智能變電站母線電壓接法的優(yōu)化設(shè)計(jì)

（國網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司，浙江金華321017）

智能變電站母線電壓接法的優(yōu)化設(shè)計(jì)

杜浩良，王斌，程朝陽，王淞

（國網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司，浙江金華321017）

分析智能變電站原有的繼電保護(hù)二次設(shè)計(jì)方案中存在的隱性問題，并采取有效措施，使雙母線接線的110 kV線路保護(hù)同時失去所有線路距離保護(hù)、零序方向功能的影響面縮減為原來的一半；在內(nèi)橋接線的智能變電站中，防止110 kV備自投裝置誤動，避免110 kV主變2套高后備保護(hù)同時報(bào)TV斷線異常，可有效提高智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

智能變電站；母線電壓接法；優(yōu)化

0 引言

根據(jù)Q/GDW 441-2010《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》的要求，智能變電站原有母線電壓接法為：雙母線接線的智能變電站，2段母線按雙重化配置2臺合并單元；每臺合并單元應(yīng)具備GOOSE接口，接收智能終端傳遞的母線電壓互感器刀閘位置、母聯(lián)刀閘位置和斷路器位置，用于電壓并列。母線電壓合并單元可接收至少2組電壓互感器數(shù)據(jù)，并支持向其它合并單元提供母線電壓數(shù)據(jù)，根據(jù)需要提供電壓并列功能。各間隔合并單元所需母線電壓量通過母線電壓合并單元轉(zhuǎn)發(fā)。

1 雙母線接線的智能變電站母線電壓接法

1.1 原有母線電壓接法

通過母線合并單元1向各110 kV線路合并單元、110 kV母線保護(hù)、主變壓器（以下簡稱主變）110 kV第一套后備保護(hù)提供正副母線電壓；通過母線合并單元2向主變110 kV第二套后備保護(hù)提供正副母線電壓（圖1中的黑實(shí)線所示）。線路（主變）間隔提供正副母閘刀輔助接點(diǎn)，通過智能終端裝置將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，傳輸給線路（主變）間隔合并單元，用于實(shí)現(xiàn)線路（主變）間隔合并單元正副母電壓切換。一旦母線合并單元1發(fā)生故障，110 kV線路保護(hù)、母線保護(hù)、主變110 kV第一套后備保護(hù)都將失去母線電壓。

1.2 影響及風(fēng)險

雙母線接線的220 kV系統(tǒng)中，母線電壓合并單元1接入線路第一套保護(hù)、主變第一套后備保護(hù)和第一套母差保護(hù)，母線電壓合并單元2接入線路第二套保護(hù)、主變第二套后備保護(hù)和第二套母差保護(hù)。一旦母線合并單元故障，相關(guān)保護(hù)裝置失去距離元件、方向元件、電壓閉鎖等功能，除差動保護(hù)外的其余與電壓相關(guān)的保護(hù)功能都將退出運(yùn)行。

雙母線接線的110 kV系統(tǒng)中，母線電壓合并單元1接入線路保護(hù)、母差保護(hù)和主變第一套后備保護(hù)，母線電壓合并單元2接入線路保護(hù)和主變第二套后備保護(hù)。一旦母線合并單元1故障，110 kV母線保護(hù)失去電壓閉鎖功能，主變110 kV后備保護(hù)報(bào)TV（電壓互感器）斷線告警；110 kV線路距離保護(hù)、零序方向功能將退出，只保留了TV斷線過流保護(hù)和不帶方向的零序過流保護(hù)，電網(wǎng)安全運(yùn)行面臨極大風(fēng)險，必要時需調(diào)整電網(wǎng)運(yùn)行方式。

1.3 母線電壓接法優(yōu)化方案

1.3.1 方案一

配置1臺母線合并單元裝置，其輸出的母線電壓僅提供給母差保護(hù)、故障錄波器、備用電源自投等不需要電壓切換的裝置使用，線路保護(hù)所需母線電壓不從母線合并單元獲取，接線如圖2所示。

