交流電壓切換回路的原理及應用

(河北省唐山市陡河發電廠，河北 唐山 063028)

1 交流電壓切換回路的原理

在一次主接線為雙母線的變電所中，為使二次回路計量、保護等設備輸入的二次電壓能與一次運行的母線對應，二次電壓必須作相應的切換，為此，需要設置交流電壓切換回路。

典型的TV二次電壓自動切換回路原理如圖1所示，利用相應單元隔離開關的輔助接點1G、2G起動切換繼電器1YQJ、2YQJ，由切換繼電器的接點對電壓回路進行自動切換。

圖1 交流電壓切換回路原理圖

當然，TV二次電壓切換也可以手動進行。只需將圖1中切換繼電器啟動回路取消，而由手動切換開關的位置接點代替切換回路中切換繼電器1YQJ、2YQJ的相應接點即可。

手動切換的好處是回路簡單，連接可靠，但需要人工操作，而且一、二次操作不能完全同步。自動切換能做到一、二次操作基本同步，但回路較手動切換復雜，當流電源消失或輔助接點接觸不良時，1YQJ、2YQJ將返回，交流電壓也將消失。

為提高自動切換的可靠性，1YQJ、2YQJ可選雙位置繼電器，由該繼電器構成的電壓切換回路可稱為自保持電壓切換回路。雙位置繼電器的優點是即使直流電源消失或隔離開關輔助接點接觸不良，繼電器仍將保持原有位置。雙位置繼電器電壓切換回路的構成有很多形式，既可以采用隔離開關的單輔助接點進行切換，也可以采用隔離開關的雙輔助接點進行切換。單輔助接點切換回路在一只切換繼電器動作的同時去復歸另一只切換繼電器，兩只繼電器一定只有一只在動作狀態。

雙位置繼電器電壓切換回路的優點是即使直流電源消失或隔離開關輔助接點接觸不良，繼電器將保持原有位置，計量及保護裝置不致失去交流電壓，因此得到了廣泛的應用，但這種繼電器仍存在事故隱患，需要制定相應的反事故措施，本文將對此進行詳細分析。

2 現場實際應用案例分析

2.1 故障現象

2008年2月28日，南京220kV大定坊變電站按調度令進行操作，將220kV雙母線由并列運行方式改為Ⅱ母單獨運行(原有Ⅰ母運行間隔接入Ⅱ母運行，Ⅰ母不帶電退出運行)。操作完畢后值班人員發現Ⅰ母仍有電壓(231kV)，并將故障上報。

2.2 故障排查及原因分析

繼電保護人員到達現場后，在中間繼電器屏(以下簡稱“中繼屏”)測量電壓后發現，該屏至各保護屏Ⅰ母電壓小母線電纜上有電壓(單相57．7V)，而至Ⅰ母TV二次側電纜無壓，判斷問題可能出在本屏電壓二次并列回路上。電壓二次并列時，切換繼電器(簡稱“YQJ”)線圈帶電，其常開接點YQJ閉合，使Ⅰ、Ⅱ小母線電壓并列(如圖3所示)。在目前運行方式下，若YQJ線圈錯帶電或接點粘死，則Ⅱ母電壓加至Ⅰ母，有可能造成所謂的“Ⅰ母帶電”現象。YQJ為電磁型繼電器，經檢查發現無異常。由此得出結論：問題的根源不在中繼屏。

保護人員采用排除法，分別解開中繼屏至各間隔保護屏頂小母線電纜，當解開至1#主變保護屏電纜時，故障現象消失。對1#主變保護(PST-1202 A保護)電壓切換回路進行分析，其原理如圖2、圖3所示：圖2中，1YQJ為雙位置電壓切換繼電器，當Ⅰ母隔離開關合位時，常開接點1G1閉合，1YQJ勵磁線圈帶電，圖3中常開接點1YQJ閉合，Ⅰ母電壓經空開1ZK進入保護；與之對應，當Ⅰ母隔離開關分位，圖3中常閉接點1G2閉合，1YQJ消磁線圈帶電使繼電器復歸，圖3中常開接點1YQJ斷開(Ⅱ母電壓切換原理同Ⅰ母)。當前運行方式為Ⅱ母單獨運行，Ⅰ母隔離開關應在分位，此時1G1應斷開，1G2應閉合，即12D14帶負電，12D15帶正電。經測量電壓，端子12D14、12D15均帶負電(即1YQJ線圈未復歸，其接點1YQJ仍閉合)，這種情況下，如圖3所示，Ⅱ母電壓通過接點1YQJ、2YQJ與Ⅰ母電壓并列，進而通過中繼屏使所有運行間隔Ⅰ母電壓小母線及電壓變送器屏Ⅰ母電壓帶電，從而產生故障現象。通過上述分析得出結論：故障產生的原因是1#主變隔離開關輔助接點1G2損壞(無法閉合)導致電壓切換回路有缺陷。由于1#主變正在運行，無法處理隔離開關輔助接點，只能暫時將12D15與正電人為短接，滿足當前運行要求，待#1主變停電檢修時方可進行隔離開關輔助接點更換，消除故障。

