內(nèi)橋接線變電站電壓電流回路及備自投裝置設(shè)計(jì)分析

隨著我國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展與國土資源保護(hù)意識(shí)的提高，國家對土地的審批和監(jiān)管力度越來越大。而且我國電力網(wǎng)絡(luò)越來越堅(jiān)強(qiáng)，原來作為骨干網(wǎng)絡(luò)的110kV變電站，如今均變成了終端站，在電網(wǎng)中的地位遠(yuǎn)沒有以前那么重要，所以一次接線形式也由原來的單母線分段甚至是單母線分段帶旁母的主接線變?yōu)閮?nèi)橋接線的變電站。

同時(shí)，從節(jié)約資源與控制成本的角度出發(fā)，現(xiàn)在新建110kV變電站多為內(nèi)橋接線形式，如圖1所示。與一般的單母線分段接線方式相比，內(nèi)橋接線省去了兩臺(tái)主變高壓側(cè)的進(jìn)線斷路器及一把刀閘。

圖1傳統(tǒng)內(nèi)橋接線

圖2丹景站內(nèi)橋接線

內(nèi)橋接線變電站電壓電流回路及備自投裝置設(shè)計(jì)分析

1.電壓回路的設(shè)計(jì)

由于110kV丹景變電站位于天府新區(qū)五星級(jí)酒店及“兩湖一山”風(fēng)景旅游區(qū)中心地帶，為了不影響整體景區(qū)整體規(guī)劃、減少占地面積，該電站采用戶內(nèi)GIS設(shè)計(jì)。

因此，設(shè)計(jì)主接線時(shí)省去了兩臺(tái)母線PT，把線路單相PT更換為三相PT，從而最大限度降低占地面積，如圖2所示。

在審圖時(shí)發(fā)現(xiàn)電壓二次回路設(shè)計(jì)如圖3。很明顯這樣的設(shè)計(jì)有缺陷，因?yàn)镻T刀閘處于合位時(shí)只能反應(yīng)線路電壓，而不一定為母線電壓，只有當(dāng)開關(guān)運(yùn)行時(shí)能反應(yīng)母線電壓。而且兩段母線電壓并沒有二次并列回路。

因此，設(shè)計(jì)對此進(jìn)行了更改，母線電壓回路串入了開關(guān)常開輔助接點(diǎn)，如圖4所示。改進(jìn)后的設(shè)計(jì)在正常運(yùn)行時(shí)，二次母線電壓與實(shí)際是對應(yīng)的。

兩段母線電壓應(yīng)通過母線開關(guān)DL3及其兩側(cè)刀閘并列。

圖3電壓回路原圖

內(nèi)橋接線變電站電壓電流回路及備自投裝置設(shè)計(jì)分析

圖4現(xiàn)場電壓回路圖

內(nèi)橋接線變電站電壓電流回路及備自投裝置設(shè)計(jì)分析

在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，發(fā)現(xiàn)如圖所示的電壓回路設(shè)計(jì)方法仍有缺陷。它的缺陷表現(xiàn)：

其中一個(gè)線路開關(guān)（以DL1為例）處于冷備用，母聯(lián)開關(guān)DL3處于合位，另一條線路通過DL3開關(guān)帶兩臺(tái)主變運(yùn)行。由于此時(shí)兩條母線為并列運(yùn)行，I母上又無母線PT，因此#1主變的保護(hù)、測控電壓及#1主變高壓側(cè)的計(jì)量電壓只能通過二次側(cè)電壓并列獲得。當(dāng)對DL1開關(guān)繼電保護(hù)裝置做例行預(yù)檢性實(shí)驗(yàn)，在做整組傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，開關(guān)手動(dòng)將DL1開關(guān)合時(shí)，二次母線電壓A631/B631/C631會(huì)將電壓反送到線路上，這是非常危險(xiǎn)的。

危險(xiǎn)性表現(xiàn)在兩方面：

（1）反送電使線路帶電，如果線路有檢修嚴(yán)重會(huì)發(fā)生人生傷亡事故；

（2）線路無檢修而是帶電，兩個(gè)電壓不同期，將發(fā)生嚴(yán)重的電網(wǎng)事故，會(huì)引發(fā)大面積停電，兩種情況后果嚴(yán)重，均會(huì)產(chǎn)生不可估量的損失。

對此解決方法如下：

（1）須在本變電站的運(yùn)行規(guī)程中加入關(guān)于電壓回路的操作規(guī)程，當(dāng)線路開關(guān)DL1處于冷備用時(shí)，若要對DL1的保護(hù)裝置進(jìn)行例行實(shí)驗(yàn)時(shí)，須斷開L1線路PT的所有二次空開。這種方法的確可以解決線路開關(guān)冷備用時(shí)二次電壓反送的問題。不過在備自投運(yùn)行時(shí)卻又有新的問題。

