一种基于四段母线供电的站用电系统及其控制方法
阅读说明：本技术 一种基于四段母线供电的站用电系统及其控制方法 (Station power utilization system based on four-section bus power supply and control method thereof ) 是由 王乙斐 肖军 叶磊 王华军 陈昌旭 段涛 蔡彬 陈晓明 严文海 潘祥园 于 2021-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及变电站技术领域,具体涉及一种基于四段母线供电的站用电系统及其控制方法。包括第一母线～第四母线、第一变压器、第二变压器和备用发电机,第一变压器通过第一进线断路器连接至第一母线,第二变压器和备用发电机分别通过第二进线断路器、第三进线断路器连接至第二母线,第一母线与第二母线之间通过第一联络断路器连接,第一母线与第三母线之间通过第二联络断路器连接,第二母线与第四母线之间通过第三联络断路器连接,第一母线和第二母线上分别连接有重要负载,第三母线和第四母线上分别连接有非重要负载。(The invention relates to the technical field of transformer substations, in particular to a station power utilization system based on four-section bus power supply and a control method thereof. The first transformer is connected to the first bus through a first incoming line breaker, the second transformer and the standby generator are connected to the second bus through a second incoming line breaker and a third incoming line breaker respectively, the first bus and the second bus are connected through a first interconnection breaker, the first bus and the third bus are connected through a second interconnection breaker, the second bus and the fourth bus are connected through a third interconnection breaker, important loads are connected to the first bus and the second bus respectively, and non-important loads are connected to the third bus and the fourth bus respectively.)
技术领域
本发明涉及变电站技术领域，具体涉及一种基于四段母线供电的站用电系统及其控制方法。
背景技术
变电站的交流站用电系统为其内部的交直流负荷提供了电源支撑，保证了主变压器、一次设备和保护装置的正常运行。近年来，随着电网稳定运行和可持续发展要求的不断提升，对变电站站用电系统的可靠性和安全性也提出了更高的要求。海外变电站通常采用“无人值班，少人值守”设计理念，国内变电站也正在逐步实行该模式。当站用电系统发生故障时，若运行人员未及时发现和处理，可能会直接影响变电站的正常工作，造成经济损失。为避免该类事故的发生，如何选择一种高可靠性和高度自动化的站用电接线模式，是变电站工程设计中的技术关键。
典型站用电接线方案采用两段母线接线方式，主要分为两种。
图1所示的供电系统I中，两段母线正常分列运行，当一个电源或一回电源故障时，另一回电源可承担全部负荷；当两个电源停电或电缆故障时，非重要负荷回路配置失压脱扣自动断开，柴油发电机自起动后向重要的负荷回路供电。当站用电电源恢复后，需要运行人员赶到现场手动合上所有非重要回路的开关。自动化程度低、恢复供电时间长，不利于运行可靠性的提高。
图2所示的供电系统II中，两段母线正常分列运行，当一个电源或一回电源故障时，另一回电源可承担全部负荷；当两个电源停电或电缆故障时，柴油发电机自起动向所接母线上的重要负荷供电。该接线方式下，重要负荷和非重要负荷需要分别挂在两段母线上，柴油发电机所接母线上仅分配重要负荷。因此，无法为重要负荷提供双回路供电电源，可靠性低。
因此，如何根据系统的不同运行方式自动投入和切除重要/非重要负荷，自动化、智能化保证负荷的供电可靠性是优化站用电设计的重点。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种基于四段母线供电的站用电系统及其控制方法，可根据不同运行方式自动投入和切除重要/非重要负荷，自动化、智能化保证负荷的供电可靠性。
