母联断路器故障时恢复母线送电方案分析

赵 睿，张 晟，李 健，白 洋，董晓峰

（国网鞍山供电公司，辽宁 鞍山 114001）

故障分析

母联断路器故障时恢复母线送电方案分析

赵 睿，张 晟，李 健，白 洋，董晓峰

（国网鞍山供电公司，辽宁 鞍山 114001）

讨论了母联断路器合闸不同期对系统的影响，通过对母线恢复送电步骤的分析，得出“母线等电位”作为恢复母线送电必备的条件，拟定了2套可行的操作方法，并根据现场接线方式及可靠性分析，择优选出方案使停运母线恢复送电。

合闸不同期；母线等电位；母线恢复送电

某220 kV变电站，66 kVⅠ段母线及母联断路器检修后，发现断路器三相合闸不同期，由于区域内负荷的需要，必须对停运母线恢复送电。上述情况下，相关部门组建临时小组针对送电方案进行讨论研究，拟根据现场接线方式选择出最佳方案。送电前，站域范围内66 kV接线方式为双母线带旁路接线方式，此时Ⅰ母线已处于停运状态，其线路间隔均连接到Ⅱ母线上，母联断路器（故障）和旁路断路器处于冷备用状态，如图1所示。

1 母联断路器不同期对倒闸操作的影响

断路器合闸不同期将对断路器产生损害，触头在接触前会产生电弧，延时性较长的一相承受电弧的时间要长一些，将导致一部分熔焊，如果3项同期性较差就会加大触头磨损的不一致，进一步损坏断路器。

母联断路器合闸不同期将导致母线出现短时间内缺相状态，这种非全相运行对66 kV系统而言，1相断线时，断线线路容性电流减少，此时中性点将产生位移。进而导致断线相电压升高，最大的为1.5倍相电压，其他2相电压下降0.86倍相电压。同时产生大量的零序和负序电流，由于其临界条件与相间短路条件极相似，因此，容易促使保护误动作造成停电面积的扩大。

图1 母联故障状态下现场运行方式

母联断路器合闸不同期最大隐患是对系统稳定性的影响，尤其是小电流接地系统，假设母联断路器1相运行，运行相与其连接的另外2相是不同期的，运行相会产生1个矢量轨迹，而中性点电压也将随2个系统相位角差呈周期性变化。当相位角为180.°时中性点对地电压达到2倍相电压，而断开相对地电压将达2倍相电压，对整个系统绝缘影响很大（如图2所示）。

图2 缺相运行相量分析图

以前曾发生过此类事故，母联断路器不同期，由于两侧系统一个是欠补偿系统，一个是过补偿，导致断路器断口等效电容与系统产生串联谐振，中性点对地电压大于2倍相电压。某变电站经计算由于零序电压高达3.55倍相电压，断开相对地电压达4.16倍相电压，结果造成电压互感器、避雷器爆炸，3条线路、2台机组及母线全停电，并与主系统解列的事故［1］。

2 倒母线操作原理

在倒闸操作中，倒母线操作属大型复杂的倒闸操作，倒母线时2条母线及母线上的间隔都处于额定电压下运行，为保障供电的持续性，整个过程并没有回路停用。

倒母线的起始流程通常是：合上母联断路器—投入互联及单母线运行压板—将母联直流空气开关断开—倒母线操作。

合上母联断路器后，互联压板的投入及单母线运行把手切换投入的目的是让系统在接下来的一段时间内处于母线并列运行状态。

互联压板全称叫强制母线互联压板，其作用是将母差保护中的小差屏蔽，系统中只留大母差判据作为母差保护动作的条件。之后单母线运行压板的投入，实质是通过微机保护装置跟系统产生1次“对话”，目的是通知母差保护装置，现在母线已处于1根母线运行状态，如果母线内出现故障，要同时跳开Ⅰ母线、Ⅱ母线相关联的所有断路器。

这样设计，一方面是由于在倒母线过程中，通常会出现隔离开关双跨2条母线之间，一旦出现母线短路故障，双跨于母线间的隔离开关对短路电流进行分流，使小母差的KCL判据达不到整定值，进而造成小母差保护拒动。这样组合压板的投入就不会使2条母线任何1条符合突然被全部甩掉而造成母线出现压差［2］。

