500 kV內(nèi)橋接線變電站停電安全淺析

莊秋月，李凡紅

(國(guó)網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610041)

500 kV變電站在有兩條出線、3臺(tái)開關(guān)的情況下設(shè)計(jì)優(yōu)先采用內(nèi)橋接線方式，其優(yōu)點(diǎn)在于一方面線路的停、送電操作比較方便，發(fā)生故障時(shí)也不會(huì)影響其他回路的正常運(yùn)行;另一方面具有占地面積少的特點(diǎn)。但此時(shí)主變壓器發(fā)生故障或誤操作所造成的安全風(fēng)險(xiǎn)因素則相對(duì)要高得多，這就對(duì)變電站運(yùn)行維護(hù)及倒閘操作的安全可靠性提出了更高要求。

1 運(yùn)行方式簡(jiǎn)介

500 kV南壩變電站是電能量匯聚和轉(zhuǎn)供的中樞站，其內(nèi)橋主接線如圖1所示，為簡(jiǎn)潔起見，圖中只標(biāo)明了設(shè)計(jì)的開關(guān)、刀閘及母線，其余均省略。其中，兩條500 kV線路分別由原連接綿陽至廣元的樂昭二線開π而來，主變壓器高壓側(cè)則通過隔離刀閘(50124和20123)與500 kV部分連接;220 kV部分采用雙母單分段方式將周圍小水電匯集并送至主電網(wǎng)中;35 kV采用單母方式來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電壓調(diào)整以及站用電供給。因此，該站高壓側(cè)的運(yùn)行工況主要存在以下4種方式。

方式1:橋5012開關(guān)合位，兩條線路帶兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行(正常運(yùn)行方式);

方式2:橋5012開關(guān)合位，一條線路帶兩臺(tái)主變壓器運(yùn)行(另一條線路停電檢修);

方式3:橋5012開關(guān)合位，兩條線路帶一臺(tái)主變壓器運(yùn)行(另一臺(tái)主變壓器停電檢修);

方式4:橋5012開關(guān)分位，兩條線路分別帶兩臺(tái)主變壓器運(yùn)行。

其中，方式1、方式4為常見運(yùn)行方式，變電安全可靠性也較高;方式2、方式3僅在一條線路或一臺(tái)主變壓器停電檢修時(shí)出現(xiàn)，運(yùn)行可靠性相對(duì)較低，此時(shí)若供電線路永久性發(fā)生故障，將極易出現(xiàn)全站失電的情況，因此需采取有效措施來避免。

由于內(nèi)橋方式中變壓器高壓側(cè)僅設(shè)置了隔離刀閘，而隔離刀閘不能帶負(fù)荷拉合變壓器［1］，這就要求主壓器變故障停電操作時(shí)必須將變壓器全停后方可拉合此刀閘以進(jìn)行主變壓器故障點(diǎn)的隔離，從而給變壓器相關(guān)的倒閘操作帶來了一定的麻煩，更有可能發(fā)生誤操作事故。同時(shí)，在投切變壓器過程中所產(chǎn)生的操作過電壓、勵(lì)磁涌流等因素是變壓器送電操作中涉及到的典型危險(xiǎn)點(diǎn)，因此有必要對(duì)內(nèi)橋方式下變壓器操作進(jìn)行對(duì)比研究。為敘述簡(jiǎn)潔，僅以變壓器停電操作為例來詳細(xì)分析可能帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 500 kV南壩站一次主接線圖(高壓側(cè))

2 操作危險(xiǎn)點(diǎn)分析

對(duì)于500 kV常見的3/2接線或全橋接線方式，由于變壓器及兩側(cè)開關(guān)為一個(gè)完整的電氣單元，變壓器停電操作只需順序拉開低、中、高壓側(cè)開關(guān)及其兩側(cè)刀閘，并做好安全措施即可。而內(nèi)橋接線由于方式特殊，變壓器停電操作會(huì)影響到一回線路的正常運(yùn)行［2］，如有需要還必須考慮主變壓器停電后對(duì)所受影響的線路恢復(fù)供電。

