11 kV配電系統運行方式設計優化改造探討

陳建春

（中國水利水電第十六工程局有限公司，福建 福州 350000）

1 11 kV配電系統簡述

擴建電站設置有2臺5 000 kVA、電壓為15.75/11 kV的高壓廠用變壓器；其中1號高壓廠用變連接在1號機組GCB與7號主變壓器之間的主母線上，2號高壓廠用變連接在2號機組GCB與8號主變壓器之間的主母線上；11 kV配電系統設有2段母線和一把聯絡開關。11 kV配電母線的進線電源，分別引自2臺高壓廠用變壓器的11 kV側，其中1號高壓廠用變接入11 kV配電柜M01，2號高壓廠用變接入11 kV配電柜M11。每段11 kV母線分別與原電廠11 kV配電系統聯絡，各引入一回電源作為擴建電站11 kV配電柜的備用電源，其中1號備用電源接入高壓開關柜M04；2號備用電源接入高壓開關柜M14。兩段母線之間設有一面母聯開關柜M09。M01、M11進線柜和Ⅰ、Ⅱ母線均設有三相電壓互感器各一組，備用電源進線柜M04、M14柜分別設有單相電壓互感器各1只（安裝于B相），分別用于檢測進線及母線電壓。11kV配電系統采用PLC實現備自投功能（見圖1）。

圖1 11 kV配電系統簡圖

2 11 kV設計運行方式

11 kV配電系統正常運行方式如下：

（1）2臺高壓廠用變分別帶兩段母線運行，即M01-CB及M11-CB處于合位，M04-CB、M14-CB及M09-CB處于分位。

（2）在正常運行狀態時，當Ⅰ段母線失電，Ⅱ段母線有壓時，則分M01-CB進線開關，合M09-CB聯絡開關，兩段母線聯絡后由2號高壓廠用變提供電源帶負荷運行。

（3）在正常運行狀態時，當Ⅱ段母線失電，Ⅰ段母線有壓時，則分M11-CB進線開關，合M09-CB聯絡開關，兩段母線聯絡后由1號高壓廠用變提供電源帶負荷運行。

（4）在正常運行狀態時，當Ⅰ、Ⅱ段母線均失電，2臺高壓廠用變進線電源均無壓時，此時判斷兩條備用電源進線均有壓（M04優先）或只有M04備用進線有壓，則分M01-CB和M11-CB進線開關，合M04-CB進線開關和M09聯絡開關，兩段母線聯絡后由M04備用電源提供電源；或者，當Ⅰ、Ⅱ段母線均失電，兩條高廠變進線電源均無壓時，此時判斷只有M14進線有壓，則分開M01-CB和M11-CB進線開關，合M14-CB進線開關和M09聯絡開關，兩段母線聯絡后由M14備用電源提供電源。

3 優化改造要求

11 kV配電柜設備投運后，業主方提出要求，將兩路備用電源進線柜進行改造，M04進線柜與M14進線柜不僅要保留原備用電源進線功能，還要具備向外送電的饋線功能；因此要求優化現有5臺進線開關（M01-CB；M04-CB；M09-CB；M11-CB；M14-CB）的合閘閉鎖條件[1]。

4 合閘閉鎖回路優化方案

在原設計中，1號、2號高壓廠用變是11 kV配電系統最高一級電源，僅允許向其他方面送電，而不允許外部電源向高壓廠用變倒送電；現在兩路備用電源進線既作為備用電源進線，又作為送電饋線，因此原設計輔助接點閉鎖合閘回路完全不能滿足要求，需要變更原設計的開關合閘閉鎖回路，必須依據電壓繼電器的有壓、無壓作為判據，并結合開關的輔助接點完成現地合閘閉鎖功能。需要注意的是，兩段母線（PT1、PT2）的低電壓判據應該是三相兩原件判定即Uab+Ubc。具體涉及的優化方案如表1所示。

表1 兩方案對比

5 開關備自投優化

M01-CB、M04-CB、M09-CB、M11-CB、M14-CB五把開關的備自投優化。由于M04和M14既作為進線柜，又作為饋線柜，原設計中M04-CB、M14-CB的備自投邏輯將無法滿足要求必須刪除，邏輯修改為單母分段運行方式下的分段備自投；M04-CB、M14-CB優化后為手動（現地或遠方）合閘。具體涉及的優化方案如下所述。

