母線倒閘操作與運(yùn)行方式變化時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)防范

彭宏生，文 濤，王丹華

(丹江口水力發(fā)電廠，湖北 丹江口 442700)

1 概述

丹江口水力發(fā)電廠(以下簡稱丹江電廠)是我國上世紀(jì)60年代在漢江干流上興建的大型水電廠，裝有6臺(tái)150 MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組，年平均發(fā)電量38.3億kWh，保證出力25.9萬kW，以6條220 kV線路、7條110 kV線路分別向湖北、河南兩省供電，同時(shí)也是湖北電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)峰、事故備用和旋轉(zhuǎn)備用的主力電廠。

近年來，隨著電廠機(jī)組與設(shè)備的老化，電廠設(shè)備改造與更換工作十分密集。為配合南水北調(diào)中線丹江口大壩加高工程，電廠6臺(tái)發(fā)電機(jī)組將全部改造。加之電廠220 kV，110 kV開關(guān)站隔離刀閘與開關(guān)相繼進(jìn)入老化期，在運(yùn)行與操作中設(shè)備故障頻發(fā)，給安全運(yùn)行帶來極大風(fēng)險(xiǎn)。為此，電廠加大220 kV，110 kV開關(guān)站電氣設(shè)備的更換速度，同時(shí)更換各線路與發(fā)變組保護(hù)裝置。

頻繁的設(shè)備改造更新，帶來頻繁的220 kV，110 kV母線倒閘操作。投運(yùn)前必須騰出一條空母線給新設(shè)備做試驗(yàn)，加之定期的母線年檢與母差保護(hù)校驗(yàn)工作，母線倒閘操作每年高達(dá)上百次，對(duì)電廠的安全運(yùn)行產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。下面，就近年來丹江電廠在220 kV，110 kV母線倒閘操作中遇見的問題與技術(shù)組織措施進(jìn)行探討。

2 母線倒閘操作的原則與常見問題

2.1 系統(tǒng)主接線與母線保護(hù)配置情況

圖1 丹江電廠電氣主接線

丹江電廠220 kV，110 kV系統(tǒng)均為雙母線帶旁路的電氣接線。220 kV母線保護(hù)為雙重配置：一套為北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司生產(chǎn)的CSC-150型數(shù)字式母線保護(hù)裝置，另一套為深圳南瑞股份有限公司生產(chǎn)的BP-2B型微機(jī)母線保護(hù)裝置。110 kV母線保護(hù)為許繼公司生產(chǎn)的JMH-1型母線保護(hù)。丹江電廠電氣主接線如圖1所示。

2.2 母線倒閘操作的原則

常見的母線倒閘操作有4種，以220 kV系統(tǒng)為例，即：220 kVⅠ母倒至Ⅱ母運(yùn)行，Ⅰ母停電解備；220 kVⅠ母送電，220 kVⅠ、Ⅱ母合環(huán)運(yùn)行；220 kVⅡ母倒至Ⅰ母運(yùn)行，Ⅱ母停電解備；220 kVⅡ母送電，220 kVⅠ、Ⅱ母合環(huán)運(yùn)行。當(dāng)然，其他形式的倒閘操作也有許多，但操作原則基本上都是一致的，主要有以下幾點(diǎn)。

(1) 操作前對(duì)運(yùn)行方式要認(rèn)真考慮，恢復(fù)雙母線正常運(yùn)行時(shí)，接在每條母線上的開關(guān)數(shù)量要相當(dāng)，負(fù)荷安排要合理，母聯(lián)交換功率不能太大。每條母線電源變壓器要保持一個(gè)中性點(diǎn)接地，雙回線應(yīng)各占一條母線，以提高供電的可靠性。

(2) 倒母線必須保證母聯(lián)開關(guān)在合位，并在倒閘過程中斷開母聯(lián)開關(guān)操作電源。用母聯(lián)對(duì)母線充電前必須正確加用母線充電保護(hù)，充電正常后立即退出，倒閘過程中必須確保母線保護(hù)正常運(yùn)行。母線倒閘過程中，此時(shí)因元件同時(shí)與兩母線相連，應(yīng)投入母差互聯(lián)壓板，實(shí)現(xiàn)非選作用。

