母聯(lián)斷路器故障時(shí)恢復(fù)母線送電方案分析

趙 睿，張 晟，李 健，白 洋，董曉峰

（國(guó)網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114001）

故障分析

母聯(lián)斷路器故障時(shí)恢復(fù)母線送電方案分析

趙 睿，張 晟，李 健，白 洋，董曉峰

（國(guó)網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114001）

討論了母聯(lián)斷路器合閘不同期對(duì)系統(tǒng)的影響，通過對(duì)母線恢復(fù)送電步驟的分析，得出“母線等電位”作為恢復(fù)母線送電必備的條件，擬定了2套可行的操作方法，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)接線方式及可靠性分析，擇優(yōu)選出方案使停運(yùn)母線恢復(fù)送電。

合閘不同期；母線等電位；母線恢復(fù)送電

某220 kV變電站，66 kVⅠ段母線及母聯(lián)斷路器檢修后，發(fā)現(xiàn)斷路器三相合閘不同期，由于區(qū)域內(nèi)負(fù)荷的需要，必須對(duì)停運(yùn)母線恢復(fù)送電。上述情況下，相關(guān)部門組建臨時(shí)小組針對(duì)送電方案進(jìn)行討論研究，擬根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)接線方式選擇出最佳方案。送電前，站域范圍內(nèi)66 kV接線方式為雙母線帶旁路接線方式，此時(shí)Ⅰ母線已處于停運(yùn)狀態(tài)，其線路間隔均連接到Ⅱ母線上，母聯(lián)斷路器（故障）和旁路斷路器處于冷備用狀態(tài)，如圖1所示。

1 母聯(lián)斷路器不同期對(duì)倒閘操作的影響

斷路器合閘不同期將對(duì)斷路器產(chǎn)生損害，觸頭在接觸前會(huì)產(chǎn)生電弧，延時(shí)性較長(zhǎng)的一相承受電弧的時(shí)間要長(zhǎng)一些，將導(dǎo)致一部分熔焊，如果3項(xiàng)同期性較差就會(huì)加大觸頭磨損的不一致，進(jìn)一步損壞斷路器。

母聯(lián)斷路器合閘不同期將導(dǎo)致母線出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)缺相狀態(tài)，這種非全相運(yùn)行對(duì)66 kV系統(tǒng)而言，1相斷線時(shí)，斷線線路容性電流減少，此時(shí)中性點(diǎn)將產(chǎn)生位移。進(jìn)而導(dǎo)致斷線相電壓升高，最大的為1.5倍相電壓，其他2相電壓下降0.86倍相電壓。同時(shí)產(chǎn)生大量的零序和負(fù)序電流，由于其臨界條件與相間短路條件極相似，因此，容易促使保護(hù)誤動(dòng)作造成停電面積的擴(kuò)大。

圖1 母聯(lián)故障狀態(tài)下現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行方式

母聯(lián)斷路器合閘不同期最大隱患是對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，尤其是小電流接地系統(tǒng)，假設(shè)母聯(lián)斷路器1相運(yùn)行，運(yùn)行相與其連接的另外2相是不同期的，運(yùn)行相會(huì)產(chǎn)生1個(gè)矢量軌跡，而中性點(diǎn)電壓也將隨2個(gè)系統(tǒng)相位角差呈周期性變化。當(dāng)相位角為180.°時(shí)中性點(diǎn)對(duì)地電壓達(dá)到2倍相電壓，而斷開相對(duì)地電壓將達(dá)2倍相電壓，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)絕緣影響很大（如圖2所示）。

圖2 缺相運(yùn)行相量分析圖

以前曾發(fā)生過此類事故，母聯(lián)斷路器不同期，由于兩側(cè)系統(tǒng)一個(gè)是欠補(bǔ)償系統(tǒng)，一個(gè)是過補(bǔ)償，導(dǎo)致斷路器斷口等效電容與系統(tǒng)產(chǎn)生串聯(lián)諧振，中性點(diǎn)對(duì)地電壓大于2倍相電壓。某變電站經(jīng)計(jì)算由于零序電壓高達(dá)3.55倍相電壓，斷開相對(duì)地電壓達(dá)4.16倍相電壓，結(jié)果造成電壓互感器、避雷器爆炸，3條線路、2臺(tái)機(jī)組及母線全停電，并與主系統(tǒng)解列的事故［1］。

2 倒母線操作原理

在倒閘操作中，倒母線操作屬大型復(fù)雜的倒閘操作，倒母線時(shí)2條母線及母線上的間隔都處于額定電壓下運(yùn)行，為保障供電的持續(xù)性，整個(gè)過程并沒有回路停用。

