110kV内桥接线变电站电压电流回路及备自投的改进

2015-05-25林茂

电气技术 2015年4期

林茂

（国网资阳供电公司，四川资阳 641300）

随着我国经济的蓬勃发展与国土资源保护意识的提高，国家对土地的审批和监管力度越来越大。而且我国电力网络越来越坚强，原来作为骨干网络的110kV 变电站，如今均变成了终端站，在电网中的地位远没有以前那么重要，所以一次接线形式也由原来的单母线分段甚至是单母线分段带旁母的主接线变为内桥接线的变电站。同时，从节约资源与控制成本的角度出发，现在新建110kV 变电站多为内桥接线形式，如图1所示。与一般的单母线分段接线方式相比，内桥接线省去了两台主变高压侧的进线断路器及一把刀闸[1]。

1 电压回路的设计

由于110kV 丹景变电站位于天府新区五星级酒店及“两湖一山”风景旅游区中心地带，为了不影响整体景区整体规划、减少占地面积，该电站采用户内GIS 设计。因此，设计主接线时省去了两台母线PT，把线路单相PT 更换为三相PT，从而最大限度降低占地面积，如图2所示。

图1 传统内桥接线

在审图时发现电压二次回路设计如图3所示。很明显这样的设计有缺陷，因为PT 刀闸处于合位时只能反应线路电压，而不一定为母线电压，只有当开关运行时能反应母线电压。而且两段母线电压并没有二次并列回路。因此，设计对此进行了更改，母线电压回路串入了开关常开辅助接点，如图4所示。改进后的设计在正常运行时，二次母线电压与实际是对应的。

图2 丹景站内桥接线

两段母线电压应通过母线开关DL3 及其两侧刀闸并列。

图3 电压回路原图

图4 现场电压回路图

在实际运行时，发现如图所示的电压回路设计方法仍有缺陷。它的缺陷表现有两个方面：其中一个线路开关（以DL1 为例）处于冷备用，母联开关DL3 处于合位，另一条线路通过DL3 开关带两台主变运行。由于此时两条母线为并列运行，Ⅰ母上又无母线PT，因此#1 主变的保护、测控电压及#1 主变高压侧的计量电压只能通过二次侧电压并列获得。当对DL1 开关继电保护装置做例行预检性实验，在做整组传动实验时，开关手动将DL1 开关合时，二次母线电压A631/B631/C631 会将电压反送到线路上，这是非常危险的。危险性表现在两方面：①反送电使线路带电，如果线路有检修严重会发生人生伤亡事故；②线路无检修而是带电，两个电压不同期，将发生严重的电网事故，会引发大面积停电，两种情况后果严重，均会产生不可估量的损失。对此解决方法如下：

1）需在本变电站的运行规程中加入关于电压回路的操作规程，当线路开关DL1 处于冷备用时，若要对DL1 的保护装置进行例行实验时，须断开L1线路PT 的所有二次空开。这种方法的确可以解决线路开关冷备用时二次电压反送的问题。不过在备自投运行时却又有新的问题。同样以开关DL1 处于合位的线路L1 热备用（线路侧有电压）为例，母联开关处于DL3 合位，DL2 开关合位线路L2 带两台变压器运行。这时110kV 电压等级的保护、测控、计量及故障录波等装置所有电压均为来自球线路L2 的#2PT 的二次电压。此时若线路L2 对侧开关跳闸造成全站失电，由于进线备自投满足动作条件，则备自投装置应该正确动作。首先由备自投对DL2发跳令，等DL2 确处于跳位后，备自投装置再对开关DL1 发合闸命令，当DL1 合上之后备自投动作完成，全站又恢复供电。在实际联调备自投装置时运行时发现当备自投动作之后，全站的保护电压、测控、计量电压均正常，却要发II 母计量电压失电信号。最后经过检查计量电压二次回路发现，Ⅰ母、Ⅱ母的计量电压回路没有改过来，还是按照图3所示电压回路接线，只是经过了线路刀闸常开节点重动，并没有经过开关DL1、DL2 常开辅助接点。因此，当备自投开关动作后，Ⅰ、Ⅱ母仍然处于并列运行，Ⅱ母计量电压电压恢复正常，此时线路L2上的#2PT 一次侧无压，二次侧向一次侧反送电压，由于二次向一次侧反送电压时类似为一台升压变压器，需要较大的励磁电流，该励磁电流超过了二次计量空开额定值，于是跳闸。另外，计量电压的这种接法，在线路开关DL1 例行试验处于冷备用状态，而两段母线并列运行时，当手合断路器DL1 时，Ⅰ母的计量电压仍然会向线路L1 的一次侧反向送电，造成计量开关跳闸。如果此时测控装置没有能够发出Ⅰ母计量空开跳闸的信号，在DL1 恢复运行时，开关DL1 就没有计量电压从而不能正确计量，造成计度损失。

