一起電壓互感器反充電事件的分析①

劉劍勇， 胡岸武， 朱志杰

(1.華北電力大學電氣與電子工程學院， 保定 071003；2.江西省電力公司超高壓分公司， 南昌 330029)

一起電壓互感器反充電事件的分析①

劉劍勇1，2， 胡岸武2， 朱志杰2

(1.華北電力大學電氣與電子工程學院， 保定 071003；2.江西省電力公司超高壓分公司， 南昌 330029)

針對電壓互感器反充電事件時有發生的情況，文中分析了某500kV變電站發生的一起220kV母線電壓互感器反充電事件的詳細經過和發生原因；利用回路圖闡述了目前雙母線接線形式中最常見的三種電壓互感器二次電壓切換繼電器的切換原理；比較它們在回路的復雜程度、刀閘輔助接點的可靠性以及繼電器復歸線圈的性能等方面的差異；最后，綜合它們在應用中的優缺點，提出采用單接點自保持切換方式，同時在切換回路中加裝一小容量空氣開關能較理想的避免反充電事件的發生。

母線； 電壓互感器； 繼電器； 反充電

電氣主接線為雙母線接線，為保證保護裝置、測量和計量等設備采集的二次電壓與一次對應，必須設置二次電壓切換和并列回路。另外，當某一母線電壓互感器(PT)檢修或因故停運時，還可通過電壓切換回路來保證該段母線所接設備繼續正常運行[1～4]。但由于此類回路的存在，當一組PT退出運行切換為由另一組PT供電時，如一次回路沒聯絡，退出的PT二次輸出沒斷開，則會導致由另一組PT通過退出PT的二次側向一次設備反充電。電壓互感器相當于一個低內阻電壓源，且因電壓變比的存在(以220 kV系統為例，k=1/22002)，從其二次側看輸入端的輸入阻抗非常小，因而當出現反充電時，一方面危害安全，另外一次側電容電流將使二次回路過載，可能造成正常運行的電壓互感器二次側總空氣開關跳閘。因此現行的相關規程規范和反措均強調嚴禁電壓互感器反充電。

在現場，鑒于設計、安裝以及運行維護等環節的疏漏，電壓互感器反充電事件還時有發生。本文結合一次反充電事件，探討了目前220 kV高壓電網中三種電壓切換方式的優缺點，提出一些建議。

1 事件經過

在某500 kV變電站#2主變擴建項目竣工送電過程中，施工單位以220 kVⅠ母作為試驗母線做#2主變帶負荷試驗。當時運行方式如圖1所示，Ⅰ母僅接入#2主變中壓側202開關及母聯231開關，其余所有元件均運行于Ⅱ母。

當帶負荷試驗結束，運行人員接調度令斷開母聯231開關后，位于保護小室的#2主變保護C屏立刻冒出濃煙和難聞氣味。緊接著運行在Ⅱ母上所有線路的A套保護出現交流電壓回路斷線告警，同時220 kV母線保護RCS-915CT 報Ⅱ母電壓開放告警。現場人員檢查發現Ⅱ母電壓互感器端子箱內第一繞組交流電壓總空氣開關跳閘。初步分析，可能是202開關的檢同期電壓回路有問題，導致Ⅰ母電壓互感器發生反充電，故立即將該開關的檢同期電壓回路隔離，同時檢查Ⅱ母電壓互感器第一繞組交流電壓回路絕緣情況，未發現異常后合上該繞組總空氣開關。各220 kV線路A套保護告警立刻復歸，同時母線保護RCS-915CT裝置Ⅱ母電壓開放告警也復歸，變電站恢復正常運行。