圖2 1#主變保護電壓切換繼電器原理圖

圖3 1#主變保護電壓切換回路原理圖

2.3 自保持交流電壓切換回路存在的問題

通過處理這起故障，我們發現，該站電壓切換回路存在著以下問題：

首先，故障現象不明顯。該站一般采用雙母線并列運行方式，1#主變運行于Ⅰ母，隔離開關輔助接點1G2損壞并無任何故障現象，如果不是臨時改變運行方式，故障點很難發現。此外，故障發生后，監控系統應當發出“切換繼電器同時動作”信號，但實際情況是沒有任何告警信號發出。工作人員只能從監控系統中的系統接線圖上觀察Ⅰ母電壓的數字顯示，如果不細心故障現象很容易被忽略掉。

第二，故障時存在向Ⅰ母反充電的重大隱患。發生上述故障時，由于沒有明顯的故障現象，操作中當Ⅰ母空載而互感器二次側空開ZKK未拉開時，只有刀閘位置繼電器重動接點一個斷開點，危險系數陡增，一旦該接點粘連，通過電壓互感器二次側向不帶電的Ⅰ母反充電，將產生極大的反充電電流，后果非常嚴重。

第三，帶自保持線圈的電壓切換回路需要外引四副隔離開關輔助接點，發生接點損傷的故障概率較大。

可見，對這種自保持電壓切換回路應當制定相應的反措方案。

3 交流電壓切換回路反措要求

(1)用隔離開關輔助接點控制的電壓切換繼電器，應有一對接點作監視用；不得在運行中維護隔離開關輔助接點。用隔離開關輔助接點控制，進行切換的中間繼電器，一旦出現異常，保護裝置將會失去電壓。為此，必須用切換繼電器的一副接點監視電壓切換繼電器的工作狀態。如果不正常(失壓)必須立即發出告警信號。

(2)檢查并保證在切換過程中，不會發生電壓互感器二次回路反充電。如果在倒閘操作中，由于操作不認真或操作票有誤，則將造成雙母線帶電的電壓互感器二次回路，與不帶電的電壓互感器二次回路相并聯，出現這種情況稱之為“反充電"。其后果是使帶電的電壓互感器二次熔斷器因過電流而熔斷。

(3)手動進行電壓切換時，應有專用的運行規程，由運行人員執行。手動切換交流二次電壓的情況已很少見，因此，不列入本文分析內容。

(4)用隔離開關輔助接點控制的切換繼電器，應同時控制可能誤動作的保護的正電源；有處理切換繼電器同時動作與同時不動作等異常情況的專用運行規程。如果使用這種切換方式的距離保護時，沒有采取防止直流電壓短時中斷引起誤動的措施，自動切換回路的設計與調整，必須保證控制正電源的接點，較控制交流電壓回路的接點遲閉合、早斷開，并保證有足夠的壓力。當兩組電壓互感器二次電壓切換繼電器出現同時動作或同時失磁時，要發出報警信號，否則容易造成帶電的電壓互感器二次向停電的電壓互感器二次回路反充電，或將帶電的電壓互感器二次熔斷器熔斷。

4 現場應用當中的一些注意事項

(1)正常檢修結束以后，必須進行相應的傳動試驗，以驗證相應接點動作或切換的正確性。對應相應的刀閘位置，應檢查和核對二次電壓切換的對應性和正確性；

(2)刀閘的傳動試驗前必須將送至保護柜電壓切換回路的刀閘接點斷開，防止在傳動試驗過程中，因模擬倒閘操作而導致兩路PT二次電壓合環，在母聯開關斷開的情況下，這將導致比較嚴重的后果；

(3)根據所使用的保護和自動裝置的邏輯和特性，來確定到底是使用電壓保持型切換原理，還是應該使用電壓不保持型切換原理，以此來保證切換回路的安全性和可靠性；

(4)因為刀閘屬于室外設備，所處環境相對比較惡劣，由于污染和氧化的原因故障幾率比較大，所以要加強對相關設備的檢查和巡視，防止發生案例當中所述的故障情況。