本发明一种基于四段母线供电的站用电系统，其技术方案为：包括第一母线～第四母线、第一变压器、第二变压器和备用发电机，所述第一变压器通过第一进线断路器连接至第一母线，所述第二变压器和备用发电机分别通过第二进线断路器、第三进线断路器连接至第二母线，所述第一母线与第二母线之间通过第一联络断路器连接，所述第一母线与第三母线之间通过第二联络断路器连接，所述第二母线与第四母线之间通过第三联络断路器连接，所述第一母线和第二母线上分别连接有重要负载，所述第三母线和第四母线上分别连接有非重要负载。
较为优选的，还包括电压继电器，所述电压继电器连接于备用发电机所在的第二母线的B相与N相之间，所述电压继电器用于在母线失压时接通，使备用发电机断路器能够合闸。
较为优选的，所述备用发电机为柴油发电机。
较为优选的，所述第一进线断路器、第二进线断路器、第三进线断路器和第一联络断路器均由BZT装置或ATS装置控制。
较为优选的，当母线失压时，所述第二联络断路器和第三联络断路器均断开。
本发明一种基于四段母线供电的站用电系统的控制方法，其技术方案为：
当第一变压器和第二变压器均正常运行时，所述第一进线断路器、第二进线断路器、第二联络断路器、第三联络断路器处于合闸状态，第一联络断路器、第三进线断路器处于分闸状态；
当第一变压器异常、第二变压器正常运行时，所述第二进线断路器、第一联络断路器、第二联络断路器、第三联络断路器处于合闸状态，第一进线断路器、第三进线断路器处于分闸状态；
当第一变压器正常运行、第二变压器异常时，所述第一进线断路器、第一联络断路器、第二联络断路器、第三联络断路器处于合闸状态，第二进线断路器、第三进线断路器处于分闸状态；
当第一变压器和第二变压器均异常时，所述第一联络断路器、第三进线断路器处于合闸状态，第一进线断路器、第二进线断路器、第二联络断路器、第三联络断路器处于分闸状态。
较为优选的，对所述第一进线断路器进行合闸操作时，还需满足第一联络断路器分闸或第二进线断路器与第三进线断路器均分闸，若不满足，则第一进线断路器不合闸。
较为优选的，对所述第二进线断路器进行合闸操作时，还需满足第三进线断路器分闸，且第一进线断路器或第一联络断路器分闸，若不满足，则第二进线断路器不合闸。
较为优选的，对所述第三进线断路器进行合闸操作时，还需满足第一进线断路器、第二进线断路器均分闸，且母线失压，且第二联络断路器与第三联络断路器均分闸，若不满足，则第三进线断路器不合闸。
较为优选的，对所述第一联络断路器进行合闸操作时，还需满足第一进线断路器分闸或第二进线断路器、第三进线断路器均分闸，若不满足，则第一联络断路器不合闸。
本发明的有益效果为：
1、第一变压器通过第一进线断路器连接至第一母线，第二变压器和备用发电机分别通过第二进线断路器、第三进线断路器连接至第二母线，第一母线与第二母线之间通过第一联络断路器连接，第一母线与第三母线之间通过第二联络断路器连接，第二母线与第四母线之间通过第三联络断路器连接，第一母线和第二母线上分别连接有重要负载，第三母线和第四母线上分别连接有非重要负载。重要负荷与非重要负荷分段布置，增强了切除和投入的灵活性。同时在各种运行方式下，重要负荷均能带电运行，提高了供电可靠性，采用失压脱扣和电气闭锁控制开关开合，无需人工判断故障位置并前往柜面手动切除开关，操作更加智能化。
2、跟随第一变压器与第二变压器的异常或运行状态，使各个进线断路器和联络断路器处于合闸或分闸状态，使该系统在各种运行方式下，重要负荷均能带电运行，提高了供电可靠性。
3、对第一进线断路器～第三进线断路器和第一联络断路器分别设置闭锁条件，仅在满足闭锁条件时才能实现对该断路器的合闸操作，能防止误操作合闸造成的器件损毁，保证了系统的安全性。
附图说明
图1为现有的一种供电系统示意图；
图2为现有的另一种供电系统示意图；
图3为本发明一种基于四段母线供电的站用电系统；
图4为本发明断路器QF1的合闸条件示意图；
图5为本发明断路器QF2的合闸条件示意图；
图6为本发明断路器QF3的合闸条件示意图；
图7为本发明断路器QF4的合闸条件示意图。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例一
图3示出了本申请较佳实施例(图3示出了本申请第一实施例)提供的一种基于四段母线供电的站用电系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
该系统包括母线1B～母线4B、变压器TSA1、变压器TSA2和柴油发电机Gen。变压器TSA1通过断路器QF1连接至母线1B，所述变压器TSA2和备用发电机分别通过断路器QF2、断路器QF4连接至母线2B，所述母线1B与母线2B之间通过断路器QF3连接，所述母线1B与母线3B之间通过断路器QF5连接，所述母线2B与母线4B之间通过断路器QF6连接，所述母线1B和母线2B上分别连接有重要负载，所述母线3B和母线4B上分别连接有非重要负载。
较为优选的，还包括电压继电器，所述电压继电器连接于备用发电机所在的第二母线的B相与N相之间，所述电压继电器用于在母线失压时接通，使备用发电机断路器能够合闸。
