母線倒閘操作與運行方式變化時的風險防范

彭宏生，文 濤，王丹華

(丹江口水力發電廠，湖北 丹江口 442700)

1 概述

丹江口水力發電廠(以下簡稱丹江電廠)是我國上世紀60年代在漢江干流上興建的大型水電廠，裝有6臺150 MW混流式水輪發電機組，年平均發電量38.3億kWh，保證出力25.9萬kW，以6條220 kV線路、7條110 kV線路分別向湖北、河南兩省供電，同時也是湖北電網調頻、調峰、事故備用和旋轉備用的主力電廠。

近年來，隨著電廠機組與設備的老化，電廠設備改造與更換工作十分密集。為配合南水北調中線丹江口大壩加高工程，電廠6臺發電機組將全部改造。加之電廠220 kV，110 kV開關站隔離刀閘與開關相繼進入老化期，在運行與操作中設備故障頻發，給安全運行帶來極大風險。為此，電廠加大220 kV，110 kV開關站電氣設備的更換速度，同時更換各線路與發變組保護裝置。

頻繁的設備改造更新，帶來頻繁的220 kV，110 kV母線倒閘操作。投運前必須騰出一條空母線給新設備做試驗，加之定期的母線年檢與母差保護校驗工作，母線倒閘操作每年高達上百次，對電廠的安全運行產生了嚴重的影響。下面，就近年來丹江電廠在220 kV，110 kV母線倒閘操作中遇見的問題與技術組織措施進行探討。

2 母線倒閘操作的原則與常見問題

2.1 系統主接線與母線保護配置情況

圖1 丹江電廠電氣主接線

丹江電廠220 kV，110 kV系統均為雙母線帶旁路的電氣接線。220 kV母線保護為雙重配置：一套為北京四方繼保自動化股份有限公司生產的CSC-150型數字式母線保護裝置，另一套為深圳南瑞股份有限公司生產的BP-2B型微機母線保護裝置。110 kV母線保護為許繼公司生產的JMH-1型母線保護。丹江電廠電氣主接線如圖1所示。

2.2 母線倒閘操作的原則

常見的母線倒閘操作有4種，以220 kV系統為例，即：220 kVⅠ母倒至Ⅱ母運行，Ⅰ母停電解備；220 kVⅠ母送電，220 kVⅠ、Ⅱ母合環運行；220 kVⅡ母倒至Ⅰ母運行，Ⅱ母停電解備；220 kVⅡ母送電，220 kVⅠ、Ⅱ母合環運行。當然，其他形式的倒閘操作也有許多，但操作原則基本上都是一致的，主要有以下幾點。

(1) 操作前對運行方式要認真考慮，恢復雙母線正常運行時，接在每條母線上的開關數量要相當，負荷安排要合理，母聯交換功率不能太大。每條母線電源變壓器要保持一個中性點接地，雙回線應各占一條母線，以提高供電的可靠性。

(2) 倒母線必須保證母聯開關在合位，并在倒閘過程中斷開母聯開關操作電源。用母聯對母線充電前必須正確加用母線充電保護，充電正常后立即退出，倒閘過程中必須確保母線保護正常運行。母線倒閘過程中，此時因元件同時與兩母線相連，應投入母差互聯壓板，實現非選作用。

(3) 倒閘操作中，把全部備用的母線隔離開關合好后，應確認所有隔離開關的二次輔助接點轉換到位，母線保護與監控系統無異常信號與輸出，再拉開全部工作的母線隔離開關。在母線隔離開關的合、拉過程中，為避免發生較大火花，應考慮先合距母聯開關最近的隔離開關，拉閘的順序與其相反。盡量減少操作母線隔離開關時的電位差。

(4) 斷開母聯開關前，母聯開關三相電流指示應為零；同時，隔離開關輔助觸點、位置指示器應切換正常，母線保護與監控系統無異常信號與輸出。重點防止因“漏”倒設備，或從母線電壓互感器二次側反充電而引起事故。

2.3 母線倒閘操作中常見的問題與處理辦法

母線倒閘操作中的常見問題是，隔離開關二次輔助接點轉換不到位，隔離開關一次觸頭接觸不到位或機構卡澀。

(1) 隔離開關二次輔助接點轉換不到位是令現場操作人員最頭疼的問題。輔助接點轉換不到位，將直接影響到線路與母線保護的安全運行。通常，當隔離開關操作后，若通過監控系統發現二次輔助接點沒有轉換到位，可將該隔離開關再拉合操作一次。多數因機構卡澀所出現的接點轉換不到位，經過再次操作均能恢復。如果恢復不了，必須停止母線倒閘操作，查找原因并處理。對于母線保護，必要時可按照實際運行方式進行強制手動切換。

(2) 隔離開關一次觸頭接觸不到位，有頂死及三相不同步現象。發現有卡澀頂死現象，切不可蠻力繼續操作，應先停止操作，仔細觀察故障現象及原因。可以先將隔離開關拉開一次，重新操作，如果故障仍然存在，必須停止母線倒閘操作。如果是新設備試驗工作，可以考慮換另外一條母線停電當試驗母線。丹江電廠就曾因為110 kV丹鳳線Ⅰ母母線側隔離開關、220 kV丹韓線Ⅰ母母線側隔離開關機構故障而無法操作，制約了母線倒閘方式。因此，也必須加強隔離開關的維護與更新改造步伐。

3 母線倒閘操作中的組織措施與注意事項

3.1 從技術與組織上給予高度重視

(1) 220 kV，110 kV母線是電廠最重要的設備，它的安全運行關系到整個電廠的發供電運行。母線發生故障或異常情況，將可能導致全廠停電、機組停運、電網大面積停電，對電網穩定造成巨大威脅。電廠歷來高度重視母線的安全運行工作，做到責任明確，措施到位。母線倒閘操作前，必須召開各部門之間的碰頭會，交代操作中的風險與預防措施，明確各職能部門的任務與職責。

