作业

备 用 电 源 自 动 投 入 装 置

本 章 要 点

1.备用电源自动投入装置的作用。 2.对备用电源自动投入装置的要求。

3.备用电源自动投入装置的原理接线图及动作行为分析。

第一节 备用电源自动投入装置的作用

电力系统许多重要场合对供电可靠性要求很高，采用备用电源自动投入装置是提高供电可靠性的重要方法。所谓备用电源自动投入装置，就是当工作电源因故障被断开后，能自动将备用电源迅速投入工作的装置，简称AAT装置。

图2-1所示为电力系统使用AAT装置的几种典型一次接线图。

图2-1 (a)所示为备用变压器自动投入的典型一次接线图。图中T1为工作变压器，T0为备用变压器。正常情况下1QF、2QF闭合，T1投入运行，3QF、4QF断开，T0不投入运行，工作母线由T1供电；当工作变压器T1发生故障时，T1的继电保护动作，使1QF、 2QF断开，然后AAT装置动作将3QF、4QF迅速闭合，使工作母线上的用户由备用变压器T0重新恢复供电。

又如图2-1（f)所示的接线，正常情况下变电所的I段和II段母线分别由线路L-1和L-2供电，分段断路器3QF断开。当线路L-l发生故障时，线路L-1的继电保护动作将断路器1QF, 2QF断开，然后AAT装置动作将分段断路器3QF迅速闭合，使接在I段母线上的用户由线路L-2重新恢复供电。

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比较图2-1中各种使用AAT装置的典型一次接线图可知，其备用电源的备用方式有所不同，其中第一种备用方式是装设正常情况下断开着的备用电源（用备用变压器或备用线），如图2-1 (a)、（b)、（c）、(d)所示，称明备用方式。其特点是备用可靠性高，广泛用于发电厂厂用电和变电所所用电。为提高备用电源的利用率，一个备用电源可同时作为两段或几段工作电源的备用。另外一种备用方式是不装设正常情况下断开着的备用电源，而是在正常情况下工作的分段母线间，靠分段断路器取得相互备用，如图2-1（e）、（f）所示，称暗备用方式。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AAT动作后，要减去相应负荷。

从图2-1所示接线的工作情况可以看出，采用AAT装置后有以下优点： (1)提高用户供电可靠性。 (2)简化继电保护。采用AAT装置后，环形供电网可以开环运行，见图2-1 (f)，变压器可以解列运行，见图2-1(e)，继电保护的方向性等问题可不考虑。

(3)限制短路电流，提高母线残余电压。在受端变电所，如果采用变压器解列运行或环网开环运行，显然出线故障时短路电流要减小，供电母线残余电压相应提高一些。这对保护电气设备、提高系统稳定性有很大意义。

由于AAT装置在提高供电可靠性方面作用显著，装置本身接线简单、可靠性高、造价低，所以在发电厂、变电所及工矿企业中得到了广泛的应用。

第二节 对备用电源自动投入装置的基本要求

在发电厂和变电所，装设在不同场合下AAT装置的接线可以有各种不同的接线方案，但对其接线的基本要求却相同，分述如下：

1．明备用接线特征：接线图中一定可以找到专用的备用电源或备用设备（例备用变压器）或备用线路，而且这里的备用电源或备用设备（例备用变压器）正常时一定与所连接负荷的母线是断开的。 暗备用接线的特征：接线图中找不到专用的备用电源或备用设备（例备用变压器）或备用线路，但至少有两段负荷母线，且负荷母线之间一定有正常时断开的分段断路器。

2．基本要求

对AAT的基本要求是针对装置在工程应用时应该满足的要求，每一个要求应该对应一个实际问题，包括：

(1)应保证在工作电源或设备断开后，才投入备用电源或备用设备； (2)工作母线电压不论因任何原因消失，AAT装置均应动作； ( 3) AAT装置应保证只动作一次；