同樣以開關(guān)DL1處于合位的線路L1熱備用（線路側(cè)有電壓）為例，母聯(lián)開關(guān)處于DL3合位，DL2開關(guān)合位線路L2帶兩臺(tái)變壓器運(yùn)行。這時(shí)110kV電壓等級(jí)的保護(hù)、測控、計(jì)量及故障錄波等裝置所有電壓均為來自球線路L2的#2PT的二次電壓。

此時(shí)若線路L2對側(cè)開關(guān)跳閘造成全站失電，由于進(jìn)線備自投滿足動(dòng)作條件，則備自投裝置應(yīng)該正確動(dòng)作。首先由備自投對DL2發(fā)跳令，等DL2確處于跳位后，備自投裝置再對開關(guān)DL1發(fā)合閘命令，當(dāng)DL1合上之后備自投動(dòng)作完成，全站又恢復(fù)供電。在實(shí)際聯(lián)調(diào)備自投裝置時(shí)運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)備自投動(dòng)作之后，全站的保護(hù)電壓、測控、計(jì)量電壓均正常，卻要發(fā)II母計(jì)量電壓失電信號(hào)。

最后經(jīng)過檢查計(jì)量電壓二次回路發(fā)現(xiàn)，I母、II母的計(jì)量電壓回路沒有改過來，還是按照圖3所示電壓回路接線，只是經(jīng)過了線路刀閘常開節(jié)點(diǎn)重動(dòng)，并沒有經(jīng)過開關(guān)DL1、DL2常開輔助接點(diǎn)。

因此，當(dāng)備自投開關(guān)動(dòng)作后，I、II母仍然處于并列運(yùn)行，II母計(jì)量電壓電壓恢復(fù)正常，此時(shí)線路L2上的#2PT一次側(cè)無壓，二次側(cè)向一次側(cè)反送電壓，由于二次向一次側(cè)反送電壓時(shí)類似為一臺(tái)升壓變壓器，需要較大的勵(lì)磁電流，該勵(lì)磁電流超過了二次計(jì)量空開額定值，于是跳閘。

另外，計(jì)量電壓的這種接法，在線路開關(guān)DL1例行試驗(yàn)處于冷備用狀態(tài)，而兩段母線并列運(yùn)行時(shí)，當(dāng)手合斷路器DL1時(shí)，I母的計(jì)量電壓仍然會(huì)向線路L1的一次側(cè)反向送電，造成計(jì)量開關(guān)跳閘。

如果此時(shí)測控裝置沒有能夠發(fā)出I母計(jì)量空開跳閘的信號(hào)，在DL1恢復(fù)運(yùn)行時(shí)，開關(guān)DL1就沒有計(jì)量電壓從而不能正確計(jì)量，造成計(jì)度損失。

（2）實(shí)際線路開關(guān)運(yùn)行的情況是斷路器處于合位，斷路器兩側(cè)刀閘合位，母線電壓等于線路電壓。為了使一二次保持一致，并從安全角度出發(fā)，應(yīng)在電壓回路中串入斷路器兩側(cè)刀閘常開接點(diǎn)，如圖5所示。真正實(shí)現(xiàn)二次回路與一次正確對應(yīng)，反應(yīng)正常電壓。

圖5改進(jìn)后的電壓回路圖

內(nèi)橋接線變電站電壓電流回路及備自投裝置設(shè)計(jì)分析

可見，在沒有母線PT而裝設(shè)三相線路PT的變電站，電壓二次回路要比單母線分段的二次回路復(fù)雜得多。二次回路越復(fù)雜，出現(xiàn)故障的幾率就越多，也就越不可靠。這就是簡化一次，給二次回路帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

2.電流回路設(shè)計(jì)

在電流回路設(shè)計(jì)時(shí)，主要是變壓器的差動(dòng)電流與一般的單母線分段接線變電站有所區(qū)別。對于一般的單母線分段變電站，變壓器的差動(dòng)電流就是變壓器各側(cè)電流相量和，各側(cè)電流方向由各側(cè)開關(guān)所在母線指向變壓器為正方向。

在本文涉及的內(nèi)橋接線方式里，#1主變壓器的高壓側(cè)是指母聯(lián)開關(guān)DL3和進(jìn)線L1開關(guān)DL1。#2主變器的高壓側(cè)為母聯(lián)開關(guān)DL3和進(jìn)線開關(guān)DL2。當(dāng)DL3電流接入#1主變壓器時(shí)，它的電流方向應(yīng)為II母線指向I母方向，而接入#2主變壓器時(shí)，電流方向應(yīng)由I母線方向指向II母線方向，兩組電流方向極性端剛好相反。

