變電站二次電壓并列和切換回路應(yīng)用策略研究

王洪儉，王 森，呂 超

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314033）

0 引言

在雙母線接線、單母線分段接線、橋接線等接排方式下，兩段母線并列運(yùn)行且其中一段母線TV 故障或停運(yùn)檢修時(shí)，投入電壓并列裝置，能夠?qū)⒘硪欢芜\(yùn)行母線的電壓提供給TV 停運(yùn)母線上所有元件的保護(hù)和計(jì)量裝置。雙母線接線方式下，電壓切換回路能夠保障計(jì)量、保護(hù)裝置根據(jù)母線隔離開關(guān)的切換自動(dòng)采集相應(yīng)母線TV 的二次電壓［1］。

實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場中，因母排接線方式不同、廠家設(shè)計(jì)思路各異等原因，二次電壓并列和切換回路的實(shí)現(xiàn)方式并不完全統(tǒng)一，給現(xiàn)場作業(yè)人員實(shí)時(shí)掌控運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)帶來了一定的困難，對(duì)現(xiàn)場作業(yè)人員的技能素質(zhì)提出了較高的要求。針對(duì)此問題，全面分析電壓并列和切換回路的工作原理，理清現(xiàn)場作業(yè)注意事項(xiàng)，形成相應(yīng)的應(yīng)用策略，指導(dǎo)現(xiàn)場作業(yè)人員行為，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

1 電壓并列回路原理分析

選取典型的雙母線接線方式展開分析，具體接線如圖1 所示。

圖1 典型雙母線接線

圖2 中虛線框YQJ 部分為并列繼電器J1—J5，驅(qū)動(dòng)回路中串接的ML1G、DL、ML2G 分別是母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)間隔Ⅰ母線隔離開關(guān)、斷路器、Ⅱ母線隔離開關(guān)的常開輔助接點(diǎn)，當(dāng)母線電壓并列裝置并列切換開關(guān)（圖2 中BQK）切至“并列（或自動(dòng)）”位置時(shí)，BQK③、④觸點(diǎn)接通，并列繼電器將根據(jù)母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)間隔斷路器及隔離開關(guān)的實(shí)際位置自動(dòng)勵(lì)磁動(dòng)作和失磁復(fù)位。

母線電壓重動(dòng)是并列裝置的一部分，其主要目的是彌補(bǔ)母線TV 隔離開關(guān)輔助接點(diǎn)數(shù)量的不足［2］。圖2 中虛線框1GWJ、2GWJ 部分為母線電壓重動(dòng)二次回路，當(dāng)Ⅰ母線TV 投入運(yùn)行時(shí)，Ⅰ母線TV 隔離開關(guān)常開輔助接點(diǎn)1G 閉合，Ⅰ母線電壓重動(dòng)繼電器J1—J5 勵(lì)磁動(dòng)作。Ⅱ母線電壓重動(dòng)邏輯同Ⅰ母線。實(shí)際現(xiàn)場接線時(shí)，隔離開關(guān)本身能夠提供足夠輔助接點(diǎn)的前提下，不使用并列裝置的電壓重動(dòng)功能，直接串聯(lián)母線TV 隔離開關(guān)輔助接點(diǎn)的做法更直接、可靠，也避免了重動(dòng)繼電器出現(xiàn)接點(diǎn)粘連的隱患。

部分變電站設(shè)計(jì)時(shí)，以上回路同時(shí)引入遙控回路，運(yùn)維人員可手動(dòng)控制相應(yīng)繼電器的動(dòng)作和復(fù)位。

如圖3 所示，當(dāng)兩段母線同時(shí)運(yùn)行時(shí)，Ⅰ母線、Ⅱ母線電壓重動(dòng)繼電器接點(diǎn)閉合，Ⅰ母線、Ⅱ母線TV 二次側(cè)低電壓傳遞到各自的電壓小母線上，供相應(yīng)的二次設(shè)備使用。此時(shí)電壓并列裝置切換開關(guān)BQK 一般要求放置在“解列（或遙控）”位置，無論兩段母線一次側(cè)是否并列運(yùn)行，并列繼電器接點(diǎn)均斷開，Ⅰ母線、Ⅱ母線二次電壓小母線相互獨(dú)立運(yùn)行。