變壓器停電操作應(yīng)遵循先停負(fù)荷側(cè)，后停電源側(cè)的基本原則［3］。因?yàn)樽儔浩髟诓僮鬟^程中，先停電源側(cè)時(shí)容易導(dǎo)致負(fù)荷側(cè)向變壓器反送電，若此時(shí)發(fā)生故障還可能造成保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，延長(zhǎng)故障切除時(shí)間，擴(kuò)大故障范圍。就500 kV南壩變電站而言，220 kV部分多為小型水電站，先期投運(yùn)的兩條線路接至水晶電廠，電能通過水晶一、二線在變壓器匯集后由廣南、綿南線送出。在調(diào)度規(guī)程中關(guān)于變壓器的操作規(guī)定也明確指出:500 kV變壓器宜從500 kV側(cè)停電或充電，必要時(shí)也可以從220 kV側(cè)停電或充電。但500 kV變電站電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)并沒有明顯意義上的界定或規(guī)范。因此，變壓器停電操作從整體上考慮兩種方案(以標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行方式1為例分析1號(hào)主變壓器的停電操作，低壓側(cè)均為負(fù)荷，在此不做討論)。

方案1:先停低壓側(cè)，再停中壓側(cè)，后停高壓側(cè)。

主變壓器在斷掉低壓側(cè)、中壓側(cè)負(fù)荷后，再操作500 kV部分則相當(dāng)于用高壓側(cè)切斷空載變壓器。

①橋5012開關(guān)、線路5011開關(guān)

500 kV廣南線路長(zhǎng)達(dá)170 km，若先操作橋5012開關(guān)，則相當(dāng)于長(zhǎng)線路末端帶空載變壓器。根據(jù)輸電線路等值電路的簡(jiǎn)化計(jì)算，可將長(zhǎng)距離輸電線路分解成若干個(gè)小距離段，得到長(zhǎng)線路運(yùn)行下的集中參數(shù)等值電路如圖2所示。其中，R、XL、XC分別為長(zhǎng)線路的等值電阻、等值電抗、等值容抗。

從圖2可以看出，長(zhǎng)距離輸電線路下系統(tǒng)的對(duì)地容抗大大提高，且分裂導(dǎo)線的使用可相對(duì)減小線路電抗值，即與大地平行的長(zhǎng)距離輸電線路最終類似于在線路與大地間并聯(lián)了一個(gè)大容抗值的電容。由長(zhǎng)線路運(yùn)行帶來的容升效應(yīng)可知，電容補(bǔ)償無功后將大大提升線路末端電壓U0。U0加在空載變壓器上達(dá)到一定值時(shí)可能造成變壓器工作磁通密度增加、鐵心飽和，即產(chǎn)生變壓器過勵(lì)磁現(xiàn)象，嚴(yán)重影響變壓器絕緣。

在此基礎(chǔ)上，此時(shí)如再操作線路5011開關(guān)，在切斷空載變壓器的過程中還可能出現(xiàn)幅值較高的操作過電壓U1，它與U0疊加后所產(chǎn)生的過電壓U值將更大，從而對(duì)變壓器及整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成極大的威脅。

另外值得一提的是:考慮到變壓器本質(zhì)上相當(dāng)于一個(gè)感性負(fù)載，在與長(zhǎng)距離輸電線路對(duì)地的等值電容參數(shù)配合下，在進(jìn)行操作時(shí)是否還可能形成振蕩回路產(chǎn)生諧振現(xiàn)象出現(xiàn)嚴(yán)重諧振過電壓?若L、C參數(shù)匹配，符合諧振回路構(gòu)成的條件，產(chǎn)生的過電壓還將包括因諧振引起的諧振過電壓(實(shí)際可達(dá)3倍左右)，最后疊加產(chǎn)生的過電壓U很可能達(dá)到6倍的額定電壓以上。這也是一個(gè)值得思考和分析的問題。

②線路5011開關(guān)、橋5012開關(guān)

