主變壓器采用雙分支接線形式的改造方案

鄒經(jīng)鑫, 程 華，劉 鑫，袁明哲，趙志浩

(國網(wǎng)成都供電公司， 四川 成都 610041)

0 引 言

線路-變壓器組(以下簡稱線變組)的接線形式，由于具有接線簡單、設(shè)備少、占地小、投資低、保護(hù)配合簡單等優(yōu)點(diǎn)，在110 kV變電站中被大量采用[1]。尤其是在一些大型負(fù)荷中心，由于土地昂貴且負(fù)荷較為集中，這些地區(qū)都廣泛采用了線變組的接線形式。這類變電站遠(yuǎn)期多按照3臺(tái)主變壓器設(shè)計(jì)，如圖1所示。

分期工程中考慮負(fù)荷的增長過程和負(fù)荷的接入，一般10 kVⅢ段或Ⅳ段母線會(huì)在一期工程中全部建成，但僅投運(yùn)2臺(tái)主變壓器。因此2臺(tái)主變壓器中的1臺(tái)主變壓器(通常為2號(hào)主變壓器)采用雙分支的運(yùn)行方式，如圖2所示。但是這種方式的缺點(diǎn)在于：10 kV的Ⅲ段母線及其出線為單主變壓器單電源線路供電，當(dāng)2號(hào)主變壓器因檢修或事故停電時(shí)，將造成10 kV的Ⅲ段母線及其出線同時(shí)停電或者失電，從而影響系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性。分期建設(shè)帶來的弊端，特別是如果10 kV的Ⅲ段母線上的出線不斷增多時(shí)，這一問題將日益突出[2]。

圖1 3臺(tái)主變壓器采用線路-變壓器組接線形式

圖2 1臺(tái)主變壓器采用雙分支設(shè)計(jì)

1 一次部分解決方案選擇

目前已有解決上述問題的若干種方案。方案1如圖3所示：在10 kV的Ⅱ、Ⅲ段母線上加裝臨時(shí)母線聯(lián)絡(luò)923斷路器，此時(shí)運(yùn)行方式調(diào)整為由902斷路器供10 kV的Ⅱ、Ⅲ段母線。當(dāng)2號(hào)主變壓器停電后，所有10 kV負(fù)荷均可由1號(hào)主變壓器供電。這種方法供電方式靈活，相關(guān)保護(hù)及備自投無需改動(dòng)均滿足要求，可解決供電可靠性低的問題。其缺點(diǎn)在于加裝923斷路器成本較高，且需要改變現(xiàn)有的接線方式。

圖3 在10kV的Ⅱ、Ⅲ段母線上加裝臨時(shí)母線聯(lián)絡(luò)923斷路器

由于其他多數(shù)方法均需加裝1臺(tái)斷路器，其缺點(diǎn)與方案1類似，因此在實(shí)際運(yùn)行中多采用了如圖4所示的方案2：將10 kV的Ⅱ、Ⅲ段母線采用硬接線連接為一段母線。其優(yōu)點(diǎn)在于對現(xiàn)有接線不發(fā)生較大改變，并能有效地解決10 kV的Ⅲ段母線及其出線供電可靠性低的問題，相關(guān)保護(hù)及備自投同樣滿足要求，無需改動(dòng)。

然而，隨著Ⅱ、Ⅲ段母線上負(fù)荷的逐漸增大，902斷路器上流過的電流達(dá)到了一個(gè)很高的數(shù)值，嚴(yán)重威脅902斷路器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，亟需提出一個(gè)應(yīng)急的技術(shù)方案來降低902斷路器的負(fù)荷。

圖4 將10 kV的Ⅱ、Ⅲ段母線硬接

因此，提出啟用904斷路器以分擔(dān)902斷路器負(fù)荷的方法，如圖5所示。在試驗(yàn)變電站中對902、904斷路器柜雙分支進(jìn)行改造，902斷路器負(fù)荷平均降低40%，提升了大電流開關(guān)柜在迎峰度夏期間的供電可靠性。

圖5 方案2的基礎(chǔ)上啟用904斷路器

從故障時(shí)的截流過電壓和電弧電流兩方面對比分析可知，由于902斷路器和904斷路器分閘時(shí)間不完全相同，有相對快慢。一旦系統(tǒng)短路時(shí)，如果904斷路器先跳閘，短路電流轉(zhuǎn)移至902斷路器，此時(shí)主變壓器低壓側(cè)總電流并未發(fā)生變化，所以902斷路器跳閘時(shí)承受的截流過電壓與原單臺(tái)斷路器運(yùn)行一致。902斷路器跳閘過程中由于負(fù)荷電流的轉(zhuǎn)移，造成902斷路器電弧電流增大，但不會(huì)超過單臺(tái)斷路器電弧電流，所以雙分支改造后并不會(huì)造成安全隱患，能夠發(fā)揮改善902斷路器工況的優(yōu)勢。

2 二次繼電保護(hù)解決方案

在改造過程中，繼電保護(hù)二次回路、保護(hù)定值的配合改動(dòng)尤為重要。所述改造方案的二次部分涉及2號(hào)主變壓器低壓側(cè)后備保護(hù)的二次回路和裝置定值的改動(dòng)，10 kV備自投回路、定值的改動(dòng)以及運(yùn)行維護(hù)策略等方面[3-5]。

