內(nèi)橋接線變電站電壓電流回路及備自投裝置設(shè)計分析

隨著我國經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展與國土資源保護意識的提高，國家對土地的審批和監(jiān)管力度越來越大。而且我國電力網(wǎng)絡(luò)越來越堅強，原來作為骨干網(wǎng)絡(luò)的110kV變電站，如今均變成了終端站，在電網(wǎng)中的地位遠沒有以前那么重要，所以一次接線形式也由原來的單母線分段甚至是單母線分段帶旁母的主接線變?yōu)閮?nèi)橋接線的變電站。

同時，從節(jié)約資源與控制成本的角度出發(fā)，現(xiàn)在新建110kV變電站多為內(nèi)橋接線形式，如圖1所示。與一般的單母線分段接線方式相比，內(nèi)橋接線省去了兩臺主變高壓側(cè)的進線斷路器及一把刀閘。

圖1傳統(tǒng)內(nèi)橋接線

圖2丹景站內(nèi)橋接線

1.電壓回路的設(shè)計

由于110kV丹景變電站位于天府新區(qū)五星級酒店及“兩湖一山”風(fēng)景旅游區(qū)中心地帶，為了不影響整體景區(qū)整體規(guī)劃、減少占地面積，該電站采用戶內(nèi)GIS設(shè)計。

因此，設(shè)計主接線時省去了兩臺母線PT，把線路單相PT更換為三相PT，從而最大限度降低占地面積，如圖2所示。

在審圖時發(fā)現(xiàn)電壓二次回路設(shè)計如圖3。很明顯這樣的設(shè)計有缺陷，因為PT刀閘處于合位時只能反應(yīng)線路電壓，而不一定為母線電壓，只有當(dāng)開關(guān)運行時能反應(yīng)母線電壓。而且兩段母線電壓并沒有二次并列回路。

因此，設(shè)計對此進行了更改，母線電壓回路串入了開關(guān)常開輔助接點，如圖4所示。改進后的設(shè)計在正常運行時，二次母線電壓與實際是對應(yīng)的。

兩段母線電壓應(yīng)通過母線開關(guān)DL3及其兩側(cè)刀閘并列。

圖3電壓回路原圖

圖4現(xiàn)場電壓回路圖

在實際運行時，發(fā)現(xiàn)如圖所示的電壓回路設(shè)計方法仍有缺陷。它的缺陷表現(xiàn)：

其中一個線路開關(guān)（以DL1為例）處于冷備用，母聯(lián)開關(guān)DL3處于合位，另一條線路通過DL3開關(guān)帶兩臺主變運行。由于此時兩條母線為并列運行，I母上又無母線PT，因此#1主變的保護、測控電壓及#1主變高壓側(cè)的計量電壓只能通過二次側(cè)電壓并列獲得。當(dāng)對DL1開關(guān)繼電保護裝置做例行預(yù)檢性實驗，在做整組傳動實驗時，開關(guān)手動將DL1開關(guān)合時，二次母線電壓A631/B631/C631會將電壓反送到線路上，這是非常危險的。

危險性表現(xiàn)在兩方面：

（1）反送電使線路帶電，如果線路有檢修嚴重會發(fā)生人生傷亡事故；

（2）線路無檢修而是帶電，兩個電壓不同期，將發(fā)生嚴重的電網(wǎng)事故，會引發(fā)大面積停電，兩種情況后果嚴重，均會產(chǎn)生不可估量的損失。

對此解決方法如下：

（1）須在本變電站的運行規(guī)程中加入關(guān)于電壓回路的操作規(guī)程，當(dāng)線路開關(guān)DL1處于冷備用時，若要對DL1的保護裝置進行例行實驗時，須斷開L1線路PT的所有二次空開。這種方法的確可以解決線路開關(guān)冷備用時二次電壓反送的問題。不過在備自投運行時卻又有新的問題。

同樣以開關(guān)DL1處于合位的線路L1熱備用（線路側(cè)有電壓）為例，母聯(lián)開關(guān)處于DL3合位，DL2開關(guān)合位線路L2帶兩臺變壓器運行。這時110kV電壓等級的保護、測控、計量及故障錄波等裝置所有電壓均為來自球線路L2的#2PT的二次電壓。

