110kV內橋接線變電站電壓電流回路及 備自投的改進

林 茂

（國網資陽供電公司，四川 資陽 641300）

隨著我國經濟的蓬勃發展與國土資源保護意識的提高，國家對土地的審批和監管力度越來越大。而且我國電力網絡越來越堅強，原來作為骨干網絡的110kV 變電站，如今均變成了終端站，在電網中的地位遠沒有以前那么重要，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為內橋接線的變電站。同時，從節約資源與控制成本的角度出發，現在新建110kV 變電站多為內橋接線形式，如圖1所示。與一般的單母線分段接線方式相比，內橋接線省去了兩臺主變高壓側的進線斷路器及一把刀閘[1]。

1 電壓回路的設計

由于110kV 丹景變電站位于天府新區五星級酒店及“兩湖一山”風景旅游區中心地帶，為了不影響整體景區整體規劃、減少占地面積，該電站采用戶內GIS 設計。因此，設計主接線時省去了兩臺母線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。

圖1 傳統內橋接線

在審圖時發現電壓二次回路設計如圖3所示。很明顯這樣的設計有缺陷，因為PT 刀閘處于合位時只能反應線路電壓，而不一定為母線電壓，只有當開關運行時能反應母線電壓。而且兩段母線電壓并沒有二次并列回路。因此，設計對此進行了更改，母線電壓回路串入了開關常開輔助接點，如圖4所示。改進后的設計在正常運行時，二次母線電壓與實際是對應的。

圖2 丹景站內橋接線

兩段母線電壓應通過母線開關DL3 及其兩側刀閘并列。

圖3 電壓回路原圖

圖4 現場電壓回路圖

在實際運行時，發現如圖所示的電壓回路設計方法仍有缺陷。它的缺陷表現有兩個方面：其中一個線路開關（以DL1 為例）處于冷備用，母聯開關DL3 處于合位，另一條線路通過DL3 開關帶兩臺主變運行。由于此時兩條母線為并列運行，Ⅰ母上又無母線PT，因此#1 主變的保護、測控電壓及#1 主變高壓側的計量電壓只能通過二次側電壓并列獲得。當對DL1 開關繼電保護裝置做例行預檢性實驗，在做整組傳動實驗時，開關手動將DL1 開關合時，二次母線電壓A631/B631/C631 會將電壓反送到線路上，這是非常危險的。危險性表現在兩方面：①反送電使線路帶電，如果線路有檢修嚴重會發生人生傷亡事故；②線路無檢修而是帶電，兩個電壓不同期，將發生嚴重的電網事故，會引發大面積停電，兩種情況后果嚴重，均會產生不可估量的損失。對此解決方法如下：

1）需在本變電站的運行規程中加入關于電壓回路的操作規程，當線路開關DL1 處于冷備用時，若要對DL1 的保護裝置進行例行實驗時，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冷備用時二次電壓反送的問題。不過在備自投運行時卻又有新的問題。同樣以開關DL1 處于合位的線路L1 熱備用（線路側有電壓）為例，母聯開關處于DL3 合位，DL2 開關合位線路L2 帶兩臺變壓器運行。這時110kV 電壓等級的保護、測控、計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。此時若線路L2 對側開關跳閘造成全站失電，由于進線備自投滿足動作條件，則備自投裝置應該正確動作。首先由備自投對DL2發跳令，等DL2 確處于跳位后，備自投裝置再對開關DL1 發合閘命令，當DL1 合上之后備自投動作完成，全站又恢復供電。在實際聯調備自投裝置時運行時發現當備自投動作之后，全站的保護電壓、測控、計量電壓均正常，卻要發II 母計量電壓失電信號。最后經過檢查計量電壓二次回路發現，Ⅰ母、Ⅱ母的計量電壓回路沒有改過來，還是按照圖3所示電壓回路接線，只是經過了線路刀閘常開節點重動，并沒有經過開關DL1、DL2 常開輔助接點。因此，當備自投開關動作后，Ⅰ、Ⅱ母仍然處于并列運行，Ⅱ母計量電壓電壓恢復正常，此時線路L2上的#2PT 一次側無壓，二次側向一次側反送電壓，由于二次向一次側反送電壓時類似為一臺升壓變壓器，需要較大的勵磁電流，該勵磁電流超過了二次計量空開額定值，于是跳閘。另外，計量電壓的這種接法，在線路開關DL1 例行試驗處于冷備用狀態，而兩段母線并列運行時，當手合斷路器DL1 時，Ⅰ母的計量電壓仍然會向線路L1 的一次側反向送電，造成計量開關跳閘。如果此時測控裝置沒有能夠發出Ⅰ母計量空開跳閘的信號，在DL1 恢復運行時，開關DL1 就沒有計量電壓從而不能正確計量，造成計度損失。

2）實際線路開關運行的情況是斷路器處于合位，斷路器兩側刀閘合位，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，應在電壓回路中串入斷路器兩側刀閘常開接點，如圖5所示。真正實現二次回路與一次正確對應，反應正常電壓。