在倒母线前要将母联断路器微机保护屏的直流空气开关断开，使母联断路器变为1个“死”开关，这样做的目的是防止母联断路器因为其他原因自行跳闸，如果此时正处于合第1组母线隔离开关或拉开第2组母线隔离开关的情况下，实质上就是用母线侧隔离开关对2组母线进行解列或合环，环路电压差的有效值等于2组母线电源电压实际差，可达数百伏或数千伏，对系统及操作人员的安全将造成威胁。

3 方案分析

无论是互联压板和单母线运行把手切换的投入，还是将母联保护屏直流空气开关断开，其目的是保证在倒闸操作过程中，在任意操作环节都尽量减小母线间的压差，使倒闸操作处于等电位操作。由此可以推断出，倒母线操作的核心是2条母线等电位操作，在母联断路器不能启用的情况下，应考虑尽量创造等电位条件来完成操作［3］。

因此，倒母线过程的核心是母线间处于等电位。在母联停用的情况下倒母线，就必须制造1个使双母线等电位的接线状态，因此，提出2个方案，方案1是通过主二次隔离开关直接跨在2条母线间，使2条母线直接通过主二次母线侧隔离开关并列，称为双跨互联。方案2是利用现有的旁路断路器、旁路母线及其他线路断路器配合，重新组建一种连接方式，该连接方式替代原有母联断路器的功能，称为旁兼母联。

3.1 双跨互联

利用66 kV联络线，由于该线路有双电源，可通过对侧电源对己停用母线充电，完成倒母线操作的第1个关键点——母线充电。由于母线恢复送电时，母差为单母线母差，电压仅取有电的运行母线，母线有故障时对侧开关跳开，不会造成母线全停。充电目的是防止作业后母线留有地线或遗留物，如有地线用隔离开关充电，造成带接地电流合隔离开关，人身和设备都要受到损坏。因此，选择用对侧开关充电，可确保母线绝缘良好，之后再用主二次隔离开关对母线再次充电［4］。

充电时的母差保护，由于母差保护的电压把手已切至运行母线，外来电源充电时，一旦母线有故障，母差保护计算电压为运行母线全电压，没有降低，因此，使用外来电源时，不必停用母差保护，充电前后状态如图3、图4所示。

图3 配出一线给Ⅰ母线充电前接线

图4 利用配出一线给Ⅰ母线充电后接线

在确认母线无故障后，将联络配出一线断路器拉开，通过2号主二次Ⅰ母隔离开关对空载母线充电。应用此原理使1号主二次在2条母线间完成双跨，现有的微机保护大多具备双跨自动启用互联的功能，这样同时完成强制互联的投入。再将单母运行压板投入，即可将小母差改为为大母差保护，这样就完成了倒母线的基本条件（如图5、图6所示）。

图5 1号主二次隔离开关跨接在Ⅰ母线和Ⅱ母线之前接线

图6 1号主二次隔离开关跨接在Ⅰ母线和Ⅱ母线之后接线

接下来就是正常恢复母线的过程，直到将所需要Ⅰ母带的负荷倒完之后。因此，需要考虑如何将双跨隔离开关解列，可利用连接在Ⅰ母线上的各线路电流互感器各支路的电流值。根据基尔霍夫电流定律，流过1号主二次Ⅰ母隔离开关的电流数值应等于其余各线路电流矢量和。通过投切各母线上的元件使流过1号主二次Ⅰ母隔离开关电流值小于2 A时就可直接用隔离开关将其解列。母线各元件恢复正常母线送电后，母差电压把手切至双母位置，解列条件如图7所示。