(3) 倒閘操作中，把全部備用的母線隔離開關(guān)合好后，應(yīng)確認(rèn)所有隔離開關(guān)的二次輔助接點(diǎn)轉(zhuǎn)換到位，母線保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)無異常信號(hào)與輸出，再拉開全部工作的母線隔離開關(guān)。在母線隔離開關(guān)的合、拉過程中，為避免發(fā)生較大火花，應(yīng)考慮先合距母聯(lián)開關(guān)最近的隔離開關(guān)，拉閘的順序與其相反。盡量減少操作母線隔離開關(guān)時(shí)的電位差。

(4) 斷開母聯(lián)開關(guān)前，母聯(lián)開關(guān)三相電流指示應(yīng)為零；同時(shí)，隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)、位置指示器應(yīng)切換正常，母線保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)無異常信號(hào)與輸出。重點(diǎn)防止因“漏”倒設(shè)備，或從母線電壓互感器二次側(cè)反充電而引起事故。

2.3 母線倒閘操作中常見的問題與處理辦法

母線倒閘操作中的常見問題是，隔離開關(guān)二次輔助接點(diǎn)轉(zhuǎn)換不到位，隔離開關(guān)一次觸頭接觸不到位或機(jī)構(gòu)卡澀。

(1) 隔離開關(guān)二次輔助接點(diǎn)轉(zhuǎn)換不到位是令現(xiàn)場(chǎng)操作人員最頭疼的問題。輔助接點(diǎn)轉(zhuǎn)換不到位，將直接影響到線路與母線保護(hù)的安全運(yùn)行。通常，當(dāng)隔離開關(guān)操作后，若通過監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)二次輔助接點(diǎn)沒有轉(zhuǎn)換到位，可將該隔離開關(guān)再拉合操作一次。多數(shù)因機(jī)構(gòu)卡澀所出現(xiàn)的接點(diǎn)轉(zhuǎn)換不到位，經(jīng)過再次操作均能恢復(fù)。如果恢復(fù)不了，必須停止母線倒閘操作，查找原因并處理。對(duì)于母線保護(hù)，必要時(shí)可按照實(shí)際運(yùn)行方式進(jìn)行強(qiáng)制手動(dòng)切換。

(2) 隔離開關(guān)一次觸頭接觸不到位，有頂死及三相不同步現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)有卡澀頂死現(xiàn)象，切不可蠻力繼續(xù)操作，應(yīng)先停止操作，仔細(xì)觀察故障現(xiàn)象及原因?？梢韵葘⒏綦x開關(guān)拉開一次，重新操作，如果故障仍然存在，必須停止母線倒閘操作。如果是新設(shè)備試驗(yàn)工作，可以考慮換另外一條母線停電當(dāng)試驗(yàn)?zāi)妇€。丹江電廠就曾因?yàn)?10 kV丹鳳線Ⅰ母母線側(cè)隔離開關(guān)、220 kV丹韓線Ⅰ母母線側(cè)隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)故障而無法操作，制約了母線倒閘方式。因此，也必須加強(qiáng)隔離開關(guān)的維護(hù)與更新改造步伐。

3 母線倒閘操作中的組織措施與注意事項(xiàng)

3.1 從技術(shù)與組織上給予高度重視

(1) 220 kV，110 kV母線是電廠最重要的設(shè)備，它的安全運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)電廠的發(fā)供電運(yùn)行。母線發(fā)生故障或異常情況，將可能導(dǎo)致全廠停電、機(jī)組停運(yùn)、電網(wǎng)大面積停電，對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定造成巨大威脅。電廠歷來高度重視母線的安全運(yùn)行工作，做到責(zé)任明確，措施到位。母線倒閘操作前，必須召開各部門之間的碰頭會(huì)，交代操作中的風(fēng)險(xiǎn)與預(yù)防措施，明確各職能部門的任務(wù)與職責(zé)。

