韶山換流站站用電系統(tǒng)及備自投邏輯分析

王 皓

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司檢修公司，湖南 長(zhǎng)沙 410002）

0 引 言

特高壓換流站是特高壓直流輸電工程的基本運(yùn)行單位。相較于傳統(tǒng)交流變電站而言，特高壓換流站無(wú)論是生產(chǎn)系統(tǒng)還是輔助系統(tǒng)都要更復(fù)雜[1-2]。在站內(nèi)眾多系統(tǒng)中，站用電系統(tǒng)是換流站的重要設(shè)施之一。該系統(tǒng)囊括了部分交流電源的供電系統(tǒng)、換流閥的冷卻系統(tǒng)和換流站的控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)等重要負(fù)荷。其中，換流閥冷卻系統(tǒng)負(fù)荷較大，而站內(nèi)控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作狀況直接影響特高壓直流輸電系統(tǒng)及所連接的交流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[3-4]。因此，換流站的站用電系統(tǒng)是檢修和運(yùn)行人員關(guān)注的重點(diǎn)?，F(xiàn)以韶山換流站為例，介紹站用變區(qū)域及站用電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、保護(hù)配置，并對(duì)站用電備自投的動(dòng)作邏輯進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 站用電系統(tǒng)概述及原理

1.1 站用變區(qū)域主體結(jié)構(gòu)

韶山換流站站用電系統(tǒng)的電能全部來(lái)自于站內(nèi)的站用變區(qū)域，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 站用變區(qū)域結(jié)構(gòu)示意圖

該區(qū)域由2臺(tái)500 kV站用變、2臺(tái)35 kV站用變和1臺(tái)外接110 kV站用變組成。其中，500 kV變壓器只有500 kV和35 kV兩側(cè)，為Y型接線；5091和5093分別為1、2號(hào)500 kV站用變高壓側(cè)斷路器，分別連接交流500 kV的I和II母線。當(dāng)站用變發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)高壓側(cè)斷路器動(dòng)作，將變壓器從500 kV母線上切除，不影響母線上其他設(shè)備的運(yùn)行。變壓器低壓側(cè)沒(méi)有斷路器，直接連到35 kV母線。2臺(tái)35 kV站用變均為Yd11接線方式，將35 kV電壓降低至10 kV供站用電系統(tǒng)使用。35 kV兩條母線上均掛有低壓電抗設(shè)備，必要時(shí)對(duì)站內(nèi)交流系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

1.2 站用電系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

站用電系統(tǒng)由10 kV部分和380 V部分組成，如圖2所示。

圖2 站用電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

10 kV部分分為3段母線，2臺(tái)35 kV站用變對(duì)應(yīng)10 kV工作I段及10 kV工作II段。10 kV備用段電源由外接的一路110 kV線路供電。380 V部分共分6個(gè)配電室：極I高端閥組交流配電室、極I低端閥組交流配電室、站公用交流配電室、調(diào)相機(jī)交流配電室、極II高端閥組交流配電室和極II低端閥組交流配電室。每個(gè)配電室內(nèi)的2段380 V母線分別接至10 kV工作I段和10 kV工作II段的10 kV站用變。

2 站用電系統(tǒng)保護(hù)配置

站用變及站用電系統(tǒng)的保護(hù)配置主要分為站用變壓器的保護(hù)、測(cè)控及站用電10 kV側(cè)的保護(hù)、測(cè)控，保護(hù)配置如圖3所示。

圖3 站用變及站用電系統(tǒng)保護(hù)配置圖

由于2臺(tái)500 kV和35 kV站用變保護(hù)配置均相同，文中介紹均以第一臺(tái)站用變?yōu)槔?/p>

1號(hào)500 kV站用變壓器按雙主雙后原則配置2套電量保護(hù)和1套非電量保護(hù)。它共設(shè)2面屏：第一套保護(hù)為南瑞科技產(chǎn)品，包括第一套電量保護(hù)裝置NSR-378T5-G和非電量保護(hù)裝置NSR-374S；第二套保護(hù)為南瑞繼保產(chǎn)品，型號(hào)為PCS-978T5-G。其中，第一套主保護(hù)及后備保護(hù)動(dòng)作分別啟動(dòng)500 kV的三相跳閘回路的第一線圈；第二套主保護(hù)及后備保護(hù)動(dòng)作分別啟動(dòng)500 kV的三相跳閘回路的第二線圈，非電量保護(hù)動(dòng)作同時(shí)分相啟動(dòng)500 kV的兩個(gè)跳閘線圈。需要注意的是，35 kV斷路器只有1個(gè)跳閘線圈。因此，主變所有保護(hù)均會(huì)發(fā)跳閘指令到此線圈。斷路器保護(hù)為南瑞科技的產(chǎn)品，包括重合閘裝置（NSR-321A-G）和操作繼電器裝置（NSR-381P3）。

500 kV站用變壓器分別配置兩組測(cè)控屏（ATC1A/B），均為南瑞繼保公司產(chǎn)品。500 kV站用變相應(yīng)的測(cè)量、控制、信號(hào)分別接入兩組測(cè)控屏，其中斷路器的分、和閘控制通過(guò)測(cè)控屏A和測(cè)控屏B的控制命令分別引致斷路器操作箱，在短路器操作回路并接；所有設(shè)備的信號(hào)即保護(hù)信號(hào)均為兩套，分別接入測(cè)控屏A和測(cè)控屏B中；每套測(cè)控裝置均引接兩路直流電源，分別接至兩組裝置的電源板卡，A屏信號(hào)電源并接在第一路電源上，B屏信號(hào)電源并接在第二路電源上。

