二次電壓強制并聯導致的線路保護異常分析

董瑞

摘要：根據一起CVT二次電壓強制并聯引發的線路保護異常事件，提出修改母線檢修典型操作票、重新評估設備重要度，調整管控措施。建議對于主接線形式采用雙母線接線的出線交流電壓切換裝置，采用I、II母隔離開關單位置啟動方式的繼電器，取消帶自保持的電壓切換雙位置繼電器。該文針對雙母線電壓切換回路運行存在的共性問題進行分析，并提出了可行輸出措施。

關鍵詞：母線CVT;雙母線;反充電;電壓并列

中圖分類號：TM772 ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）24-0213-04

Abstract： According to an abnormal event of line protection caused by forced parallel connection of secondary voltage circuit of CVT， it is proposed to modify typical operation tickets for bus maintenance， reevaluate the importance of equipment， and adjust equipment control measures. The article suggests that for the outgoing AC voltage switching device with double bus connection in the main connection mode， the relay with single-position starting mode of I and II bus disconnectors should be adopted， and the voltage switching double-position relay with self-holding should be cancelled. This paper analyzes the common problems existing in the operation of the double bus voltage switching circuit and proposes feasible output measures.

Key words： bus CVT; double bus connection form; opposite-direction charged; Voltage circuit paralleled

1 背景

變電站采用雙母線接線時，其送出線路及主變保護一般都配備I、II母交流電壓切換裝置。當其中一條母線需要檢修時，其送出線路或主變通過母線側隔離開關的操作，可分別在I母運行或接II母運行。當在I母運行時，電壓回路接在I母CVT二次回路，接在II母運行時，電壓回路接在II母CVT二次回路。線路或主變保護通過監測1G和2G繼電器出口位置，實現母線二次交流電壓自動切換功能。

根據舊典型操作票，停運其中一條母線前，先斷開220kV母聯開關，再斷開停電母線的CVT二次空開。此舉，容易暴露電壓切換繼電器隱患，應改為，在斷開220kV母聯斷路器前，先斷開準備母線CVT二次空開，徹底防止刀閘電壓切換接點粘死引起CVT反充電。

2 典型事故回放

某變電站在將220kV #1母線由運行轉檢修狀態的現場操作過程中，運行人員按照調令，已將所有運行在220kV#1母線上的線路間隔通過倒母操作，運行到220kV#2母線上。此時，220kV#1母線已空載運行。當斷開220kV母聯2013斷路器時，監控后臺發出報警，報文為“220kV#1母線CVT二次空氣開關跳開”，“220kV#2母線CVT二次空氣開關跳開”。運行在220kV#1、#2、#4母線上的所有220kV線路保護裝置上均報“TV斷線”信號（#2母線與#4母線直接相連）。經現場檢查220kV#1、#2母線CVT端子箱，發現220kV#1、#2母線CVT保護、計量二次空開已跳閘。在220kV#1、#2母線CVT端子箱，測量220kV#1母線CVT保護、計量二次空開上端接線柱頭，三相均為0V，測量220kV#2母線CVT保護、計量二次空開上端接線柱頭，三相均為57.7V，說明CVT二次電壓幅值正常。現場工作人員對現場的運行情況以及操作內容進行分析，初步推斷造成220kV#1、#2母線CVT二次空氣開關跳開的原因為：220kV#1母線CVT二次回路有反充電現象，220kV#1、#2母線二次交流電壓回路可能存在寄生回路。

3 220kV母線電壓互感器二次側反充電初步分析

3.1 220kV母線電壓互感器間隔現場勘查

1）母線CVT本體檢查。經現場檢查220kV#1、#2母線CVT一次接線無斷股、散股現象，套管無破損、放電現象。CVT本體SF6壓力表指示在正常范圍，無異常聲響、異味。對電壓互感器本體、一次引線、端子箱內部進行紅外熱成像測溫，其溫升處于正常范圍。初步推斷CVT本體無異常。

2）母線CVT端子箱檢查。經現場檢查，有以下異常：220kV #1母線CVT端子箱的220kV #1母線CVT計量表計用電壓1ZKK空氣開關和220kV #1母線CVT保護與測量電壓2ZKK空氣開關已跳開。220kV #2母線CVT端子箱的220kV #2母線CVT計量表計用電壓1ZKK空氣開關和220kV #2母線CVT保護與測量電壓2ZKK空氣開關已跳開。