此時若線路L2對側(cè)開關(guān)跳閘造成全站失電，由于進線備自投滿足動作條件，則備自投裝置應(yīng)該正確動作。首先由備自投對DL2發(fā)跳令，等DL2確處于跳位后，備自投裝置再對開關(guān)DL1發(fā)合閘命令，當(dāng)DL1合上之后備自投動作完成，全站又恢復(fù)供電。在實際聯(lián)調(diào)備自投裝置時運行時發(fā)現(xiàn)當(dāng)備自投動作之后，全站的保護電壓、測控、計量電壓均正常，卻要發(fā)II母計量電壓失電信號。

最后經(jīng)過檢查計量電壓二次回路發(fā)現(xiàn)，I母、II母的計量電壓回路沒有改過來，還是按照圖3所示電壓回路接線，只是經(jīng)過了線路刀閘常開節(jié)點重動，并沒有經(jīng)過開關(guān)DL1、DL2常開輔助接點。

因此，當(dāng)備自投開關(guān)動作后，I、II母仍然處于并列運行，II母計量電壓電壓恢復(fù)正常，此時線路L2上的#2PT一次側(cè)無壓，二次側(cè)向一次側(cè)反送電壓，由于二次向一次側(cè)反送電壓時類似為一臺升壓變壓器，需要較大的勵磁電流，該勵磁電流超過了二次計量空開額定值，于是跳閘。

另外，計量電壓的這種接法，在線路開關(guān)DL1例行試驗處于冷備用狀態(tài)，而兩段母線并列運行時，當(dāng)手合斷路器DL1時，I母的計量電壓仍然會向線路L1的一次側(cè)反向送電，造成計量開關(guān)跳閘。

如果此時測控裝置沒有能夠發(fā)出I母計量空開跳閘的信號，在DL1恢復(fù)運行時，開關(guān)DL1就沒有計量電壓從而不能正確計量，造成計度損失。

（2）實際線路開關(guān)運行的情況是斷路器處于合位，斷路器兩側(cè)刀閘合位，母線電壓等于線路電壓。為了使一二次保持一致，并從安全角度出發(fā)，應(yīng)在電壓回路中串入斷路器兩側(cè)刀閘常開接點，如圖5所示。真正實現(xiàn)二次回路與一次正確對應(yīng)，反應(yīng)正常電壓。

圖5改進后的電壓回路圖

可見，在沒有母線PT而裝設(shè)三相線路PT的變電站，電壓二次回路要比單母線分段的二次回路復(fù)雜得多。二次回路越復(fù)雜，出現(xiàn)故障的幾率就越多，也就越不可靠。這就是簡化一次，給二次回路帶來的風(fēng)險。

2.電流回路設(shè)計

在電流回路設(shè)計時，主要是變壓器的差動電流與一般的單母線分段接線變電站有所區(qū)別。對于一般的單母線分段變電站，變壓器的差動電流就是變壓器各側(cè)電流相量和，各側(cè)電流方向由各側(cè)開關(guān)所在母線指向變壓器為正方向。

在本文涉及的內(nèi)橋接線方式里，#1主變壓器的高壓側(cè)是指母聯(lián)開關(guān)DL3和進線L1開關(guān)DL1。#2主變器的高壓側(cè)為母聯(lián)開關(guān)DL3和進線開關(guān)DL2。當(dāng)DL3電流接入#1主變壓器時，它的電流方向應(yīng)為II母線指向I母方向，而接入#2主變壓器時，電流方向應(yīng)由I母線方向指向II母線方向，兩組電流方向極性端剛好相反。

兩條母線一般情況下，電流的方向應(yīng)由母線指向線路，從而達到保護線路的目的，而當(dāng)線路開關(guān)DL1、DL2分別作為主變器的高壓側(cè)時，接入主變壓器的電流應(yīng)該為保護主變壓器為目的，因此方向應(yīng)為線路方向指向母線。與接入線路保護、線路測控、故障錄波的電流極性相反。這在審圖時，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)電流方向不正確，應(yīng)該引起注意。