(4)发电厂厂用备用电源自投入装置，应同时满足几个工作电源的备用要求； (5)发电厂厂用备用电源自投入装置应满足切换方式的要求；

(6)应校验备用电源和备用设备自动投入时过负荷的情况，以及电动机自起动的情况，必要时，应有AAT动作于自动减负荷；

(7)当AAT装置动作时，如果备用电源或备用设备投于故障，应使继电保护加速动作。

学习时可以将以上基本要求分为两类：

3．起动条件

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工作母线或设备上电压不论因任何原因消失，AAT装置均应起动。以图2-1（c）为例，工作母线I段或II段失去电压的原因如下：工作变压器T1或T2发生故障；I段或II段母线发生短路故障；I段或II段母线上的出线发生短路故障而出线断路器没有断开；因操作机构、控制回路或者保护回路等原因，使断路器1QF、2QF或6QF、7QF误跳闸；系统侧故障使工作母线A或C失去电压等。所有这些情况AAT装置都应动作，使备用变压器T0投入工作，以提高用户供电可靠性。为实现这一要求，AAT装置应设有独立的低电压起动部分。

4．动作前提

检查工作电源确已断开后，AAT装置才动作，以保证AAT装置动作的成功率。当供电元件发生故障、工作母线失去电压，工作母线受电侧的断路器未断开就投入备用电源时，可能会扩大事故范围，加重设备的损害程度，起不到AAT装置的作用。在设计AAT装置时要考虑此因素。如在图2-1（c）中，当T1发生短路故障，I段母线失去电压时，一定要在2QF断开后，3QF, 4QF才能合闸。

实现这一要求的措施是：AAT装置起动回路可由供电元件受电侧断路器辅助动断触点起动。当供电元件受电侧断路器断开后，起动回路通电，AA T装置才动作。在图2-1（c）中，就是2QF断开后，AAT装置才可动作合上3QF、4QF

5．动作次数

AA T装置应保证只动作一次。当工作母线发生永久性短路故障或引出线上发生未被其断路器断开的永久性短路故障，备用电源第一次投入后，由于故障仍然存在，继电保护装置动作将备用电源断开。以后，不允许再次投入备用电源，以免对系统造成不必要的再次冲击。为实现这一要求，必须控制ATT装置的合闸脉冲，使之只能让断路器合闸一次而不能是两次。

6．动作时间

AAT装置动作时间应使用户的停电时间尽可能短为原则。所谓AAT装置动作时间，即指工作母线受电侧断路器断开到备用电源投入之间的时间，也就是用户供电中断的时间。从满足用户供电可靠性方面考虑，希望动作时间越短越好。另一方面，当工作母线上装有高压大容量电动机，工作母线停电后，电动机反送电，使工作母线残压较高，若AAT装置动作时间太短，会产生较大的冲击电流和冲击力矩，损坏电气设备。此外，若动作时间太短，故障点电弧来不及熄灭，影响了AAT装置动作的成功率。所以，考虑这些情况，动作时间不能太短。运行实践证明，AAT装置的动作时间以1~1. 5s为宜，某些特殊情况下可稍短或较长。

7．自动闭锁

当系统侧故障时，工作电源和备用电源可能同时失去电压，此时AAT装置应自动闭锁。若此情况下AAT装置动作投入备用电源，工作母线也不可能有电。但当电力系统恢复正常时，却要进行复杂的倒闸操作，才能将工作母线由备用电源供电改为由工作电源供电，同时也可能使备用电源过负荷。

对AAT装置除上述基本要求以外，还要考虑AAT装置备用容量、备用电源过负荷、多级 AAT的配合、电压互感器二次侧断线AAT的误动作等问题。

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第三节 备用电源自动投入装置接线

为了满足对AAT装置的基本要求，AAT装置的接线可分为起动和自动合闸两部分。本节主要讨论AAT装置的起动方式和装置接线。

一、AAT装置的起动方式

从对AAT装置起动条件的基本要求出发，采用不对应起动方式，AAT装置的切换开关处于投入位置而供电元件受电侧断路器处于跳闸位置，即两者位置不对应时，起动AAT装置是最合理的。

然而，当系统侧故障使工作电源失去电压，不对应起动方式不能使AAT装置起动时，应考虑其他起动方式辅助不对应起动方式。在实际应用中，使用最多的辅助起动方式是采用低电压继电器来检测工作母线是否失去电压。显然，这种辅助起动方式能反映工作母线失去电压的所有情况，但这种辅助起动方式的主要问题是如何克服电压互感器二次回路断线的影响；另外，电动机的残压对此辅助起动方式也有一定的影响。