圖1 主接線示意圖Fig.1 Main electrical connection diagram

2 事故分析

事后檢查發現燒毀部位為#2主變保護C屏中壓側202開關FST-32操作箱中ZJ、YQJ等四塊插件。從插件位置及燒焦程度看，著火點應是YQJ插件，其他插件是YQJ著火后引燃或熏黑的。由于YQJ插件的功能是實現Ⅰ、Ⅱ母電壓切換，并將切換后的電壓引入202開關測控裝置作檢同期合閘用。因此檢查人員重點檢查了與該電壓切換相關回路，發現202開關Ⅱ母側2022刀閘啟動切換繼電器用常閉接點的一端引到了切換裝置，但另一端未引線。查設計圖紙，該刀閘常閉接點未引線的一端應在機構箱內和其一常開接點的正電源端并接，而現場無此并接線，如圖2所示。這樣該刀閘的常閉接點正電源端其實未引入到切換裝置，而該接點的作用是復歸202開關FST-32操作箱中2YQJ切換繼電器。至此，可認定此次事件是由于施工單位漏接線引起切換繼電器未正常復歸，進而導致Ⅰ母電壓互感器在二次側形成反充電造成的。

在帶負荷試驗前切換繼電器2YQJ曾動作過且一直未復歸，這就將Ⅱ母電壓互感器第一繞組二次電壓A640Ⅰ引到了切換后的電壓回路A720Ⅰ。帶負荷試驗中合Ⅰ母2021刀閘時，1YQJ動作又將Ⅰ母電壓互感器第一繞組二次電壓A630Ⅰ引入A720Ⅰ回路，這時兩母線電壓互感器二次側的A630Ⅰ、A640Ⅰ已并列。當調度下令斷開母聯231開關后，兩母線一次設備斷開聯絡，Ⅰ母一次側失去電壓，Ⅱ母二次側電壓A640Ⅰ就通過兩副切換繼電器接點在Ⅰ母二次側形成反充電。反充電產生的大電流燒毀切換插件，并使Ⅱ母電壓互感器端子箱內第一繞組交流電壓總空氣開關跳閘，造成運行于Ⅱ母上所有線路的A套保護交流電壓消失，同時接該繞組交流電壓的母線保護RCS-915CT也因失壓而開放閉鎖。

圖2 電壓并列及切換回路Fig.2 Voltage parallel and switching circuit

圖3是事故發生時錄波圖，由圖可知：當母聯231開關斷開的一瞬間Ⅰ母電壓三相驟然減小，Ⅱ母電壓A相也略有降低，有效值為51.8V，而BC兩相電壓正常，有效值分別為60.29V，60.08V。錄波圖進一步證實了事故分析結論。

圖3 故障錄波圖Fig.3 Disturbance waveforms of fault

3 改進及防范措施[5～11]

盡管此次反充電事件發生的直接原因是施工單位漏接線造成的，但這也與目前雙母線接線方式電壓切換回路的不完善密切相關。目前，高壓電網中主要采用三種類型電壓切換回路：采用單個刀閘輔助接點控制的非保持切換回路(圖4a，以下簡稱單接點非保持)、采用單個刀閘輔助接點控制的自保持切換回路(圖4b，以下簡稱單接點自保持)和采用雙刀閘輔助接點控制的自保持切換回路(圖4c，以下簡稱雙接點自保持)。

(a) 單接點非保持繼電器

(b) 單接點自保持繼電器

(c) 雙接點自保持繼電器圖4 三種類型的電壓切換回路Fig.4 Three kinds of voltage switching circuits

單接點非保持方式是通過接入線路Ⅰ、Ⅱ母側刀閘的常開輔助接點來控制切換繼電器的。當線路Ⅰ母側刀閘(1G)合上時，刀閘常開輔助接點閉合啟動1YQJ切換繼電器，1YQJ動作后把Ⅰ母二次電壓引入切換后回路；當線路Ⅱ母側刀閘(2G)合上時，刀閘常開輔助接點閉合啟動2YQJ切換繼電器，2YQJ動作后把Ⅱ母二次電壓引入切換后回路；而當1G和2G都合上或都斷開時，其切換回路相應把Ⅰ母、Ⅱ母二次電壓都引入或都不引入切換后回路。

單接點自保持方式也是接入線路Ⅰ、Ⅱ母側刀閘的常開輔助接點來控制切換繼電器。其與單接點非保持方式的區別是，當1G閉合時，其常開接點除啟動1YQJ繼電器把Ⅰ母二次電壓引入切換后回路外，同時還會復歸2YQJ繼電器。當2G閉合時亦同。這樣就可有效避免Ⅰ、Ⅱ母二次電壓非正常并列。

