智能變電站母線電壓接法的優化設計

（國網浙江省電力公司金華供電公司，浙江金華321017）

智能變電站母線電壓接法的優化設計

杜浩良，王斌，程朝陽，王淞

（國網浙江省電力公司金華供電公司，浙江金華321017）

分析智能變電站原有的繼電保護二次設計方案中存在的隱性問題，并采取有效措施，使雙母線接線的110 kV線路保護同時失去所有線路距離保護、零序方向功能的影響面縮減為原來的一半；在內橋接線的智能變電站中，防止110 kV備自投裝置誤動，避免110 kV主變2套高后備保護同時報TV斷線異常，可有效提高智能變電站繼電保護設備的運行可靠性。

智能變電站；母線電壓接法；優化

0 引言

根據Q/GDW 441-2010《智能變電站繼電保護技術規范》的要求，智能變電站原有母線電壓接法為：雙母線接線的智能變電站，2段母線按雙重化配置2臺合并單元；每臺合并單元應具備GOOSE接口，接收智能終端傳遞的母線電壓互感器刀閘位置、母聯刀閘位置和斷路器位置，用于電壓并列。母線電壓合并單元可接收至少2組電壓互感器數據，并支持向其它合并單元提供母線電壓數據，根據需要提供電壓并列功能。各間隔合并單元所需母線電壓量通過母線電壓合并單元轉發。

1 雙母線接線的智能變電站母線電壓接法

1.1 原有母線電壓接法

通過母線合并單元1向各110 kV線路合并單元、110 kV母線保護、主變壓器（以下簡稱主變）110 kV第一套后備保護提供正副母線電壓；通過母線合并單元2向主變110 kV第二套后備保護提供正副母線電壓（圖1中的黑實線所示）。線路（主變）間隔提供正副母閘刀輔助接點，通過智能終端裝置將電信號轉換為光信號，傳輸給線路（主變）間隔合并單元，用于實現線路（主變）間隔合并單元正副母電壓切換。一旦母線合并單元1發生故障，110 kV線路保護、母線保護、主變110 kV第一套后備保護都將失去母線電壓。

1.2 影響及風險

雙母線接線的220 kV系統中，母線電壓合并單元1接入線路第一套保護、主變第一套后備保護和第一套母差保護，母線電壓合并單元2接入線路第二套保護、主變第二套后備保護和第二套母差保護。一旦母線合并單元故障，相關保護裝置失去距離元件、方向元件、電壓閉鎖等功能，除差動保護外的其余與電壓相關的保護功能都將退出運行。

雙母線接線的110 kV系統中，母線電壓合并單元1接入線路保護、母差保護和主變第一套后備保護，母線電壓合并單元2接入線路保護和主變第二套后備保護。一旦母線合并單元1故障，110 kV母線保護失去電壓閉鎖功能，主變110 kV后備保護報TV（電壓互感器）斷線告警；110 kV線路距離保護、零序方向功能將退出，只保留了TV斷線過流保護和不帶方向的零序過流保護，電網安全運行面臨極大風險，必要時需調整電網運行方式。

1.3 母線電壓接法優化方案

1.3.1 方案一

配置1臺母線合并單元裝置，其輸出的母線電壓僅提供給母差保護、故障錄波器、備用電源自投等不需要電壓切換的裝置使用，線路保護所需母線電壓不從母線合并單元獲取，接線如圖2所示。

圖1 雙母線接線電壓切換原設計

圖2 雙母線接線電壓切換優化設計1

在母線電壓合并單元柜內配置傳統電壓并列裝置，保護及測控裝置母線二次電壓的選擇需要根據不同的運行方式由人工操作“切換開關”QK實現。如圖3所示，YQJ為雙位置繼電器，當切換開關QK打在自動位置（即QK的1，2接點導通）且母聯開關合上時，YQJ繼電器動作線圈勵磁，圖1中的YQJ接點閉合，實現正副母線二次電壓自動并列；當QK打在“解列位置”（即QK的3，4接點導通）或母聯開關分位時，YQJ繼電器復歸線圈勵磁，圖1中的YQJ接點斷開，實現母線二次電壓自動解列。

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圖3 母線電壓并列原理

如圖4所示，母線電壓并列裝置敷設二次電纜至每一個線路合并單元，智能終端裝置將本間隔正副母閘刀輔助接點電信號轉換為光信號，輸送至線路合并單元裝置，完成正副母電壓切換，最后提供給線路保護裝置使用。

該方案的優點為：解決了母線合并單元1的瓶頸問題，繼電保護運行可靠性大為提高。缺點為：需新增母線電壓并列裝置，增加投資；智能變電站中二次電纜相對較多。

1.3.2 方案二

如圖5所示，在正副母線壓變端子箱中分別敷設二次電纜至各間隔戶外智能柜中，母聯開關智能終端柜中配置一只交換機，分別給每個線路（主變）合并單元提供母聯間隔的開關和正副母閘刀輔助接點位置信號，在線路合并單元柜內完成母線電壓并列功能；設置母線電壓自動并列或解列操作把手，實現一次系統并列運行、二次系統分列運行。本線路（主變）智能終端提供本間隔的正副母閘刀輔助接點給間隔合并單元，實現本間隔的正副母二次電壓切換。

