓器帶母線

III和母線IV運(yùn)營（QF5必處在合位），另一種變壓器備用的工作方式，

是明備用方式。圖3-1所示為暗備用方式1日勺AAT裝置軟件邏輯框圖。

曬睛11

周線□!進(jìn)線無流卜------

,l_1I

母愛W無因——rail

洋線w苛線無流卜n：&

《投函盟

圖3-1暗備用方式H勺AAT裝置軟件邏輯框圖

（l）AAT裝置H勺啟動方式。圖1-1（B）接線以備用方式1正常運(yùn)營時,

QF1、QF2H勺控制開關(guān)必在投入狀態(tài)，變壓器T1和變壓器T2分別供應(yīng)電

能給母線III和母線IVo在t3時間元件10-15S充足電后,只要確認(rèn)QF2

已跳閘，在母線由電壓口勺狀況下，Y9、H4動作。QF5就合閘。這闡明工

作母線受電側(cè)斷路器日勺控制開關(guān)（處合閘位）與斷路器位置（處跳閘位）

不是相應(yīng)要啟動AAT裝置（在備用母線由電壓狀況下），即AAT裝置H勺

不相應(yīng)啟動方式，是AAT裝置日勺重要啟動方式

然而，當(dāng)系統(tǒng)側(cè)故障使工作電源失去電壓，不相應(yīng)啟動方式不能使

AAT裝置啟動時，應(yīng)考慮其她啟動方式輔助不相應(yīng)啟動方式。在實(shí)際應(yīng)

