500 kV內橋接線變電站停電安全淺析

莊秋月，李凡紅

(國網四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610041)

500 kV變電站在有兩條出線、3臺開關的情況下設計優先采用內橋接線方式，其優點在于一方面線路的停、送電操作比較方便，發生故障時也不會影響其他回路的正常運行;另一方面具有占地面積少的特點。但此時主變壓器發生故障或誤操作所造成的安全風險因素則相對要高得多，這就對變電站運行維護及倒閘操作的安全可靠性提出了更高要求。

1 運行方式簡介

500 kV南壩變電站是電能量匯聚和轉供的中樞站，其內橋主接線如圖1所示，為簡潔起見，圖中只標明了設計的開關、刀閘及母線，其余均省略。其中，兩條500 kV線路分別由原連接綿陽至廣元的樂昭二線開π而來，主變壓器高壓側則通過隔離刀閘(50124和20123)與500 kV部分連接;220 kV部分采用雙母單分段方式將周圍小水電匯集并送至主電網中;35 kV采用單母方式來實現系統電壓調整以及站用電供給。因此，該站高壓側的運行工況主要存在以下4種方式。

方式1:橋5012開關合位，兩條線路帶兩臺變壓器并列運行(正常運行方式);

方式2:橋5012開關合位，一條線路帶兩臺主變壓器運行(另一條線路停電檢修);

方式3:橋5012開關合位，兩條線路帶一臺主變壓器運行(另一臺主變壓器停電檢修);

方式4:橋5012開關分位，兩條線路分別帶兩臺主變壓器運行。

其中，方式1、方式4為常見運行方式，變電安全可靠性也較高;方式2、方式3僅在一條線路或一臺主變壓器停電檢修時出現，運行可靠性相對較低，此時若供電線路永久性發生故障，將極易出現全站失電的情況，因此需采取有效措施來避免。

由于內橋方式中變壓器高壓側僅設置了隔離刀閘，而隔離刀閘不能帶負荷拉合變壓器［1］，這就要求主壓器變故障停電操作時必須將變壓器全停后方可拉合此刀閘以進行主變壓器故障點的隔離，從而給變壓器相關的倒閘操作帶來了一定的麻煩，更有可能發生誤操作事故。同時，在投切變壓器過程中所產生的操作過電壓、勵磁涌流等因素是變壓器送電操作中涉及到的典型危險點，因此有必要對內橋方式下變壓器操作進行對比研究。為敘述簡潔，僅以變壓器停電操作為例來詳細分析可能帶來的安全風險。

圖1 500 kV南壩站一次主接線圖(高壓側)

2 操作危險點分析

對于500 kV常見的3/2接線或全橋接線方式，由于變壓器及兩側開關為一個完整的電氣單元，變壓器停電操作只需順序拉開低、中、高壓側開關及其兩側刀閘，并做好安全措施即可。而內橋接線由于方式特殊，變壓器停電操作會影響到一回線路的正常運行［2］，如有需要還必須考慮主變壓器停電后對所受影響的線路恢復供電。

變壓器停電操作應遵循先停負荷側，后停電源側的基本原則［3］。因為變壓器在操作過程中，先停電源側時容易導致負荷側向變壓器反送電，若此時發生故障還可能造成保護裝置誤動或拒動，延長故障切除時間，擴大故障范圍。就500 kV南壩變電站而言，220 kV部分多為小型水電站，先期投運的兩條線路接至水晶電廠，電能通過水晶一、二線在變壓器匯集后由廣南、綿南線送出。在調度規程中關于變壓器的操作規定也明確指出:500 kV變壓器宜從500 kV側停電或充電，必要時也可以從220 kV側停電或充電。但500 kV變電站電源側與負荷側并沒有明顯意義上的界定或規范。因此，變壓器停電操作從整體上考慮兩種方案(以標準運行方式1為例分析1號主變壓器的停電操作，低壓側均為負荷，在此不做討論)。

方案1:先停低壓側，再停中壓側，后停高壓側。

主變壓器在斷掉低壓側、中壓側負荷后，再操作500 kV部分則相當于用高壓側切斷空載變壓器。

①橋5012開關、線路5011開關

500 kV廣南線路長達170 km，若先操作橋5012開關，則相當于長線路末端帶空載變壓器。根據輸電線路等值電路的簡化計算，可將長距離輸電線路分解成若干個小距離段，得到長線路運行下的集中參數等值電路如圖2所示。其中，R、XL、XC分別為長線路的等值電阻、等值電抗、等值容抗。

從圖2可以看出，長距離輸電線路下系統的對地容抗大大提高，且分裂導線的使用可相對減小線路電抗值，即與大地平行的長距離輸電線路最終類似于在線路與大地間并聯了一個大容抗值的電容。由長線路運行帶來的容升效應可知，電容補償無功后將大大提升線路末端電壓U0。U0加在空載變壓器上達到一定值時可能造成變壓器工作磁通密度增加、鐵心飽和，即產生變壓器過勵磁現象，嚴重影響變壓器絕緣。

在此基礎上，此時如再操作線路5011開關，在切斷空載變壓器的過程中還可能出現幅值較高的操作過電壓U1，它與U0疊加后所產生的過電壓U值將更大，從而對變壓器及整個系統的安全運行造成極大的威脅。

另外值得一提的是:考慮到變壓器本質上相當于一個感性負載，在與長距離輸電線路對地的等值電容參數配合下，在進行操作時是否還可能形成振蕩回路產生諧振現象出現嚴重諧振過電壓?若L、C參數匹配，符合諧振回路構成的條件，產生的過電壓還將包括因諧振引起的諧振過電壓(實際可達3倍左右)，最后疊加產生的過電壓U很可能達到6倍的額定電壓以上。這也是一個值得思考和分析的問題。