圖2 母線電壓并列及重動(dòng)控制回路

當(dāng)Ⅰ母線TV 停電檢修時(shí)，為了保障Ⅰ母線上間隔的正常運(yùn)行，Ⅰ母線、Ⅱ母線將并列運(yùn)行，母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷路器及其兩側(cè)隔離開關(guān)處于閉合狀態(tài)，此時(shí)將電壓并列裝置切換開關(guān)BQK 切至“并列（或自動(dòng)）”位置，并列繼電器得電勵(lì)磁動(dòng)作，其接點(diǎn)閉合，Ⅰ母線、Ⅱ母線電壓小母線聯(lián)通，Ⅰ母線上各間隔的保護(hù)、計(jì)量裝置等仍然有二次電壓可用。

2 電壓切換回路原理分析

雙母線接線的變電站中，根據(jù)運(yùn)行方式的需要，一次線路或變壓器有時(shí)在Ⅰ母線運(yùn)行，有時(shí)在Ⅱ母線運(yùn)行，相應(yīng)的二次計(jì)量、保護(hù)等設(shè)備采集的二次電壓也必須實(shí)時(shí)切換。這一過程通過電壓切換裝置實(shí)現(xiàn)。

圖3 母線電壓并列回路

電壓切換裝置通過本間隔母線隔離開關(guān)輔助接點(diǎn)自動(dòng)控制電壓切換繼電器的動(dòng)作。如圖4 所示，當(dāng)線路或變壓器在Ⅰ母線運(yùn)行時(shí)，Ⅰ母線隔離開關(guān)常開接點(diǎn)閉合，Ⅰ母線電壓切換繼電器1YQJ1—1YQJ7動(dòng)作線圈得電勵(lì)磁，相應(yīng)的繼電器接點(diǎn)閉合，將Ⅰ母線二次電壓從電壓小母線引至電壓空氣開關(guān)9ZKK后供保護(hù)裝置使用；Ⅱ母線隔離開關(guān)常開接點(diǎn)斷開，Ⅱ母線電壓切換繼電器2YQJ1—2YQJ3 掉電失磁復(fù)位，Ⅱ母線隔離開關(guān)常閉接點(diǎn)閉合，Ⅱ母線電壓切換繼電器2YQJ4—2YQJ7 復(fù)位線圈得電勵(lì)磁，相應(yīng)的繼電器接點(diǎn)斷開，切斷Ⅱ母線二次電壓小母線與保護(hù)裝置電壓回路的聯(lián)系。

3 案例分析

二次電壓并列和切換回路同時(shí)覆蓋變電站內(nèi)同一電壓等級(jí)的所有間隔，相互之間緊密聯(lián)系，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。現(xiàn)場作業(yè)過程中，多種因素均有可能導(dǎo)致的母線TV 二次側(cè)向一次側(cè)反充電事故，甚至造成二次電壓全失、二次設(shè)備損壞的嚴(yán)重事故。

3.1 電壓切換繼電器復(fù)位回路斷線

圖4 母線電壓切換回路

某220 kV 變電站220 kV 配電裝置采用雙母線單分段接線方式，三段母線正常并列運(yùn)行。線路保護(hù)電壓切換回路與上述原理一致，電壓切換回路采用雙位置繼電器 （圖4 中1YQJ4—1YQJ7、2YQJ4—2YQJ7）接點(diǎn)。而“切換繼電器同時(shí)動(dòng)作”信號(hào)采用單位置繼電器（圖4 中1YQJ1—1YQJ3、2YQJ1—2YQJ3）接點(diǎn)，如圖5 所示。

