母聯斷路器故障時恢復母線送電方案分析

趙 睿，張 晟，李 健，白 洋，董曉峰

（國網鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114001）

故障分析

母聯斷路器故障時恢復母線送電方案分析

趙 睿，張 晟，李 健，白 洋，董曉峰

（國網鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114001）

討論了母聯斷路器合閘不同期對系統的影響，通過對母線恢復送電步驟的分析，得出“母線等電位”作為恢復母線送電必備的條件，擬定了2套可行的操作方法，并根據現場接線方式及可靠性分析，擇優選出方案使停運母線恢復送電。

合閘不同期；母線等電位；母線恢復送電

某220 kV變電站，66 kVⅠ段母線及母聯斷路器檢修后，發現斷路器三相合閘不同期，由于區域內負荷的需要，必須對停運母線恢復送電。上述情況下，相關部門組建臨時小組針對送電方案進行討論研究，擬根據現場接線方式選擇出最佳方案。送電前，站域范圍內66 kV接線方式為雙母線帶旁路接線方式，此時Ⅰ母線已處于停運狀態，其線路間隔均連接到Ⅱ母線上，母聯斷路器（故障）和旁路斷路器處于冷備用狀態，如圖1所示。

1 母聯斷路器不同期對倒閘操作的影響

斷路器合閘不同期將對斷路器產生損害，觸頭在接觸前會產生電弧，延時性較長的一相承受電弧的時間要長一些，將導致一部分熔焊，如果3項同期性較差就會加大觸頭磨損的不一致，進一步損壞斷路器。

母聯斷路器合閘不同期將導致母線出現短時間內缺相狀態，這種非全相運行對66 kV系統而言，1相斷線時，斷線線路容性電流減少，此時中性點將產生位移。進而導致斷線相電壓升高，最大的為1.5倍相電壓，其他2相電壓下降0.86倍相電壓。同時產生大量的零序和負序電流，由于其臨界條件與相間短路條件極相似，因此，容易促使保護誤動作造成停電面積的擴大。

圖1 母聯故障狀態下現場運行方式

母聯斷路器合閘不同期最大隱患是對系統穩定性的影響，尤其是小電流接地系統，假設母聯斷路器1相運行，運行相與其連接的另外2相是不同期的，運行相會產生1個矢量軌跡，而中性點電壓也將隨2個系統相位角差呈周期性變化。當相位角為180.°時中性點對地電壓達到2倍相電壓，而斷開相對地電壓將達2倍相電壓，對整個系統絕緣影響很大（如圖2所示）。

圖2 缺相運行相量分析圖

以前曾發生過此類事故，母聯斷路器不同期，由于兩側系統一個是欠補償系統，一個是過補償，導致斷路器斷口等效電容與系統產生串聯諧振，中性點對地電壓大于2倍相電壓。某變電站經計算由于零序電壓高達3.55倍相電壓，斷開相對地電壓達4.16倍相電壓，結果造成電壓互感器、避雷器爆炸，3條線路、2臺機組及母線全停電，并與主系統解列的事故［1］。

2 倒母線操作原理

在倒閘操作中，倒母線操作屬大型復雜的倒閘操作，倒母線時2條母線及母線上的間隔都處于額定電壓下運行，為保障供電的持續性，整個過程并沒有回路停用。

倒母線的起始流程通常是：合上母聯斷路器—投入互聯及單母線運行壓板—將母聯直流空氣開關斷開—倒母線操作。

合上母聯斷路器后，互聯壓板的投入及單母線運行把手切換投入的目的是讓系統在接下來的一段時間內處于母線并列運行狀態。

互聯壓板全稱叫強制母線互聯壓板，其作用是將母差保護中的小差屏蔽，系統中只留大母差判據作為母差保護動作的條件。之后單母線運行壓板的投入，實質是通過微機保護裝置跟系統產生1次“對話”，目的是通知母差保護裝置，現在母線已處于1根母線運行狀態，如果母線內出現故障，要同時跳開Ⅰ母線、Ⅱ母線相關聯的所有斷路器。

這樣設計，一方面是由于在倒母線過程中，通常會出現隔離開關雙跨2條母線之間，一旦出現母線短路故障，雙跨于母線間的隔離開關對短路電流進行分流，使小母差的KCL判據達不到整定值，進而造成小母差保護拒動。這樣組合壓板的投入就不會使2條母線任何1條符合突然被全部甩掉而造成母線出現壓差［2］。