二、备用变压器自动投入接线 （一）接线

图2-2示出发电厂厂用备用变压器自动投入装置的原理接线图，它也适用于变电所备用变压器上。其他场合备用电源自动投入装置的接线与之相似。

图2-2中，T1为工作变压器，T0为备用变压器，T0对工作段母线起备用作用。

1KV、2KV、1KT、KV及3KM组成AAT装置的辅助低电压起动部分；1KM、2KM组成AAT装置的自动合闸部分。

根据图2-2中AAT装置归总式原理接线图，可画出对应的AAT装置展开图，如图2-3所示。本书主要分析归总式原理接线图，展开图请读者自行分析。

表2-1 1SA切换开关触点通断情况 1SA触点 ①-③ ⑤-⑦ ⑨-11 AAT投入（1SA接通） 闭合 闭合 闭合 AAT退出（1SA断开） 断开 断开 断开

（二）工作原理

(1)在正常情况下，工作母线I段和备用电源母线均有电压，1KV、 2KV动断触点断开，KV动合触头闭合，3KM处于励磁动作状态；操作1SA将I母线的AAT装置投入运行，其相应奇数对触点接通（见图2-1）。同时2QF处于合闸状态，2QF辅助触点2-2闭合，1KM励磁，为AAT装置动作出口作好准备。 (2)当变压器T1的继电保护装置（主保护或后备保护）动作时，KOM动作使跳闸线圈1LT、2LT通电，令断路器1QF、2QF跳闸。2QF跳闸后，2QF辅助触点2-2使1KM立即失磁，因1KM动合触点延时打开，2QF辅助触点3-3闭合，2KM立即得电动作（＋→1KM延时打开的动合触点→2KM→—）。2KM动作后，通过闭合2KM动合触点使3QF、4QF的合闸接触器3KMC, 4KMC通电，3QF和4QF合闸。合闸后，由于1KM延时断开的动合触点已打开，于是2KM失磁，

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3QF、4QF的合闸接触器3KMC、 4KMC断电，从而保证了AAT装置只动作一次。

(3)当1QF误断开时，通过其辅助触点2-2使2QF联动跳闸，2QF跳闸后，AAT装置动作情况如上所述。显然2QF误断开时也有类似的动作过程，这就说明AAT装置能弥补断路器误动作时的供电可靠性。

(4)当系统侧故障使I母线失去电压时，显然TI的继电保护不动作。而在此情况下，I母线失去电压，1KV、2KV动断触点闭合；若备用电源母线有电压，3KM处于动作状态，起动时间继电器1KT。1KT预定延时时间后，KOM通电使1QF和2QF跳闸，然后将备用电源投入。若备用电源母线无电压，3KM处于失磁状态，1KT不动作，1QF , 2QF不跳闸，备用电源不能投入。

如果备用电源自动投入到永久性故障上时，则由设置在备用变压器T0的继电保护加速切除（图2-2中T0继电保护未示出）。

由上述分析可看出，图2-2所示的AAT装置接线是满足基本要求的。工作母线II段的AAT装置接线（图2-2中未画出）与上类似。

（三）接线特点

(1)不对应起动。AAT装置起动方式，采用了供电元件受电侧断路器与AAT

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装置切换开关位置不对应方式起动（在图2-2中，1SA处于投入AAT位置而2QF处于跳闸后位置）。此起动方式简单明了、动作可靠，并且可弥补断路器误动作时的供电可靠性。

(2)辅助低电压起动。反应系统侧故障时的起动方式，弥补不对应起动方式的不足。采用两个低压继电器 1KV、2KV接在不同的相别上，其触点串联，可防止电压互感器二次侧断线时AAT装置的误动作，所以，辅助低电压起动部分动作是可靠的。