圖5 電壓切換繼電器同時(shí)動(dòng)作信號(hào)回路

原運(yùn)行在Ⅱ母線的一回220 kV 線路間隔倒換至Ⅰ母線運(yùn)行時(shí)，Ⅱ母線電壓切換繼電器復(fù)位回路斷線，導(dǎo)致電壓切換繼電器2YQJ4—2YQJ7 復(fù)位線圈無法得電斷開自身常開接點(diǎn)，Ⅰ、Ⅱ母線電壓切換繼電器常開接點(diǎn)同時(shí)閉合，使得電壓切換回路誤并列。因其電壓切換繼電器同時(shí)動(dòng)作信號(hào)回路使用的2YQJ1 失電后自動(dòng)復(fù)位，常開接點(diǎn)斷開，不能觸發(fā)“切換繼電器同時(shí)動(dòng)作”告警信號(hào)，致使二次電壓回路長期并列而無法被發(fā)現(xiàn)。

某日，該變電站220 kVⅠ、Ⅲ母線分段斷路器間隔電流互感器爆炸，母線差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作切除Ⅰ、Ⅲ段母線。因該出線間隔二次電壓回路并列，造成Ⅱ母線TV 通過二次電壓回路對(duì)Ⅰ母線TV 及Ⅰ母線反充電，Ⅱ母線TV 二次電壓總空氣開關(guān)斷開，使得運(yùn)行在Ⅱ母線的電源線路保護(hù)無法采集到系統(tǒng)電壓，已進(jìn)入故障處理程序的距離保護(hù)Ⅲ段動(dòng)作，造成全站停電。

該案例中母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作切除Ⅰ母線瞬間，Ⅰ母線失電，Ⅱ母線TV 開始通過二次電壓回路向Ⅰ母線反充電。因電壓互感器是一種小容量、大變比的降壓變壓器，在一次側(cè)無電源、二次側(cè)反充電的情況下，由于其阻抗從二次側(cè)看非常小，將產(chǎn)生很大的充電電流，從而致使Ⅱ母線TV 二次電壓總空氣開關(guān)斷開。

3.2 電壓并列切換開關(guān)投入方式錯(cuò)誤

某500 kV 變電站500 kV 配電裝置采用雙母線接線方式，兩段母線正常并列運(yùn)行。某日，為配合檢修工作陪停500 kVⅠ母線。因母線電壓并列裝置并列切換開關(guān)投入“自動(dòng)”位置（即“并列”位置，二次電壓并列與否由母線連接開關(guān)斷路器及其兩側(cè)隔離開關(guān)輔助接點(diǎn)自動(dòng)控制），母線連接開關(guān)斷路器輔助接點(diǎn)切換與主觸頭分合存在20～30 ms 延時(shí)，母線連接開關(guān)斷路器斷開過程中，Ⅰ母線已斷電，Ⅰ、Ⅱ母線電壓并列回路延時(shí)斷開，造成Ⅱ母線TV 通過二次電壓并列回路對(duì)Ⅰ母線TV 及Ⅰ母線反充電，Ⅱ母線TV 二次電壓總空氣開關(guān)斷開，運(yùn)行在Ⅱ母線上的間隔保護(hù)裝置及母線保護(hù)屏裝置相繼發(fā)出“TV 斷線”告警。

該案例的主要事故原因是操作人員不熟悉電壓并列回路的原理，對(duì)電壓并列回路的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和注意事項(xiàng)沒有足夠的認(rèn)識(shí)，忽略了一次側(cè)開關(guān)設(shè)備固有動(dòng)作特性對(duì)二次設(shè)備運(yùn)行的影響，錯(cuò)誤地將并列裝置投入“自動(dòng)（并列）”控制模式。其次要原因是操作人員倒閘操作業(yè)務(wù)技能水平不足，在Ⅰ母線停電操作過程中，在Ⅰ母線TV 二次側(cè)電壓空氣開關(guān)未斷開、TV 與二次電壓小母線未隔離的情況下，即斷開Ⅰ母線所有開關(guān)及母線設(shè)備，違反了變壓器類設(shè)備停電操作先低壓后高壓的基本原則。