2）实际线路开关运行的情况是断路器处于合位，断路器两侧刀闸合位，母线电压等于线路电压。为了使一二次保持一致，并从安全角度出发，应在电压回路中串入断路器两侧刀闸常开接点，如图5所示。真正实现二次回路与一次正确对应，反应正常电压。

图5 改进后的电压回路图

可见，在没有母线PT 而装设三相线路PT 的变电站，电压二次回路要比单母线分段的二次回路复杂得多。二次回路越复杂，出现故障的几率就越多，也就越不可靠。这就是简化一次，给二次回路带来的风险。

2 电流回路设计

在电流回路设计时，主要是变压器的差动电流与一般的单母线分段接线变电站有所区别。对于一般的单母线分段变电站，变压器的差动电流就是变压器各侧电流相量和，各侧电流方向由各侧开关所在母线指向变压器为正方向。在本文涉及的内桥接线方式里，#1 主变压器的高压侧是指母联开关DL3和进线L1 开关DL1。#2 主变器的高压侧为母联开关DL3 和进线开关DL2。当DL3 电流接入#1 主变压器时，它的电流方向应为Ⅱ母线指向Ⅰ母方向，而接入#2 主变压器时，电流方向应由Ⅰ母线方向指向Ⅱ母线方向，两组电流方向极性端刚好相反。两条母线一般情况下，电流的方向应由母线指向线路，从而达到保护线路的目的，而当线路开关DL1、DL2分别作为主变器的高压侧时，接入主变压器的电流应该为保护主变压器为目的，因此方向应为线路方向指向母线。与接入线路保护、线路测控、故障录波的电流极性相反。这在审图时，经常发现电流方向不正确，应该引起注意。

3 备自投回路的改进

以DL1、DL3 运行，DL2 备用为例进行分析。正常运行进线备投的充电条件为：Ⅰ母、Ⅱ母电压正常；DL1、DL3 均合位且处于合后；DL2 分位，进线L2 电压正常；进线备自投控制字、压板投入。满足以上条件则进线备投充电。当Ⅰ母、Ⅱ母失压，进线L2 有压，进线L1 无流时，经过一延时先切DL1，确认DL1 跳开后，合DL2，动作逻辑如图6所示。

图6 传统进线备自投逻辑

当发生如图7所示虚线框里的故障时，#1 变压器保护切除DL1、DL3 和DL4，隔离故障点。由于DL3 由合位变为分位，则进线备自投充电条件不满足，进线备自投放电，DL1、DL2 为分位，全站失电。若#1 主变保护动作DL1、DL4 跳闸成功，DL3跳闸失败，则Ⅰ母、Ⅱ母失压，又DL1 为跳位，无流，进线L2 有压，进线备自投满足动作条件，将经一延时切DL1，合DL2。由于故障仍然的存在，会将电源引向故障，对电网和DL3、DL2 造成冲击，不利于电网和设备安全。因此，进线备自投将变压器动作作为备自投的闭锁条件之一[2]。

图7 进线2 备用示意图

若变压器保护动作成功，DL1、DL3 和DL4 断开后，故障已经被隔离，此时再合上DL2，可由线路L2 经开关DL2、#2 主变压器、DL5 对低压侧馈线供电，减少负荷损失，提高供电可靠性。所以不宜将变压器保护动作作为进线备自投的闭锁条件，而应该将它与DL3 分位取“与”逻辑作为进线备自投的动作条件。

对于L1 线路故障，线路保护切除DL1 的情形，进线备自投能够正确动作。进线备自投的动作逻辑图可改进为图9、图10 所示。

图8 改进后进线L2 备投逻辑

图9 改进后进线L1 备投逻辑

图10 单母线分段接线

改进后的进线备自投设计方案图9、图10，不仅仅适用于内桥接线方式的变电站，同时也适用于单母线分段接线方式的变电站，如图11 所示。110kV单母线分段接线形式的变电站中，根据变电站在电网的地位不同，主变压器的高压侧保护的保护方向分为指向母线和指向变压器两种情况。若高压侧保护方向指向母线，以图中虚线框为例，当Ⅰ母线发生故障时，#1 主变压器高压侧保护动作，首先切除母联DL3，将故障把两段母线分开，让无故障母线继续运行。若保护元件没有返回，则说明故障在Ⅰ段母线内，继续跳开主变各侧开关。但是故障仍然存在，只能由线路开关DL1 的未带方向的Ⅳ段来切除故障。到此，线路开关DL1、母联开关DL3、#1主变高压侧开关DL6 断开，Ⅰ母失电。由于母联开关DL3 开关断开，进线备自投并不能正确动作。事实上进线L2 的DL2 开关完全可以合闸带#2 主变压器运行，向低压侧供电。