较为优选的，所述断路器QF1、断路器QF2、断路器QF4和断路器QF3均由BZT装置或ATS装置控制。
较为优选的，断路器QF5和断路器QF6配置失压脱扣功能，当母线失压时，所述断路器QF5和断路器QF6均断开。
本发明一种基于四段母线供电的站用电系统的控制方法，其技术方案为：
当变压器TSA1和变压器TSA2均正常运行时，所述断路器QF1、断路器QF2、断路器QF5、断路器QF6处于合闸状态，断路器QF3、断路器QF4处于分闸状态；
当变压器TSA1异常、变压器TSA2均正常运行时，所述断路器QF2、断路器QF3、断路器QF5、断路器QF6处于合闸状态，断路器QF1、断路器QF4处于分闸状态；
当变压器TSA1正常运行、变压器TSA2异常时，所述断路器QF1、断路器QF3、断路器QF5、断路器QF6处于合闸状态，断路器QF2、断路器QF4处于分闸状态；
当变压器TSA1和变压器TSA2均异常时，所述断路器QF3、断路器QF4处于合闸状态，断路器QF1、断路器QF2、断路器QF5、断路器QF6处于分闸状态。
实施例二
本实施例提供了一种最佳的控制方法，该控制方法如下：
系统的运行方式将根据站用变的正常运行和异常运行动态调整各进线开关和联络开关的“合”、“分”状态。
各种工况下，进线开关与联络开关的状态如表1所示，其中1代表“合”，0代表“分”，进线开关的状态与进线电源的带电状态相对应。
重要负荷由1B或2B进行供电，非重要负荷由3B或4B进行供电；
正常运行状态下，TSA1带1B和3B运行，TSA2带2B和4B运行；
TSA1异常状态下，TSA2带2B、4B、1B和3B运行；
TSA2异常状态下，TSA1带1B、3B、2B和4B运行；
TSA1和TSA2均异常状态下，Gen带1B和2B上的重要负荷运行，3B和4B上的非重要负荷将不运行。
表1站用电系统在各种状态下的运行方式
QF1、QF2、QF3和QF4的操作可由备自投BZT或ATS自动完成或人工远方/现地手动完成。当ATS投入时，ATS根据电源的情况自动操作QF1-QF4断路器的分合，投入站用变电源或柴油发电机电源，保证负荷的供电可靠性。当ATS投入柴油发电机电源时，QF5和QF6设失压脱扣，在等待柴发启动过程中，QF5和QF6自动断开，保证重要负荷的供电。
如图4～7所示，对断路器QF1～QF4进行合闸操作时，需要满足合闸条件，若不满足合闸条件，则无法进行合闸操作。
对所述断路器QF1进行合闸操作时，还需满足断路器QF3分闸或断路器QF2与断路器QF4均分闸，若不满足，则断路器QF1不合闸。
对所述断路器QF2进行合闸操作时，还需满足断路器QF4分闸，且断路器QF1或断路器QF3分闸，若不满足，则断路器QF2不合闸。
对所述断路器QF4进行合闸操作时，还需满足断路器QF1、断路器QF2均分闸，且母线失压，且断路器QF5与断路器QF6均分闸，若不满足，则断路器QF4不合闸。
对所述断路器QF3进行合闸操作时，还需满足断路器QF1分闸或断路器QF2、断路器QF4均分闸，若不满足，则断路器QF3不合闸。
其中，母线失压指母线电压U小于30％*Un，Un为母线正常电压。
实施例三
本实施例提供了本用电系统的一种设计方法，其流程如下：
收集变电站所有低压交流供电负荷，按照重要程度对其进行分类，并根据其负荷大小分配到不同母线上，以均匀分布为原则；
根据接线要求，母线之间配置母联断路器，站用变和柴油发电机进线配置进线断路器，各开关之间设置保护控制逻辑关系，QF5，QF6母联断路器配置失压脱扣功能。
配置备自投装置。备自投装置采集2路站用电进线电源电压和柴油发电机电源电压，同时采集QF1-QF4断路器状态。
根据运行方式，配置备自投内部逻辑。
将主要开关和备自投运行状态、报警信号接入上一级监控系统，实现上一级监控系统对供电系统的监控。
所有交流盘柜布置在同一配电室中，盘柜布置。
其中，两段重要母线都“有电”时，其间联络开关不允许合闸操作。任一台站用变的容量需满足变电站所有负荷的运行要求；柴油发电机的容量需满足重要负荷的运行要求，运行时间根据要求所定。
安哥拉LAUCA连接线项目位于安哥拉西北部，为宽扎河第二级LAUCA水电站的外送电网配套工程项目，属于该国核心骨干网架中的重要节点，安哥拉能源部MINEA对项目变电站的可靠性提出了非常高的要求。将本系统投入安哥拉LAUCA连接线项目后，400V交流系统采用了本方案四段母线供电的接线方式。目前，该变电站已成功投运并稳定运行超365天，优化后的站用电接线方式满足了供电可靠性。
科特迪瓦电网发展和改造项目包括26个新扩建变电站，电压等级为90kV和225kV。项目的建成将极大地提升科特迪瓦的电网水平，实现科特迪瓦全国通电率由48％提升至100％，缓解电力供应的紧张局面。因此，该项目直接影响着科特迪瓦全国的电力发展程度，业主科特迪瓦能源部对可靠性提出了严格的要求。将本系统投入科特迪瓦电网发展和改造项目后，400V交流系统采用了四段母线供电的接线方式。目前，26座变电站已全部成功运行。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
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