倒母線的起始流程通常是：合上母聯(lián)斷路器—投入互聯(lián)及單母線運(yùn)行壓板—將母聯(lián)直流空氣開關(guān)斷開—倒母線操作。

合上母聯(lián)斷路器后，互聯(lián)壓板的投入及單母線運(yùn)行把手切換投入的目的是讓系統(tǒng)在接下來的一段時(shí)間內(nèi)處于母線并列運(yùn)行狀態(tài)。

互聯(lián)壓板全稱叫強(qiáng)制母線互聯(lián)壓板，其作用是將母差保護(hù)中的小差屏蔽，系統(tǒng)中只留大母差判據(jù)作為母差保護(hù)動(dòng)作的條件。之后單母線運(yùn)行壓板的投入，實(shí)質(zhì)是通過微機(jī)保護(hù)裝置跟系統(tǒng)產(chǎn)生1次“對(duì)話”，目的是通知母差保護(hù)裝置，現(xiàn)在母線已處于1根母線運(yùn)行狀態(tài)，如果母線內(nèi)出現(xiàn)故障，要同時(shí)跳開Ⅰ母線、Ⅱ母線相關(guān)聯(lián)的所有斷路器。

這樣設(shè)計(jì)，一方面是由于在倒母線過程中，通常會(huì)出現(xiàn)隔離開關(guān)雙跨2條母線之間，一旦出現(xiàn)母線短路故障，雙跨于母線間的隔離開關(guān)對(duì)短路電流進(jìn)行分流，使小母差的KCL判據(jù)達(dá)不到整定值，進(jìn)而造成小母差保護(hù)拒動(dòng)。這樣組合壓板的投入就不會(huì)使2條母線任何1條符合突然被全部甩掉而造成母線出現(xiàn)壓差［2］。

在倒母線前要將母聯(lián)斷路器微機(jī)保護(hù)屏的直流空氣開關(guān)斷開，使母聯(lián)斷路器變?yōu)?個(gè)“死”開關(guān)，這樣做的目的是防止母聯(lián)斷路器因?yàn)槠渌蜃孕刑l，如果此時(shí)正處于合第1組母線隔離開關(guān)或拉開第2組母線隔離開關(guān)的情況下，實(shí)質(zhì)上就是用母線側(cè)隔離開關(guān)對(duì)2組母線進(jìn)行解列或合環(huán)，環(huán)路電壓差的有效值等于2組母線電源電壓實(shí)際差，可達(dá)數(shù)百伏或數(shù)千伏，對(duì)系統(tǒng)及操作人員的安全將造成威脅。

3 方案分析

無論是互聯(lián)壓板和單母線運(yùn)行把手切換的投入，還是將母聯(lián)保護(hù)屏直流空氣開關(guān)斷開，其目的是保證在倒閘操作過程中，在任意操作環(huán)節(jié)都盡量減小母線間的壓差，使倒閘操作處于等電位操作。由此可以推斷出，倒母線操作的核心是2條母線等電位操作，在母聯(lián)斷路器不能啟用的情況下，應(yīng)考慮盡量創(chuàng)造等電位條件來完成操作［3］。

因此，倒母線過程的核心是母線間處于等電位。在母聯(lián)停用的情況下倒母線，就必須制造1個(gè)使雙母線等電位的接線狀態(tài)，因此，提出2個(gè)方案，方案1是通過主二次隔離開關(guān)直接跨在2條母線間，使2條母線直接通過主二次母線側(cè)隔離開關(guān)并列，稱為雙跨互聯(lián)。方案2是利用現(xiàn)有的旁路斷路器、旁路母線及其他線路斷路器配合，重新組建一種連接方式，該連接方式替代原有母聯(lián)斷路器的功能，稱為旁兼母聯(lián)。

3.1 雙跨互聯(lián)

利用66 kV聯(lián)絡(luò)線，由于該線路有雙電源，可通過對(duì)側(cè)電源對(duì)己停用母線充電，完成倒母線操作的第1個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)——母線充電。由于母線恢復(fù)送電時(shí)，母差為單母線母差，電壓僅取有電的運(yùn)行母線，母線有故障時(shí)對(duì)側(cè)開關(guān)跳開，不會(huì)造成母線全停。充電目的是防止作業(yè)后母線留有地線或遺留物，如有地線用隔離開關(guān)充電，造成帶接地電流合隔離開關(guān)，人身和設(shè)備都要受到損壞。因此，選擇用對(duì)側(cè)開關(guān)充電，可確保母線絕緣良好，之后再用主二次隔離開關(guān)對(duì)母線再次充電［4］。

