變電站二次電壓并列和切換回路應用策略研究

王洪儉，王 森，呂 超

（國網浙江省電力有限公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314033）

0 引言

在雙母線接線、單母線分段接線、橋接線等接排方式下，兩段母線并列運行且其中一段母線TV 故障或停運檢修時，投入電壓并列裝置，能夠將另一段運行母線的電壓提供給TV 停運母線上所有元件的保護和計量裝置。雙母線接線方式下，電壓切換回路能夠保障計量、保護裝置根據母線隔離開關的切換自動采集相應母線TV 的二次電壓［1］。

實際生產作業現場中，因母排接線方式不同、廠家設計思路各異等原因，二次電壓并列和切換回路的實現方式并不完全統一，給現場作業人員實時掌控運行風險帶來了一定的困難，對現場作業人員的技能素質提出了較高的要求。針對此問題，全面分析電壓并列和切換回路的工作原理，理清現場作業注意事項，形成相應的應用策略，指導現場作業人員行為，降低作業風險。

1 電壓并列回路原理分析

選取典型的雙母線接線方式展開分析，具體接線如圖1 所示。

圖1 典型雙母線接線

圖2 中虛線框YQJ 部分為并列繼電器J1—J5，驅動回路中串接的ML1G、DL、ML2G 分別是母線聯絡開關間隔Ⅰ母線隔離開關、斷路器、Ⅱ母線隔離開關的常開輔助接點，當母線電壓并列裝置并列切換開關（圖2 中BQK）切至“并列（或自動）”位置時，BQK③、④觸點接通，并列繼電器將根據母線聯絡開關間隔斷路器及隔離開關的實際位置自動勵磁動作和失磁復位。

母線電壓重動是并列裝置的一部分，其主要目的是彌補母線TV 隔離開關輔助接點數量的不足［2］。圖2 中虛線框1GWJ、2GWJ 部分為母線電壓重動二次回路，當Ⅰ母線TV 投入運行時，Ⅰ母線TV 隔離開關常開輔助接點1G 閉合，Ⅰ母線電壓重動繼電器J1—J5 勵磁動作。Ⅱ母線電壓重動邏輯同Ⅰ母線。實際現場接線時，隔離開關本身能夠提供足夠輔助接點的前提下，不使用并列裝置的電壓重動功能，直接串聯母線TV 隔離開關輔助接點的做法更直接、可靠，也避免了重動繼電器出現接點粘連的隱患。

部分變電站設計時，以上回路同時引入遙控回路，運維人員可手動控制相應繼電器的動作和復位。

如圖3 所示，當兩段母線同時運行時，Ⅰ母線、Ⅱ母線電壓重動繼電器接點閉合，Ⅰ母線、Ⅱ母線TV 二次側低電壓傳遞到各自的電壓小母線上，供相應的二次設備使用。此時電壓并列裝置切換開關BQK 一般要求放置在“解列（或遙控）”位置，無論兩段母線一次側是否并列運行，并列繼電器接點均斷開，Ⅰ母線、Ⅱ母線二次電壓小母線相互獨立運行。

圖2 母線電壓并列及重動控制回路

當Ⅰ母線TV 停電檢修時，為了保障Ⅰ母線上間隔的正常運行，Ⅰ母線、Ⅱ母線將并列運行，母線聯絡開關斷路器及其兩側隔離開關處于閉合狀態，此時將電壓并列裝置切換開關BQK 切至“并列（或自動）”位置，并列繼電器得電勵磁動作，其接點閉合，Ⅰ母線、Ⅱ母線電壓小母線聯通，Ⅰ母線上各間隔的保護、計量裝置等仍然有二次電壓可用。

2 電壓切換回路原理分析

雙母線接線的變電站中，根據運行方式的需要，一次線路或變壓器有時在Ⅰ母線運行，有時在Ⅱ母線運行，相應的二次計量、保護等設備采集的二次電壓也必須實時切換。這一過程通過電壓切換裝置實現。