（1）在M09柜處拆除與M04柜、M14柜有關備自投的開入信號及開出信號，這樣做的話備自投的程序需要重新編寫。如果想要保留程序不變的話，也可以只是拆除下表中帶有“◆”和“●”標志的項，但是必須將帶有“●”標志項開入信號短接，其實就是讓M04-CB、M14-CB永不滿足備投條件（見表2）。

表2 開關開入信號及開出信號

（2）Ⅰ（Ⅱ）母線電壓判據的修改：原設計母線低電壓（PT1、PT2）只取了兩相低電壓電壓作為判據，需更改為判別三相低電壓。具體修改如下：將DY1：15與DY1：16短接；信號線由DY1：13/15引出更改為由DY1：13/18引出，將原判別Uab電壓改為判別Uab+Ubc電壓。

（3）當在遠方操作開關（合/分）時，若備自投恰好是投入狀態，則遠方操作有可能不成功，甚至可能發生非同期事故。因此在遠方操作開關（合/分）時，需同時給備自投裝置引入一個“閉鎖備自投”的開入信號；操作完畢需要投入備自投時，可以遠方發“復位備自投”的命令復歸。這樣公用LCU需要增加2只開出繼電器，1只是與5臺斷路器合/分操作同步開出的“閉鎖備自投”，1只是單點開出的“復位備自投”，“閉鎖備自投”繼電器動作時要求能夠閉鎖“復位備自投”繼電器（見表3）。

表3 繼電器端子定義

6 備自投優化后的運行方式及備投邏輯

優化后M04-CB、M14-CB完全為手動（現地或遠方）合閘。11kV正常為單母分段運行方式，即M01-CB、M11-CB各帶一段母線，兩條進線互為暗備用，采用M09-CB分段開關備自投,并具有備投自恢復功能[2]。

（1）備自投充電條件：（略）；

（2）Ⅰ母失壓自投：當Ⅰ母無壓無流且Ⅱ母有壓時，經延時T1后跳開M01-CB，確認M01-CB跳開后經整定延時T2合閘M09-CB；

（3）Ⅱ母失壓自投：當Ⅱ母無壓無流且Ⅰ母有壓時，經延時T1后跳開M11-CB，確認M11-CB跳開后經整定延時T2合閘M09-CB；

（4）自恢復功能：當分段自投動作成功后，檢測跳開的進線已恢復供電，則啟動自恢復功能重新跳開分段開關，合上原進線開關，恢復為兩段母線獨立運行的模式。

7 計算機監控系統方面

（1）優化后M01-CB、M04-CB、M09-CB、M11-CB、M14-CB五把開關的遠方操作合/分改造。在公用LCU的遠方操作必需相應的將此五把開關的遠方合閘互鎖條件與現地互鎖保持一致，當然LCU開入點也要作相應的增加。

（2）同時給備自投裝置增加“閉鎖備自投”和“復位備自投” 兩個開出信號。需要增加2只開出繼電器，“閉鎖備自投”與5臺斷路器合閘、分閘開出繼電器同步開出，“復位備自投”是單點開出。“閉鎖備自投”繼電器動作時要求能夠閉鎖“復位備自投”繼電器的開出，建議使用硬接線閉鎖。

（3）報警信號的變更。優化后報警信號要做相應的變更，以滿足優化后的實際情況。

8 繼電保護系統方面

M01、M09、M113個柜的性質沒有任何變化，所以它們的繼電保護定值保持原整定不變。由于優化后M04和M14既作為進線柜，又作為饋線柜，現有的繼電保護定值是否滿足要求需要重新分析。

（1）作為進線時，現有的整定值可以不用更改，因為這與原設計是一致的。

（2）作為饋線時有兩種情況：

1）一種是高負荷情況。現有的整定值就是針對M04-CB、M14-CB所能承受最大故障電流而設定的，顯然負荷不能高于M04、M14斷路器的現有保護定值，所以在高負荷下現有保護定值只需保持原整定值不變即可；

2）一種是低負荷情況。若負荷小于M04、M14斷路器的現有的保護定值，由于用電設備的保護應該是優先于靠近設備的繼電保護，作為饋線柜的保護只是后備保護，故而現有保護定值仍舊不用更改。

9 結語

11 kV配電柜正常運行設備的優化改造，尤其是多回路進線電源作為備用電源，必須全面考慮優化方案對配電系統可能造成不同期合閘的危險性，必須在確保安全，方案可靠后進行改造，改造后對擴建電站及原電站的11 kV電源起到互為備用，保證11 kV配電系統更加可靠運行，改造運行四年來，設備運行良好無異常情況的發生，優化方案得到業主及工程師的肯定，供各位技術人員借鑒參考。