配电变压器经济运行自动控制投切策略研究
任力++程云祥++王晓梅++潘曰涛++郁章伟
摘 要：目前我国配电变压器的切换大多通过人工操作完成。当配电变压器内部发生故障、低压侧失压分闸或过流故障分闸后，不能实现快速故障隔离和用户供电恢复。本文提出一种双变压器重合闸及备自投智能投切的综合控制方案，当系统检测到变压器低压侧发生失压跳闸或收到过流故障信息后，以1#变压器低压开关为基准，判断分闸情况，延时△t时间后，进行重合闸和备自投逻辑关系判断，使变压器进行正常投切。经PSCAD仿真验证，该控制方法能保证变压器对负荷的持续供电，减少停电时间，提高供电可靠性。
关键词：配电变压器；重合闸；备自投；失压分闸
中图分类号：TM421 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）19-0118-02
随着用户用电需求增加，对供电可靠性等提出了更高要求。很多地方都是双变压器互为备用给用户供电[1]，这些变压器的切换都是通过人工操作完成，由于没有采取智能控制措施，一旦变压器内部故障或其高压侧失压后，低压侧断路器会失压跳闸，不能实现快速故障隔离和用户供电恢复。此外，国内在配电变压器备自投和重合闸的投入较少，多数变压器的重合闸和备自投功能单独使用，不能相互配合[2]。本文提出一种双变压器重合闸及备自投智能投切的综合控制方案，该控制方法中重合闸和备自投功能相互配合，能在较短时间内自动恢复供电，真正实现可靠、安全、经济运行。
1 总体方案
典型的10kV配电网双变压器运行方式接线如图1所示，1#为主变压器，2#为备用变压器。1#变压器和2#变压器分别设有高压开关和低压开关，双变压器低压侧由母联开关相连。其中，1#变压器高、低压侧开关初始状态为闭合的，处于正常工作状态；2#变压器高、低压侧开关及母联开关初始状态为断开的，作为备用。双变压器高压侧和低压侧装有PT、CT来实时测量和监控高低压侧电压和电流。
以1#变压器低压开关为基准，重合闸和备自投都以低压开关分闸作为启动条件，低压分闸有三种情况：失压分闸、过流故障分闸和手动分闸。重合闸装置和备自投装置都设有充放电逻辑，只有充满电才能允许动作，且只允许动作一次，动作后只有手动复位才能重新投入运行。此外，双变压器的监控装置具备低压侧开关失压跳闸功能和故障检测功能。同时还实时监测采集高、低压开关的电压、电流信号以及开关的分合位置。
双变压器的1#变压器正常带负荷运行，2#变压器作为备用。在低压侧检测到失压跳闸后，根据失压跳闸信号启动逻辑关系检测配电变压器高压侧电压，在设定的时间内，若高压侧恢复供电并且低压侧投入重合闸功能，监控装置则启动低压侧的合闸开关，恢复供电。
若1#变压器高压侧长时间失电后，2#变压器作为备用投入使用，通过母联开关继续带负荷运行，保证可靠持续供电。
若1#低压重合闸未投入或者1#低压重合闸投入了而没有满足重合条件，则投入2#变压器和母联开关的备自投功能，在2#变压器的额定容量大于实际负荷数值的条件下，则启动备用配电变压器的高低压开关合闸以及变压器低压侧母联开关的合闸命令，短时间内恢复供电。
2 重合閘及备自投智能控制方案
2.1 失压分闸情况
低压开关失压跳闸经过△t时间后收到保护信息，分为以下两种逻辑关系：
（1）若1#低压开关重合闸功能投入，执行1#重合闸逻辑关系。延时△t，判断1#变压器高压侧是否有压。若有压，重合1#低压开关；若无压且2#低压开关备自投和母联开关备自投功能均未投入，延时△t。若期间1#变压器高压侧有压，重合1#低压开关。
（2）若1#低压开关重合闸功能未投入或1#低压开关重合闸功能投入但没有满足重合条件，且2#变压器低压开关和母联开关投入备自投功能，则由2#变压器作为备用投入使用。2#变压器备自投功能投入后，判断2#高压开关高压侧是否有压。若有压，则分开1#变压器高压开关；若无压，退出备自投逻辑关系。分开1#高压开关后，合闸2#高压开关、合闸2#低压开关和母联开关。
