二次回路微機保護備自投裝置動作原理及實例

備自投的定義：顧名思義是負責投入備用電源的，全名是備用電源自動投入裝置。這里對電源的理解要擴大，變電站中處處都是電源：對站端來說進線是電源，對分段母線來說另一端母線可以是電源，對于變壓器來說另一臺備用的變壓器也能作為電源......可以這樣理解，當變電站里某一個正常部位失電，能夠通過斷路器的配合讓電能從其他地方供給到失電的部位，那么這里的“其他地方”就是一個備用電源。而負責控制這些斷路器配合動作，讓失電的部位成功恢復正常狀態的裝置，就是備自投裝置了。變電站里總能遇到“意想不到”的問題，所以對各種可能出現的故障，除了常規保護裝置(作用是切斷故障點，縮小系統故障時間和范圍)，還要配置能夠補救停電范圍擴大的裝置(對已經失電的正常線路進行恢復供電》，這就是備自投。

備自投方式的分類：在變電站中投入的備自投接管大體上有以下幾種備用關系。

2）分段母線備用：W1和W2都正常運行，當一條母線所接的進線短路，導致母線失壓 (假設是線2故障)，此時保護會切斷進線開關2DL，隔離故障點，不過此時母線已經處于喪失了供電電源。那么備自投會經過一些邏輯判斷之后，閉合3DL，讓另一段帶電母線w1去為失壓母線w2供電。分段母線備用有明備用與暗備用：分段母線正常時均投入運行，一段失電后另一段立馬通過分段開關向其供電。這種兩段電源在正常工況下全都投入運行的備用方式叫暗備用，與之相反，專門設置備用電源，并不投入系統，而是留有容量及時接入到被備用點的方式稱為明備用。一般來說，分段母線互為暗備用，而進線備用、變壓器備用會設置成明備用。

3）變壓器備用：

(1)備自投動作有前提。備自投動作的第一個前提是故障點被隔離了。注意: 隔離故障點是通過保護驅動斷路器實現的，所以備自投就需要接收幾個斷路器的位置信息。備自投動作的第二個前提來自于本身的裝置狀態：備自投成功充上了電【備自投的“充電”非字面意義上的充電，而是參考重合閘充電起到類似功能的延時邏輯，即為了只動作一次，不在備自投失敗后立馬進行下一次備自投而設計的功能。備自投充電期間不可能動作，充電時間在10s單位量級左右】。備自投動作的第三個前提是備用關系成立，或者說存在可備用的電源。備用關系成立的基礎是備用電源與主電源之間通過一個斷開的斷路器連接，假如這個斷路器本身狀態是合上的，那么備用關系就不成立了【例如分段母線備用中，分段母聯斷路器本身就處于合上位置，那么備自投就無法動作讓這個斷路器“再”合上一次】。

(2)備自投動作時需要延時，沒那么快。和保護裝置相比，備自投的動作時間要慢很多，主要有以下幾點原因：一是躲過保護動作的時間，剛才也說到過，備自投動作的前提是確認故障點被保護隔離了，那么只有當保護動作結束之后，備自投才能夠動作。二是備自投如果需要聯切其他設備，需要等待這些設備切斷再動作，例如聯切小電源聯絡線或者接地變等設備。三是動作前要判段各種動作條件是否滿足: 例如要核查保護是否已經跳開了故障點，相關的斷路器是否已經斷開。

(3)備自投動作到一半可能會停止動作。備自投發出一系列斷路器命令，只有這些命令全部都正確執行之后，備用電源才能投入。任何一個斷路器拒絕動作，都會導致備自投過程終止任何一個信號不滿足備自投要求，備自投過程終止。中途人為干預以及中途被閉鎖時，備自投過程也會終止。下面，我們以母線分段備自投為例，對這種備用關系及其流程描述如下：o兩條母線互為備用，分段開關斷開，備用母線進線開關閉合以保證備用關系成立。o每條母線都連接進出線，負荷滿足容量冗余要求，測控裝置能采集到各斷路器的開關位置、母線電壓、支路的電壓電流。o上述測控量滿足備自投充電條件o備自投充電。o某條母線進線故障，導致該母線失壓，影響母線上所有的負荷。o備自投啟動，等待保護切除故障進線(兼有發跳閘指令) ，驗證開關位置。o故障進線被隔離，若有聯切需求，備自投發聯切指令并驗證開關位置。o備自投發合分段開關指令，通過正常母線向失電母線供電，驗證開關位置。o發相關信號，記錄。o如果動作期間任何一處開關位置驗證失敗，或者存在任意備自投放電條件，則備自投停止動作并閉鎖。現在我們來順著上面這個過程，逐項講解分段備自投是如何實現它的功能邏輯的。重點把握這幾個定義：輸入交流量、輸入開入量、充電條件、放電條件、動作邏輯。輸入交流量

(1)母線有壓指的是母線的三個線電壓Uab，Uac，Ubc中，至少有一個大于母線有壓的定值。這里均折算成PT二次值來計算。

(2)母線無壓指的是母線的三個線電壓Uab，Uac，Ubc中，每一個均小于母線有壓的定值。這里均折算成PT二次值來計算。為了躲過電壓擾動，母線有壓定值會大于母線無壓定值。

(3)進線無流指的是工作電源進線的一個相電流小于進線無流的定值。為了防止備自投誤動，進線無流定值要小于最小負荷電流。均折算成二次值。

（4）除了以上三種判據，有的備自投還具備進線有壓判據，即判斷進線PT的某一相電壓是否大于該定值，這就需要在進線處設置一個電壓互感器。但是目前變電站很少有這樣的設法，本文就不再闡述此判據。以上可以看到：備自投需要的電壓判據涉及到三相信號，這是因為對應母線失壓，可能只在某一相中發生，所以必須兼顧二相。而備自投的無流判據只涉及到某一相，這是因為正常情況工作電源的電流三相均大于定值，而一旦工作電源被隔離(代表著故障區域被切除)，那么三相電流均降至0(或低于定值)，所以只用判定一相即可。【有壓和無壓的判據用在備自投判斷能否充電啟動；而無流判據則用在備自投已經充電完成并開始動作的時間段內，它們負責的任務不同才導致了采樣時的區別。】輸入開入量除了上述這些交流量，備自投還需要引入以下開入量才能完成所有的動作邏輯。

合后：即代表著斷路器處于“已經手動合閘過一次”的狀態，并且沒有經過“手動”分閘，包括:合閘后正常運行狀態以及合閘后經由保護跳閘兩種狀態。請仔細分析合后的定義，提問：重合閘動作后，合后消失嗎?自然是不消失的，要再向前看，重合閘之前-->保護跳閘之前，開關是合位，這必然是由手動(遙控/現場)合閘造成的，保護及合閘均不改變它的狀態。o說到這里，不妨把“合后”給分析地更透徹一點：