500 kV變電站站用交流電源系統原屏改造

張莉珠

（廣東電網有限責任公司佛山供電局，廣東 佛山 528000）

站用交流電源系統由站用變壓器電源、站用變壓器、380 V低壓配電屏、保護測控、交流供電網絡組成[1]，是保證變電站內所有設備正常運轉的核心，其為直流系統、UPS不間斷電源系統、冷卻器系統、消防系統、通風照明、生活辦公用電等設備設施提供可靠工作電源，其中直流系統為一次設備提供可靠操作電源、為保護及自動裝置、監控系統等二次設備提供可靠工作電源。如果站用交流電源系統失壓，不僅會對變電站內各種設備和系統的運行安全造成極大影響，還可能導致越級跳閘、大面積停電等嚴重后果[2]。

近年來電力系統500 kV變電站站用交流電源全停事件屢見不鮮，究其原因，主要是由于開關配置選型不當、負荷分配不合理、保護級差配合失配、380 V備自投策略設置不合理等。為此，根據南網反措要求，500 kV東坡變電站（以下簡稱東坡站）站用交流系統進行了針對性的改造。

1 站用交流電源系統改造前概況

1.1 站用交流電源系統配置

東坡站站用交流電源系統屬典型500 kV變電站的站用交流電源系統。

東坡站分別從#3、#4主變變低引接一臺35 kV站用變壓器，可實現互為備用，從站外可靠電源引接1回10 kV站用變壓器作為專用備用變壓器。此外，配置一臺可快速自啟動的柴油發電機組作為應急電源。三臺站用變壓器采用有載調壓的干式變壓器，容量均為1000 kVA。站用交流電源系統額定電壓為380/220 V，采用三相四線制。500 kV東坡變電站站站用交流系統原理圖如圖1所示。

圖1 500 kV東坡變電站站用交流系統原理圖

東坡變電站在中央配電室配置12面低壓配電屏，其接線方式為單母線分段接線方式，共有3路交流380 V進線。其中，I路備用電源取自外部10 kV電源的10 kV#0站用變，II路工作電源取自本站35 kV#1、#2站用變，工作電源設置有ATS自動切換裝置。整套交流系統設置有進線屏4面，饋線屏8面，630 A出線2回，400A出線8回，250 A出線4回，160 A出線16回，100A出線62回。此外，由于主控樓與中央配電室距離較遠，在主控樓交流配電室另設置4面專用配電屏，為單母線分段接線方式，母線之間不設自動投入裝置，由中央配電室的2回630 A饋線分別供電。柴油發電機應急電源設有出線2回，分別接于中央配電室380 V 1M母線、主控樓交流配電室380 V IIM母線，必要時通過母聯開關3QF將系統并列。

1.2 站用交流電源系統運行方式

東坡變電站交流電源系統正常運行方式為：#1站用變供中央配電室380 V 1M母線，同時經該母線上饋線空開給主控樓交流配電室的380 V IM母線供電；#2站用變供中央配電室380 V 2M母線，同時經該母線饋線空開給主控樓交流配電室的380 V IIM母線供電；#0站用變供中央配電室380 V 0M I段母線和380 V 0MⅡ段母線空充運行。380 V 1M母線、380 V 0MI段母線自動轉換開關#1ATS 400甲開關工作在“自動Ⅱ路”工作模式；380 V 2M母線、380 V 0MⅡ段母線自動轉換開關#2ATS 400乙開關工作在“自動Ⅱ路”工作模式。主控樓交流配電室的380 V IM母線和380 V II母線分列運行。

1.3 站用交流電源系統ATS自投策略

當任一臺工作站用變壓器（#1或#2站用變）失壓時，ATS自動轉換開關（400甲或400乙）經短延時快速切換至I路，轉由#0站用變壓器繼續供電，其供電路徑為10 kV外部電源→#0站用變→380 V 0M I段母線（380 V 0MⅡ段）→400甲開關I路（400乙開關I路）→380 V 1M母線（380 V 2M母線）→負荷。

當工作站用變壓器（#1或#2站用變）電壓恢復，手動復歸ATS控制器后，ATS自動轉換開關（400甲或400乙）經長延時切換至II路，恢復正常供電方式。

正常供電方式下，當專用備用變壓器（#0站用變）失壓，ATS自動轉換開關不動作。

2 站用交流電源系統改造原則

2.1 改造總體概況

為滿足公司變電站380 V站用交流開關優化配置專項整改措施的配置要求，結合東坡站實際，采用原屏改造方式，對交流進線屏、交流饋線屏、二次跳閘回路等進行改造。同時借助此次改造，將原來不滿足防火分隔要求的動力電纜、控制電纜與通信電纜同溝敷設問題通過加裝防火槽盒或防火隔板的方法予以解決。