圖3 母線電壓并列回路

電壓切換裝置通過本間隔母線隔離開關輔助接點自動控制電壓切換繼電器的動作。如圖4 所示，當線路或變壓器在Ⅰ母線運行時，Ⅰ母線隔離開關常開接點閉合，Ⅰ母線電壓切換繼電器1YQJ1—1YQJ7動作線圈得電勵磁，相應的繼電器接點閉合，將Ⅰ母線二次電壓從電壓小母線引至電壓空氣開關9ZKK后供保護裝置使用；Ⅱ母線隔離開關常開接點斷開，Ⅱ母線電壓切換繼電器2YQJ1—2YQJ3 掉電失磁復位，Ⅱ母線隔離開關常閉接點閉合，Ⅱ母線電壓切換繼電器2YQJ4—2YQJ7 復位線圈得電勵磁，相應的繼電器接點斷開，切斷Ⅱ母線二次電壓小母線與保護裝置電壓回路的聯系。

3 案例分析

二次電壓并列和切換回路同時覆蓋變電站內同一電壓等級的所有間隔，相互之間緊密聯系，結構比較復雜。現場作業過程中，多種因素均有可能導致的母線TV 二次側向一次側反充電事故，甚至造成二次電壓全失、二次設備損壞的嚴重事故。

3.1 電壓切換繼電器復位回路斷線

圖4 母線電壓切換回路

某220 kV 變電站220 kV 配電裝置采用雙母線單分段接線方式，三段母線正常并列運行。線路保護電壓切換回路與上述原理一致，電壓切換回路采用雙位置繼電器 （圖4 中1YQJ4—1YQJ7、2YQJ4—2YQJ7）接點。而“切換繼電器同時動作”信號采用單位置繼電器（圖4 中1YQJ1—1YQJ3、2YQJ1—2YQJ3）接點，如圖5 所示。

圖5 電壓切換繼電器同時動作信號回路

原運行在Ⅱ母線的一回220 kV 線路間隔倒換至Ⅰ母線運行時，Ⅱ母線電壓切換繼電器復位回路斷線，導致電壓切換繼電器2YQJ4—2YQJ7 復位線圈無法得電斷開自身常開接點，Ⅰ、Ⅱ母線電壓切換繼電器常開接點同時閉合，使得電壓切換回路誤并列。因其電壓切換繼電器同時動作信號回路使用的2YQJ1 失電后自動復位，常開接點斷開，不能觸發“切換繼電器同時動作”告警信號，致使二次電壓回路長期并列而無法被發現。

某日，該變電站220 kVⅠ、Ⅲ母線分段斷路器間隔電流互感器爆炸，母線差動保護正確動作切除Ⅰ、Ⅲ段母線。因該出線間隔二次電壓回路并列，造成Ⅱ母線TV 通過二次電壓回路對Ⅰ母線TV 及Ⅰ母線反充電，Ⅱ母線TV 二次電壓總空氣開關斷開，使得運行在Ⅱ母線的電源線路保護無法采集到系統電壓，已進入故障處理程序的距離保護Ⅲ段動作，造成全站停電。

該案例中母線差動保護動作切除Ⅰ母線瞬間，Ⅰ母線失電，Ⅱ母線TV 開始通過二次電壓回路向Ⅰ母線反充電。因電壓互感器是一種小容量、大變比的降壓變壓器，在一次側無電源、二次側反充電的情況下，由于其阻抗從二次側看非常小，將產生很大的充電電流，從而致使Ⅱ母線TV 二次電壓總空氣開關斷開。

