二次电压强制并联导致的线路保护异常分析

董瑞

摘要：根据一起CVT二次电压强制并联引发的线路保护异常事件，提出修改母线检修典型操作票、重新评估设备重要度，调整管控措施。建议对于主接线形式采用双母线接线的出线交流电压切换装置，采用I、II母隔离开关单位置启动方式的继电器，取消带自保持的电压切换双位置继电器。该文针对双母线电压切换回路运行存在的共性问题进行分析，并提出了可行输出措施。

关键词：母线CVT;双母线;反充电;电压并列

中图分类号：TM772      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）24-0213-04

Abstract： According to an abnormal event of line protection caused by forced parallel connection of secondary voltage circuit of CVT， it is proposed to modify typical operation tickets for bus maintenance， reevaluate the importance of equipment， and adjust equipment control measures. The article suggests that for the outgoing AC voltage switching device with double bus connection in the main connection mode， the relay with single-position starting mode of I and II bus disconnectors should be adopted， and the voltage switching double-position relay with self-holding should be cancelled. This paper analyzes the common problems existing in the operation of the double bus voltage switching circuit and proposes feasible output measures.

Key words： bus CVT; double bus connection form; opposite-direction charged; Voltage circuit paralleled

1 背景

变电站采用双母线接线时，其送出线路及主变保护一般都配备I、II母交流电压切换装置。当其中一条母线需要检修时，其送出线路或主变通过母线侧隔离开关的操作，可分别在I母运行或接II母运行。当在I母运行时，电压回路接在I母CVT二次回路，接在II母运行时，电压回路接在II母CVT二次回路。线路或主变保护通过监测1G和2G继电器出口位置，实现母线二次交流电压自动切换功能。

根据旧典型操作票，停运其中一条母线前，先断开220kV母联开关，再断开停电母线的CVT二次空开。此举，容易暴露电压切换继电器隐患，应改为，在断开220kV母联断路器前，先断开准备母线CVT二次空开，彻底防止刀闸电压切换接点粘死引起CVT反充电。

2 典型事故回放

某变电站在将220kV #1母线由运行转检修状态的现场操作过程中，运行人员按照调令，已将所有运行在220kV#1母线上的线路间隔通过倒母操作，运行到220kV#2母线上。此时，220kV#1母线已空载运行。当断开220kV母联2013断路器时，监控后台发出报警，报文为“220kV#1母线CVT二次空气开关跳开”，“220kV#2母线CVT二次空气开关跳开”。运行在220kV#1、#2、#4母线上的所有220kV线路保护装置上均报“TV断线”信号（#2母线与#4母线直接相连）。经现场检查220kV#1、#2母线CVT端子箱，发现220kV#1、#2母线CVT保护、计量二次空开已跳闸。在220kV#1、#2母线CVT端子箱，测量220kV#1母线CVT保护、计量二次空开上端接线柱头，三相均为0V，测量220kV#2母线CVT保护、计量二次空开上端接线柱头，三相均为57.7V，说明CVT二次电压幅值正常。现场工作人员对现场的运行情况以及操作内容进行分析，初步推断造成220kV#1、#2母线CVT二次空气开关跳开的原因为：220kV#1母线CVT二次回路有反充电现象，220kV#1、#2母线二次交流电压回路可能存在寄生回路。

3 220kV母线电压互感器二次侧反充电初步分析

3.1 220kV母线电压互感器间隔现场勘查

1）母线CVT本体检查。经现场检查220kV#1、#2母线CVT一次接线无断股、散股现象，套管无破损、放电现象。CVT本体SF6压力表指示在正常范围，无异常声响、异味。对电压互感器本体、一次引线、端子箱内部进行红外热成像测温，其温升处于正常范围。初步推断CVT本体無异常。

2）母线CVT端子箱检查。经现场检查，有以下异常：220kV #1母线CVT端子箱的220kV #1母线CVT计量表计用电压1ZKK空气开关和220kV #1母线CVT保护与测量电压2ZKK空气开关已跳开。220kV #2母线CVT端子箱的220kV #2母线CVT计量表计用电压1ZKK空气开关和220kV #2母线CVT保护与测量电压2ZKK空气开关已跳开。