2.2 開關重新選配

將不具備四段保護功能的380 V進線開關及額定電流400 A及以上饋線開關全部更換為具備四段保護功能的空開，同時加裝中性線電流互感器（下文簡稱零序TA）與其配合使用，以滿足上級主變變低與站用變保護、站用變保護與380 V進線開關、380 V進線開關與主饋線開關、主饋線開關與分饋線開關保護之間的級差配合，從而降低站用交流電源系統380 V母線失壓的風險。

2.3 負荷重新分配

采用“主饋線開關+分饋線開關”模式，額定電流400 A及以上饋線開關直接接至380 V母線上，每段380 V母線設置3～4個主饋線開關，額定電流400 A以下饋線開關按以下原則接入主饋線開關：將檢修、照明、試驗等非直接影響設備運行的輔助電源歸類單獨接在同一個主饋線開關；將影響設備運行的輔助電源（如斷路器機構箱、刀閘機構箱、端子箱、主變風冷控制箱、有載調壓機構箱等電源）分類拆解，基于分散布置、同時停電概率最小原則，平均分配至其他主饋線開關[3]。為實現上述“主饋線開關+分饋線開關”模式，本次改造在每個饋線屏加裝分支饋線銅排，經主饋線開關連接至380 V主母線，分饋線開關（額定電流400 A以下）分別連接至分支饋線銅排上，并對不滿足遷改條件的饋線電纜進行更換。

2.4 二次回路改造

東坡站380 V ATS原已接入的ATS閉鎖回路，本次改造不涉及ATS閉鎖回路的改造。#0、#1、#2站用變原已具備站用變低壓側開關遙控跳閘功能，因此本次改造新增了4回電纜用于站用變低壓側開關保護跳閘回路。此外，由于#0站用變保護原先僅有一組跳閘接點引至端子排，因此本次改造需增加一組跳閘接點引至端子排，以實現跳#0站用變低壓側兩個開關的功能。

2.5 保護配合及選擇性實現

改造后站用變高壓側開關投入兩段式過流保護，其電流速斷保護與上級主變低壓側限時電流速斷保護反配，以確保35 kV母線故障快速切除；站用變過流保護按可靠躲過電動機最大啟動電流，并對380 V母線故障有不小于1.5的靈敏系數整定，可取4～6倍站用變高壓側額定電流。380 V進線開關投入兩段式過流保護，其短延時段與站用變過流段保護配合整定，長延時段可按1.2倍站用變低壓側額定電流整定。380 V主饋線開關（直接接于母線的額定電流400 A及以上的饋線開關）長延時段的反時限特性與380 V進線開關對應反時限段（或定時限段）配合整定。

改造后站用變低壓側零序保護和380 V進線開關保護動作閉鎖ATS自投。當站用變低壓側零序保護動作時，其故障點可能是站用變內部，也可能是站用變外部。站用變內部故障，不應閉鎖ATS自投；站用變外部故障，380 V工作母線故障應閉鎖ATS自投。由于東坡站的站用變低壓側出線套管至380 V進線開關之間采用封閉母線形式，故障幾率很小，為了確保不出現ATS誤投于故障母線而導致全站交流失壓現象，本次改造采用了站用變低壓側零序保護和380 V進線開關保護同時閉鎖ATS自投的保守模式。其中，站用變變低零序保護動作由獨立保護接點實現閉鎖；380 V進線開關利用其電子脫扣器輸出的脫扣動作接點經中間繼電器重動后實現閉鎖并發信，且ATS控制器具備記憶功能，即便保護動作接點和脫扣動作接點返回，ATS也不會動作合于故障母線。東坡站交流電源系統改造前后保護配置對比圖如圖2所示。

圖2 東坡變電站交流電源系統改造前后保護配置對比圖

3 站用交流電源系統改造風險分析

站用交流電源系統改造工期長，工序復雜，不同改造階段存在的風險各有差異。掌握不同階段的關鍵風險及管控措施，有助于運行人員在許可工作、現場管控、驗收等方面把握關鍵點，防止事故事件的發生。