(3)一次合闸脉冲。采用1KM继电器的延时打开动合触点控制一次合闸脉冲，电路简单、控制可靠。

（四）参数整定

1.低电压继电器1KV, 2KV的动作电压值

整定原则如下：

(1)接在工作母线上的电抗器或变压器后发生短路故障（如图2-2中，k1、 k2点）时，低电压继电器不应动作。

(2)在工作母线的引出线上发生短路故障（如图2-2中k3点）时，故障由引出线继电保护切除后，低电压继电器的动作电压应躲过电动机自起动时的最低母线电压。

考虑上述两点，一般选择1KV、2KV的动作电压值等于母线额定电压的25％即可。

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2.时间继电器1KT的动作时限值

当系统发生使低电压继电器1KV、2KV动作的短路故障时，应由系统的继电保护切除故障而不应使AAT装置起动，所以1KT的动作时限值是保证AAT装置选择性动作的重要措施，为此1KT的动作时间应满足下式

t1KT?top?max??t 式中top?max——当网络内发生使低电压继电器动作的短路故障时，切除该短路故障的系 统继电保护最大动作时间；

△t —— 继电保护时间裕度，一般取05s。

3.闭锁继电器1KM延时返回时间值

1KM延时返回时间值决定AAT装置动作次数。要保证AAT装置只动作一次，1KM延时返回时间值t 1KM既应大于3QF或4QF的合闸时间ton（包括传动装置的动作时间），又要小于3QF或4QF两倍合闸时间，即 t on＜t 1KM＜2ton 或t1KM＝t on＋△t

式中△t—时间裕度，取0．2~0．3s0

4.过电压继电器KV的动作电压值

KV的动作电压值整定应考虑如下情况：备用电源母线带第II段工作母线运行时，出线上的故障被该出线断路器切除后（如图2-2中k4点故障），由于电动机的自起动影响，备用电源母线出现最低运行电压Umin时，继电器KV仍应保持动作状态，以使I段工作母线的AAT装置辅助低电压起动部分仍能起动，故继电器KV的动作电压Uop为

Uop＝Umin/ Kre1Kre 式中Kre1——可靠系数，取1．1~1．2； Kre——返回系数，一般取0.85~0.90

一般，Uop取值不应低于备用母线额定电压的70％。

（五）接线的简化

通过对图2-2AAT装置原理接线图的分析可知，除系统侧故障使工作母线失去电压，AAT装置辅助低电压起动部分动作外，其他情况下都不经辅助低电压起动部分而动作。由此考虑到，AAT装置接线中辅助低电压起动部分能否取消的问题，如果可行，这对简化AAT装置接线，提高AAT装置动作的可靠性是有好处的。为此我们再回顾一下辅助低电压起动部分的作用。

低电压继电器1KV、2KV的主要作用是当系统侧的故障使工作母线失去电压时，跳开供电元件受电侧断路器而起动AAT装置，同时可作I母线及所有出线保护的后备，当然前者是主要的。

过电压继电器KV的作用是防止系统侧的故障使工作母线、备用母线同时失压而造成AAT装置不必要的动作。若取消过电压继电器，势必造成此情况下，各段工作母线的AAT均动作将全部负荷投到无电压的备用变压器上，一旦系统恢复正常，可能造成备用变压器过负荷，要进行复杂的倒闸操作将负荷重新投到工作变压器上。

根据低电压继电器和过电压继电器所起的作用，很显然，当工作部分和备用

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部分由同一电源供电时，如图2-1（a)或(e)，辅助低电压起动部分可以省去，并不影响AAT装置的效果。

对于其他供电情况下的AAT装置接线，可参照图2-2的AAT接线原则拟制。

复习思考题

1 ．AAT装置的作用是什么？使用AAT装置有哪些优点？

2 . AAT装置采用什么起动方式？此起动方式有什么优点？为什么还要有辅助起动方式？

3.在图2-2AAT装置原理接线图中，闭锁继电器1KM的作用是什么？系统正常运行时，2QF跳闸后瞬间及AAT装置动作以后，1KM的状态如何？ 4．若在图2-2中k3点发生相间短路而未被该出线断路器断开，AAT装置是如何动作的？说明各继电器的动作情况。

5．试拟定图2-1(e)、(f)中3QF上的AAT装置原理接线图。

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