110kV供電系統快切裝置的應用

李東斌 魚利萍

摘 要：煉油系統對于電力系統的可靠性要求很高。文章通過分析某煉油廠變電站3臺變壓器、兩段母線的特殊接線方式的實際運行工況，進行快切裝置設計，成功實現了某煉油廠系統3臺變壓器兩兩互為備用。在電力系統運行過程中，任何一臺主變故障都會有備用變壓器自動快速投入運行，保證所有電氣設備不斷電，進而保證電力系統發生故障不影響煉油裝置的連續生產，大大提高了全廠的經濟效益。

關鍵詞：快切裝置；變壓器；閉鎖邏輯；保護

隨著生產規模不斷擴大，某煉油廠變電站幾經擴容擴建，形成了一種特殊的電氣主接線方式：變電站有3臺變壓器，其高壓側為單母分段、低壓側為兩段母線3個進線。正常運行方式為：1#、2#主變運行，3#主變冷備用。在技改過程中由于種種原因，導致變電站的核心保護裝置—快切裝置一直無法投入運行。變電站也因此不能將3#主變安全可靠地投入運行。本文就是針對這一難題進行分析研究，以期解決影響變電站安全運行的技術瓶頸，從而提高了變電站供電可靠性。本文引入了轉換開關設計出閉鎖控制原理。巧妙地利用轉換開關解決了多臺快切裝置相互干擾，避免了因邏輯錯誤而導致快切裝置誤動。還對原有的保護裝置進行了保護升級改造，開放了其備用的保護出口。最后對高壓配電柜的原理接線等進行了一系列的改造，從而保證快切保護裝置可以安全可靠運行。

1 閉鎖原理及設計

某煉油廠變電站幾經擴，電力系統變得非常復雜，變電站的電氣主接線如圖1所示。

根據變電站不同運行工況，要求不同的快切保護裝置投入運行，主要包括以下3種工況：（1）1#主變和2#主變運行時，1-2#快切保護裝置運行，2-3#快切保護裝置閉鎖和1-3#快切保護裝置閉鎖。（2）1#主變和3#主變運行時，1-3#快切保護裝置運行，2-3#快切保護裝置閉鎖和1-2#快切保護裝置閉鎖。（3）2#主變和3#主變運行時，2-3#快切保護裝置運行，1-2#快切保護裝置閉鎖和1-3#快切保護裝置閉鎖。

閉鎖不同于連鎖，閉鎖就是指當A發生某種動作或處于某種狀態時（比聯鎖多了一個“動作”），B不能怎么樣。為此需要設計快切保護裝置相互間閉鎖控制，防止邏輯上發生沖突，以保證某一臺快切保護裝置運行時會準確給其他兩臺快切保護裝置發出閉鎖命令。設計要求3臺裝置具有平等關系，邏輯上要求它們相互制約，互為對方的閉鎖發令者。在不同的運行工況下，需要啟用不同的快切保護裝置，其他快切保護裝置務必要處于閉鎖狀態。快切保護控制各斷路器的控制如圖2所示。

3臺快切保護裝置就是一個矛盾體。為了解決3臺快切保護裝置之間的沖突，防止正常操作時發生誤動作信號。結合快切保護裝置的特性，設計了快切裝置相互閉鎖并根據系統運行方式進行切換的控制原理。這里的閉鎖控制是通過一個只有3個位置的轉換開關來實現。

設計選用的是型號為：LW5-15 D 0724/3的轉換開關。它的工作特點是它只有﹣45°，0°，﹢45°，3個位置，每個位置都具有定位功能不帶自復位功能，帶6組輔助接點。確保在任何時刻都只有一臺快切裝置投入運行，其他兩臺處于閉鎖狀態。本次改造巧妙地利用了快切特殊的功能閉鎖端子來實現了快切裝置相互間閉鎖控制[1-3]。