(2) 母線倒閘操作，必須得到湖北電力調(diào)度中心的授權(quán)許可。丹江電廠加強(qiáng)與調(diào)度機(jī)構(gòu)的聯(lián)系與協(xié)調(diào)，對(duì)調(diào)度預(yù)發(fā)的操作命令要求值長予以詳細(xì)閱讀，核對(duì)命令票是否符合現(xiàn)場(chǎng)條件。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作票要求值班員仔細(xì)填寫，使用前必須通過三級(jí)審查，核對(duì)微機(jī)防誤裝置完好，按照操作票正確模擬并將信號(hào)傳輸至電廠220 kV，110 kV開關(guān)站值班室。

(3) 由于丹江電廠220 kV，110 kV開關(guān)站遠(yuǎn)離主廠房，在壩區(qū)的山谷中，現(xiàn)場(chǎng)只有2名運(yùn)行值班員值班，加之220 kV，110 kV開關(guān)站一次、二次設(shè)備繁雜眾多，操作風(fēng)險(xiǎn)較大。為此，電廠制定了母線操作雙監(jiān)護(hù)制度，即在開關(guān)站2名值班員操作監(jiān)護(hù)的同時(shí)，當(dāng)值副值長必須到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行雙監(jiān)護(hù)。同時(shí)，電廠安監(jiān)部、生產(chǎn)部、運(yùn)行部、檢修車間主要負(fù)責(zé)人必須到場(chǎng)監(jiān)督，隨時(shí)處理與協(xié)調(diào)操作中出現(xiàn)的問題，確保母線倒閘操作正確無誤。

3.2 母線倒閘操作中應(yīng)注意的事項(xiàng)

(1) 母線倒閘操作一定要在天氣良好的條件下進(jìn)行，不良的天氣情況對(duì)倒閘操作有著不利的影響，有時(shí)甚至?xí)斐赡妇€保護(hù)的誤動(dòng)。例如：2012-07-22T05:30，丹江口雷雨大風(fēng)天氣，110 kV母差保護(hù)盤出現(xiàn)Ⅱ母母差動(dòng)作，110 kV系統(tǒng)Ⅱ母上丹23、丹27、丹22、丹24開關(guān)突然跳閘。經(jīng)過分析，認(rèn)為這一方面是由于惡劣天氣造成母線保護(hù)受到?jīng)_擊；另一方面是運(yùn)行了長達(dá)20年的110 kV母線保護(hù)可能存在安全隱患。

(2) 操作前必須全面檢查母線及其相關(guān)設(shè)備，熟悉現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備缺陷。如果母線上所接隔離開關(guān)有機(jī)構(gòu)故障，應(yīng)考慮換另外一條母線停電。

(3) 母線倒閘操作前，必須考慮有關(guān)繼電保護(hù)裝置的相應(yīng)操作，并注意負(fù)荷潮流、主變中性點(diǎn)的調(diào)整。原則上應(yīng)保證每條母線有一個(gè)主變中性點(diǎn)接地，Ⅰ、Ⅱ母母線上元件負(fù)荷均衡，母聯(lián)開關(guān)運(yùn)行交換電流合理。

(4) 正確投退母線充電保護(hù)與母聯(lián)過流壓板。對(duì)停電母線充電，必須加用母線充電保護(hù)，充電正常后，立即退出壓板。配合新設(shè)備試驗(yàn)前，加用母聯(lián)過流壓板，試驗(yàn)完畢后一定要停用。否則，當(dāng)電網(wǎng)受到外部沖擊時(shí)，很容易造成母聯(lián)開關(guān)誤跳閘。

(5) 操作中發(fā)現(xiàn)有異常問題時(shí)，不可盲目繼續(xù)操作，應(yīng)立即與控制室值長、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員溝通解決。尤其對(duì)隔離開關(guān)不到位現(xiàn)象，切不可蠻力強(qiáng)行推入。曾經(jīng)就發(fā)生過因強(qiáng)行推入導(dǎo)致操作中隔離開關(guān)支柱斷裂，造成母線接地短路而引發(fā)的電網(wǎng)停電重大事故。