3.備自投回路的改進

以DL1、DL3運行，DL2備用為例進行分析。正常運行進線備投的充電條件為：Ⅰ母、Ⅱ母電壓正常；DL1、DL3均合位且處于合后；DL2分位，進線L2電壓正常；進線備自投控制字、壓板投入。滿足以上條件則進線備投充電。當(dāng)Ⅰ母、Ⅱ母失壓，進線L2有壓，進線L1無流時，經(jīng)過一延時先切DL1，確認DL1跳開后，合DL2，動作邏輯如圖6所示。

圖6傳統(tǒng)進線備自投邏輯

圖7進線2備用示意圖

當(dāng)發(fā)生如圖7所示虛線框里的故障時，#1變壓器保護切除DL1、DL3和DL4，隔離故障點。由于DL3由合位變?yōu)榉治唬瑒t進線備自投充電條件不滿足，進線備自投放電，DL1、DL2為分位，全站失電。

若#1主變保護動作DL1、DL4跳閘成功，DL3跳閘失敗，則Ⅰ母、Ⅱ母失壓，又DL1為跳位，無流，進線L2有壓，進線備自投滿足動作條件，將經(jīng)一延時切DL1，合DL2。由于故障仍然的存在，會將電源引向故障，對電網(wǎng)和DL3、DL2造成沖擊，不利于電網(wǎng)和設(shè)備安全。因此，進線備自投將變壓器動作作為備自投的閉鎖條件之一。

若變壓器保護動作成功，DL1、DL3和DL4斷開后，故障已經(jīng)被隔離，此時再合上DL2，可由線路L2經(jīng)開關(guān)DL2、#2主變壓器、DL5對低壓側(cè)饋線供電，減少負荷損失，提高供電可靠性。所以不宜將變壓器保護動作作為進線備自投的閉鎖條件，而應(yīng)該將它與DL3分位取“與”邏輯作為進線備自投的動作條件。

對于L1線路故障，線路保護切除DL1的情形，進線備自投能夠正確動作。進線備自投的動作邏輯圖可改進為圖9、圖10所示。

改進后的進線備自投設(shè)計方案圖9、圖10，不僅僅適用于內(nèi)橋接線方式的變電站，同時也適用于單母線分段接線方式的變電站，如圖11所示。110kV單母線分段接線形式的變電站中，根據(jù)變電站在電網(wǎng)的地位不同，主變壓器的高壓側(cè)保護的保護方向分為指向母線和指向變壓器兩種情況。

若高壓側(cè)保護方向指向母線，以圖中虛線框為例，當(dāng)I母線發(fā)生故障時，#1主變壓器高壓側(cè)保護動作，首先切除母聯(lián)DL3，將故障把兩段母線分開，讓無故障母線繼續(xù)運行。若保護元件沒有返回，則說明故障在I段母線內(nèi)，繼續(xù)跳開主變各側(cè)開關(guān)。

但是故障仍然存在，只能由線路開關(guān)DL1的未帶方向的IV段來切除故障。到此，線路開關(guān)DL1、母聯(lián)開關(guān)DL3、#1主變高壓側(cè)開關(guān)DL6斷開，I母失電。由于母聯(lián)開關(guān)DL3開關(guān)斷開，進線備自投并不能正確動作。事實上進線L2的DL2開關(guān)完全可以合閘帶#2主變壓器運行，向低壓側(cè)供電。

圖8改進后進線L2備投邏輯

圖9改進后進線L1備投邏輯

圖10單母線分段接線

4.結(jié)論

本文就內(nèi)橋接線變電站電壓電流回路及備自投裝置設(shè)計進行分析得出以下結(jié)論：

（1）電壓回路。母線電壓應(yīng)由線路電壓經(jīng)線路側(cè)刀閘輔助接點、開關(guān)及兩側(cè)刀閘輔助接點串聯(lián)重動得到；

（2）電流回路。用于變壓器差動保護的高壓側(cè)開關(guān)CT繞組極性應(yīng)與用于線路保護的繞組相反。

（3）進線備投。主變跳閘不應(yīng)閉鎖備自投動作，備自投動作的條件加入分段開關(guān)位置，使備自投更準確，提高可靠性。