500kV開關站3/2接線方式的合環運行淺析

孫 天

（中核核電運行管理有限公司，浙江 嘉興 314000）

0 引言

結合500kV開關站接線圖介紹斷路器和線路保護相配合，機組和線路檢修時應至少保持三串運行，如圖1所示。防止繼電保護不正常動作，有利于斷路器檢修時開關站不停電運行。文中主要從環路運行條件和繼電保護與安全自動裝置應適應環網運行方式和開關站內的設備倒閘操作兩方面，并引用機組事件保護的動作情況和線路保護的前提。分析合環運行時保護動作可靠性，通過分析合環運行倒閘操作，明確開關站內環路運行故障時的操作順序。針對性的介紹合環對相關保護的聯系，并對于機組環路運行可靠性提出了自己的意見和建議。

圖1 500kV開關站接線圖

1 500kV聯合開關站線路及基本保護形式介紹

1.1 500kV開關站主接線形式介紹

500kV聯合開關站是連接電廠與電網的樞紐，站內采用3/2斷路器接線方式（兩組母線間，裝有三個斷路器，可引接兩個回路。即每一個回路經一臺斷路器接至一組母線，兩條回路間設一臺聯絡斷路器，形成一串，稱為一個半斷路器接線，實質上它又屬于一個回路有兩臺斷路器供電的雙重連接的多環形接線）。

正常運行時構成環形供電，任意一母線發生短路故障，均不影響各支路供電、操作方便。任意一臺斷路器或母線檢修，只需拉開對應的斷路器，其他支路仍可繼續運行。一般情況下，一臺母線側斷路器故障或拒動，只影響一個支路工作。只有中間斷路器故障或拒動時，才會造成兩支路停電。一對半斷路器接線使用的設備較多，特別是斷路器和電流互感器，繼電保護復雜。

1.2 500kV開關站線路基本保護形式介紹

線路1、2、3、4繼電保護采用分相電流差動保護，配以相應的光纖通道以2M復用方式構成全線速動保護。第一套線路保護采用南瑞公司制造的分相電流差動保護裝置，型號為PCS931；第二套線路保護采用四方公司制造的分相電流差動保護裝置，型號為CSC103A。每回線路配置兩套分相電流差動保護原理的微機保護作為主保護，每套主保護又具有完善的后備保護。

線路分別配置了兩套完全相同功能的分相電流差動保護作為主保護，以距離保護作為后備保護。保護功能都集成在1個REL561繼電器內部，此外網控側的每套保護還為啟用方向零流保護功能而加裝了1個相同的REL-561繼電器。合計6個REL-561繼電器。為了啟動失靈保護，5421&5422線路改造主控側還外加了一個失靈繼電器50BF和2個失靈時間繼電器50BFT。網控側和控制側的兩套保護裝置的通信采用光纜通訊。正常情況下，兩套保護裝置同時運行，如果一套保護裝置故障，可以短期內退出運行，保證失靈保護能夠可靠動作。500kV開關站繼電保護設備有1、2線路保護，3、4線路保護，開關站母線保護、斷路器失靈保護、短引線保護、自動重合閘裝置、故障錄波裝置、閃光報警裝置及高頻通道等組成。

2 合環運行對于機組的重要性

2.1 合環運行需要具備的條件

（1）相位應一致。如首次合環或檢修后可能引起相位變化，必須經測定證明合環點兩側相位一致。

（2）如屬于電磁環網，則環網內的變壓器接線組別之差為零；在特殊情況下，經計算校驗繼電保護不會誤動作及有關環路設備不地載，允許變壓器接線差30°進行合環操作。

（3）合環后環網內各元件不致過載，各母線電壓不應超過規定值。

（4）繼電保護與安全自動裝置應適應環網運行方式，穩定符合規定的要求。

2.2 合環運行在繼電保護中的應用

合環運行時運行串之間靠斷路器聯絡運行，1#線路A相接地故障時，線路主保護動作正常后，A相均跳開，斷路器未裝設自動重合閘裝置，不重合。A相斷開后，按照溝通三跳邏輯圖看出，在啟動重合閘時，雖然斷路器斷開，線路CT檢測到有電流通過，電流啟動量滿足，A相開入，重合閘單重開入，滿足“溝通三跳”的邏輯，啟動溝通三跳三相跳閘。在站內不滿足環路運行時，將檢測不到線路電流的啟動量，不滿足溝通三跳邏輯。所以斷路器其他兩相不能跳開。