在倒母線前要將母聯斷路器微機保護屏的直流空氣開關斷開，使母聯斷路器變為1個“死”開關，這樣做的目的是防止母聯斷路器因為其他原因自行跳閘，如果此時正處于合第1組母線隔離開關或拉開第2組母線隔離開關的情況下，實質上就是用母線側隔離開關對2組母線進行解列或合環，環路電壓差的有效值等于2組母線電源電壓實際差，可達數百伏或數千伏，對系統及操作人員的安全將造成威脅。

3 方案分析

無論是互聯壓板和單母線運行把手切換的投入，還是將母聯保護屏直流空氣開關斷開，其目的是保證在倒閘操作過程中，在任意操作環節都盡量減小母線間的壓差，使倒閘操作處于等電位操作。由此可以推斷出，倒母線操作的核心是2條母線等電位操作，在母聯斷路器不能啟用的情況下，應考慮盡量創造等電位條件來完成操作［3］。

因此，倒母線過程的核心是母線間處于等電位。在母聯停用的情況下倒母線，就必須制造1個使雙母線等電位的接線狀態，因此，提出2個方案，方案1是通過主二次隔離開關直接跨在2條母線間，使2條母線直接通過主二次母線側隔離開關并列，稱為雙跨互聯。方案2是利用現有的旁路斷路器、旁路母線及其他線路斷路器配合，重新組建一種連接方式，該連接方式替代原有母聯斷路器的功能，稱為旁兼母聯。

3.1 雙跨互聯

利用66 kV聯絡線，由于該線路有雙電源，可通過對側電源對己停用母線充電，完成倒母線操作的第1個關鍵點——母線充電。由于母線恢復送電時，母差為單母線母差，電壓僅取有電的運行母線，母線有故障時對側開關跳開，不會造成母線全停。充電目的是防止作業后母線留有地線或遺留物，如有地線用隔離開關充電，造成帶接地電流合隔離開關，人身和設備都要受到損壞。因此，選擇用對側開關充電，可確保母線絕緣良好，之后再用主二次隔離開關對母線再次充電［4］。

充電時的母差保護，由于母差保護的電壓把手已切至運行母線，外來電源充電時，一旦母線有故障，母差保護計算電壓為運行母線全電壓，沒有降低，因此，使用外來電源時，不必停用母差保護，充電前后狀態如圖3、圖4所示。

圖3 配出一線給Ⅰ母線充電前接線

圖4 利用配出一線給Ⅰ母線充電后接線

在確認母線無故障后，將聯絡配出一線斷路器拉開，通過2號主二次Ⅰ母隔離開關對空載母線充電。應用此原理使1號主二次在2條母線間完成雙跨，現有的微機保護大多具備雙跨自動啟用互聯的功能，這樣同時完成強制互聯的投入。再將單母運行壓板投入，即可將小母差改為為大母差保護，這樣就完成了倒母線的基本條件（如圖5、圖6所示）。

圖5 1號主二次隔離開關跨接在Ⅰ母線和Ⅱ母線之前接線

圖6 1號主二次隔離開關跨接在Ⅰ母線和Ⅱ母線之后接線

接下來就是正?；謴湍妇€的過程，直到將所需要Ⅰ母帶的負荷倒完之后。因此，需要考慮如何將雙跨隔離開關解列，可利用連接在Ⅰ母線上的各線路電流互感器各支路的電流值。根據基爾霍夫電流定律，流過1號主二次Ⅰ母隔離開關的電流數值應等于其余各線路電流矢量和。通過投切各母線上的元件使流過1號主二次Ⅰ母隔離開關電流值小于2 A時就可直接用隔離開關將其解列。母線各元件恢復正常母線送電后，母差電壓把手切至雙母位置，解列條件如圖7所示。

圖7 解列條件

該方法的使用受以下條件制約。

a.母差微機保護裝置必須有雙跨自動強制互聯功能。

b.在最后通過隔離開關解列過程中，Ⅰ、Ⅱ母所帶負荷相差不多，且必須有條件改變負荷分布情況，使流過1號主二次隔離開關的電流小于2 A，完成解列。

3.2 旁兼母聯

旁兼母聯是改變旁路及線路的接線方式，制造1個等效母聯的母聯斷路器，完成倒母線操作。

充電環節（如圖8所示）：選定配出一線作為旁路母線的充電線路（配出一線是220 kV變電站間的聯絡線，具有充電條件），拉開配出一線斷路器，拉開其線路及Ⅱ母側隔離開關，將配出一線停電。由于該方案需啟用旁路母線，因此在將配電一線停運后，需要用旁路開關對旁路母線充電，證明旁路母線無故障后，合上配出一線I母線及線路側隔離開關，再合上配出一線旁母隔離開關，完成對臨時等效母聯開關的搭建。再按該順序完成對Ⅰ母線充電：合上旁路斷路器—將旁路斷路器保護退出—退出母差保護—合上配出一線斷路器—母線充電良好后，投入母差保護。