经现场测量，220kV #1母线CVT端子箱的220kV #1母线CVT计量表计用电压1ZKK空气开关CVT侧电压为0V，负荷侧电压为0V。220kV #1母线CVT保护与测量电压2ZKK空气开关CVT侧电压为0V，负荷侧电压为0V。220kV #2母线CVT端子箱的220kV #2母线CVT计量表计用电压1ZKK空气开关CVT侧电压为57.32V，负荷侧电压为0V。220kV #2母线CVT保护与测量电压2ZKK空气开关CVT侧电压为57.32V，负荷侧电压为0V。初步确定220kV#1、#2母线二次交流电压回路存在寄生回路，导致220kV#1母线CVT反充电。

3.2 220kV母线电压互感器二次交流电压回路分析

当断开220kV分段2013断路器前，220kV#1、#2母线CVT都在运行状态，220kV#1母线处于空载状态。220kV #1、#2母线CVT二次电压没有并列。因此，220kV#1母线CVT二次侧反冲电流不是通过220kV#1、#2CVT二次并列回路传出。初步推断，导致220kV#1母线CVT反充电的电源可能来自倒母后运行在220kV#2母线的某个线路出线的交流电压切换回路。

现场对各个间隔电压切 回路进行电位测量检查，发现220kV邕琅I线2053间隔电压切换回路 QD4=+55V，QD35=-55V，QD5=-55V，QD6=+55V，QD7=-55V，说明该间隔在倒母操作过程中1G的常闭辅助接点转换不到位。220kV#1母线电 压切换继电器未复归，使该间隔保护屏电压切换箱CZX-12R2型操作箱220kVI、1YQJ5、1YQJ6、1YQJ7和II母切换继电器2YQJ5、2YQJ6、2YQJ7同時动作，造成 220kV#1、#2母线CVT二次电压并列。进一步使得220kV#1母线CVT通过二次回路向220kV#1母线CVT一次侧反充电，造成220kV #1母线CVT端子箱的220kV #1母线CVT计量表计用电压1ZKK空气开关、220kV #1母线CVT保护与测量电压2ZKK空气开关、220kV #2母线CVT端子箱的220kV #2母线CVT计量表计用电压1ZKK空气开关、220kV #2母线CVT保护与测量电压2ZKK空气开关跳开，造成220kV#1、#2母线CVT二次失压。

4 电压互感器反充电深入理论分析

4.1 电压互感器二次侧反充电

电压互感器二次侧绕组反向充电，是指通过电压互感器二次侧向不带电的母线充电。220kV母线电压互感器额定变比大，即使电压互感器一次侧开路，其折算到二次侧的等值阻抗依然很小。这导致电压互感器在反充电时产生很大电流，造成运行中的电压互感器二次回路空气开关跳开或二次熔断器熔断，相关保护装置TV断线。若其空气开关跳闸失败，将使整个交流电压回路短路，薄弱点熔断拉弧，甚至人员伤亡。因此，要防止生产运行中的电压互感器出现反充电现象。

根据母线电压互感器铭牌得知该厂站220kV#1、#2母线电压互感器型号为[TYD220/3-0.005H]，一次额定电压为[220/3kV]，二次额定电压为[100/3V]，变比为[K=U1N/U2N=2200]。根据《中国南方电网有限责任公司企业标准Q/CSG1206007-2017电力设备检修试验规程》的技术条款，绝缘管型母线的绝缘电阻应采用2500V兆欧表进行试验，其绝缘数应大于[2000MΩ]。故障发生前，停电的一次母线未接地，根据最新针对该母线对地绝缘进行的高压试验记录，其阻抗（包括母线电容及绝缘电阻）满足技术要求，即达到[X1=2000MΩ]。根据公式，从电压互感器二次侧折算的阻抗只有[X/1=X1/K2=2000MΩ/22002≈413Ω]。根据变电站继电保护检验测试规范要求，交流电压二次回路绝缘电阻值应不小于[100MΩ]，故反充电的短路冲击电流造成二次回路上空气开关漏电跳开。

5 输出措施

5.1 制订隐患排查和事故预想

5.1.1 调整设备状态动态评价。

1）根据各厂站母线接线方式以及送出线路供电量停电户时数，对220kV、110kV母线间隔和CVT间隔重新评估设备重要度，并及时调整管控级别。

2）修编各厂站《变电站运行检修规程》。对于母线CVT计划性停电检修工作，增加针对母线CVT端子箱内保护及测控交流电压空气开关和计量表计用电压空气开关脱扣功能校验项目。对于送出线路间隔计划性停电检修工作，增加对于线路保护。对于送出线路间隔计划性停电检修工作，增加针对继电保护装置操作箱二次交流电压回路各节点位置继电器电位大小校验项目。