3.3 母線隔離開關(guān)輔助接點(diǎn)未切換

某220 kV 變電站220 kV 配電裝置采用雙母線帶旁路接線方式，母線正常并列運(yùn)行。因配合檢修工作，220 kVⅠ母線需陪停。停電操作首先將Ⅰ母線上運(yùn)行間隔倒換至Ⅱ母線運(yùn)行，因旁路斷路器間隔Ⅰ母線隔離開關(guān)輔助接點(diǎn)未切換、Ⅰ母線TV 二次電壓空氣開關(guān)未斷開，同樣反充電事故。同時(shí)因Ⅱ母線TV 二次電壓總空氣開關(guān)容量配置不當(dāng)，未動(dòng)作斷開切斷反充電回路，產(chǎn)生的大電流燒毀220 kV 旁路電壓切換插件，熔斷Ⅱ母線TV 隔離開關(guān)輔助接點(diǎn)，導(dǎo)致運(yùn)行中的Ⅱ母線所有保護(hù)及安全自動(dòng)裝置無法采集電壓，型號(hào)為LFP-901A、LFP-902A、RCS-902C 的線路保護(hù)失去主保護(hù)以及距離保護(hù)，安全穩(wěn)定控制裝置失去電壓切換判據(jù)，嚴(yán)重影響繼電保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性和準(zhǔn)確性，危及設(shè)備的安全運(yùn)行。

造成此次事故的原因較多，一是操作人員設(shè)備狀態(tài)檢查不到位，旁路斷路器間隔Ⅰ母線隔離開關(guān)輔助接點(diǎn)未切換，倒換至Ⅱ母線運(yùn)行后，Ⅰ、Ⅱ母線電壓切換繼電器同時(shí)動(dòng)作，未被操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處置，造成二次電壓回路并列；二是倒閘操作步驟次序錯(cuò)誤，斷開Ⅰ母線所有開關(guān)前未斷開Ⅰ母線TV二次側(cè)電壓空氣開關(guān)，將Ⅰ母線TV 與二次電壓小母線隔離；三是母線TV 二次側(cè)電壓空氣開關(guān)配置不當(dāng)，不能正確動(dòng)作切斷反充電回路。

4 應(yīng)用策略研究

電壓并列、切換回路的任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，如不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)處置，都有可能造成二次側(cè)誤并列，最終造成反充電，導(dǎo)致二次電壓全失，距離保護(hù)被閉鎖，復(fù)合電壓閉鎖邏輯開放，甚至導(dǎo)致線路故障狀態(tài)下停電范圍擴(kuò)大。正確設(shè)計(jì)和規(guī)范使用二次電壓并列和切換回路顯得極其重要。

4.1 設(shè)計(jì)要求

電壓切換回路設(shè)計(jì)時(shí)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，采用正確的繼電器。Q／GDW 1161—2014 《線路保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范》 明確規(guī)定，220 kV電壓等級(jí)線路保護(hù)裝置雙套配置，電壓切換箱（插件）也雙套配置，隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)采用單位置輸入方式，即采用單位置輸入的繼電器，如圖6 所示，接法簡單、便于實(shí)現(xiàn)［3］。由于單位置繼電器不具備自保持特性，隔離開關(guān)斷開后立即自動(dòng)復(fù)位，避免了二次電壓回路誤并列。

110 kV 及以下電壓等級(jí)線路保護(hù)若配置單套電壓切換箱（回路），隔離開關(guān)輔助接點(diǎn)采用雙位置輸入方式，即采用雙位置輸入的繼電器［4］，如圖7 所示。

圖6 單位置輸入繼電器接線

圖7 雙位置輸入繼電器接線

4.2 接線要求

保證電壓切換主回路與信號(hào)回路的一致性，防范母線電壓切換繼電器同時(shí)動(dòng)作而未被發(fā)現(xiàn)。如果電壓切換回路中同時(shí)存在單位置繼電器和雙位置繼電器，出線（或變壓器）間隔母線隔離開關(guān)輔助接點(diǎn)不切換、電壓切換繼電器接點(diǎn)粘連、雙位置繼電器復(fù)位線圈掉電等原因都有可能致使Ⅰ、Ⅱ母線電壓切換繼電器常開接點(diǎn)同時(shí)閉合，造成Ⅰ、Ⅱ母線TV 二次電壓回路誤并列。此時(shí)，如果“切換繼電器同時(shí)動(dòng)作”信號(hào)回路按圖8 所示改接線，即采用單位置繼電器和雙位置繼電器信號(hào)回路相與的方式，能夠可靠及時(shí)觸發(fā)告警，正確處置后可以避免反充電事故。