圖2 輸電線路集中參數(shù)等值電路

在操作完線路5011開關(guān)后，運(yùn)行方式為:綿陽線、2號(hào)主變壓器帶全站負(fù)荷，此時(shí)切除橋5012開關(guān)對(duì)系統(tǒng)過電壓及變壓器絕緣影響并不大。操作過程中若1號(hào)主變壓器發(fā)生故障，保護(hù)跳5012而該開關(guān)拒動(dòng)，則2號(hào)主變壓器也將被迫停電，從而引起全站失電。但該類事件為概率性事件，發(fā)生的可能性較小，但這也對(duì)橋開關(guān)的保護(hù)配置、功能回路提出了更高的選擇性、靈敏性要求。

方案2:先停低壓側(cè)，再停高壓側(cè)，后停中壓側(cè)

前面在變壓器操作的原則中已經(jīng)提到，500 kV對(duì)電源側(cè)、負(fù)荷側(cè)沒有明顯的范圍界定。華中電網(wǎng)就500 kV變壓器操作順序規(guī)定為:500 kV停(送)電，220 kV解(合)環(huán)。逆向思維從送電角度出發(fā)思考，500 kV變壓器應(yīng)從高壓側(cè)送電，主要基于以下因素考慮:①是變壓器高壓側(cè)電流小，且都配備有完整繼電保護(hù)，合高壓側(cè)開關(guān)逐步送電時(shí)若發(fā)生故障可以查看是哪步操作導(dǎo)致的故障以及時(shí)排查，此時(shí)低壓側(cè)未帶負(fù)荷不會(huì)出現(xiàn)高壓側(cè)保護(hù)動(dòng)作甩負(fù)荷的情況;②若是從低壓側(cè)送電，此時(shí)高壓側(cè)開路，帶負(fù)荷合高壓側(cè)開關(guān)對(duì)主變壓器沖擊合閘時(shí)所產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流很大，由此帶來的電動(dòng)力對(duì)變壓器的機(jī)械強(qiáng)度也是一個(gè)巨大的考驗(yàn)，不利于變壓器的長(zhǎng)期運(yùn)行，且此時(shí)主變壓器故障還可能造成甩負(fù)荷。綜合上述分析可知，變壓器宜從高壓側(cè)送電，停電則順序相反。特殊情況下需要先從高壓側(cè)停電時(shí)，橋5012開關(guān)與線路5011開關(guān)的操作順序同樣也影響到變電站安全運(yùn)行。

③線路5011開關(guān)、橋5012開關(guān)

這種情況下，操作先拉開線路5011開關(guān)后，變電站運(yùn)行方式變?yōu)橐粭l線路帶兩臺(tái)主變壓器供全站負(fù)荷，此時(shí)若1號(hào)主變壓器發(fā)生故障，保護(hù)裝置若正確動(dòng)作跳開橋5012開關(guān)及中壓側(cè)201開關(guān)(5011開關(guān)及301開關(guān)已經(jīng)斷開)，對(duì)本次倒閘操作的安全影響相對(duì)較小;若此時(shí)橋5012開關(guān)失靈拒動(dòng)，則斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作還將導(dǎo)致2號(hào)主變壓器失電，引起全站停電。因此，此種操作方式并不能滿足變電站安全運(yùn)行的需要。

④橋5012開關(guān)、線路5011開關(guān)

停電操作拉開橋5012開關(guān)后，由兩條線路帶兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行的方式1變成了兩條線路分別帶兩臺(tái)主變壓器運(yùn)行的方式4，供電可靠性并不受影響，且由于220 kV還有部分負(fù)荷，此時(shí)再操作線路5011開關(guān)，即使1號(hào)主變壓器故障跳閘，對(duì)運(yùn)行安全并沒有多大的影響。