經現場測量，220kV #1母線CVT端子箱的220kV #1母線CVT計量表計用電壓1ZKK空氣開關CVT側電壓為0V，負荷側電壓為0V。220kV #1母線CVT保護與測量電壓2ZKK空氣開關CVT側電壓為0V，負荷側電壓為0V。220kV #2母線CVT端子箱的220kV #2母線CVT計量表計用電壓1ZKK空氣開關CVT側電壓為57.32V，負荷側電壓為0V。220kV #2母線CVT保護與測量電壓2ZKK空氣開關CVT側電壓為57.32V，負荷側電壓為0V。初步確定220kV#1、#2母線二次交流電壓回路存在寄生回路，導致220kV#1母線CVT反充電。

3.2 220kV母線電壓互感器二次交流電壓回路分析

當斷開220kV分段2013斷路器前，220kV#1、#2母線CVT都在運行狀態，220kV#1母線處于空載狀態。220kV #1、#2母線CVT二次電壓沒有并列。因此，220kV#1母線CVT二次側反沖電流不是通過220kV#1、#2CVT二次并列回路傳出。初步推斷，導致220kV#1母線CVT反充電的電源可能來自倒母后運行在220kV#2母線的某個線路出線的交流電壓切換回路。

現場對各個間隔電壓切 回路進行電位測量檢查，發現220kV邕瑯I線2053間隔電壓切換回路 QD4=+55V，QD35=-55V，QD5=-55V，QD6=+55V，QD7=-55V，說明該間隔在倒母操作過程中1G的常閉輔助接點轉換不到位。220kV#1母線電 壓切換繼電器未復歸，使該間隔保護屏電壓切換箱CZX-12R2型操作箱220kVI、1YQJ5、1YQJ6、1YQJ7和II母切換繼電器2YQJ5、2YQJ6、2YQJ7同時動作，造成 220kV#1、#2母線CVT二次電壓并列。進一步使得220kV#1母線CVT通過二次回路向220kV#1母線CVT一次側反充電，造成220kV #1母線CVT端子箱的220kV #1母線CVT計量表計用電壓1ZKK空氣開關、220kV #1母線CVT保護與測量電壓2ZKK空氣開關、220kV #2母線CVT端子箱的220kV #2母線CVT計量表計用電壓1ZKK空氣開關、220kV #2母線CVT保護與測量電壓2ZKK空氣開關跳開，造成220kV#1、#2母線CVT二次失壓。

4 電壓互感器反充電深入理論分析

4.1 電壓互感器二次側反充電

電壓互感器二次側繞組反向充電，是指通過電壓互感器二次側向不帶電的母線充電。220kV母線電壓互感器額定變比大，即使電壓互感器一次側開路，其折算到二次側的等值阻抗依然很小。這導致電壓互感器在反充電時產生很大電流，造成運行中的電壓互感器二次回路空氣開關跳開或二次熔斷器熔斷，相關保護裝置TV斷線。若其空氣開關跳閘失敗，將使整個交流電壓回路短路，薄弱點熔斷拉弧，甚至人員傷亡。因此，要防止生產運行中的電壓互感器出現反充電現象。

根據母線電壓互感器銘牌得知該廠站220kV#1、#2母線電壓互感器型號為[TYD220/3-0.005H]，一次額定電壓為[220/3kV]，二次額定電壓為[100/3V]，變比為[K=U1N/U2N=2200]。根據《中國南方電網有限責任公司企業標準Q/CSG1206007-2017電力設備檢修試驗規程》的技術條款，絕緣管型母線的絕緣電阻應采用2500V兆歐表進行試驗，其絕緣數應大于[2000MΩ]。故障發生前，停電的一次母線未接地，根據最新針對該母線對地絕緣進行的高壓試驗記錄，其阻抗（包括母線電容及絕緣電阻）滿足技術要求，即達到[X1=2000MΩ]。根據公式，從電壓互感器二次側折算的阻抗只有[X/1=X1/K2=2000MΩ/22002≈413Ω]。根據變電站繼電保護檢驗測試規范要求，交流電壓二次回路絕緣電阻值應不小于[100MΩ]，故反充電的短路沖擊電流造成二次回路上空氣開關漏電跳開。