3.2 電壓并列切換開關投入方式錯誤

某500 kV 變電站500 kV 配電裝置采用雙母線接線方式，兩段母線正常并列運行。某日，為配合檢修工作陪停500 kVⅠ母線。因母線電壓并列裝置并列切換開關投入“自動”位置（即“并列”位置，二次電壓并列與否由母線連接開關斷路器及其兩側隔離開關輔助接點自動控制），母線連接開關斷路器輔助接點切換與主觸頭分合存在20～30 ms 延時，母線連接開關斷路器斷開過程中，Ⅰ母線已斷電，Ⅰ、Ⅱ母線電壓并列回路延時斷開，造成Ⅱ母線TV 通過二次電壓并列回路對Ⅰ母線TV 及Ⅰ母線反充電，Ⅱ母線TV 二次電壓總空氣開關斷開，運行在Ⅱ母線上的間隔保護裝置及母線保護屏裝置相繼發出“TV 斷線”告警。

該案例的主要事故原因是操作人員不熟悉電壓并列回路的原理，對電壓并列回路的運行風險和注意事項沒有足夠的認識，忽略了一次側開關設備固有動作特性對二次設備運行的影響，錯誤地將并列裝置投入“自動（并列）”控制模式。其次要原因是操作人員倒閘操作業務技能水平不足，在Ⅰ母線停電操作過程中，在Ⅰ母線TV 二次側電壓空氣開關未斷開、TV 與二次電壓小母線未隔離的情況下，即斷開Ⅰ母線所有開關及母線設備，違反了變壓器類設備停電操作先低壓后高壓的基本原則。

3.3 母線隔離開關輔助接點未切換

某220 kV 變電站220 kV 配電裝置采用雙母線帶旁路接線方式，母線正常并列運行。因配合檢修工作，220 kVⅠ母線需陪停。停電操作首先將Ⅰ母線上運行間隔倒換至Ⅱ母線運行，因旁路斷路器間隔Ⅰ母線隔離開關輔助接點未切換、Ⅰ母線TV 二次電壓空氣開關未斷開，同樣反充電事故。同時因Ⅱ母線TV 二次電壓總空氣開關容量配置不當，未動作斷開切斷反充電回路，產生的大電流燒毀220 kV 旁路電壓切換插件，熔斷Ⅱ母線TV 隔離開關輔助接點，導致運行中的Ⅱ母線所有保護及安全自動裝置無法采集電壓，型號為LFP-901A、LFP-902A、RCS-902C 的線路保護失去主保護以及距離保護，安全穩定控制裝置失去電壓切換判據，嚴重影響繼電保護裝置動作的可靠性和準確性，危及設備的安全運行。

造成此次事故的原因較多，一是操作人員設備狀態檢查不到位，旁路斷路器間隔Ⅰ母線隔離開關輔助接點未切換，倒換至Ⅱ母線運行后，Ⅰ、Ⅱ母線電壓切換繼電器同時動作，未被操作人員及時發現并處置，造成二次電壓回路并列；二是倒閘操作步驟次序錯誤，斷開Ⅰ母線所有開關前未斷開Ⅰ母線TV二次側電壓空氣開關，將Ⅰ母線TV 與二次電壓小母線隔離；三是母線TV 二次側電壓空氣開關配置不當，不能正確動作切斷反充電回路。

4 應用策略研究

電壓并列、切換回路的任一環節出現異常，如不能被及時發現處置，都有可能造成二次側誤并列，最終造成反充電，導致二次電壓全失，距離保護被閉鎖，復合電壓閉鎖邏輯開放，甚至導致線路故障狀態下停電范圍擴大。正確設計和規范使用二次電壓并列和切換回路顯得極其重要。

4.1 設計要求

電壓切換回路設計時嚴格按照標準規范要求，采用正確的繼電器。Q／GDW 1161—2014 《線路保護及輔助裝置標準化設計規范》 明確規定，220 kV電壓等級線路保護裝置雙套配置，電壓切換箱（插件）也雙套配置，隔離開關輔助觸點采用單位置輸入方式，即采用單位置輸入的繼電器，如圖6 所示，接法簡單、便于實現［3］。由于單位置繼電器不具備自保持特性，隔離開關斷開后立即自動復位，避免了二次電壓回路誤并列。