3 優(yōu)化方案

通過以上多種操作方案的對(duì)比分析，可將各利弊總結(jié)歸納如表1。

表1 主變壓器停電操作方案的利弊對(duì)比

從上述方案對(duì)比可知，內(nèi)橋接線方式下的變壓器停電操作宜按低壓側(cè)、高壓側(cè)的順序，高壓側(cè)則應(yīng)先操作線路側(cè)開關(guān)，后操作橋開關(guān)，以避免操作引起的過電壓對(duì)變壓器的絕緣水平造成威脅，最后再操作主變壓器高壓側(cè)隔離刀閘以隔離主變壓器。若主變壓器停電操作后還需對(duì)停電線路恢復(fù)供電，還應(yīng)及時(shí)操作線路開關(guān)以切實(shí)達(dá)到操作目的，但應(yīng)注意設(shè)計(jì)各類保護(hù)的動(dòng)作配合，及時(shí)投切相關(guān)保護(hù)功能。

圖3 綿陽—南壩—廣元局域電網(wǎng)分布圖

同時(shí)，從以上多種操作方案存在的危險(xiǎn)點(diǎn)分析中可以看出，橋開關(guān)是保證供電可靠性的重要因素。從圖3綿陽—南壩—廣元局域電網(wǎng)的分布圖可知，在以上各類方案的操作過程中，1號(hào)主變壓器的停電操作導(dǎo)致武昭停電后，廣元站由富樂變電站通過樂昭一線單線供電，廣元站就500 kV部分形成孤網(wǎng)運(yùn)行方式，若此時(shí)樂昭一線線路跳閘，而保護(hù)及重合閘未正確動(dòng)作或誤動(dòng)作，廣元站500 kV部分兩條進(jìn)線全部斷電，將大大降低變電站供電可靠性，更有嚴(yán)重者將導(dǎo)致變電站乃至廣元局域電網(wǎng)大面積停電，對(duì)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成巨大損失。

4 防誤操作措施

變電站倒閘操作的正確性是確保變電站安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，內(nèi)橋接線方式下的變壓器防誤操作顯得更為重要。綜上分析，可采取下列措施切實(shí)保證供電可靠性。

(1)嚴(yán)防誤拉合主變壓器高壓側(cè)隔離開關(guān)。由于內(nèi)橋接線的特殊性，運(yùn)行時(shí)確保變壓器高壓側(cè)隔離開關(guān)的正確操作是非常重要的環(huán)節(jié)，即該刀閘的基本操作條件是:只有在低、中、高壓側(cè)開關(guān)及橋開關(guān)斷開后才能進(jìn)行操作。因此，必須對(duì)該刀閘及相關(guān)設(shè)備的五防、間隔邏輯及有關(guān)電氣聯(lián)鎖固化，確保聯(lián)鎖條件的正確無誤。

(2)對(duì)于程序化操作方式而言，應(yīng)根據(jù)不同的運(yùn)行方式擬定正確的操作步驟，并定期對(duì)程序化邏輯進(jìn)行復(fù)查與審核。在對(duì)運(yùn)行人員的技術(shù)或?qū)ｎ}培訓(xùn)中，還應(yīng)定期進(jìn)行學(xué)習(xí)、演練，以提高值班人員的正確操作及應(yīng)急處理事故能力。

(3)內(nèi)橋接線的停送電操作必須提前考慮全網(wǎng)系統(tǒng)的潮流走向及運(yùn)行方式，對(duì)操作過程中可能存在的隱患和問題要及時(shí)分析，并匯報(bào)各省調(diào)部門，避免出現(xiàn)操作過程中站內(nèi)設(shè)備的正常運(yùn)行。

5 結(jié)語

500 kV變電站采用內(nèi)橋接線方式具有一定的特殊性，從停送電操作方面對(duì)各方案的優(yōu)劣進(jìn)行了分析和比對(duì)，并綜合實(shí)際情況對(duì)操作方案進(jìn)行了合理優(yōu)化，為變電站值班員的倒閘操作提供了一定輔助決策，切實(shí)提高變電站安全操作水平。

［1］DL/T 572-2010，電力變壓器運(yùn)行規(guī)程［S］.

［2］王輯祥.電力接線原理及運(yùn)行［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2005.