双母线方式倒闸中TV二次反充电事故分析

刘亚东,李成钢,李春亮,黄恒硕

(1.国网吉林省电力有限公司电力科学研究院,长春 130021;2.国网驻马店供电公司,河南 驻马店 463000)

在各级电网调度规程中明确规定双母线接线方式下,母线倒闸操作中严禁运行母线的电压互感器对停电母线的电压互感器从二次侧反充电,因为电压互感器相当于一个内阻极小的电压源,正常情况下电压互感器二次负载是计量表计、继电保护及自动装置电压线圈,其阻抗很大,工作电流很小,相当于变压器空载运行,故电压互感器二次空开容量很小,一般为 3 A,不带电的电压互感器一次对地阻抗约为 1× 106Ω,折算到其二次侧阻抗为:Z2=1×106/K2=0.207Ω(母线电压互感器变比 K=220 000/100=2 200),反充电过程中,产生的电流为 100/0.207=483 A,远大于 3 A,跳开运行母线电压互感器二次空开,否则将造成设备烧毁等重大事故。目前,由于设计、安装及运行维护等环节的疏漏,运行母线电压互感器反充电事故时有发生。本文结合一次运行母线电压互感器反充电事故,分析了事故原因,以及反充电事故造成二次失压对保护的影响,提出具体的防范措施。

1 事故简述

某电厂总装机容量为 2×350 MW,通过双母线接入220 kV系统。升压站部分一次主接线如图1所示。因Ⅰ母线及其电压互感器需要停运检修,在将Ⅰ母线负荷全部倒换至Ⅱ母线的操作过程中,断开母联开关,Ⅰ母线退出运行时,发生运行中的Ⅱ母线电压互感器向停运的Ⅰ母线反充电,造成Ⅱ母线电压互感器二次空开跳闸,后台机报警显示所有220 kV线路保护、发变组保护、启备变保护、220 kV母线保护和相关的测量计量电压消失。

2 电压互感器二次侧并列和电压切换原理

2.1 二次设备并列原理

为使二次装置在电压切换过程中不失电压,在正常情况下,电压互感器二次设备并列有 2种方式[1-2]。电压切换控制回路如图2所示。电压切换回路如图3所示。

图1 升压站部分一次主接线图

并列方式一:两条母线电压互感器的二次小母线通过母联断路器及其两侧隔离开关的辅助接点,再通过切换开关来实现。

并列方式二:在热倒母线操作中,当任一断路器(出线及主变)的母线侧 2个隔离开关均在合闸位置时,通过这 2个隔离开关的常开接点 1QSJ和 2QSJ闭合,使 1KV6,1KV7,2KV6,2KV7线圈同时励磁,相应的常开接点闭合,使得Ⅰ、Ⅱ母线电压互感器二次设备实现并列。

由于Ⅰ、Ⅱ母线的电压互感器的实际特性并不完全一致,导致二次电压有相位差,考虑到 1KV,2KV接点容量较小,如果长期靠电压切换继电器的接点来切换二次电压,有可能导致接触不良或粘连而发生设备事故,因而运行规定在热倒母线前要通过切换开关先将电压互感器二次并列,使得通过1KV,2KV的并列回路在等电位的情况下进行并列。

2.2 二次设备电压切换原理

双母线接线方式所连接的电气元件,为了保证其一次系统和二次系统在电压上保持对应,要求保护、测量和计量都有电压切换回路,电压切换回路通过隔离开关辅助接点启动电压切换继电器来实现,启备变断路器开关操作箱内的电压切换回路采用双位置启动方式,即隔离开关的常开辅助接点串接双位置电压继电器动作线圈,常闭辅助接点串接双位置电压继电器复归线圈。双位置继电器优点很多,但其致命缺点是双位置继电器动作后的返回需要一路电源,给反充电埋下了隐患。