圖8 “旁兼母聯”接線方式

恢復母線送電：合上配出一線及旁路開關后，將其直流操作空開拉開—合上1號主二次Ⅰ母隔離開關，完成雙跨（此時保護屏自動判別母線互聯狀態生成）—合上配出一線和旁路斷路器的操作直流—拉開旁路斷路器—倒母線完成后，在1號主二次解環前，合上旁路斷路器及配出一線斷路器—拉開旁路斷路器及配出一線開關操作直流—拉開1號主二次Ⅱ母隔離開關，解除雙跨—合上旁路開關及配出一線斷路器操作直流—拉開旁路斷路器和配出一線斷路器—母線恢復雙母線母差保護—拉開配出一線旁路隔離開關—合上配出一線斷路器送電。拉開旁路的旁路隔離開關及Ⅱ母隔離開關，旁路恢復冷備用，全部操作結束。

該操作中在1號主二次Ⅰ、Ⅱ母線側隔離開關完成雙跨后，將旁路斷路器退出，此時2條母線已可通過雙跨在2條母線間的隔離開關完成等電位倒母線的條件。一旦配出一線線路發生故障，若配出一線和旁路斷路器變成死開關無法跳閘，故障點轉移到母線上，將擴大停電范圍。為此將臨時母聯斷路器停運，倒母線時可靠1號主二次母線隔離開關完成雙跨，即使配出一線線路發生故障，配出一線開關跳閘，對母線無影響。而解列時再將其投入，可確保系統運行的可靠性。等效后的回路如圖9所示［5］。

圖9 等效母聯斷路器回路

該方法只能在雙母線旁路接線方式下使用，由于其屬于旁路兼用母聯回路，非常接近母聯正常狀態下恢復母線送電。因此，如果220 kV變電站66 kV側采取的是雙母線旁路接線方式，可使用旁兼母聯方式進行恢復，使用該方法應注意以下幾點。

a.由于啟用了旁路母線，因此使用前應檢查旁路母線無異常，在充電環節需要先對旁路母線充電再對I母線充電。

b.在操作中應將配出一線線路情況考慮進整個操作過程，由于配電一線線路處于臨時母聯等電位回路中，臨時母聯構成過程中，一旦發生故障，將引起變電站全停，因此臨時母聯僅在主二次隔離開關雙跨、解跨期間使用，確保系統穩定。

c.對I母線充電時，若I母線有故障，將引起母差保護動作，因此充電時須停用母差保護。

4 結束語

通過對2個方案的分析，針對66 kV側擁有旁路斷路器和旁路母線的變電站，優先考慮使用旁兼母聯。旁兼母聯基本可以完成對母聯斷路器的等效替代，使系統在倒母線過程中系統運行趨于穩定。雙跨互聯主要是利用隔離開關開斷小負荷電流，其可控性不是很嚴密，對于解列過程，需要通過負荷調節來完成，如果電流偏差較大不易實現。

［1］潘 科.淺談220 kV變電站母聯開關非全相運行［J］.通信世界，2013，14（21）15－17.

［2］張新斌，劉興山.220 kV變電站開關取消并聯電容后空母線操作［J］.東北電力技術，2009，30（6）；10－13.

［3］何 寧.國家電網公司生產技能人員通用教材［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［4］夏思明，徐露娜.220 kV系統倒母線公共小母線閉鎖邏輯分析［J］.東北電力技術，2011，32（9）：30－33.

［5］陳順輝.雙母線帶旁路母線接線中母聯旁路斷路器組合方案分析［J］.電力建設，1987，29（6）；36－38.

Analysis on Bus Recovery Energigization Scheme of Bus?tie Circuit Breaker Fault

ZHAO Rui，ZHANG Sheng，LI Jian，BAI Yang，DONG Xiao?feng
（State Grid Anshan Electric Power Supply Company，Anshan，Liaoning 114001，China）

This paper discusses the effects of bus?tie breaker closing asynchronization for the system.Bus equal potential is obtained as the essential condition for bus recovery energigization through analyzing bus recovery energigization steps.Two sets of feasible operation methods are worked out，the selected scheme can recover bus energigization based on the spot connection mode and reliability analysis.

Closing asynchronization；Bus equal potential；Bus recovery energigization

TM561

A

1004－7913（2015）09－0039－04

趙 睿（1967—），男，高級技師，現從事變電運維研究。

2015－06－30）