5.1.2 排查各级主干厂站各级母线主接线方式。

本次母线CVT二次侧反充电，引起的线路保护异常，源自双母线倒母操作，引起与倒母前后的两条母线相连的所有送出线路间隔保护装置交流复合电压闭锁异常。由于双母线（及双母带分段）具有供电可靠性高，母线经济载流密度大的优点，其广泛应用于500kV变电站220kV侧，220kV变电站220kV及110kV侧主接线配置方案。

同时，主接线形式采用双母配置的厂站基本上具有供电负荷重，电网重要度高的特点，多数被选入了自治区或地级市骨干电力网架的重要组成节点。因此，需要针对供电辖区内500kV变电站，220kV变电站，110kV变电站各级母线主接线形式进行排查，对于，采用双母线接线，双母单分段，双母双分段形式的厂站，需要重新修订《变电站运行检修手册》及《典型操作票》等技术手册相应章节。

5.1.3 开展事故预想，固化应急措施。

变电站母线CVT对厂站一次设备、继电保护装置、安全与自动装置关系紧密，其一次、二次回路异常，直接影响供电可靠性及电网安全。本次异常过程中，220kV母线CVT空气开关顺利脱扣，中止了异常的恶化，使得母线CVT二次侧反充电的故障电流没有对母线CVT本体造成冲击伤害。应根据母线CVT装置由于二次侧回路异常有可能导致的CVT停电后果，开展事故预想。

母线CVT因操作不当引起的直接停电，其造成的直接影响为，导致相应母线及直接相连的送出线路二次装置异常，其间接影响如下：

1）对备用电源自投装置影响。对于电压等级较低并配置有备用电源自投装置的厂站，当母线CVT故障退运，三相交流电压开入消失，若此时该厂站区域处于最小运行方式，CVT相应母线汇入电流过小，可能导致备自投电流闭锁开放动作。此时，虽然将负荷导入另一条母线，不影响用户正常供电，但可能导致上一级运行主变过负荷，引起主变跳闸。

2）对主变后备保护的影响。当母线任意一相电压消失，主变对应侧的复合 电压闭锁过流保护将失去闭锁。由于复合电压闭锁过流保护的启动 电流按照躲过 1.4～1.5倍最大负荷 电流整定。当达不到复合电压闭锁过流保护启动电流，不会动作。 此时若母线没有故障，但由于系统运行方式变化或扰动等原因，造成母线载流瞬时增加，达到主变复合 电压 闭锁过流保护的动作定值，主变复合 电压闭锁过 流保护动作，同时闭锁备自投，将造成该CVT对应母线失压。

因此，当出现母线CVT装置故障或二次回路引起的异常，应停止现场操作。经现场确认两条母线相应CVT端子箱保护与测量电压空气开关以及计量表计用电压空气开关已经可靠跳开，并测量空气开关电源端和负荷端对地电压符合现场实际。确认交流电压二次回路确实无异常后，经调度允许，才能继续操作。由于CVT装置故障或二次回路引起的异常情况发生概率较低，一旦出现，短时间不能修复，因此，需要根据各站现场实际，制订应急方案，固化应急步骤。

5.2 修改典型操作票

根据事故追溯，现场“将220kV#1母线由空载运行转检修”操作票操作到“断开220kV分段2013开关”步骤，此时，220kV#1母線刚停电，后台就立刻弹出“220kV#1母线电压互感器空气开关跳开”警告。经过现场检查，确认是在220kV邕琅I线2053出线间隔倒母过程中，220kV邕琅I线20531隔离开关的“I母刀闸常闭节点”粘死，无法闭合，导致1YQJ4、1YQJ5、1YQJ6、1YQJ7电压切换双位继电器无法放电，使220kV#2母线交流电压从220kV邕琅I线2053出线间隔II母CVT交流电压切换回路通过其I母CVT的1YQJ6、1YQJ7、1YQJ5节点，倒送至220kV#1母线CVT二次交流电压回路。电压互感器反向充电产生的冲击电流，引起该母线CVT二次空气开关跳闸。