②線路5011開關、橋5012開關

圖2 輸電線路集中參數等值電路

在操作完線路5011開關后，運行方式為:綿陽線、2號主變壓器帶全站負荷，此時切除橋5012開關對系統過電壓及變壓器絕緣影響并不大。操作過程中若1號主變壓器發生故障，保護跳5012而該開關拒動，則2號主變壓器也將被迫停電，從而引起全站失電。但該類事件為概率性事件，發生的可能性較小，但這也對橋開關的保護配置、功能回路提出了更高的選擇性、靈敏性要求。

方案2:先停低壓側，再停高壓側，后停中壓側

前面在變壓器操作的原則中已經提到，500 kV對電源側、負荷側沒有明顯的范圍界定。華中電網就500 kV變壓器操作順序規定為:500 kV停(送)電，220 kV解(合)環。逆向思維從送電角度出發思考，500 kV變壓器應從高壓側送電，主要基于以下因素考慮:①是變壓器高壓側電流小，且都配備有完整繼電保護，合高壓側開關逐步送電時若發生故障可以查看是哪步操作導致的故障以及時排查，此時低壓側未帶負荷不會出現高壓側保護動作甩負荷的情況;②若是從低壓側送電，此時高壓側開路，帶負荷合高壓側開關對主變壓器沖擊合閘時所產生的勵磁涌流很大，由此帶來的電動力對變壓器的機械強度也是一個巨大的考驗，不利于變壓器的長期運行，且此時主變壓器故障還可能造成甩負荷。綜合上述分析可知，變壓器宜從高壓側送電，停電則順序相反。特殊情況下需要先從高壓側停電時，橋5012開關與線路5011開關的操作順序同樣也影響到變電站安全運行。

③線路5011開關、橋5012開關

這種情況下，操作先拉開線路5011開關后，變電站運行方式變為一條線路帶兩臺主變壓器供全站負荷，此時若1號主變壓器發生故障，保護裝置若正確動作跳開橋5012開關及中壓側201開關(5011開關及301開關已經斷開)，對本次倒閘操作的安全影響相對較小;若此時橋5012開關失靈拒動，則斷路器失靈保護動作還將導致2號主變壓器失電，引起全站停電。因此，此種操作方式并不能滿足變電站安全運行的需要。

④橋5012開關、線路5011開關

停電操作拉開橋5012開關后，由兩條線路帶兩臺變壓器并列運行的方式1變成了兩條線路分別帶兩臺主變壓器運行的方式4，供電可靠性并不受影響，且由于220 kV還有部分負荷，此時再操作線路5011開關，即使1號主變壓器故障跳閘，對運行安全并沒有多大的影響。

3 優化方案

通過以上多種操作方案的對比分析，可將各利弊總結歸納如表1。

表1 主變壓器停電操作方案的利弊對比

從上述方案對比可知，內橋接線方式下的變壓器停電操作宜按低壓側、高壓側的順序，高壓側則應先操作線路側開關，后操作橋開關，以避免操作引起的過電壓對變壓器的絕緣水平造成威脅，最后再操作主變壓器高壓側隔離刀閘以隔離主變壓器。若主變壓器停電操作后還需對停電線路恢復供電，還應及時操作線路開關以切實達到操作目的，但應注意設計各類保護的動作配合，及時投切相關保護功能。

圖3 綿陽—南壩—廣元局域電網分布圖

同時，從以上多種操作方案存在的危險點分析中可以看出，橋開關是保證供電可靠性的重要因素。從圖3綿陽—南壩—廣元局域電網的分布圖可知，在以上各類方案的操作過程中，1號主變壓器的停電操作導致武昭停電后，廣元站由富樂變電站通過樂昭一線單線供電，廣元站就500 kV部分形成孤網運行方式，若此時樂昭一線線路跳閘，而保護及重合閘未正確動作或誤動作，廣元站500 kV部分兩條進線全部斷電，將大大降低變電站供電可靠性，更有嚴重者將導致變電站乃至廣元局域電網大面積停電，對電力系統的經濟運行造成巨大損失。

4 防誤操作措施

變電站倒閘操作的正確性是確保變電站安全可靠運行的關鍵，內橋接線方式下的變壓器防誤操作顯得更為重要。綜上分析，可采取下列措施切實保證供電可靠性。

(1)嚴防誤拉合主變壓器高壓側隔離開關。由于內橋接線的特殊性，運行時確保變壓器高壓側隔離開關的正確操作是非常重要的環節，即該刀閘的基本操作條件是:只有在低、中、高壓側開關及橋開關斷開后才能進行操作。因此，必須對該刀閘及相關設備的五防、間隔邏輯及有關電氣聯鎖固化，確保聯鎖條件的正確無誤。

(2)對于程序化操作方式而言，應根據不同的運行方式擬定正確的操作步驟，并定期對程序化邏輯進行復查與審核。在對運行人員的技術或專題培訓中，還應定期進行學習、演練，以提高值班人員的正確操作及應急處理事故能力。

(3)內橋接線的停送電操作必須提前考慮全網系統的潮流走向及運行方式，對操作過程中可能存在的隱患和問題要及時分析，并匯報各省調部門，避免出現操作過程中站內設備的正常運行。

5 結語

500 kV變電站采用內橋接線方式具有一定的特殊性，從停送電操作方面對各方案的優劣進行了分析和比對，并綜合實際情況對操作方案進行了合理優化，為變電站值班員的倒閘操作提供了一定輔助決策，切實提高變電站安全操作水平。

［1］DL/T 572-2010，電力變壓器運行規程［S］.

［2］王輯祥.電力接線原理及運行［M］.北京:中國電力出版社，2005.