針對2號(hào)主變壓器低壓側(cè)后備保護(hù)，改造前902斷路器為2號(hào)主變壓器低1分支后備保護(hù)，其電流回路編號(hào)為A/B/C/N511；904斷路器為2號(hào)主變壓器低2分支后備保護(hù)(904斷路器回路已完善，只是未啟用)，其電流回路編號(hào)為A/B/C/N611。如圖6所示，低1分支保護(hù)與低2分支保護(hù)分別對應(yīng)采樣902斷路器與904斷路器的電流量，各自實(shí)現(xiàn)低后備保護(hù)功能。

圖6 雙分支改造前2號(hào)主變壓器低后備保護(hù)電流回路

改造后的電流回路如圖7所示，將904斷路器電流回路并入902斷路器電流回路后，由低1后備保護(hù)進(jìn)行合電流采樣，同時(shí)停用低2后備。在2號(hào)主變壓器低后備保護(hù)裝置中增加低1后備跳904斷路器的出口矩陣。

圖7 雙分支改造后2號(hào)主變壓器低后備保護(hù)電流回路

針對10 kV備自投的邏輯判斷部分，902斷路器、904斷路器的A相產(chǎn)生合電流供10 kV備自投裝置采樣，見圖2，其邏輯為只有當(dāng)902斷路器和904斷路器的電流均消失，備自投裝置才會(huì)認(rèn)為902斷路器和904斷路器已經(jīng)跳開。

圖8 10 kV備自投裝置對902、904斷路器進(jìn)行合電流采樣回路

在改造啟用904斷路器前，2號(hào)主變壓器低壓側(cè)備自投開入為902斷路器跳位及合后輔助節(jié)點(diǎn)直接開入10 kV備自投裝置，如圖9所示。

圖9 改造前10kV備自投開關(guān)位置開入回路

此次改造中，將902、904斷路器合后位置并聯(lián)，跳閘位置串聯(lián)至原備自投902斷路器的開入回路，并在902、904斷路器的跳閘位置節(jié)點(diǎn)上并聯(lián)檢修壓板，保證902、904斷路器在檢修時(shí)不影響備自投功能的正常使用，如圖10所示。如此改動(dòng)的邏輯含義為：只要902或904斷路器有一個(gè)在合位，10 kV備自投裝置均接收到“合后”的開入，認(rèn)為2號(hào)主變壓器低壓側(cè)正常供電。只有當(dāng)902和904斷路器都在跳位時(shí)，10 kV備自投裝置才接收到“跳位”的開入，認(rèn)為2號(hào)主變壓器低壓側(cè)開關(guān)已跳開。當(dāng)902或904斷路器檢修時(shí)，投入檢修壓板使對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)被短接，可防止檢修過程中控制回路斷線造成對應(yīng)跳位無法正確開入，導(dǎo)致備自投拒動(dòng)[6-8]。

圖10 改造后10 kV備自投開關(guān)位置開入回路

在此次改造啟用904斷路器前，10 kV備自投裝置在2號(hào)主變壓器低壓側(cè)只啟用了跳閘902斷路器的開出回路，如圖11所示，備自投裝置開出跳閘命令經(jīng)902斷路器大壓板后至902斷路器操作箱實(shí)現(xiàn)902斷路器的跳閘。

圖11 改造前10 kV備自投跳閘回路

此次改造中如圖12所示，將備自投跳902斷路器的出口節(jié)點(diǎn)分別經(jīng)壓板后同時(shí)接至902斷路器和904斷路器操作箱實(shí)現(xiàn)備自投動(dòng)作后同時(shí)跳開902斷路器和904斷路器的功能。

圖12 改造后10 kV備自投跳閘回路

改造完成后應(yīng)做以下試驗(yàn)，驗(yàn)證改造的正確性：

1)在902、904開關(guān)柜內(nèi)對902、904斷路器保護(hù)、備自投電流回路進(jìn)行通流，觀察對應(yīng)裝置采樣是否正確。

2)在2號(hào)主變壓器低1后備保護(hù)對902、904斷路器進(jìn)行傳動(dòng)試驗(yàn)，驗(yàn)證主變壓器保護(hù)低壓側(cè)跳閘回路的正確性。

3)使902、904斷路器處于各種位置，觀察10 kV備自投裝置合后位置、跳閘位置的開入是否正確。

4)進(jìn)行10 kV備自投的傳動(dòng)試驗(yàn)，驗(yàn)證902、904斷路器的出口回路。

3 結(jié) 語

前面提出了一種主變壓器采用雙分支接線方式的改造方案。當(dāng)10 kV負(fù)荷增大，需要啟用904斷路器對2號(hào)主變壓器低壓側(cè)902斷路器上流過的電流進(jìn)行分流時(shí)，選擇了一種相對最優(yōu)的一次解決方案以及對應(yīng)的繼電保護(hù)部分的改造方案。在3號(hào)主變壓器投運(yùn)前能夠有效地解決斷路器負(fù)荷過大的問題。