2.2 故障分闸情况
低压开关过流故障跳闸后收到过流故障信息，分为以下两种逻辑关系：
（1）若1#低压开关重合闸功能投入，执行1#低压开关重合闸逻辑关系，重合1#低压开关。延时判断1#低压开关重合是否成功。若成功，则由1#变压器供电；若失败，则闭锁所有重合闸和备自投逻辑关系。
（2）若1#低压开关重合闸功能未投入且2#变压器低压开关和母联开关投入备自投功能，则由2#变压器作为备用投入使用。执行2#变压器备自投逻辑关系后，判断备自投是否成功。若成功，则由2#变压器供电；若失败（此时2#变压器低压开关过流跳闸），则分开2#变压器高压开关和母联开关，闭锁所有重合闸和备自投逻辑关系。
2.3 手动分闸情况
当低压侧开关手动分闸时，就是人为分开开关，此时是检修状态。在此状态下，低压开关分闸后，系统闭锁重合闸和备自投逻辑，防止装置误动作，造成设备损坏和人身安全事故。
3 仿真验证
3.1 仿真模型
根据图1所示的典型的10kV配网双变压器运行方式接线图，在PSCAD仿真环境下建立变压器变比为10/0.4kV、容量为100kVA的配电线路仿真模型。
3.2 仿真结果分析
以失压分闸情况下重合闸和备自投投切为例，设t=0时刻，1#变压器高、低压侧开关K1、K3都处于闭合状态，电源经1#变压器开始向负荷供电；2#变压器高低压侧开关K2、K4及母联开关K5都处于断开状态。
设t=0.2s时，1#变压器高压侧失压，以1#变压器和2#变压器高、低压侧及母联侧A相电压信号作为开关开闭状态的输入信号，测得重合闸情况下变压器高、低压侧及母联侧的电压波形；测得重合闸情况下变压器高、低压侧及母联侧的开关状态。设定Ua1、Ua2、Ua3、Ua4、Ua5分别为高、低压侧及母联侧的A相电压；k1、k2、k3、k4、k5分别为开关的开闭状态，高电平为导通状态；低电平为断开状态。经分析可知，t=0.2s时，高压侧电压Ua1瞬间降低，低压侧电压Ua2相继降低，延时△t=0.1后，1#变压器低压开关K3失压跳闸。0.3s后高压侧来电，延时△t后低压侧重合闸动作，合闸K3，继续向负荷供电。此时，2#变压器作为备用未投入使用，因此Ua3、Ua4、Ua5为零。
设t=0.2s时，1#变压器高压侧失压，以1#变压器和2#变压器高、低压侧及母联侧A相电压信号作为开关开闭状态的输入信号，测得备自投情况下变压器高、低压侧及母联侧的电压波形；测得备自投情况下变压器高、低压侧及母联侧的开关状态。设定Ua1、Ua2、Ua3、Ua4、Ua5分别为高、低压侧及母联侧的A相电压；k1、k2、k3、k4、k5分别为开关的开闭状态，高电平为导通状态；低电平为断开状态。经分析可知，若高压侧长时间失压，t=0.5s时高压侧电压仍未恢复正常，延时2△t，1#变压器高压侧开关K1断开，延时△t，2#变压器高压开关K2合闸，经△t后，低压开关K4和母联开关K5相继合闸。此时，2#变压器作为备用投入使用，1#变压器断开检修。
当处于故障分闸情况下，变压器低压侧失压分闸，系统收到失压保护信息。经仿真验证，重合闸和备自投功能相互配合，满足运行要求。
4 结语
本文提出一种双变压器重合闸及备自投智能投切的综合控制方案。当变压器高压侧短时失压又恢复供电时，低压开关分闸后，低压侧重合闸能在较短时间内动作，恢复供电；若1#变压器高压侧长时间失电或1#变压器低压侧重合闸功能不能正常投入时，2#变压器作为备用投入使用，通过母联开关继续带负荷运行。
通过该方法，当发生故障后，能够在较短的时间内自动恢复供电，且无需供电人员亲自跑到现场进行人工操作，真正实现了可靠、安全、经济运行。
参考文献
[1]徐丹.配电变压器的经济运行方式研究[D].华北电力大学，2013.
[2]骆群.配电变压器自动投切装置的研究[J].电工技术，2011，（7）：29-30.endprint