充電時(shí)的母差保護(hù)，由于母差保護(hù)的電壓把手已切至運(yùn)行母線，外來電源充電時(shí)，一旦母線有故障，母差保護(hù)計(jì)算電壓為運(yùn)行母線全電壓，沒有降低，因此，使用外來電源時(shí)，不必停用母差保護(hù)，充電前后狀態(tài)如圖3、圖4所示。

圖3 配出一線給Ⅰ母線充電前接線

圖4 利用配出一線給Ⅰ母線充電后接線

在確認(rèn)母線無故障后，將聯(lián)絡(luò)配出一線斷路器拉開，通過2號(hào)主二次Ⅰ母隔離開關(guān)對(duì)空載母線充電。應(yīng)用此原理使1號(hào)主二次在2條母線間完成雙跨，現(xiàn)有的微機(jī)保護(hù)大多具備雙跨自動(dòng)啟用互聯(lián)的功能，這樣同時(shí)完成強(qiáng)制互聯(lián)的投入。再將單母運(yùn)行壓板投入，即可將小母差改為為大母差保護(hù)，這樣就完成了倒母線的基本條件（如圖5、圖6所示）。

圖5 1號(hào)主二次隔離開關(guān)跨接在Ⅰ母線和Ⅱ母線之前接線

圖6 1號(hào)主二次隔離開關(guān)跨接在Ⅰ母線和Ⅱ母線之后接線

接下來就是正?；謴?fù)母線的過程，直到將所需要Ⅰ母帶的負(fù)荷倒完之后。因此，需要考慮如何將雙跨隔離開關(guān)解列，可利用連接在Ⅰ母線上的各線路電流互感器各支路的電流值。根據(jù)基爾霍夫電流定律，流過1號(hào)主二次Ⅰ母隔離開關(guān)的電流數(shù)值應(yīng)等于其余各線路電流矢量和。通過投切各母線上的元件使流過1號(hào)主二次Ⅰ母隔離開關(guān)電流值小于2 A時(shí)就可直接用隔離開關(guān)將其解列。母線各元件恢復(fù)正常母線送電后，母差電壓把手切至雙母位置，解列條件如圖7所示。

圖7 解列條件

該方法的使用受以下條件制約。

a.母差微機(jī)保護(hù)裝置必須有雙跨自動(dòng)強(qiáng)制互聯(lián)功能。

b.在最后通過隔離開關(guān)解列過程中，Ⅰ、Ⅱ母所帶負(fù)荷相差不多，且必須有條件改變負(fù)荷分布情況，使流過1號(hào)主二次隔離開關(guān)的電流小于2 A，完成解列。

3.2 旁兼母聯(lián)

旁兼母聯(lián)是改變旁路及線路的接線方式，制造1個(gè)等效母聯(lián)的母聯(lián)斷路器，完成倒母線操作。

充電環(huán)節(jié)（如圖8所示）：選定配出一線作為旁路母線的充電線路（配出一線是220 kV變電站間的聯(lián)絡(luò)線，具有充電條件），拉開配出一線斷路器，拉開其線路及Ⅱ母?jìng)?cè)隔離開關(guān)，將配出一線停電。由于該方案需啟用旁路母線，因此在將配電一線停運(yùn)后，需要用旁路開關(guān)對(duì)旁路母線充電，證明旁路母線無故障后，合上配出一線I母線及線路側(cè)隔離開關(guān)，再合上配出一線旁母隔離開關(guān)，完成對(duì)臨時(shí)等效母聯(lián)開關(guān)的搭建。再按該順序完成對(duì)Ⅰ母線充電：合上旁路斷路器—將旁路斷路器保護(hù)退出—退出母差保護(hù)—合上配出一線斷路器—母線充電良好后，投入母差保護(hù)。

圖8 “旁兼母聯(lián)”接線方式

恢復(fù)母線送電：合上配出一線及旁路開關(guān)后，將其直流操作空開拉開—合上1號(hào)主二次Ⅰ母隔離開關(guān)，完成雙跨（此時(shí)保護(hù)屏自動(dòng)判別母線互聯(lián)狀態(tài)生成）—合上配出一線和旁路斷路器的操作直流—拉開旁路斷路器—倒母線完成后，在1號(hào)主二次解環(huán)前，合上旁路斷路器及配出一線斷路器—拉開旁路斷路器及配出一線開關(guān)操作直流—拉開1號(hào)主二次Ⅱ母隔離開關(guān)，解除雙跨—合上旁路開關(guān)及配出一線斷路器操作直流—拉開旁路斷路器和配出一線斷路器—母線恢復(fù)雙母線母差保護(hù)—拉開配出一線旁路隔離開關(guān)—合上配出一線斷路器送電。拉開旁路的旁路隔離開關(guān)及Ⅱ母隔離開關(guān)，旁路恢復(fù)冷備用，全部操作結(jié)束。