斷路器的正確動作與否取決于線路和設備的保護選擇是否正確，配置是否合理，當然對于任何一電廠能滿足其運行的首先條件就應該是保護回路的可靠完整性。針對上述實例說明如果開關站部分投入或者檢修及故障原因，在非環路運行狀態，在線設備在電網異常波動情況下，未能達到預期響應，必然會影響設備保護的正常動作。

2.3 線路保護變更對于合環運行的影響

合環運行基于繼電保護的設計初衷，是在保護可靠性保證的情況下。環路運行的斷路器保護也很重要，斷路器的異常動作，容易導致小事故擴大。由于電廠主變出口開關失靈保護設計存在隱患，事故下失靈保護容易出現非正常動作，線路改造保證斷路器的失靈保護和保護電源的雙重化改造。增加一套失靈保護裝置，主變和線路保護均能同時啟動失靈保護，同時給開關發跳閘指令，確保狀態下可靠動作如圖2所示。

圖2 保護裝置電源配置

線路兩套保護裝置的電源分別取至220V直流A通道、C通道，實現了兩套保護裝置的電源雙重化配置，在正常運行和需要將A套保護退出時均不會影響失靈保護性能，但如果直流屏中Q12開關因故障跳閘，線路保護就會失去A套保護和失靈保護，降低了線路的安全性。

根據以上分析，提出下述優化方案：將失靈保護和A套保護供電電源改為由220V直流A通道的兩個支路進行供電，提高供電的安全性。改造后的回路如圖3所示。

圖3 優化后保護電源配置

3 合環運行對于正常倒閘操作的要求

根據500kV開關站的線路出現故障保護動作后，在引起的人為干預倒閘操作的過程中，要保證線路保護的有可靠電源支持。線路保護類型為分相電流差動保護為主保護，距離保護為后備保護。在正常合環倒閘操作中：差動保護禁止退出運行，在倒閘操作中，繼電保護接收的線路參量跟隨線路運行情況變化。所以要求在一次開關倒閘操作中，主保護跟隨一次開關的正常動作而變化。在保證合環運行，線路保護以及機組和電網的安全情況下，準確執行倒閘操作，包括在日常運行電氣操作中，也要執行操作前充分認識此次操作可能會帶給機組甚至電網的影響。

4 結語

電網合環運行就是把電氣性能相同的變電站連接成環狀的輸、配電系統，使原來或單回線路運行的輸、供電網絡經兩回或多回輸電線路連接成單環路或多環路運行的環網。電網合環運行的好處在于它們之間可以相互送、變電?；ハ嘀гハ嗾{劑，互為備用。這樣既可以提高供電的可靠性，又可以保證重要負荷的供電。同時，如果在一樣的導線條件輸送相同功率，環路運行還可以減少電能損失，提高供電質量。本文主要通過現場實際運行中遇到的情況，從繼電保護、倒閘操作、電廠運行事件及設備變更等方面，介紹線路故障或者保護故障時合環運行的可靠性，對于運行實際工作和環路運行總結如下：

（1）當合環運行多臺機組處于檢修狀態，或由于非可控事故引起的機組停運檢修而引起環路少于三串運行狀態，要確保成串運行需將主變出口刀閘分開后，在將本串的中間斷路器和機組側斷路器合閘，確保短引線保護可靠投運，即使斷路器斷開則在發生二次事故時，保護動作相應啟動量可以有效保證。

（2）機組線路發生故障引起的環路斷路器跳閘工況下，如繼電保護動作異常引起的斷路器非正常動作，后期在事故處理保證機組安全的情況下，盡快恢復對應串線路，保證環路盡量完整。

（3）開關站內一對半斷路器接線中，發電廠側的母線側斷路器配置一套失靈保護及兩套短引線保護，中間斷路器配置一套失靈保護及一套自動重合閘裝置，出線側的母線側斷路器則配置一套失靈保護、一套自動重合閘裝置及兩套短引線保護。在事故開環運行情況下，機組側的斷路器因為配備重合閘，在站內≤3串運行的環路中，在事故可控的情況下，應及時恢復機組側的斷路器。要保證至少三串環路，避免二次事故造成不可控。

（4）為確保環路運行，在其他后備保護投用時，優化后的保護電源雙重化加強了事故動作可靠性。如果發生站內不可控事故工況，保護可能會存在電源失電的情況，后續變更可依據本次變更實際情況，完善后備保護的電源雙重化。