圖8 “切換繼電器同時(shí)動(dòng)作”信號(hào)回路改接線

4.3 并列裝置位置要求

正常運(yùn)行時(shí)嚴(yán)禁將并列裝置并列切換開關(guān)BQK投入“并列（或自動(dòng)）”位置，防范因斷路器設(shè)備固有特性造成的反充電事故。兩段母線正常運(yùn)行時(shí)，無論一次側(cè)是否并列，一般二次電壓回路保持分列運(yùn)行［5］。如并列切換開關(guān)BQK 投入“自動(dòng)（或并列）”位置，母線連接開關(guān)（分段）閉合后，二次電壓小母線自動(dòng)并列。母線故障切除其中一段母線時(shí)，因母線聯(lián)絡(luò)（分段）斷路器輔助接點(diǎn)滯后于主觸頭切換，存在運(yùn)行母線TV 二次側(cè)向故障母線瞬時(shí)反充電的隱患，將造成事故范圍擴(kuò)大。

4.4 倒閘操作任務(wù)要求

斷開母線上所有開關(guān)前，先斷開相應(yīng)母線TV 二次側(cè)電壓空氣開關(guān)，切斷二次側(cè)向一次側(cè)反充電的最后關(guān)卡。

母線或母線TV 停電操作時(shí)，并列裝置并列切換開關(guān)BQK 誤投入“并列（或自動(dòng)）”位置或接點(diǎn)粘連、出線（或變壓器）間隔電壓切換繼電器同時(shí)動(dòng)作或接點(diǎn)粘連等，均有可能導(dǎo)致兩段母線并列運(yùn)行時(shí)二次電壓小母線自動(dòng)并列。斷開母線上所有開關(guān)前如不提前將二次電壓回路斷開，同樣存在運(yùn)行母線TV二次側(cè)向故障母線反充電的隱患。同時(shí)，斷開待停母線TV 二次側(cè)電壓空氣開關(guān) （包括保護(hù)和計(jì)量）后，還需要測量確認(rèn)空氣開關(guān)二次電壓小母線側(cè)電壓為零，如果電壓不為零，說明電壓切換或并列回路存在誤并列，必須檢查確認(rèn)故障原因并消除后，才能繼續(xù)操作。

反之，母線送電時(shí)，也應(yīng)先給空母線及母線TV充電，然后再合上二次側(cè)電壓空氣開關(guān)，否則一旦二次回路存在誤并列，同樣可能造成人身傷害和設(shè)備燒毀事故。

4.5 檢修維護(hù)作業(yè)要求

因母線TV 檢修維護(hù)而斷開的二次電壓空氣開關(guān)嚴(yán)禁閉合，防范二次電壓回路送電至檢修作業(yè)現(xiàn)場。配合母線TV 單獨(dú)檢修維護(hù)作業(yè)，布置現(xiàn)場安全措施時(shí)，已提前斷開待檢TV 二次側(cè)電壓空氣開關(guān)，將兩段母線TV 二次側(cè)手動(dòng)并列。此時(shí)如果母線TV隔離開關(guān)輔助接點(diǎn)未可靠切換或電壓重動(dòng)繼電器接點(diǎn)粘連，母線TV 二次側(cè)電壓空氣開關(guān)下樁頭帶電，一經(jīng)閉合，即可反充電至檢修作業(yè)現(xiàn)場，輕則導(dǎo)致兩段母線電壓全失，重則造成人身傷害和設(shè)備燒毀事故。

5 結(jié)語

分析變電站常用二次電壓并列、切換回路的工作原理，并結(jié)合事故案例理清了生產(chǎn)現(xiàn)場易導(dǎo)致事故發(fā)生的隱患點(diǎn)和注意事項(xiàng)，最后總結(jié)確定了電壓并列、切換回路在設(shè)計(jì)和運(yùn)行階段的一些應(yīng)用策略，并進(jìn)行詳細(xì)解析，為變電站生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用提供參考。