韶山换流站站用电系统及备自投逻辑分析

2018-10-15王皓

通信电源技术 2018年8期

王皓

（国网湖南省电力有限公司检修公司，湖南长沙 410002）

0 引言

特高压换流站是特高压直流输电工程的基本运行单位。相较于传统交流变电站而言，特高压换流站无论是生产系统还是辅助系统都要更复杂[1-2]。在站内众多系统中，站用电系统是换流站的重要设施之一。该系统囊括了部分交流电源的供电系统、换流阀的冷却系统和换流站的控制调节系统等重要负荷。其中，换流阀冷却系统负荷较大，而站内控制和调节系统的工作状况直接影响特高压直流输电系统及所连接的交流系统的安全稳定运行[3-4]。因此，换流站的站用电系统是检修和运行人员关注的重点。现以韶山换流站为例，介绍站用变区域及站用电系统的整体结构、保护配置，并对站用电备自投的动作逻辑进行详细分析。

1 站用电系统概述及原理

1.1 站用变区域主体结构

韶山换流站站用电系统的电能全部来自于站内的站用变区域，整体结构如图1所示。

图1 站用变区域结构示意图

该区域由2台500 kV站用变、2台35 kV站用变和1台外接110 kV站用变组成。其中，500 kV变压器只有500 kV和35 kV两侧，为Y型接线；5091和5093分别为1、2号500 kV站用变高压侧断路器，分别连接交流500 kV的I和II母线。当站用变发生故障时，通过高压侧断路器动作，将变压器从500 kV母线上切除，不影响母线上其他设备的运行。变压器低压侧没有断路器，直接连到35 kV母线。2台35 kV站用变均为Yd11接线方式，将35 kV电压降低至10 kV供站用电系统使用。35 kV两条母线上均挂有低压电抗设备，必要时对站内交流系统进行无功补偿。

1.2 站用电系统整体结构

站用电系统由10 kV部分和380 V部分组成，如图2所示。

图2 站用电系统结构示意图

10 kV部分分为3段母线，2台35 kV站用变对应10 kV工作I段及10 kV工作II段。10 kV备用段电源由外接的一路110 kV线路供电。380 V部分共分6个配电室：极I高端阀组交流配电室、极I低端阀组交流配电室、站公用交流配电室、调相机交流配电室、极II高端阀组交流配电室和极II低端阀组交流配电室。每个配电室内的2段380 V母线分别接至10 kV工作I段和10 kV工作II段的10 kV站用变。

2 站用电系统保护配置

站用变及站用电系统的保护配置主要分为站用变压器的保护、测控及站用电10 kV侧的保护、测控，保护配置如图3所示。

图3 站用变及站用电系统保护配置图

由于2台500 kV和35 kV站用变保护配置均相同，文中介绍均以第一台站用变为例。

1号500 kV站用变压器按双主双后原则配置2套电量保护和1套非电量保护。它共设2面屏：第一套保护为南瑞科技产品，包括第一套电量保护装置NSR-378T5-G和非电量保护装置NSR-374S；第二套保护为南瑞继保产品，型号为PCS-978T5-G。其中，第一套主保护及后备保护动作分别启动500 kV的三相跳闸回路的第一线圈；第二套主保护及后备保护动作分别启动500 kV的三相跳闸回路的第二线圈，非电量保护动作同时分相启动500 kV的两个跳闸线圈。需要注意的是，35 kV断路器只有1个跳闸线圈。因此，主变所有保护均会发跳闸指令到此线圈。断路器保护为南瑞科技的产品，包括重合闸装置（NSR-321A-G）和操作继电器装置（NSR-381P3）。

500 kV站用变压器分别配置两组测控屏（ATC1A/B），均为南瑞继保公司产品。500 kV站用变相应的测量、控制、信号分别接入两组测控屏，其中断路器的分、和闸控制通过测控屏A和测控屏B的控制命令分别引致断路器操作箱，在短路器操作回路并接；所有设备的信号即保护信号均为两套，分别接入测控屏A和测控屏B中；每套测控装置均引接两路直流电源，分别接至两组装置的电源板卡，A屏信号电源并接在第一路电源上，B屏信号电源并接在第二路电源上。

35 kV站用变压器保护装置组一面屏，为南瑞科技的产品。1号35 kV站用变高压侧所有测量、控制、信号，1号35 kV站用变低压侧所有测量、控制、信号接入测控屏（ATC1A/B），站用变本体和调压开关所有测量、控制、信号、站用变低压侧测量及35 kV站用变保护屏信号，接入站用电控制主机屏（SPCA/B），而35 kV站用变低压侧开关控制、信号接入站用变接口屏1（SPT1A/B）。

10 kV站用变压器保护装置配置许继的WGB-634A保护装置。10 kV开关所有控制、信号接入站用电接口屏1（SPT1A、SPT1B）；10 kV开关柜所有测量接入站用电接口屏2（SPT2），A/B系统共组一面屏；站公用380 V母线设备配置一面站用电接口屏3（SPT3），包含了所有的测量、控制及信号回路的接线，A/B系统共一面屏。

10 kV母线备自投逻辑和站公用380 V备自投逻辑均由站用电控制主机屏（SPCA/B）实现。

3 备自投实现逻辑分析

为了保持站内设备持续可靠的供电，韶山换流站10 kV和380 V两个电压等级均配备自投系统。如图2所示，I、II和备用段10 kV母线进线开关分别为110、120、130，10 kV备自投开关分别为131和132，主要功能是在一段10 kV母线突然失压的工况下，能及时将其他母线的电压过渡到该母线，保证该母线不失压。它的工作逻辑有6种，图4给出不同工况下备自投逻辑的实现方案。

图4 不同工况10 kV备自投实现方式

正常工作情况下，110、120、130均处于合位，131、132处于分位。图4（a）中，当10 kVI母失电时，开关110断开，131合上，将备用母线段的电压过渡到I母上，其他开关位置不变。当I母电压恢复后，开关131自动断开。图4（b）中，当10 kV II母失电时，开关120断开，132合上，将备用母线段的电压过渡到II母上，其他开关位置不变。当II母电压恢复后，开关132自动断开。图4（c）中，当10 kV I母和备用段母线均失电时，开关110、130切换到分位，131、132切换到合位，将II母电压过渡到10 kV备用段和I母上。此时，假设I母电压恢复，则开关131、132均断开，110处于合位，130仍然处于分位。图4（d）中，当10 kV II母和备用段母线均失电时，开关120、130切换到分位，131、132切换到合位，将I母电压过渡到10 kV备用段和II母上。此时，假设备用段电压恢复，则开关131断开，130处于合位，由备用段母线向II母供电。图4（e）中，当10 kV I、II母同时失电时，开关110、120切换到分位，131、132切换到合位，将备用段母线同时过渡到10 kV I、II母。当两条母线电压均恢复时，开关131、132相继切换到分位。图4（f）中，当10 kV I、II母正常运行，仅备用段母线失压时，只有开关130处于分位，131和132均不动作。值得注意的是，需达到10 kV进线PT和母线PT同时失压的条件时，备自投逻辑才会动作。

380 V的两段母线电压来自不同的两段10 kV母线，其380 V备自投系统主要保证有一段380 V母线电压正常即可，实现逻辑如图5所示，450为备自投开关。当380 V I、II母电压均正常时，开关450处于分位；当380 V I、II母有一条母线失电时，开关450处于合位。