(2) 母線倒閘操作，必須得到湖北電力調度中心的授權許可。丹江電廠加強與調度機構的聯系與協調，對調度預發的操作命令要求值長予以詳細閱讀，核對命令票是否符合現場條件。對現場操作票要求值班員仔細填寫，使用前必須通過三級審查，核對微機防誤裝置完好，按照操作票正確模擬并將信號傳輸至電廠220 kV，110 kV開關站值班室。

(3) 由于丹江電廠220 kV，110 kV開關站遠離主廠房，在壩區的山谷中，現場只有2名運行值班員值班，加之220 kV，110 kV開關站一次、二次設備繁雜眾多，操作風險較大。為此，電廠制定了母線操作雙監護制度，即在開關站2名值班員操作監護的同時，當值副值長必須到達現場進行雙監護。同時，電廠安監部、生產部、運行部、檢修車間主要負責人必須到場監督，隨時處理與協調操作中出現的問題，確保母線倒閘操作正確無誤。

3.2 母線倒閘操作中應注意的事項

(1) 母線倒閘操作一定要在天氣良好的條件下進行，不良的天氣情況對倒閘操作有著不利的影響，有時甚至會造成母線保護的誤動。例如：2012-07-22T05:30，丹江口雷雨大風天氣，110 kV母差保護盤出現Ⅱ母母差動作，110 kV系統Ⅱ母上丹23、丹27、丹22、丹24開關突然跳閘。經過分析，認為這一方面是由于惡劣天氣造成母線保護受到沖擊；另一方面是運行了長達20年的110 kV母線保護可能存在安全隱患。

(2) 操作前必須全面檢查母線及其相關設備，熟悉現場設備缺陷。如果母線上所接隔離開關有機構故障，應考慮換另外一條母線停電。

(3) 母線倒閘操作前，必須考慮有關繼電保護裝置的相應操作，并注意負荷潮流、主變中性點的調整。原則上應保證每條母線有一個主變中性點接地，Ⅰ、Ⅱ母母線上元件負荷均衡，母聯開關運行交換電流合理。

(4) 正確投退母線充電保護與母聯過流壓板。對停電母線充電，必須加用母線充電保護，充電正常后，立即退出壓板。配合新設備試驗前，加用母聯過流壓板，試驗完畢后一定要停用。否則，當電網受到外部沖擊時，很容易造成母聯開關誤跳閘。

(5) 操作中發現有異常問題時，不可盲目繼續操作，應立即與控制室值長、現場技術人員溝通解決。尤其對隔離開關不到位現象，切不可蠻力強行推入。曾經就發生過因強行推入導致操作中隔離開關支柱斷裂，造成母線接地短路而引發的電網停電重大事故。

(6) 操作中，當隔離開關有位置變化時，母線保護開入變位置有信號指示，必須及時給予確認復歸。每組隔離開關操作完畢后，要確定其二次接點與位置全部轉換為實際情況，保護與自動裝置無其他異常信號。控制室值班監視人員要密切關注監控系統畫面信息情況，及時通過對講機或電話與現場人員溝通解決。

4 母線倒閘操作與運行方式變化時的電網安全穩定問題

丹江電廠220 kV，110 kV系統是通過2號、3號主變聯絡運行的。由于歷史上的原因，7條110 kV線路全部向庫區周邊的丹江口、漢江集團，河南淅川、鄧州縣市供電。通常情況下，110 kV系統總負荷為400～500 MW，而由220 kV系統通過2號、3號主變送往110 kV系統的功率為200～300 MW。電網穩定問題相對突出。

4.1 220 kV系統雙母線運行倒閘為單母線運行時對110 kV系統穩定的影響與風險

220 kV系統正常雙母線運行時，丹江2號、3號主變壓器分別運行在220 kV系統Ⅰ、Ⅱ母上，即使一條母線故障，一臺聯絡變壓器停運，仍然有另外一條母線與聯絡變壓器運行，不會對110 kV系統供電造成太大影響。而一旦220 kV系統為單母線運行時，母線故障，必將導致丹江2號、3號主變壓器與220 kV系統脫離。通常情況下，110 kV系統負荷在400～500 MW，在110 kV系統運行的1號、2號、3號機組因受水庫水位、檢修等因素影響而不能全開滿發時，巨大的負荷差將導致110 kV系統崩潰，造成大面積停電事故。

為此，電廠專門設置安裝了220 kV母線故障聯切110 kV系統線路的穩定裝置，由運行值班人員根據220 kV運行方式的變化與負荷潮流的大小，合理選擇聯切110 kV系統的線路，以便在發生220 kV母線故障時，切除部分110 kV負荷，使得丹江110 kV自供區電網能夠孤網運行，直至恢復正常運行方式。

4.2 110 kV系統雙母線運行倒閘為單母線運行時的風險控制

110 kV系統雙母線運行倒閘為單母線運行時，如果發生母線故障，母線上所有開關將跳閘，丹江110 kV自供區電網必定全部停電，造成大面積停電事件。

為防范110 kV系統雙母線運行倒閘為單母線運行時的風險，電廠在母線倒閘操作前，制定了詳細的事故應急預案，并向丹江110 kV自供區電網各級調度機構下發通知，做好風險控制。同時，要求河南省用戶在此期間將負荷倒由河南電網供電，其他用戶限制負荷在規定最小值范圍。對于電廠的試驗與檢修工作，則要求盡可能早日完工，以便盡快恢復110 kV系統正常雙母線運行方式，從而恢復丹江110 kV自供區電網的正常運行。