圖1 雙母線接線電壓切換原設(shè)計(jì)

圖2 雙母線接線電壓切換優(yōu)化設(shè)計(jì)1

在母線電壓合并單元柜內(nèi)配置傳統(tǒng)電壓并列裝置，保護(hù)及測控裝置母線二次電壓的選擇需要根據(jù)不同的運(yùn)行方式由人工操作“切換開關(guān)”QK實(shí)現(xiàn)。如圖3所示，YQJ為雙位置繼電器，當(dāng)切換開關(guān)QK打在自動位置（即QK的1，2接點(diǎn)導(dǎo)通）且母聯(lián)開關(guān)合上時，YQJ繼電器動作線圈勵磁，圖1中的YQJ接點(diǎn)閉合，實(shí)現(xiàn)正副母線二次電壓自動并列；當(dāng)QK打在“解列位置”（即QK的3，4接點(diǎn)導(dǎo)通）或母聯(lián)開關(guān)分位時，YQJ繼電器復(fù)歸線圈勵磁，圖1中的YQJ接點(diǎn)斷開，實(shí)現(xiàn)母線二次電壓自動解列。

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圖3 母線電壓并列原理

如圖4所示，母線電壓并列裝置敷設(shè)二次電纜至每一個線路合并單元，智能終端裝置將本間隔正副母閘刀輔助接點(diǎn)電信號轉(zhuǎn)換為光信號，輸送至線路合并單元裝置，完成正副母電壓切換，最后提供給線路保護(hù)裝置使用。

該方案的優(yōu)點(diǎn)為：解決了母線合并單元1的瓶頸問題，繼電保護(hù)運(yùn)行可靠性大為提高。缺點(diǎn)為：需新增母線電壓并列裝置，增加投資；智能變電站中二次電纜相對較多。

1.3.2 方案二

如圖5所示，在正副母線壓變端子箱中分別敷設(shè)二次電纜至各間隔戶外智能柜中，母聯(lián)開關(guān)智能終端柜中配置一只交換機(jī)，分別給每個線路（主變）合并單元提供母聯(lián)間隔的開關(guān)和正副母閘刀輔助接點(diǎn)位置信號，在線路合并單元柜內(nèi)完成母線電壓并列功能；設(shè)置母線電壓自動并列或解列操作把手，實(shí)現(xiàn)一次系統(tǒng)并列運(yùn)行、二次系統(tǒng)分列運(yùn)行。本線路（主變）智能終端提供本間隔的正副母閘刀輔助接點(diǎn)給間隔合并單元，實(shí)現(xiàn)本間隔的正副母二次電壓切換。

圖4 母線電壓切換原理

該方案優(yōu)點(diǎn)為：相對方案一，智能變電站中二次電纜回路較少。缺點(diǎn)為：母聯(lián)開關(guān)智能終端柜中的交換機(jī)一旦損壞，所有間隔都將失去電壓并列功能，在單組母線壓變檢修室，母線電壓無法運(yùn)行，運(yùn)行風(fēng)險仍舊較大。

1.3.3 方案三

根據(jù)雙母線接線的110 kV線路命名情況，命名單數(shù)的接110 kV母線合并單元1、命名雙數(shù)的接110 kV母線合并單元2（如圖6中的黑實(shí)線所示），避免單一母線合并單元故障時，全部110 kV線路保護(hù)發(fā)TV斷線告警信號，同時失去與電壓相關(guān)的保護(hù)。

該方案的優(yōu)點(diǎn)為：基本遵循原有的繼電保護(hù)原有設(shè)計(jì)方案，不增加設(shè)備和投資；母線合并單元1故障的影響面縮減一半，繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)行可靠性大為提高。缺點(diǎn)為：未能根本解決存在的問題，仍需進(jìn)一步研究和改進(jìn)。