3.1 前期不停電改造階段

前期準備施工包括敷設改造電纜到位、新增聯跳站用變低壓側開關二次電纜敷設到位、電纜防火改造等。該階段為不停電作業，施工范圍大，涉及中央配電室、繼保室、電纜層室以及全站大范圍電纜溝，存在踩踏電纜、誤傷、誤碰運行回路、大力拉扯運行中電纜造成設備故障跳閘、人身觸電的風險，以及防小動物設施封堵不及時導致小動物進入造成設備故障跳閘等風險。此次改造，運行人員通過開展防小動物及電纜隱患排查、旁站監督等手段，確保做到了“一開挖，立敷設，敷設畢，即封堵”。過程中發現了中央配電室9P至消防水泵房電源箱的電纜受損情況，及時上報并完成更換。電纜受損情況如圖3所示。

圖3 電纜受損情況示意圖

3.2 輪流停電改造階段

改造期間，380 V母線不可能同時停電配合，需采用輪停的方式開展。東坡站交流電源系統改造停電施工分為3個階段：#1站用變、380 V 1M母線、380 V 0M I段母線同停階段；#2站用變、380 V 2M母線、380 V 0M II段母線同停階段；#0站用變、380 V 0M I段母線、380 V 0M II段母線同停階段。

輪停改造階段除了存在上述不停電改造階段的風險外，還存在誤碰交直流電源、設備損壞、拆接線錯誤等風險。由于本階段工作地點集中在低壓配電屏，作業空間狹小，設備密集，且380 V交流系統設備走向不像高壓設備直觀，因此確保所有來電側斷開并隔離、識別工作地點附近的保留帶電部位是保證施工安全的關鍵。

3.2.1 來電側識別及隔離

為了確保供電可靠性，500 kV變電站一般對高壓場地內的動力電源采取環網供電方式。對于交流環網供電回路，禁止將兩段不同源交流回路并列，為了避免誤并列，東坡站將環網點設置在中央配電室的饋線屏并張貼本空開常合（常斷）、對側空開常斷（常合）標簽。當饋線屏對應母線全停后，運行人員必須注意到涉及環網斷開點的饋線空開下端仍帶電，進行屏內電纜更換、空開加裝等改造工作前必須將可能來電的各側電源從前一級空開處斷開。

以#1站用變、380 V 1M母線、380 V 0M I段母線同停階段為例，如圖4 220 kV設備動力環網圖（部分）所示：環網回路一環網點設置在中央配電室3P 305空開（常斷）和9P 906空開（常合），環網回路二環網點設置在中央配電室3P 303空開（常合）和9P 904空開（常斷）。380 V 1M母線停電操作時，303空開斷開，904空開合上。停電操作后，305、303空開下端仍帶電，為有效隔離帶電部位，確保施工人員人身安全，需分別從前一級空開處斷開，即斷開#2變中就地匯控柜8AD1第一段總交流電源I空開、220 kV#2分段就地匯控柜8AD1第一段總交流電源I空開。

圖4 500 kV東坡站變電站220 kV設備動力環圖（部分）

此外，還有一種非典型環網情況。如圖1東坡變電站站站用交流系統原理圖所示，該停電階段，主控樓配電系統并列運行，母聯3QF合上，由380 V 2M母線的1108空開供電，此時給主控樓380 V I母供電的210空開斷開后其下端仍帶電，需斷開主控樓交流配電室的1QF空開以切斷各側電源。

可通過觀察空開指示燈初步判斷饋線空開是否仍帶電，但由于指示燈故障概率較高，不可以此作為可靠判據，需要求工作人員用萬用表測量空開上下兩端確實無壓后方可開展工作。對于工作要求斷開的空開，應設置“禁止合閘，有人工作”標示，防止誤合，尤其是上述不在工作地點范圍但作為電源斷開點的空開。

3.2.2 工作地點附近帶電部位識別及隔離

采用輪停方式改造，母線不能全部同時停電，加之低壓配電屏內設備密集、穿越等情況，工作地點附近不可避免存在帶電運行部位。識別出作業過程可能誤碰的帶電部位，并采取相應控制措施如對裸露帶電母線加絕緣擋板隔離、對運行中設備貼封條提醒、異地動火作業等，是保證人身安全及設備安全可靠運行的關鍵。

以#0站用變、380 V 0M I段母線、380 V 0M II段母線同停階段為例，該階段需完成380 V 0M I段進線405開關和380 V 0M II段進線406開關的更換及零序TA、#0站用變低壓側開關保護跳閘回路新增，其工作地點涉及7P進線屏及8P進線屏。7P（8P）進線屏中不存在母線穿越情況。如圖5所示，7P進線屏內左側與6P饋線屏有連通部位且未設置安全隔板，而加裝零序TA的位置與該孔洞距離較近，容易誤碰孔洞內的380 V 1M母線，若母線絕緣外包破損，將可能導致人身觸電或設備跳閘，因此需在此處裝設絕緣隔板。如圖6所示，8P進線屏和9P饋線屏的連通部位，原已具備安全隔板，但由于該隔板仍有小孔，為確保安全，可采用貼封條的形式。

