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110kV內(nèi)橋接線變電站電壓電流回路及備自投改進(jìn)

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關(guān)鍵詞: 內(nèi)橋接線,智能變電站,電氣設(shè)計(jì)

      隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展與國(guó)土資源保護(hù)意識(shí)的提高,國(guó)家對(duì)土地的審批和監(jiān)管力度越來(lái)越大。而且我國(guó)電力網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越堅(jiān)強(qiáng),原來(lái)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(yuǎn)沒(méi)有以前那么重要,所以一次接線形式也由原來(lái)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(shí),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(tái)主變高壓側(cè)的進(jìn)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(jì)

      由于110kV丹景變電站位于天府新區(qū)五星級(jí)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(jì)。

      因此,設(shè)計(jì)主接線時(shí)省去了兩臺(tái)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(shí)發(fā)現(xiàn)電壓二次回路設(shè)計(jì)如圖3。很明顯這樣的設(shè)計(jì)有缺陷,因?yàn)镻T刀閘處于合位時(shí)只能反應(yīng)線路電壓,而不一定為母線電壓,只有當(dāng)開(kāi)關(guān)運(yùn)行時(shí)能反應(yīng)母線電壓。而且兩段母線電壓并沒(méi)有二次并列回路。

      因此,設(shè)計(jì)對(duì)此進(jìn)行了更改,母線電壓回路串入了開(kāi)關(guān)常開(kāi)輔助接點(diǎn),如圖4所示。改進(jìn)后的設(shè)計(jì)在正常運(yùn)行時(shí),二次母線電壓與實(shí)際是對(duì)應(yīng)的。

      兩段母線電壓應(yīng)通過(guò)母線開(kāi)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(chǎng)電壓回路圖

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

      其中一個(gè)線路開(kāi)關(guān)(以DL1為例)處于冷備用,母聯(lián)開(kāi)關(guān)DL3處于合位,另一條線路通過(guò)DL3開(kāi)關(guān)帶兩臺(tái)主變運(yùn)行。由于此時(shí)兩條母線為并列運(yùn)行,I母上又無(wú)母線PT,因此#1主變的保護(hù)、測(cè)控電壓及#1主變高壓側(cè)的計(jì)量電壓只能通過(guò)二次側(cè)電壓并列獲得。當(dāng)對(duì)DL1開(kāi)關(guān)繼電保護(hù)裝置做例行預(yù)檢性實(shí)驗(yàn),在做整組傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí),開(kāi)關(guān)手動(dòng)將DL1開(kāi)關(guān)合時(shí),二次母線電壓A631/B631/C631會(huì)將電壓反送到線路上,這是非常危險(xiǎn)的。

      危險(xiǎn)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(yán)重會(huì)發(fā)生人生傷亡事故;

          (2)線路無(wú)檢修而是帶電,兩個(gè)電壓不同期,將發(fā)生嚴(yán)重的電網(wǎng)事故,會(huì)引發(fā)大面積停電,兩種情況后果嚴(yán)重,均會(huì)產(chǎn)生不可估量的損失。

      對(duì)此解決方法如下:

     ?。?)須在本變電站的運(yùn)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(kāi)關(guān)DL1處于冷備用時(shí),若要對(duì)DL1的保護(hù)裝置進(jìn)行例行實(shí)驗(yàn)時(shí),須斷開(kāi)L1線路PT的所有二次空開(kāi)。這種方法的確可以解決線路開(kāi)關(guān)冷備用時(shí)二次電壓反送的問(wèn)題。不過(guò)在備自投運(yùn)行時(shí)卻又有新的問(wèn)題。

      同樣以開(kāi)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(kāi)關(guān)處于DL3合位,DL2開(kāi)關(guān)合位線路L2帶兩臺(tái)變壓器運(yùn)行。這時(shí)110kV電壓等級(jí)的保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量及故障錄波等裝置所有電壓均為來(lái)自球線路L2的#2PT的二次電壓。

      此時(shí)若線路L2對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘造成全站失電,由于進(jìn)線備自投滿足動(dòng)作條件,則備自投裝置應(yīng)該正確動(dòng)作。首先由備自投對(duì)DL2發(fā)跳令,等DL2確處于跳位后,備自投裝置再對(duì)開(kāi)關(guān)DL1發(fā)合閘命令,當(dāng)DL1合上之后備自投動(dòng)作完成,全站又恢復(fù)供電。在實(shí)際聯(lián)調(diào)備自投裝置時(shí)運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)備自投動(dòng)作之后,全站的保護(hù)電壓、測(cè)控、計(jì)量電壓均正常,卻要發(fā)II母計(jì)量電壓失電信號(hào)。

      最后經(jīng)過(guò)檢查計(jì)量電壓二次回路發(fā)現(xiàn),I母、II母的計(jì)量電壓回路沒(méi)有改過(guò)來(lái),還是按照?qǐng)D3所示電壓回路接線,只是經(jīng)過(guò)了線路刀閘常開(kāi)節(jié)點(diǎn)重動(dòng),并沒(méi)有經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)DL1、DL2常開(kāi)輔助接點(diǎn)。

      因此,當(dāng)備自投開(kāi)關(guān)動(dòng)作后,I、II母仍然處于并列運(yùn)行,II母計(jì)量電壓電壓恢復(fù)正常,此時(shí)線路L2上的#2PT一次側(cè)無(wú)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(shí)類似為一臺(tái)升壓變壓器,需要較大的勵(lì)磁電流,該勵(lì)磁電流超過(guò)了二次計(jì)量空開(kāi)額定值,于是跳閘。