35 kV站用變壓器保護(hù)裝置組一面屏，為南瑞科技的產(chǎn)品。1號(hào)35 kV站用變高壓側(cè)所有測(cè)量、控制、信號(hào)，1號(hào)35 kV站用變低壓側(cè)所有測(cè)量、控制、信號(hào)接入測(cè)控屏（ATC1A/B），站用變本體和調(diào)壓開關(guān)所有測(cè)量、控制、信號(hào)、站用變低壓側(cè)測(cè)量及35 kV站用變保護(hù)屏信號(hào)，接入站用電控制主機(jī)屏（SPCA/B），而35 kV站用變低壓側(cè)開關(guān)控制、信號(hào)接入站用變接口屏1（SPT1A/B）。

10 kV站用變壓器保護(hù)裝置配置許繼的WGB-634A保護(hù)裝置。10 kV開關(guān)所有控制、信號(hào)接入站用電接口屏1（SPT1A、SPT1B）；10 kV開關(guān)柜所有測(cè)量接入站用電接口屏2（SPT2），A/B系統(tǒng)共組一面屏；站公用380 V母線設(shè)備配置一面站用電接口屏3（SPT3），包含了所有的測(cè)量、控制及信號(hào)回路的接線，A/B系統(tǒng)共一面屏。

10 kV母線備自投邏輯和站公用380 V備自投邏輯均由站用電控制主機(jī)屏（SPCA/B）實(shí)現(xiàn)。

3 備自投實(shí)現(xiàn)邏輯分析

為了保持站內(nèi)設(shè)備持續(xù)可靠的供電，韶山換流站10 kV和380 V兩個(gè)電壓等級(jí)均配備自投系統(tǒng)。如圖2所示，I、II和備用段10 kV母線進(jìn)線開關(guān)分別為110、120、130，10 kV備自投開關(guān)分別為131和132，主要功能是在一段10 kV母線突然失壓的工況下，能及時(shí)將其他母線的電壓過(guò)渡到該母線，保證該母線不失壓。它的工作邏輯有6種，圖4給出不同工況下備自投邏輯的實(shí)現(xiàn)方案。

圖4 不同工況10 kV備自投實(shí)現(xiàn)方式

正常工作情況下，110、120、130均處于合位，131、132處于分位。圖4（a）中，當(dāng)10 kVI母失電時(shí)，開關(guān)110斷開，131合上，將備用母線段的電壓過(guò)渡到I母上，其他開關(guān)位置不變。當(dāng)I母電壓恢復(fù)后，開關(guān)131自動(dòng)斷開。圖4（b）中，當(dāng)10 kV II母失電時(shí)，開關(guān)120斷開，132合上，將備用母線段的電壓過(guò)渡到II母上，其他開關(guān)位置不變。當(dāng)II母電壓恢復(fù)后，開關(guān)132自動(dòng)斷開。圖4（c）中，當(dāng)10 kV I母和備用段母線均失電時(shí)，開關(guān)110、130切換到分位，131、132切換到合位，將II母電壓過(guò)渡到10 kV備用段和I母上。此時(shí)，假設(shè)I母電壓恢復(fù)，則開關(guān)131、132均斷開，110處于合位，130仍然處于分位。圖4（d）中，當(dāng)10 kV II母和備用段母線均失電時(shí)，開關(guān)120、130切換到分位，131、132切換到合位，將I母電壓過(guò)渡到10 kV備用段和II母上。此時(shí)，假設(shè)備用段電壓恢復(fù)，則開關(guān)131斷開，130處于合位，由備用段母線向II母供電。圖4（e）中，當(dāng)10 kV I、II母同時(shí)失電時(shí)，開關(guān)110、120切換到分位，131、132切換到合位，將備用段母線同時(shí)過(guò)渡到10 kV I、II母。當(dāng)兩條母線電壓均恢復(fù)時(shí)，開關(guān)131、132相繼切換到分位。圖4（f）中，當(dāng)10 kV I、II母正常運(yùn)行，僅備用段母線失壓時(shí)，只有開關(guān)130處于分位，131和132均不動(dòng)作。值得注意的是，需達(dá)到10 kV進(jìn)線PT和母線PT同時(shí)失壓的條件時(shí)，備自投邏輯才會(huì)動(dòng)作。

380 V的兩段母線電壓來(lái)自不同的兩段10 kV母線，其380 V備自投系統(tǒng)主要保證有一段380 V母線電壓正常即可，實(shí)現(xiàn)邏輯如圖5所示，450為備自投開關(guān)。當(dāng)380 V I、II母電壓均正常時(shí)，開關(guān)450處于分位；當(dāng)380 V I、II母有一條母線失電時(shí)，開關(guān)450處于合位。

4 結(jié) 論

站用電系統(tǒng)在特高壓換流站中發(fā)揮著重要作用。以韶山換流站為例，首先介紹了站用變區(qū)域和站用電系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)及工作原理；其次總結(jié)介紹了與站用電系統(tǒng)相關(guān)的保護(hù)配置方案；最后，分析了不同工況下10 kV及380 V備自投的動(dòng)作邏輯，以期為特高壓換流站站用電系統(tǒng)運(yùn)維檢修工作提供助益。

圖5 400 V備自投實(shí)現(xiàn)方式