5 輸出措施

5.1 制訂隱患排查和事故預想

5.1.1 調整設備狀態動態評價。

1）根據各廠站母線接線方式以及送出線路供電量停電戶時數，對220kV、110kV母線間隔和CVT間隔重新評估設備重要度，并及時調整管控級別。

2）修編各廠站《變電站運行檢修規程》。對于母線CVT計劃性停電檢修工作，增加針對母線CVT端子箱內保護及測控交流電壓空氣開關和計量表計用電壓空氣開關脫扣功能校驗項目。對于送出線路間隔計劃性停電檢修工作，增加對于線路保護。對于送出線路間隔計劃性停電檢修工作，增加針對繼電保護裝置操作箱二次交流電壓回路各節點位置繼電器電位大小校驗項目。

5.1.2 排查各級主干廠站各級母線主接線方式。

本次母線CVT二次側反充電，引起的線路保護異常，源自雙母線倒母操作，引起與倒母前后的兩條母線相連的所有送出線路間隔保護裝置交流復合電壓閉鎖異常。由于雙母線（及雙母帶分段）具有供電可靠性高，母線經濟載流密度大的優點，其廣泛應用于500kV變電站220kV側，220kV變電站220kV及110kV側主接線配置方案。

同時，主接線形式采用雙母配置的廠站基本上具有供電負荷重，電網重要度高的特點，多數被選入了自治區或地級市骨干電力網架的重要組成節點。因此，需要針對供電轄區內500kV變電站，220kV變電站，110kV變電站各級母線主接線形式進行排查，對于，采用雙母線接線，雙母單分段，雙母雙分段形式的廠站，需要重新修訂《變電站運行檢修手冊》及《典型操作票》等技術手冊相應章節。

5.1.3 開展事故預想，固化應急措施。

變電站母線CVT對廠站一次設備、繼電保護裝置、安全與自動裝置關系緊密，其一次、二次回路異常，直接影響供電可靠性及電網安全。本次異常過程中，220kV母線CVT空氣開關順利脫扣，中止了異常的惡化，使得母線CVT二次側反充電的故障電流沒有對母線CVT本體造成沖擊傷害。應根據母線CVT裝置由于二次側回路異常有可能導致的CVT停電后果，開展事故預想。

母線CVT因操作不當引起的直接停電，其造成的直接影響為，導致相應母線及直接相連的送出線路二次裝置異常，其間接影響如下：

1）對備用電源自投裝置影響。對于電壓等級較低并配置有備用電源自投裝置的廠站，當母線CVT故障退運，三相交流電壓開入消失，若此時該廠站區域處于最小運行方式，CVT相應母線匯入電流過小，可能導致備自投電流閉鎖開放動作。此時，雖然將負荷導入另一條母線，不影響用戶正常供電，但可能導致上一級運行主變過負荷，引起主變跳閘。

2）對主變后備保護的影響。當母線任意一相電壓消失，主變對應側的復合 電壓閉鎖過流保護將失去閉鎖。由于復合電壓閉鎖過流保護的啟動 電流按照躲過 1.4～1.5倍最大負荷 電流整定。當達不到復合電壓閉鎖過流保護啟動電流，不會動作。 此時若母線沒有故障，但由于系統運行方式變化或擾動等原因，造成母線載流瞬時增加，達到主變復合 電壓 閉鎖過流保護的動作定值，主變復合 電壓閉鎖過 流保護動作，同時閉鎖備自投，將造成該CVT對應母線失壓。

因此，當出現母線CVT裝置故障或二次回路引起的異常，應停止現場操作。經現場確認兩條母線相應CVT端子箱保護與測量電壓空氣開關以及計量表計用電壓空氣開關已經可靠跳開，并測量空氣開關電源端和負荷端對地電壓符合現場實際。確認交流電壓二次回路確實無異常后，經調度允許，才能繼續操作。由于CVT裝置故障或二次回路引起的異常情況發生概率較低，一旦出現，短時間不能修復，因此，需要根據各站現場實際，制訂應急方案，固化應急步驟。