图7 解列条件

该方法的使用受以下条件制约。

a.母差微机保护装置必须有双跨自动强制互联功能。

b.在最后通过隔离开关解列过程中，Ⅰ、Ⅱ母所带负荷相差不多，且必须有条件改变负荷分布情况，使流过1号主二次隔离开关的电流小于2 A，完成解列。

3.2 旁兼母联

旁兼母联是改变旁路及线路的接线方式，制造1个等效母联的母联断路器，完成倒母线操作。

充电环节（如图8所示）：选定配出一线作为旁路母线的充电线路（配出一线是220 kV变电站间的联络线，具有充电条件），拉开配出一线断路器，拉开其线路及Ⅱ母侧隔离开关，将配出一线停电。由于该方案需启用旁路母线，因此在将配电一线停运后，需要用旁路开关对旁路母线充电，证明旁路母线无故障后，合上配出一线I母线及线路侧隔离开关，再合上配出一线旁母隔离开关，完成对临时等效母联开关的搭建。再按该顺序完成对Ⅰ母线充电：合上旁路断路器—将旁路断路器保护退出—退出母差保护—合上配出一线断路器—母线充电良好后，投入母差保护。

图8 “旁兼母联”接线方式

恢复母线送电：合上配出一线及旁路开关后，将其直流操作空开拉开—合上1号主二次Ⅰ母隔离开关，完成双跨（此时保护屏自动判别母线互联状态生成）—合上配出一线和旁路断路器的操作直流—拉开旁路断路器—倒母线完成后，在1号主二次解环前，合上旁路断路器及配出一线断路器—拉开旁路断路器及配出一线开关操作直流—拉开1号主二次Ⅱ母隔离开关，解除双跨—合上旁路开关及配出一线断路器操作直流—拉开旁路断路器和配出一线断路器—母线恢复双母线母差保护—拉开配出一线旁路隔离开关—合上配出一线断路器送电。拉开旁路的旁路隔离开关及Ⅱ母隔离开关，旁路恢复冷备用，全部操作结束。

该操作中在1号主二次Ⅰ、Ⅱ母线侧隔离开关完成双跨后，将旁路断路器退出，此时2条母线已可通过双跨在2条母线间的隔离开关完成等电位倒母线的条件。一旦配出一线线路发生故障，若配出一线和旁路断路器变成死开关无法跳闸，故障点转移到母线上，将扩大停电范围。为此将临时母联断路器停运，倒母线时可靠1号主二次母线隔离开关完成双跨，即使配出一线线路发生故障，配出一线开关跳闸，对母线无影响。而解列时再将其投入，可确保系统运行的可靠性。等效后的回路如图9所示［5］。

图9 等效母联断路器回路

该方法只能在双母线旁路接线方式下使用，由于其属于旁路兼用母联回路，非常接近母联正常状态下恢复母线送电。因此，如果220 kV变电站66 kV侧采取的是双母线旁路接线方式，可使用旁兼母联方式进行恢复，使用该方法应注意以下几点。

a.由于启用了旁路母线，因此使用前应检查旁路母线无异常，在充电环节需要先对旁路母线充电再对I母线充电。

b.在操作中应将配出一线线路情况考虑进整个操作过程，由于配电一线线路处于临时母联等电位回路中，临时母联构成过程中，一旦发生故障，将引起变电站全停，因此临时母联仅在主二次隔离开关双跨、解跨期间使用，确保系统稳定。

c.对I母线充电时，若I母线有故障，将引起母差保护动作，因此充电时须停用母差保护。

4 结束语

通过对2个方案的分析，针对66 kV侧拥有旁路断路器和旁路母线的变电站，优先考虑使用旁兼母联。旁兼母联基本可以完成对母联断路器的等效替代，使系统在倒母线过程中系统运行趋于稳定。双跨互联主要是利用隔离开关开断小负荷电流，其可控性不是很严密，对于解列过程，需要通过负荷调节来完成，如果电流偏差较大不易实现。

［1］潘 科.浅谈220 kV变电站母联开关非全相运行［J］.通信世界，2013，14（21）15－17.

［2］张新斌，刘兴山.220 kV变电站开关取消并联电容后空母线操作［J］.东北电力技术，2009，30（6）；10－13.

［3］何 宁.国家电网公司生产技能人员通用教材［M］.北京：中国电力出版社，2010.

［4］夏思明，徐露娜.220 kV系统倒母线公共小母线闭锁逻辑分析［J］.东北电力技术，2011，32（9）：30－33.

［5］陈顺辉.双母线带旁路母线接线中母联旁路断路器组合方案分析［J］.电力建设，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

赵 睿（1967—），男，高级技师，现从事变电运维研究。

2015－06－30）