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

      如果此時(shí)測(cè)控裝置沒(méi)有能夠發(fā)出I母計(jì)量空開(kāi)跳閘的信號(hào),在DL1恢復(fù)運(yùn)行時(shí),開(kāi)關(guān)DL1就沒(méi)有計(jì)量電壓從而不能正確計(jì)量,造成計(jì)度損失。

      (2)實(shí)際線路開(kāi)關(guān)運(yùn)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(kāi)接點(diǎn),如圖5所示。真正實(shí)現(xiàn)二次回路與一次正確對(duì)應(yīng),反應(yīng)正常電壓。

      圖5改進(jìn)后的電壓回路圖

      可見(jiàn),在沒(méi)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(jiǎn)化一次,給二次回路帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

      2.電流回路設(shè)計(jì)

      在電流回路設(shè)計(jì)時(shí),主要是變壓器的差動(dòng)電流與一般的單母線分段接線變電站有所區(qū)別。對(duì)于一般的單母線分段變電站,變壓器的差動(dòng)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(kāi)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(kāi)關(guān)DL3和進(jìn)線L1開(kāi)關(guān)DL1。#2主變器的高壓側(cè)為母聯(lián)開(kāi)關(guān)DL3和進(jìn)線開(kāi)關(guān)DL2。當(dāng)DL3電流接入#1主變壓器時(shí),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(shí),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(dá)到保護(hù)線路的目的,而當(dāng)線路開(kāi)關(guān)DL1、DL2分別作為主變器的高壓側(cè)時(shí),接入主變壓器的電流應(yīng)該為保護(hù)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(hù)、線路測(cè)控、故障錄波的電流極性相反。這在審圖時(shí),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(jìn)

      以DL1、DL3運(yùn)行,DL2備用為例進(jìn)行分析。正常運(yùn)行進(jìn)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(jìn)線L2電壓正常;進(jìn)線備自投控制字、壓板投入。滿足以上條件則進(jìn)線備投充電。當(dāng)Ⅰ母、Ⅱ母失壓,進(jìn)線L2有壓,進(jìn)線L1無(wú)流時(shí),經(jīng)過(guò)一延時(shí)先切DL1,確認(rèn)DL1跳開(kāi)后,合DL2,動(dòng)作邏輯如圖6所示。

      圖6傳統(tǒng)進(jìn)線備自投邏輯

      圖7進(jìn)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(shí),#1變壓器保護(hù)切除DL1、DL3和DL4,隔離故障點(diǎn)。由于DL3由合位變?yōu)榉治唬瑒t進(jìn)線備自投充電條件不滿足,進(jìn)線備自投放電,DL1、DL2為分位,全站失電。

      若#1主變保護(hù)動(dòng)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(wú)流,進(jìn)線L2有壓,進(jìn)線備自投滿足動(dòng)作條件,將經(jīng)一延時(shí)切DL1,合DL2。由于故障仍然的存在,會(huì)將電源引向故障,對(duì)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(jìn)線備自投將變壓器動(dòng)作作為備自投的閉鎖條件之一。

      若變壓器保護(hù)動(dòng)作成功,DL1、DL3和DL4斷開(kāi)后,故障已經(jīng)被隔離,此時(shí)再合上DL2,可由線路L2經(jīng)開(kāi)關(guān)DL2、#2主變壓器、DL5對(duì)低壓側(cè)饋線供電,減少負(fù)荷損失,提高供電可靠性。所以不宜將變壓器保護(hù)動(dòng)作作為進(jìn)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(jìn)線備自投的動(dòng)作條件。

      對(duì)于L1線路故障,線路保護(hù)切除DL1的情形,進(jìn)線備自投能夠正確動(dòng)作。進(jìn)線備自投的動(dòng)作邏輯圖可改進(jìn)為圖9、圖10所示。

      改進(jìn)后的進(jìn)線備自投設(shè)計(jì)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(shí)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(hù)的保護(hù)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(hù)方向指向母線,以圖中虛線框?yàn)槔?,?dāng)I母線發(fā)生故障時(shí),#1主變壓器高壓側(cè)保護(hù)動(dòng)作,首先切除母聯(lián)DL3,將故障把兩段母線分開(kāi),讓無(wú)故障母線繼續(xù)運(yùn)行。若保護(hù)元件沒(méi)有返回,則說(shuō)明故障在I段母線內(nèi),繼續(xù)跳開(kāi)主變各側(cè)開(kāi)關(guān)。

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

      圖8改進(jìn)后進(jìn)線L2備投邏輯

      圖9改進(jìn)后進(jìn)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(jì)進(jìn)行分析得出以下結(jié)論:

     ?。?)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(diǎn)、開(kāi)關(guān)及兩側(cè)刀閘輔助接點(diǎn)串聯(lián)重動(dòng)得到;

     ?。?)電流回路。用于變壓器差動(dòng)保護(hù)的高壓側(cè)開(kāi)關(guān)CT繞組極性應(yīng)與用于線路保護(hù)的繞組相反。

     ?。?)進(jìn)線備投。主變跳閘不應(yīng)閉鎖備自投動(dòng)作,備自投動(dòng)作的條件加入分段開(kāi)關(guān)位置,使備自投更準(zhǔn)確,提高可靠性。

    (審核編輯: 智匯張瑜)

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