兩條母線一般情況下，電流的方向應(yīng)由母線指向線路，從而達(dá)到保護(hù)線路的目的，而當(dāng)線路開關(guān)DL1、DL2分別作為主變器的高壓側(cè)時(shí)，接入主變壓器的電流應(yīng)該為保護(hù)主變壓器為目的，因此方向應(yīng)為線路方向指向母線。與接入線路保護(hù)、線路測控、故障錄波的電流極性相反。這在審圖時(shí)，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)電流方向不正確，應(yīng)該引起注意。

3.備自投回路的改進(jìn)

以DL1、DL3運(yùn)行，DL2備用為例進(jìn)行分析。正常運(yùn)行進(jìn)線備投的充電條件為：Ⅰ母、Ⅱ母電壓正常；DL1、DL3均合位且處于合后；DL2分位，進(jìn)線L2電壓正常；進(jìn)線備自投控制字、壓板投入。滿足以上條件則進(jìn)線備投充電。當(dāng)Ⅰ母、Ⅱ母失壓，進(jìn)線L2有壓，進(jìn)線L1無流時(shí)，經(jīng)過一延時(shí)先切DL1，確認(rèn)DL1跳開后，合DL2，動(dòng)作邏輯如圖6所示。

圖6傳統(tǒng)進(jìn)線備自投邏輯

圖7進(jìn)線2備用示意圖

當(dāng)發(fā)生如圖7所示虛線框里的故障時(shí)，#1變壓器保護(hù)切除DL1、DL3和DL4，隔離故障點(diǎn)。由于DL3由合位變?yōu)榉治唬瑒t進(jìn)線備自投充電條件不滿足，進(jìn)線備自投放電，DL1、DL2為分位，全站失電。

若#1主變保護(hù)動(dòng)作DL1、DL4跳閘成功，DL3跳閘失敗，則Ⅰ母、Ⅱ母失壓，又DL1為跳位，無流，進(jìn)線L2有壓，進(jìn)線備自投滿足動(dòng)作條件，將經(jīng)一延時(shí)切DL1，合DL2。由于故障仍然的存在，會(huì)將電源引向故障，對電網(wǎng)和DL3、DL2造成沖擊，不利于電網(wǎng)和設(shè)備安全。因此，進(jìn)線備自投將變壓器動(dòng)作作為備自投的閉鎖條件之一。

若變壓器保護(hù)動(dòng)作成功，DL1、DL3和DL4斷開后，故障已經(jīng)被隔離，此時(shí)再合上DL2，可由線路L2經(jīng)開關(guān)DL2、#2主變壓器、DL5對低壓側(cè)饋線供電，減少負(fù)荷損失，提高供電可靠性。所以不宜將變壓器保護(hù)動(dòng)作作為進(jìn)線備自投的閉鎖條件，而應(yīng)該將它與DL3分位取“與”邏輯作為進(jìn)線備自投的動(dòng)作條件。

對于L1線路故障，線路保護(hù)切除DL1的情形，進(jìn)線備自投能夠正確動(dòng)作。進(jìn)線備自投的動(dòng)作邏輯圖可改進(jìn)為圖9、圖10所示。

改進(jìn)后的進(jìn)線備自投設(shè)計(jì)方案圖9、圖10，不僅僅適用于內(nèi)橋接線方式的變電站，同時(shí)也適用于單母線分段接線方式的變電站，如圖11所示。110kV單母線分段接線形式的變電站中，根據(jù)變電站在電網(wǎng)的地位不同，主變壓器的高壓側(cè)保護(hù)的保護(hù)方向分為指向母線和指向變壓器兩種情況。

若高壓側(cè)保護(hù)方向指向母線，以圖中虛線框?yàn)槔?，?dāng)I母線發(fā)生故障時(shí)，#1主變壓器高壓側(cè)保護(hù)動(dòng)作，首先切除母聯(lián)DL3，將故障把兩段母線分開，讓無故障母線繼續(xù)運(yùn)行。若保護(hù)元件沒有返回，則說明故障在I段母線內(nèi)，繼續(xù)跳開主變各側(cè)開關(guān)。

但是故障仍然存在，只能由線路開關(guān)DL1的未帶方向的IV段來切除故障。到此，線路開關(guān)DL1、母聯(lián)開關(guān)DL3、#1主變高壓側(cè)開關(guān)DL6斷開，I母失電。由于母聯(lián)開關(guān)DL3開關(guān)斷開，進(jìn)線備自投并不能正確動(dòng)作。事實(shí)上進(jìn)線L2的DL2開關(guān)完全可以合閘帶#2主變壓器運(yùn)行，向低壓側(cè)供電。

圖8改進(jìn)后進(jìn)線L2備投邏輯

內(nèi)橋接線變電站電壓電流回路及備自投裝置設(shè)計(jì)分析