圖4 母線電壓切換原理

該方案優點為：相對方案一，智能變電站中二次電纜回路較少。缺點為：母聯開關智能終端柜中的交換機一旦損壞，所有間隔都將失去電壓并列功能，在單組母線壓變檢修室，母線電壓無法運行，運行風險仍舊較大。

1.3.3 方案三

根據雙母線接線的110 kV線路命名情況，命名單數的接110 kV母線合并單元1、命名雙數的接110 kV母線合并單元2（如圖6中的黑實線所示），避免單一母線合并單元故障時，全部110 kV線路保護發TV斷線告警信號，同時失去與電壓相關的保護。

該方案的優點為：基本遵循原有的繼電保護原有設計方案，不增加設備和投資；母線合并單元1故障的影響面縮減一半，繼電保護設備運行可靠性大為提高。缺點為：未能根本解決存在的問題，仍需進一步研究和改進。

1.3.4 方案選擇

通過比較，首推方案三，作為雙母線接線的智能變電站母線電壓優化方案。

2 內橋接線智能變電站的母線電壓接法方案

2.1 原有母線電壓接法

圖5 雙母線接線電壓切換優化設計2

圖6 雙母線接線電壓切換優化設計3

內橋接線智能變電站110 kV母線電壓原設計方案如圖7所示。110 kVⅠ段、Ⅱ段母線電壓同時接入110 kV母線合并單元1、母線合并單元2，通過切換把手人工實現母線電壓選擇。110 kV母線合并單元1提供母線電壓給1號主變第一套保護、1號主變第二套保護、線路1第一套合并單元、線路1第二套合并單元；110 kV母線合并單元2分別提供母線電壓給2號第一套主變保護、2號主變第二套保護、線路2第一套合并單元、線路2第二套合并單元（圖7中的黑色實線所示）。備用電源自投裝置等安全自動裝置所需的母線電壓，由母線合并單元經線路合并單元提供。

2.2 影響及風險

一旦線路合并單元發生故障，備用電源自投裝置等安全自動裝置將同時失去母線電壓和線路電流，滿足備用電源自投裝置的動作條件而發生誤動作。

母線合并單元一旦發生故障，主變2套高后備保護同時報TV斷線告警信息。

2.3 內橋接線智能變電站母線電壓接法優化方案

（1）備用電源自投裝置母線電壓接法優化方案。

圖7 內橋接線電壓切換原設計

圖8 內橋接線電壓切換優化設計

圖9 內橋接線主變保護母線電壓優化設計

圖7中的黑色實線改為圖8中的黑色實線，備用電源自投裝置等安全自動裝置的母線電壓直接從母線合并單元獲取，線路電流從線路合并單元獲取。

（2）內橋接線智能變電站的主變保護母線電壓接法方案。

將1號、2號主變110 kV第一/二套后備保護，從母線合并單元一/二獲取母線電壓，如圖9中的黑色實線所示，防止單臺母線合并單元故障時，同一主變的2套高后備保護報TV斷線。

3 結論

（1）在雙母線接線的110 kV線路保護中，提出了線路按單雙數命名，分別從母線合并單元一/二獲取母線電壓的方法，使單一母線合并單元故障的影響范圍，由全部110 kV線路降低為一半。

（2）在內橋接線智能變電站中，提出了備自投裝置分別從母線合并單元、間隔合并單元獲得母線電壓、線路電流的方法，防止單一合并單元故障時備自投裝置誤動作；同時提出了分別從母線合并單元一/二獲取母線電壓的方法，使單一母線合并元件故障時只有1套主變高后備保護報TV斷線異常告警。

通過實施以上改進措施，可有效提高智能變電站繼電保護設備運行可靠性。

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（本文編輯：徐晗）

Design Optimization of Bus Voltage Connection of Intelligent Substation

DU Haoliang，WANG Bin，CHENG Chaoyang，WANG Song
（State Grid Jinhua Power Supply Company，Jinhua Zhejiang 321017，China）

The paper analyzes hidden problems of secondary design scheme for the original relay protection in intelligent substation and takes effective measures of halving the influence of line distance protection and zero-sequence direction malfunctioning of 110 kV lines with double-bus connection.In intelligent substations with inner bridge connection，operation reliability of relay protection devices can be improved by prevention of 110 kV automatic bus transfer device maloperation and TV wire breakage of two high backup protection of 110 kV main transformer.

intelligent substation；bus voltage connection；optimization

10.19585/j.zjdl.201707004

1007-1881（2017）07-0014-06

TM773

B

2017-02-27

杜浩良（1977），男，高級工程師，從事繼電保護運行管理工作。