5.2 修改典型操作票

根據事故追溯，現場“將220kV#1母線由空載運行轉檢修”操作票操作到“斷開220kV分段2013開關”步驟，此時，220kV#1母線剛停電，后臺就立刻彈出“220kV#1母線電壓互感器空氣開關跳開”警告。經過現場檢查，確認是在220kV邕瑯I線2053出線間隔倒母過程中，220kV邕瑯I線20531隔離開關的“I母刀閘常閉節點”粘死，無法閉合，導致1YQJ4、1YQJ5、1YQJ6、1YQJ7電壓切換雙位繼電器無法放電，使220kV#2母線交流電壓從220kV邕瑯I線2053出線間隔II母CVT交流電壓切換回路通過其I母CVT的1YQJ6、1YQJ7、1YQJ5節點，倒送至220kV#1母線CVT二次交流電壓回路。電壓互感器反向充電產生的沖擊電流，引起該母線CVT二次空氣開關跳閘。

根據該站典型票“將220kV#1母線由空載運行轉檢修”操作步驟，先斷開與空載母線相連的220kV母聯2012斷路器以及220kV分段2013斷路器，使母線停電，再斷開220kV#1母線CVT端子箱計量表計用電壓1ZKK空氣開關和保護與測量電壓2ZKK空氣開關。采用先斷母線電，后斷母線CVT二次空氣開關的初衷，是為了能在整個操作過程結束都能監視母線電壓（整個過程中，母線已經停電），但是，倒母前與停電母線相連的任意出線間隔中任意一個電壓切換繼電器接電卡澀，都會導致兩條母線上所有出線的二次裝置產生復壓異常報警。如若此時。任意一條出線短路故障，其線路保護裝置將不判重合閘，永久性跳閘，直接影響供電可靠性。綜合以上考慮，保證兩條母線出線的供電可靠性比監視已經停電的母線更重要。

因此，修改典型操作票“將220kV#1母線由空載運行轉檢修”操作步驟。經過倒母操作，220kV#1母線轉為空載運行后，首先，斷開220kV#1母線CVT端子箱計量表計用電壓1ZKK空氣開關和保護與測量電壓2ZKK空氣開關。然后，再將220kV#1母線停電。此舉，徹底防止空載母線停電后，已停電母線CVT二次側受到運行母線CVT通過二次電壓切換回路反充電。最后，在合上220kV #1母線2117地刀前，測量220kV #1母線CVT計量表計用電壓1ZKK、220kV #1母線CVT保護與測量電壓2ZKK負荷側電壓為零，以防帶電合母線地刀。

5.3 改進220kV送出線路間隔切換雙位繼電器

針對當前變電站雙母線接線，線路或主變保護的電壓切換裝置采用雙刀閘 位置接點進行二次電壓切換，其優點為，雙位電壓切換繼電器帶自保持功能，當直流電源消失，雙位電壓切換繼電器保持在接通狀態，確保二次電壓回路正常。但是，當進行母線倒閘操作時，刀閘位置切換不到位，其常閉接點未閉合，切換繼電器不能復歸，將造成#1、#2母線電壓通過電壓切換裝置進行并列，違背廠站電壓二次并列的條件，造成#1、#2母線電壓互感器反充電，影響保護裝置動作的正確性。

6 結束語

為防止線路保護電壓切換繼電器因刀閘輔助接點轉換不到位而造成母線CVT二次電壓進行強制自動并列，提出以下建議：

1）盤點各級廠站各級母線中，采用雙母接線方案的母線組，對其重新進行設備重要度評價，并調整運行維護策略。修改該廠站《變電站運行檢修規程》，相關母線、電壓互感器、線路出線間隔的計劃停電檢修項目。根據該事件，進行事故預想，固化電壓互感器在母線轉檢修操作中，針對二次回路反充電后果的應對措施。

2）修改典型操作票“將220kV#1母線由空載運行轉檢修”操作步驟。220kV#1母線轉為空載運行后，首先，斷開220kV#1母線CVT端子箱計量表計用電壓1ZKK空氣開關和保護與測量電壓2ZKK空氣開關。然后，再將220kV#1母線停電。防止母線停電后，已停電母線CVT二次側受到運行母線CVT通過二次電壓切換回路形成電壓強行自動并聯。

3）各廠站根據自身實際，在線路保護屏電壓切換回路，取消#1、#2母電壓切換復歸回路，防止刀閘輔助接點轉換不到位造成#1、#2母線電壓切二次回路進行自動并列。消除了電網二次回路設計隱患，實現電網穩定運行。

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