2 硬件難題解決

2.1 增加斷路器輔助點

變壓器二次側是10 kV系統，系統Ⅰ段進線、Ⅱ段進線、Ⅲ段進線、母聯開關斷路器輔助點不足。10 kV系統使用的斷路器是西門子廠家生產的型號為：3AH6116-7AF50-0FD9的斷路器。三臺進線斷路器和一臺母聯斷路器需要為每臺快切保護裝置提供一付分閘輔助點和一付合閘輔助點。對于西門子生產的3AH6116-7AF50-0FD9的斷路器，其輔助點過多地使用在多個狀態顯示上。針對狀態顯示對時效性和可靠性要求較低的特點，采取了將各個裝置中顯示斷路器的輔助點全部改在新增的中間繼電器上，將斷路器本身的輔助點用在對時效性和可靠性要求高的快切保護裝置上。

2.2 電壓、電流控制回路設計

10 kV的1#、2#電壓（進線系統）在原1-2快切保護裝置上取得。3#主變的電壓由于其運行方式的不確定性：可能在1段母線上，也有可能在2段母線上，因此，需要在3#進線柜上對兩個隔離開關進線互鎖，再根據隔離開關情況對應母線的PT電壓。3#電壓取自3#進線高壓柜經轉換后的實際電壓。由于電流回路過長所帶負載過多會導致電流失真。可配電柜已經沒有足夠的空間新增一組電流互感器。根據實際情況，在10 kV的1#進線、2#進線電流在1#主變保護屏、2#主變保護屏的變壓器低壓后備保護的保護電流上串聯比較合理。最終將進線保護裝置、主變低后備保護裝置、快切保護裝置串聯在一個保護回路中。

2.3 保護裝置升級改造

某煉油廠變壓器采用的是安瑞電氣公司的FSA系列保護裝置。該系列的保護裝置保護動作出口只有一個，只能閉鎖一臺快切快切裝置，無法滿足3臺快切裝置同時運行要求，該保護裝置的原端子接線圖如圖3左側所示，線路“保護閉鎖”需增加一個出口；主變保護屏上“保護啟動”需增加一個出口，進線1.2.3的“HHJ”需增加一個出口。對原保護裝置進行了升級改造，開放了原來備用出口。原端子圖及改造后的端子圖如圖3所示。

3 系統調試

新的技改過的電氣設備投運前各個系統必須要經過嚴格的調試工作。在調試過程中，要考慮各種運行工況以及模擬系統運行過程中可能發生的各種故障情況。調試工作主要分為各種故障工況下對應快切保護裝置可靠動作和各種非正常運行工況下，相應快切保護裝置可靠不動作[4-5]。

10 kV系統中：1-3快切保護裝置對應1#進線、3#進線和母聯的動作情況；2-3快切保護裝置對應2#進線、3#進線和母聯的動作情況（見表1）。

經試驗，新增的4臺快切保護裝置在閃電過程中快速合閘間隔時間縮減到92 ms，且時間上遠短與原來2臺快切裝置的125 ms，完全滿足使用要求。與此同時，還新增了快切保護裝置替代人工進行系統運行方式切換功能。

4 結語

快切裝置以斷電時間短為其主要特點。它對電力系統沖擊很小，其強大的邏輯運算功能可以確保電力系統發生故障時對進線進行準確切換。快切保護裝置可以減少因電力的中斷而使企業造成的損失。某煉油廠通過快切裝置的設計，有效地解決了某煉油廠的供電系統的不穩定性，2016年投用至今，成功避免了5次閃電事故。快切保護裝置每避免一次全廠非計劃停車事故，可以避免兩千多萬元的損失。有力地保證了煉油生產的平穩運行，大大提高了煉油廠的經濟效益。

[參考文獻]

[1]白玉岷.電氣工程安裝及調試技術手冊[M].3版.北京：機械工業出版社，2013.

[2]黃偉.電氣技師手冊[M].北京：機械工業出版社，2016.

[3]戈東方.電力工程設計電氣設計手冊電氣二次部分[M].北京：中國電力出版社，2016.

[4]張懷天，荊龍，吳學智，等.電力電子變壓器自治運行控制策略[J].電力系統自動化，2017（11）：1-6.

[5]李紅偉，劉宇陸，金勇，等.面向高壓配電網負荷轉供中的開關動作時序判定策略[J].電力系統自動化，2018（1）：1-9.