該操作中在1號(hào)主二次Ⅰ、Ⅱ母線側(cè)隔離開關(guān)完成雙跨后，將旁路斷路器退出，此時(shí)2條母線已可通過雙跨在2條母線間的隔離開關(guān)完成等電位倒母線的條件。一旦配出一線線路發(fā)生故障，若配出一線和旁路斷路器變成死開關(guān)無法跳閘，故障點(diǎn)轉(zhuǎn)移到母線上，將擴(kuò)大停電范圍。為此將臨時(shí)母聯(lián)斷路器停運(yùn)，倒母線時(shí)可靠1號(hào)主二次母線隔離開關(guān)完成雙跨，即使配出一線線路發(fā)生故障，配出一線開關(guān)跳閘，對(duì)母線無影響。而解列時(shí)再將其投入，可確保系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。等效后的回路如圖9所示［5］。

圖9 等效母聯(lián)斷路器回路

該方法只能在雙母線旁路接線方式下使用，由于其屬于旁路兼用母聯(lián)回路，非常接近母聯(lián)正常狀態(tài)下恢復(fù)母線送電。因此，如果220 kV變電站66 kV側(cè)采取的是雙母線旁路接線方式，可使用旁兼母聯(lián)方式進(jìn)行恢復(fù)，使用該方法應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

a.由于啟用了旁路母線，因此使用前應(yīng)檢查旁路母線無異常，在充電環(huán)節(jié)需要先對(duì)旁路母線充電再對(duì)I母線充電。

b.在操作中應(yīng)將配出一線線路情況考慮進(jìn)整個(gè)操作過程，由于配電一線線路處于臨時(shí)母聯(lián)等電位回路中，臨時(shí)母聯(lián)構(gòu)成過程中，一旦發(fā)生故障，將引起變電站全停，因此臨時(shí)母聯(lián)僅在主二次隔離開關(guān)雙跨、解跨期間使用，確保系統(tǒng)穩(wěn)定。

c.對(duì)I母線充電時(shí)，若I母線有故障，將引起母差保護(hù)動(dòng)作，因此充電時(shí)須停用母差保護(hù)。

4 結(jié)束語

通過對(duì)2個(gè)方案的分析，針對(duì)66 kV側(cè)擁有旁路斷路器和旁路母線的變電站，優(yōu)先考慮使用旁兼母聯(lián)。旁兼母聯(lián)基本可以完成對(duì)母聯(lián)斷路器的等效替代，使系統(tǒng)在倒母線過程中系統(tǒng)運(yùn)行趨于穩(wěn)定。雙跨互聯(lián)主要是利用隔離開關(guān)開斷小負(fù)荷電流，其可控性不是很嚴(yán)密，對(duì)于解列過程，需要通過負(fù)荷調(diào)節(jié)來完成，如果電流偏差較大不易實(shí)現(xiàn)。

［1］潘 科.淺談220 kV變電站母聯(lián)開關(guān)非全相運(yùn)行［J］.通信世界，2013，14（21）15－17.

［2］張新斌，劉興山.220 kV變電站開關(guān)取消并聯(lián)電容后空母線操作［J］.東北電力技術(shù)，2009，30（6）；10－13.

［3］何 寧.國(guó)家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技能人員通用教材［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2010.

［4］夏思明，徐露娜.220 kV系統(tǒng)倒母線公共小母線閉鎖邏輯分析［J］.東北電力技術(shù)，2011，32（9）：30－33.

［5］陳順輝.雙母線帶旁路母線接線中母聯(lián)旁路斷路器組合方案分析［J］.電力建設(shè)，1987，29（6）；36－38.

Analysis on Bus Recovery Energigization Scheme of Bus?tie Circuit Breaker Fault

ZHAO Rui，ZHANG Sheng，LI Jian，BAI Yang，DONG Xiao?feng
（State Grid Anshan Electric Power Supply Company，Anshan，Liaoning 114001，China）

This paper discusses the effects of bus?tie breaker closing asynchronization for the system.Bus equal potential is obtained as the essential condition for bus recovery energigization through analyzing bus recovery energigization steps.Two sets of feasible operation methods are worked out，the selected scheme can recover bus energigization based on the spot connection mode and reliability analysis.

Closing asynchronization；Bus equal potential；Bus recovery energigization

TM561

A

1004－7913（2015）09－0039－04

趙 睿（1967—），男，高級(jí)技師，現(xiàn)從事變電運(yùn)維研究。

2015－06－30）