根据该站典型票“将220kV#1母线由空载运行转检修”操作步骤，先断开与空载母线相连的220kV母联2012断路器以及220kV分段2013断路器，使母线停电，再断开220kV#1母线CVT端子箱计量表计用电压1ZKK空气开关和保护与测量电压2ZKK空气开关。采用先断母线电，后断母线CVT二次空气开关的初衷，是为了能在整个操作过程结束都能监视母线电压（整个过程中，母线已经停电），但是，倒母前与停电母线相连的任意出线间隔中任意一个电压切换继电器接电卡涩，都会导致两条母线上所有出线的二次装置产生复压异常报警。如若此时。任意一条出线短路故障，其线路保护装置将不判重合闸，永久性跳闸，直接影响供电可靠性。综合以上考虑，保证两条母线出线的供电可靠性比监视已经停电的母线更重要。

因此，修改典型操作票“将220kV#1母线由空载运行转检修”操作步骤。经过倒母操作，220kV#1母线转为空载运行后，首先，断开220kV#1母线CVT端子箱计量表计用电压1ZKK空气开关和保护与测量电压2ZKK空气开关。然后，再将220kV#1母线停电。此举，彻底防止空载母线停电后，已停电母线CVT二次侧受到运行母线CVT通过二次电压切换回路反充电。最后，在合上220kV #1母线2117地刀前，测量220kV #1母线CVT计量表计用电压1ZKK、220kV #1母线CVT保护与测量电压2ZKK负荷侧电压为零，以防带电合母线地刀。

5.3 改进220kV送出线路间隔切换双位继电器

针对当前变电站双母线接线，线路或主变保护的电压切换装置采用双刀闸 位置接点进行二次电压切换，其优点为，双位电压切换继电器带自保持功能，当直流电源消失，双位电压切换继电器保持在接通状态，确保二次电压回路正常。但是，当进行母线倒闸操作时，刀闸位置切换不到位，其常闭接点未闭合，切换继电器不能复归，将造成#1、#2母线电压通过电压切换装置进行并列，违背厂站电压二次并列的条件，造成#1、#2母线电压互感器反充电，影响保护装置动作的正确性。

6 结束语

为防止线路保护电压切换继电器因刀闸辅助接点转换不到位而造成母线CVT二次电压进行强制自动并列，提出以下建议：

1）盘点各级厂站各级母线中，采用双母接线方案的母线组，对其重新进行设备重要度评价，并调整运行维护策略。修改该厂站《变电站运行检修规程》，相关母线、电压互感器、线路出线间隔的计划停电检修项目。根据该事件，进行事故预想，固化电压互感器在母线转检修操作中，针对二次回路反充电后果的应对措施。

2）修改典型操作票“将220kV#1母线由空载运行转检修”操作步骤。220kV#1母线转为空载运行后，首先，断开220kV#1母线CVT端子箱计量表计用电压1ZKK空气开关和保护与测量电压2ZKK空气开关。然后，再将220kV#1母线停电。防止母线停电后，已停电母线CVT二次侧受到运行母线CVT通过二次电压切换回路形成电压强行自动并联。

3）各厂站根据自身实际，在线路保护屏电压切换回路，取消#1、#2母电压切换复归回路，防止刀闸辅助接点转换不到位造成#1、#2母线电压切二次回路进行自动并列。消除了电网二次回路设计隐患，实现电网稳定运行。

参考文献：

[1] 何朝阳， 江北， 谭冠雄， 等. 中国南方电网公司安全生产风险管理体系（2017版）[M]. 北京： 中国电力出版社， 2017.

[2] Q/CSG 1203006-2015，220kV南方电网线路保护技术规范[S].

[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局， 中国国家标准化管理委员会. 高电压试验技术 第1部分：一般定义及试验要求： GB/T 16927.1—2011[S]. 北京： 中国标准出版社， 2012.

[4] Q/CSG1206007-2017，中国南方电网有限责任公司企业标准电力设备检修试验规程[S].

[5] 张玉波， 张磊， 黎大健， 等. 电容式电压互感器二次电压异常分析[J]. 广西电力， 2018， 41（1）： 29-31.

[6] 孙正伟， 孙羽， 鲍斌. 500kV线路单相重合闸事故分析及对策[J]. 电力系统自动化， 2015， 39（21）： 158-164.

[7] 阮永丽. 变电站母线PT异常处理停电方式优化方案分析[J]. 电力安全技术， 2012， 14（3）： 35-38.

[8] 郭英林， 张守勤. 电压互感器异常状况的处理及原因分析[J]. 机电信息， 2010（6）： 44.

[9] 柳焕章. 中阻抗母线差动保护不正确动作事故分析[J]. 电力系统自动化， 2006， 30（24）： 91-93， 121.

【通联编辑：谢媛媛】