圖5 7P進線屏與6P饋線屏的連通部位示意圖

圖6 8P進線屏與9P饋線屏的連通部位示意圖

3.3 驗收階段

本次改造涉及負荷重新分配、新增保護功能、更換開關、新增零序TA、饋線銅排、分支零線銅排等，設備、元件及回路均發生變化，把握驗收要點是確保站用交流系統安全可靠運行的關鍵。運行人員驗收時，應把握以下幾個要點。

3.3.1 資料、材料驗收

其一，檢查改造涉及的所有設備元件相關出廠資料、技術說明書、調試報告及安裝記錄正確齊全。

其二，基于竣工圖紙滯后移交，短期內站內運維依賴于臨時竣工圖紙的實際，需確保臨時竣工圖紙正確齊全，實際施工與設計圖變動之處已備注修改。

其三，檢查專用工具及備品備件齊全，如操作把手、鑰匙等，確保滿足日常操作、維護需要。

3.3.2 外觀驗收

其一，檢查設備元件外觀完好。檢查新增更換開關、零序TA、銅排等設備元件安裝牢固、接觸良好，其接線應整齊、緊固可靠，無積塵、受潮及放電痕跡；檢查各電纜無破損，電纜進出口封堵完好；檢查各備用元件、線纜用絕緣材料封包完整，無裸露接頭。

其二，檢查標識清晰正確。標識驗收，其總原則為所有發生變化的設備、元件、回路、端子等均應按相關規范標識正確。應特別注意：遷改、新增的電纜，其電纜兩端、饋線空開名稱均發生變動，其標識需相應修改。新增饋線開關、銅排，各級重新接線后，其各級接線相別標識應正確無誤。新增零序TA、重接分饋線支路零線后，應采用雙重編號對每個零序TA、每條支路零線進行標識，確保明確至對應回路，方便日后運維。

3.3.3 功能驗收

其一，檢查設備元件接線正確。特別指出：各饋線開關、主饋線開關、饋線銅排、主母線各級間的連接應相與相對應，相序正確。中央配電室各屏內的主零線銅排與新增的分支零線銅排不能短接，若短接，相當于將新增的主饋線開關零序TA短接，發生接地故障時不能正確跳閘。接至各主饋線開關的分饋線支路零線應接入對應的分支饋線零排。可通過查看該主饋線開關連接的分饋線條數，再檢查對應的分支饋線零排所接的零線條數，二者應該相等，如1QF1主饋線開關接有5條饋線，則其分支饋線零排應接有5條零線。各支路零線接入對應零排時應接入不同點，若幾個支路接至同一點，可能會導致日后單支路工作需將接入同一點的回路同停的情況，擴大停電范圍。如圖7所示，為主零線銅排、分支饋線零排、主饋線開關零序TA、分饋線支路零線實物圖。

圖7 為主零線銅排、分支饋線零排、主饋線開關零序TA、分饋線支路零線實物圖

其二，檢查各設備元件功能完好。與專業班組確認設備元件、回路功能調試正常，滿足改造要求。對更換的進線開關及開關小車、饋線開關進行操作試驗，其分合應正常、無卡位現象，其分合位置指示應與實際相對應，具備遙控功能的開關，還需開展遙控操作試驗及后臺相關指示驗收。

其三，檢查設備帶電運行情況。設備帶電后，檢查相關一二次設備運行情況，各設備元件無異常，各表計讀數正確，各回路功能正常。對設備運行后才具備驗收條件的部分內容如空開指示燈、相序核對等，應做好相關驗收確認。

4 結束語

站用交流電源系統是變電站至關重要的部分，是變電站內所有設備設施安全穩定運行的關鍵。綜合500 kV東坡變電站站用交流電源系統運行實際和改造過程，應選配功能合適的開關、合理分配負荷（主饋線開關+分饋線開關）、增加接地保護功能、滿足保護整定配合、選用保守的閉鎖ATS自投策略、做好電纜溝防火改造，可以大大降低站用交流電源系統全停的風險。改造實施中，根據不同階段的特點，掌握其關鍵風險并采取管控措施，識別并隔離所有來電側及工作地點附近的保留帶電部位，把握資料、外觀、功能等方面的驗收要點是保證人身安全和設備安全運行的重中之重。