1.3.4 方案選擇

通過比較，首推方案三，作為雙母線接線的智能變電站母線電壓優(yōu)化方案。

2 內(nèi)橋接線智能變電站的母線電壓接法方案

2.1 原有母線電壓接法

圖5 雙母線接線電壓切換優(yōu)化設(shè)計(jì)2

圖6 雙母線接線電壓切換優(yōu)化設(shè)計(jì)3

內(nèi)橋接線智能變電站110 kV母線電壓原設(shè)計(jì)方案如圖7所示。110 kVⅠ段、Ⅱ段母線電壓同時接入110 kV母線合并單元1、母線合并單元2，通過切換把手人工實(shí)現(xiàn)母線電壓選擇。110 kV母線合并單元1提供母線電壓給1號主變第一套保護(hù)、1號主變第二套保護(hù)、線路1第一套合并單元、線路1第二套合并單元；110 kV母線合并單元2分別提供母線電壓給2號第一套主變保護(hù)、2號主變第二套保護(hù)、線路2第一套合并單元、線路2第二套合并單元（圖7中的黑色實(shí)線所示）。備用電源自投裝置等安全自動裝置所需的母線電壓，由母線合并單元經(jīng)線路合并單元提供。

2.2 影響及風(fēng)險

一旦線路合并單元發(fā)生故障，備用電源自投裝置等安全自動裝置將同時失去母線電壓和線路電流，滿足備用電源自投裝置的動作條件而發(fā)生誤動作。

母線合并單元一旦發(fā)生故障，主變2套高后備保護(hù)同時報(bào)TV斷線告警信息。

2.3 內(nèi)橋接線智能變電站母線電壓接法優(yōu)化方案

（1）備用電源自投裝置母線電壓接法優(yōu)化方案。

圖7 內(nèi)橋接線電壓切換原設(shè)計(jì)

圖8 內(nèi)橋接線電壓切換優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖9 內(nèi)橋接線主變保護(hù)母線電壓優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖7中的黑色實(shí)線改為圖8中的黑色實(shí)線，備用電源自投裝置等安全自動裝置的母線電壓直接從母線合并單元獲取，線路電流從線路合并單元獲取。

（2）內(nèi)橋接線智能變電站的主變保護(hù)母線電壓接法方案。

將1號、2號主變110 kV第一/二套后備保護(hù)，從母線合并單元一/二獲取母線電壓，如圖9中的黑色實(shí)線所示，防止單臺母線合并單元故障時，同一主變的2套高后備保護(hù)報(bào)TV斷線。

3 結(jié)論

（1）在雙母線接線的110 kV線路保護(hù)中，提出了線路按單雙數(shù)命名，分別從母線合并單元一/二獲取母線電壓的方法，使單一母線合并單元故障的影響范圍，由全部110 kV線路降低為一半。

（2）在內(nèi)橋接線智能變電站中，提出了備自投裝置分別從母線合并單元、間隔合并單元獲得母線電壓、線路電流的方法，防止單一合并單元故障時備自投裝置誤動作；同時提出了分別從母線合并單元一/二獲取母線電壓的方法，使單一母線合并元件故障時只有1套主變高后備保護(hù)報(bào)TV斷線異常告警。

通過實(shí)施以上改進(jìn)措施，可有效提高智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)行可靠性。

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（本文編輯：徐晗）

Design Optimization of Bus Voltage Connection of Intelligent Substation

DU Haoliang，WANG Bin，CHENG Chaoyang，WANG Song
（State Grid Jinhua Power Supply Company，Jinhua Zhejiang 321017，China）

The paper analyzes hidden problems of secondary design scheme for the original relay protection in intelligent substation and takes effective measures of halving the influence of line distance protection and zero-sequence direction malfunctioning of 110 kV lines with double-bus connection.In intelligent substations with inner bridge connection，operation reliability of relay protection devices can be improved by prevention of 110 kV automatic bus transfer device maloperation and TV wire breakage of two high backup protection of 110 kV main transformer.

intelligent substation；bus voltage connection；optimization

10.19585/j.zjdl.201707004

1007-1881（2017）07-0014-06

TM773

B

2017-02-27

杜浩良（1977），男，高級工程師，從事繼電保護(hù)運(yùn)行管理工作。