雙接點自保持方式是把Ⅰ、Ⅱ母側刀閘的常閉、常開同時接入切換繼電器，這樣當1G合上、2G斷開時，1G的常開接點閉合啟動1YQJ繼電器，同時2G的常閉接點閉合復歸2YQJ繼電器，反之亦然。而當1G和2G同時合上或斷開時，其Ⅰ、Ⅱ母二次電壓將一起引入或不引入切換后回路。

三種切換繼電器各有優缺點，采用單接點非保持方式的優點是簡單、便于實現，但當刀閘輔助接點接觸不良時保護會失去電壓，因此其對刀閘輔助接點的可靠性要求非常高。而采用單接點自保持或雙接點自保持方式時保護一般不會失去電壓，但由于存在保持回路而容易造成Ⅰ、Ⅱ母二次電壓非正常并列。它們的具體差別見表1。

表1 三種電壓切換回路性能比較Tab.1 Comparison of the three kinds ofvoltage switching circuits

綜上所述，可以看出采用單接點自保持方式相對比較理想。它只有在切換繼電器復歸線圈不可靠的情況下才會引起電壓非正常并列，現在各個廠家的繼電器制造工藝已經非常成熟，現場出現這種情況較少，因此建議優先采用此方式。隨著一次設備的不斷完善，刀閘輔助接點的可靠性也不斷增強，單接點非保持方式的應用優勢也漸漸凸顯。而雙接點自保持方式由于要求輔助接點多、回路復雜且容易造成二次電壓的非正常并列等原因在應用中已不具備優勢，建議不采用此方式。國家電網公司企業標準Q/GDW 161-2007中關于電壓切換回路也明確規定應采用單接點啟動方式[12]。

根據經驗，建議在母線電壓互感器端子箱二次電壓空開后，電壓切換前的回路中加裝一小容量空開。這樣即使發生反充電，由于該空開容量較小會先于母線電壓互感器端子箱二次電壓總空開跳閘而切斷并列回路，從而能避免引發后續事故。

4 結語

當前我國電網發展速度迅猛，各類新、擴建變電工程非常多，為確保電力系統的安全穩定運行，必須高度重視工程中的各個細節，尤其是設計審查、工程施工、竣工驗收、技術監督等環節。本文通過一次電壓反充電事件，對雙母接線方式下電壓切換回路做了分析，在綜合比較三種常見電壓切換回路性能優缺點的基礎上，提出采用單接點控制的自保持切換方式和在切換回路中加裝小容量空氣開關的方案能較理想的避免發生反充電事件。

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AnalysisofOnePotentialTransformerAnti-chargingIncident

LIU Jian-yong1，2， HU An-wu2， ZHU Zhi-jie2

(1.School of Electrical and Electronic Engineering, North China Electric Power University,Baoding 071003, China；2.Jiangxi Electric Power Company Extra Voltage Branch, Nanchang 330029, China)

PT anti-inverse charge is always happen in power system.The detail process and causes of a 220 kV bus PT anti-inverse charge incident at a 500 kV substation were analyzed in the paper.Then three types switch relays principles were described using circuit figures,and the differences of requirements in the complexity of loop,the reliability of auxiliary contacts and the performance of relay reset coil were compared.Combining their advantages,an single-position self-maintaining switch approach was proposed.Studies indicate that adding an additional small capacity air breaker in the switch circuit is a better way to avoid anti-inverse charge.

bus bar； potential transformer； relay； anti-inverse charge

2010-12-04

2011-01-11

TM711； TM714

A

1003-8930(2011)02-0081-04

劉劍勇(1982-)，男，碩士，研究方向為繼電保護。Email:jyliu82@yahoo.com.cn

胡岸武(1983-)，男，大專，助理工程師，研究方向為繼電保護。Email:cgy0459@163.com

朱志杰(1981-)，男，碩士，助理工程師，研究方向為繼電保護。Email:goatzzj@163.com