(6) 操作中，當(dāng)隔離開關(guān)有位置變化時(shí)，母線保護(hù)開入變位置有信號(hào)指示，必須及時(shí)給予確認(rèn)復(fù)歸。每組隔離開關(guān)操作完畢后，要確定其二次接點(diǎn)與位置全部轉(zhuǎn)換為實(shí)際情況，保護(hù)與自動(dòng)裝置無其他異常信號(hào)?？刂剖抑蛋啾O(jiān)視人員要密切關(guān)注監(jiān)控系統(tǒng)畫面信息情況，及時(shí)通過對(duì)講機(jī)或電話與現(xiàn)場(chǎng)人員溝通解決。

4 母線倒閘操作與運(yùn)行方式變化時(shí)的電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題

丹江電廠220 kV，110 kV系統(tǒng)是通過2號(hào)、3號(hào)主變聯(lián)絡(luò)運(yùn)行的。由于歷史上的原因，7條110 kV線路全部向庫區(qū)周邊的丹江口、漢江集團(tuán)，河南淅川、鄧州縣市供電。通常情況下，110 kV系統(tǒng)總負(fù)荷為400～500 MW，而由220 kV系統(tǒng)通過2號(hào)、3號(hào)主變送往110 kV系統(tǒng)的功率為200～300 MW。電網(wǎng)穩(wěn)定問題相對(duì)突出。

4.1 220 kV系統(tǒng)雙母線運(yùn)行倒閘為單母線運(yùn)行時(shí)對(duì)110 kV系統(tǒng)穩(wěn)定的影響與風(fēng)險(xiǎn)

220 kV系統(tǒng)正常雙母線運(yùn)行時(shí)，丹江2號(hào)、3號(hào)主變壓器分別運(yùn)行在220 kV系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ母上，即使一條母線故障，一臺(tái)聯(lián)絡(luò)變壓器停運(yùn)，仍然有另外一條母線與聯(lián)絡(luò)變壓器運(yùn)行，不會(huì)對(duì)110 kV系統(tǒng)供電造成太大影響。而一旦220 kV系統(tǒng)為單母線運(yùn)行時(shí)，母線故障，必將導(dǎo)致丹江2號(hào)、3號(hào)主變壓器與220 kV系統(tǒng)脫離。通常情況下，110 kV系統(tǒng)負(fù)荷在400～500 MW，在110 kV系統(tǒng)運(yùn)行的1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)機(jī)組因受水庫水位、檢修等因素影響而不能全開滿發(fā)時(shí)，巨大的負(fù)荷差將導(dǎo)致110 kV系統(tǒng)崩潰，造成大面積停電事故。

為此，電廠專門設(shè)置安裝了220 kV母線故障聯(lián)切110 kV系統(tǒng)線路的穩(wěn)定裝置，由運(yùn)行值班人員根據(jù)220 kV運(yùn)行方式的變化與負(fù)荷潮流的大小，合理選擇聯(lián)切110 kV系統(tǒng)的線路，以便在發(fā)生220 kV母線故障時(shí)，切除部分110 kV負(fù)荷，使得丹江110 kV自供區(qū)電網(wǎng)能夠孤網(wǎng)運(yùn)行，直至恢復(fù)正常運(yùn)行方式。

4.2 110 kV系統(tǒng)雙母線運(yùn)行倒閘為單母線運(yùn)行時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)控制

110 kV系統(tǒng)雙母線運(yùn)行倒閘為單母線運(yùn)行時(shí)，如果發(fā)生母線故障，母線上所有開關(guān)將跳閘，丹江110 kV自供區(qū)電網(wǎng)必定全部停電，造成大面積停電事件。

為防范110 kV系統(tǒng)雙母線運(yùn)行倒閘為單母線運(yùn)行時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，電廠在母線倒閘操作前，制定了詳細(xì)的事故應(yīng)急預(yù)案，并向丹江110 kV自供區(qū)電網(wǎng)各級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)下發(fā)通知，做好風(fēng)險(xiǎn)控制。同時(shí)，要求河南省用戶在此期間將負(fù)荷倒由河南電網(wǎng)供電，其他用戶限制負(fù)荷在規(guī)定最小值范圍。對(duì)于電廠的試驗(yàn)與檢修工作，則要求盡可能早日完工，以便盡快恢復(fù)110 kV系統(tǒng)正常雙母線運(yùn)行方式，從而恢復(fù)丹江110 kV自供區(qū)電網(wǎng)的正常運(yùn)行。