圖5 改進后的電壓回路圖

可見，在沒有母線PT 而裝設三相線路PT 的變電站，電壓二次回路要比單母線分段的二次回路復雜得多。二次回路越復雜，出現故障的幾率就越多，也就越不可靠。這就是簡化一次，給二次回路帶來的風險。

2 電流回路設計

在電流回路設計時，主要是變壓器的差動電流與一般的單母線分段接線變電站有所區別。對于一般的單母線分段變電站，變壓器的差動電流就是變壓器各側電流相量和，各側電流方向由各側開關所在母線指向變壓器為正方向。在本文涉及的內橋接線方式里，#1 主變壓器的高壓側是指母聯開關DL3和進線L1 開關DL1。#2 主變器的高壓側為母聯開關DL3 和進線開關DL2。當DL3 電流接入#1 主變壓器時，它的電流方向應為Ⅱ母線指向Ⅰ母方向，而接入#2 主變壓器時，電流方向應由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，電流的方向應由母線指向線路，從而達到保護線路的目的，而當線路開關DL1、DL2分別作為主變器的高壓側時，接入主變壓器的電流應該為保護主變壓器為目的，因此方向應為線路方向指向母線。與接入線路保護、線路測控、故障錄波的電流極性相反。這在審圖時，經常發現電流方向不正確，應該引起注意。

3 備自投回路的改進

以DL1、DL3 運行，DL2 備用為例進行分析。正常運行進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，進線L2 電壓正常；進線備自投控制字、壓板投入。滿足以上條件則進線備投充電。當Ⅰ母、Ⅱ母失壓，進線L2 有壓，進線L1 無流時，經過一延時先切DL1，確認DL1 跳開后，合DL2，動作邏輯如圖6所示。

圖6 傳統進線備自投邏輯

當發生如圖7所示虛線框里的故障時，#1 變壓器保護切除DL1、DL3 和DL4，隔離故障點。由于DL3 由合位變為分位，則進線備自投充電條件不滿足，進線備自投放電，DL1、DL2 為分位，全站失電。若#1 主變保護動作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，進線L2 有壓，進線備自投滿足動作條件，將經一延時切DL1，合DL2。由于故障仍然的存在，會將電源引向故障，對電網和DL3、DL2 造成沖擊，不利于電網和設備安全。因此，進線備自投將變壓器動作作為備自投的閉鎖條件之一[2]。

圖7 進線2 備用示意圖

若變壓器保護動作成功，DL1、DL3 和DL4 斷開后，故障已經被隔離，此時再合上DL2，可由線路L2 經開關DL2、#2 主變壓器、DL5 對低壓側饋線供電，減少負荷損失，提高供電可靠性。所以不宜將變壓器保護動作作為進線備自投的閉鎖條件，而應該將它與DL3 分位取“與”邏輯作為進線備自投的動作條件。

對于L1 線路故障，線路保護切除DL1 的情形，進線備自投能夠正確動作。進線備自投的動作邏輯圖可改進為圖9、圖10 所示。

圖8 改進后進線L2 備投邏輯

圖9 改進后進線L1 備投邏輯

圖10 單母線分段接線

改進后的進線備自投設計方案圖9、圖10，不僅僅適用于內橋接線方式的變電站，同時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，根據變電站在電網的地位不同，主變壓器的高壓側保護的保護方向分為指向母線和指向變壓器兩種情況。若高壓側保 護方向指向母線，以圖中虛線框為例，當Ⅰ母線發生故障時，#1 主變壓器高壓側保護動作，首先切除母聯DL3，將故障把兩段母線分開，讓無故障母線繼續運行。若保護元件沒有返回，則說明故障在Ⅰ段母線內，繼續跳開主變各側開關。但是故障仍然存在，只能由線路開關DL1 的未帶方向的Ⅳ段來切除故障。到此，線路開關DL1、母聯開關DL3、#1主變高壓側開關DL6 斷開，Ⅰ母失電。由于母聯開關DL3 開關斷開，進線備自投并不能正確動作。事實上進線L2 的DL2 開關完全可以合閘帶#2 主變壓器運行，向低壓側供電。

4 結論

本文就內橋接線變電站電壓電流回路及備自投裝置設計進行分析得出以下結論：

1）電壓回路。母線電壓應由線路電壓經線路側刀閘輔助接點、開關及兩側刀閘輔助接點串聯重動得到。

2）電流回路。用于變壓器差動保護的高壓側開關CT 繞組極性應與用于線路保護的繞組相反。

3）進線備投。主變跳閘不應閉鎖備自投動作，備自投動作的條件加入分段開關位置，使備自投更準確，提高可靠性。

[1] 聶小勇.110kV 內橋式備自投應用問題的分析與改進[J].廣西電業,2009,10(10): 100-101,110.

[2] 高中德,舒治淮,王德林,等.國家電網公司繼電保護培訓教材[M].北京: 中國電力出版社,2009: 671-675.