图2 电压切换控制回路

图3 电压切换回路

3 反充电原因分析

220 kVⅠ母线停电操作时,在将接于Ⅰ母线上运行的设备倒至Ⅱ母线后,该启备变电压切换回路中,Ⅰ母线电压切换继电器 1KV未正确返回,而2KV已经动作,1KV、2KV接点均闭合,使Ⅰ、Ⅱ母线电压互感器二次电压通过电压互感器二次空开、电压互感器隔离开关重动继电器接点Ⅲ GWJ/ⅣGWJ、电压切换继电器接点 1KV/2KV并列,此时若断开母联断路器,Ⅱ母线电压互感器将经过二次侧对停电的 I母线电压互感器反充电,双母线电压互感器二次反充电如图4所示。

现场检查发现启备变2QS隔离开关机构箱内U相62线头松动脱落,导致电压切换回路中1KV继电器复归回路未接正电源,1QS隔离开关在分闸位置时,用于电压切换的 1KV继电器动作后未返回,将Ⅰ 母线电压 U630、V630、W630接入了切换回路,而2QS隔离开关在合闸位置,2KV继电器动作将Ⅱ母电压 U640、V640、W640接了进来 ,导致Ⅰ 、Ⅱ 母线二次电压进行了并列。当断开母联断路器时,Ⅰ母线一次无电压,Ⅱ母线电压对 I母线反充电,反充电过程中产生大电流导致电压互感器二次侧端子箱内的空开跳闸。

4 电压互感器二次失压对保护的影响

4.1 对母线保护的影响

母线电压互感器断线时,将开放对应母线段的电压闭锁元件,使母线保护失去电压闭锁条件,导致保护可靠性下降。

4.2 对主变保护的影响

该站主变保护采用 RCS-979G2变压器成套保护装置。通过“电压互感器断线保护投退原则”控制字来控制电压互感器断线时方向元件、复合电压元件和零序电压元件的动作。在该控制字整定为1时,当保护装置判断出本侧电压互感器断线时,方向元件、复合电压元件和零序电压元件都开放,此时复合电压闭锁方向过流保护就变为纯过流保护,零序电压闭锁零序方向过流保护就变成纯零序过流元件。可见,电压互感器断线将使带有方向元件的后备保护失去方向性,增加了后备保护误动风险。

4.3 对线路保护的影响

本站线路保护为 RCS-931成套装置,当电压互感器断线时,保留工频变化量阻抗元件,并将其门坎电压增加至 1.5Un,在保证区外短路时保护不误动的前提下,还可以切除再次发生的正向近处区内故障;同时退出距离保护,投入电压互感器断线相过流和电压互感器断线零序过流保护;重合闸放电,导致重合闸退出。

5 防范措施

图4 双母线电压互感器二次反充电示意图

a.在热倒过程中严格按顺序操作,一组母线停运,在倒母线后应先拉开空出母线电压互感器次级开关,再拉开母联断路器,最后拉开电压互感器高压侧隔离工关。母线恢复运行时,先将母线断路器和母线电压互感器高压侧隔离开关合上,然后合上空母线的电压互感器次级断路器[3]。

b.母线操作过程中,当隔离开关双跨时,1KV5和 2KV5常开接点闭合,后台显示报文“切换继电器同时动作”。倒母线操作结束断开母联开关前,应检查“电压切换继电器同时动作”信号是否消失,若告警信号不消失,则应停止操作,查明原因。当切换继电器工作不正常时,1KV、2KV线圈将失磁,后台报文会显示“交流失压回路断线”信号,此时应立即将告警装置和与电压有关的保护退出运行,只有在保护回路电压恢复正常后,才允许保护装置投运。

c.验收隔离开关的同时,应重点对机构箱内所有接线进行检查,确保接线正确、牢固、可靠。

d.针对目前使用的操作箱多采用自保持电压切换继电器问题,在继电器校验完毕后要测试 2组带自保持的1KV,2KV电压继电器,确保只有1组电压切换继电器动作。

[1]郭占伟 ,魏晓强,肖志刚,等.电压切换回路故障分析[J].电力系统保护与控制,2006,34(22):81-83.

[2]张国芬,季丽清.双母接线二次电压切换回路隐患分析及防范措施 [J].浙江电力,2009,28(5):65-67.

[3]唐卓尧.继电保护反事故措施 [M].北京:中国电力出版社,2007.