用中，使用最多的輔助啟動方式是采用低電壓來檢測工作母線與否失去電

壓。在圖4-8（A）中，電力系統(tǒng)內(nèi)的故障導(dǎo)致工作母線III失壓，母線III

進(jìn)線無電流，備用母線IV有電壓，通過Y2啟動H時間元件，跳開QF2,

AAT裝置動作?？梢姡瑘D4-8（A）是低電壓啟動AAT裝置部分，是AAT

裝置的輔助啟動方式，這種輔助啟動方式能反映功過母線失去電壓的所有

狀況，但著中國輔助啟動方式的重要問題是如何克服電壓互感器二次回路

斷線的影響。

可見AAT裝置啟動具有不相應(yīng)啟動和低電壓啟動兩部分，實(shí)現(xiàn)了工

作母線任何因素失電均能啟動AAT裝置日勺規(guī)定。同步可以看出，只有在

QF2跳開后，QF5才干合閘，實(shí)現(xiàn)了工作電源斷開后AAT裝置才動作的

規(guī)定；工作母線（母線IH）與備用母線（母線IV）同步失去電壓，AAT

不動作；備用母線（母線IV）無壓，根據(jù)圖4-8邏輯框圖，AAT裝置也

不動作。

（2）AAT裝置的充電過程。微機(jī)型備用電源自動投入裝置為了保證

對的動作且只動作一次，在邏輯中設(shè)計了類似自動重疊閘裝置的充電過程

（l（）-15S）o只有充電完畢后AAT裝置才進(jìn)入工作狀態(tài)。如圖4-8（C）所

示要使AAT裝置進(jìn)入工作狀態(tài)，必須要使時間元件t3充足電，充電時間

需10-15秒，這樣才干為Y11裝置動作準(zhǔn)備好條件。

AAT裝置充電條件是：①變壓器T1T2分列運(yùn)營，即QF2處合位、

QF4處合位QF5處跳位，因此與門Y5動作；②母線III和母線IV均三相

有壓（闡明QF1、QF3均臺上，工作電源均正常），與門Y6工作。在滿

足上述條件，沒有AAT裝置的放電信號狀況下，與門Y7的輸出對事件

原件t3進(jìn)行充電。當(dāng)通過10-15S充電過程后，為與門Y11準(zhǔn)備好了動作

條件，即AAT裝置動作準(zhǔn)備好了條件。一旦與門Yl1日勺另一輸入信號（AAT

裝置動作命令）到來，AAT裝置就動作，最后合上QF5斷路器。

（3）AAT裝置的J放電功能。對AAT裝置的放電功能，就是在某些條

件下要取消AAT裝置的動作能力，實(shí)現(xiàn)AAT裝置的閉鎖。

13的放電條件有：①Q(mào)F5處合位（AAT裝置動作成功后，備用工作

方式1不存在了，13不必再充電）；②母線山和母線IV均三相無壓（T1、

T2不投入工作，t3嚴(yán)禁充電；Tl、T2投入工作后t3才開始充電）；備用

方式1和備用方式2閉鎖投入（不去用備用方式1、備用方式2日勺備用方

式）。這三個條件滿足其中之一，t3會瞬間放電，閉鎖AAT裝置。

可以看出,Tl、T2投入工作10-15S,等t3充足電后，AAT裝置才有

也許動作。AAT裝置動作使QF5合閘后，t3瞬時放電；若QF5合于故障

上，則由QF5上的加速保護(hù)使QF5立即跳閘，此時母線III（備用方式2

工作時為母線IV）三相無壓，Y6不動作，t3不也許充電。于是,AAT裝

置不再動作，從而保證了AAT裝置只動作一次。

（4）AAT裝置的動作過程。當(dāng)備用方式1運(yùn)營15秒后，AAT裝置的

動作過程如下：工作變壓器T1故障時，T1保護(hù)動作信號經(jīng)H1使QF2跳

閘；工作母線III上發(fā)生短路故障時，T1后備保護(hù)動作信號經(jīng)H1使QF2

跳閘；工作母線HIKJ出線上發(fā)生短路故障而沒有被該出線斷路器斷開時;

同樣由T1后備保護(hù)動作經(jīng)H1使QF2跳閘；電力系統(tǒng)內(nèi)故障使母線III

失壓時，在母線III無進(jìn)線電流、母線IV有壓H勺狀況下經(jīng)時間tl使QF2

跳閘；QF1跳閘時，母線m失壓、母線III進(jìn)線無電流、母線IV有壓的

狀況下經(jīng)時間tl使QF2跳閘，或QF1跳閘時連跳QF2跳間。

QF2跳閘后，在確認(rèn)已跳開（斷路器無電流）、備用母線有壓狀況

下，Y11動作，QF5合閘。當(dāng)合于故障上時，QF5上的保護(hù)加速動作，

QF5跳開，AAT裝置不再動作。可見，圖4-8所示H勺AAT裝置邏輯框圖

完全滿足AAT裝置的基本規(guī)定。

3.2程序

變電站備用電源自動投入裝置H勺軟件設(shè)計相應(yīng)的簡要程序如圖3-2所

示?？筛鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用狀況合適變化程序以達(dá)到工作規(guī)定。

Network1NetworkTitle

I跳QF2

MO.O

(

Network2

MO.OT37

|------FNfoi7

T1-PT100ms

QO.O

NecwoikJ

|跳QF4

I0.5I0.6M0.1

Network4

T38Q0.1

Network5

|丫”一端輸入一

QO.OQ0.1Q0.2M0.2

—II-------1I-------1/I——()

NetworkG

11.2I0,2M0,2M0,5T39

I-------1I-------1I-------1，I-

T3-PT100ms

T39M0.3

I------()

Network9

|Y11另一端輸入

QO.O10.210.1M1.0

()

Network10

Q0.111.211.1M1.1

()

Network11

M1.0Q0.2

MU丁

圖3-2簡要程序

3.3AAT裝置參數(shù)整定

整定的參數(shù)有低電壓元件動作值、過電壓元件動作值、AAT裝置充

電時間、AAT裝置動作時間、低電流元件動作值等。

(1)低電壓元件動作值。低電壓元件用來檢測工作母線與否失去電壓

H勺狀況，當(dāng)工作母線失壓時，低電壓元件應(yīng)可靠動作。

為此，低電壓元件的動作電壓應(yīng)低于工作母線出線短路故障切除后電

動機(jī)自啟動時日勺最低母線電壓；工作母線(涉及上一級母線)上的電抗器

或變壓器后發(fā)生短路故障時，低電壓元件不應(yīng)動作。考慮上述兩種狀況，

低電壓元件動作值一般取額定電壓H勺25%o

(2)過電壓元件動作值。過電壓元件用來檢測備用母線(暗各用時是

工作母線)與否有電壓日勺狀況。如圖中以備用方式1、備用方式2運(yùn)營時,

工作母線浮現(xiàn)故障被該出線斷路器斷開后，母線上電動機(jī)自啟動是備用母

線浮現(xiàn)最低運(yùn)營電壓Umin,過電壓元件應(yīng)處動作狀態(tài)。故過電壓元件動

作電壓Uop為

Umin

Uop=