110 kV 及以下電壓等級線路保護若配置單套電壓切換箱（回路），隔離開關輔助接點采用雙位置輸入方式，即采用雙位置輸入的繼電器［4］，如圖7 所示。

圖6 單位置輸入繼電器接線

圖7 雙位置輸入繼電器接線

4.2 接線要求

保證電壓切換主回路與信號回路的一致性，防范母線電壓切換繼電器同時動作而未被發現。如果電壓切換回路中同時存在單位置繼電器和雙位置繼電器，出線（或變壓器）間隔母線隔離開關輔助接點不切換、電壓切換繼電器接點粘連、雙位置繼電器復位線圈掉電等原因都有可能致使Ⅰ、Ⅱ母線電壓切換繼電器常開接點同時閉合，造成Ⅰ、Ⅱ母線TV 二次電壓回路誤并列。此時，如果“切換繼電器同時動作”信號回路按圖8 所示改接線，即采用單位置繼電器和雙位置繼電器信號回路相與的方式，能夠可靠及時觸發告警，正確處置后可以避免反充電事故。

圖8 “切換繼電器同時動作”信號回路改接線

4.3 并列裝置位置要求

正常運行時嚴禁將并列裝置并列切換開關BQK投入“并列（或自動）”位置，防范因斷路器設備固有特性造成的反充電事故。兩段母線正常運行時，無論一次側是否并列，一般二次電壓回路保持分列運行［5］。如并列切換開關BQK 投入“自動（或并列）”位置，母線連接開關（分段）閉合后，二次電壓小母線自動并列。母線故障切除其中一段母線時，因母線聯絡（分段）斷路器輔助接點滯后于主觸頭切換，存在運行母線TV 二次側向故障母線瞬時反充電的隱患，將造成事故范圍擴大。

4.4 倒閘操作任務要求

斷開母線上所有開關前，先斷開相應母線TV 二次側電壓空氣開關，切斷二次側向一次側反充電的最后關卡。

母線或母線TV 停電操作時，并列裝置并列切換開關BQK 誤投入“并列（或自動）”位置或接點粘連、出線（或變壓器）間隔電壓切換繼電器同時動作或接點粘連等，均有可能導致兩段母線并列運行時二次電壓小母線自動并列。斷開母線上所有開關前如不提前將二次電壓回路斷開，同樣存在運行母線TV二次側向故障母線反充電的隱患。同時，斷開待停母線TV 二次側電壓空氣開關 （包括保護和計量）后，還需要測量確認空氣開關二次電壓小母線側電壓為零，如果電壓不為零，說明電壓切換或并列回路存在誤并列，必須檢查確認故障原因并消除后，才能繼續操作。

反之，母線送電時，也應先給空母線及母線TV充電，然后再合上二次側電壓空氣開關，否則一旦二次回路存在誤并列，同樣可能造成人身傷害和設備燒毀事故。

4.5 檢修維護作業要求

因母線TV 檢修維護而斷開的二次電壓空氣開關嚴禁閉合，防范二次電壓回路送電至檢修作業現場。配合母線TV 單獨檢修維護作業，布置現場安全措施時，已提前斷開待檢TV 二次側電壓空氣開關，將兩段母線TV 二次側手動并列。此時如果母線TV隔離開關輔助接點未可靠切換或電壓重動繼電器接點粘連，母線TV 二次側電壓空氣開關下樁頭帶電，一經閉合，即可反充電至檢修作業現場，輕則導致兩段母線電壓全失，重則造成人身傷害和設備燒毀事故。

5 結語

分析變電站常用二次電壓并列、切換回路的工作原理，并結合事故案例理清了生產現場易導致事故發生的隱患點和注意事項，最后總結確定了電壓并列、切換回路在設計和運行階段的一些應用策略，并進行詳細解析，為變電站生產現場實際應用提供參考。