双母线电压切换回路的探讨

邢俐佳

上海电力安装第一工程有限公司

0 引言

双母线上连接的电气元件，其保护装置所接的母线电压应随该间隔一次回路一起进行切换。在某段母线电压互感器停役而母线不停役时，设置两段母线电压互感器切换回路，便于其中一段母线电压互感器停用时，保证其电压互感器二次电压小母线上电压不间断，该段母线所接的保护、测量和计量元件可正常运行。母线电压切换与并列回路不仅关系继电保护装置的正确动作率，且威胁运行及检修人员的人身安全，危害设备质量。本文结合实际案例，从电压切换、并列回路原理和现场回路改进等方面进行分析阐述。

1 电压切换原理介绍

传统电压切换功能利用隔离开关辅助触点重动中间继电器，再利用中间继电器触点构成电压切换回路，完成电压切换功能。

图1所示的电压切换回路采用单线圈中间继电器，不带自保持功能，在切换回路直流失压后会造成保护装置失压。如设备连接在Ⅰ母，Ⅰ母刀闸1G动合触点闭合，1YQJ中间继电器动作，Ⅰ母PT二次电压经1YQJ-1至保护电压输入，而Ⅱ母刀闸2G动合触点打开，2YQJ中间继电器未动作，Ⅱ母PT二次电压回路断开。

图1不带自保持功能的电压切换回路

图1 所示电压切换原理优点为回路简单，缺点为刀闸辅助触点不可靠时易引起保护装置失去电压。为避免上述情况，通常将隔离开关重动继电器由常规中间继电器改为双位置继电器。

如图2所示的电压切换回路采用双线圈中间继电器，带自保持功能，在切换回路直流失压后会保持原有电压切换回路的导通，不会造成保护失压。如果设备连接在Ⅰ母，Ⅰ母刀闸1G动合触点闭合，动断触点断开，1YQJ中间继电器动作，Ⅰ母PT二次电压经1YQJ-1至保护电压输入，而Ⅱ母刀闸2G动合触点断开，动断触点闭合，2YQJ中间继电器被复归，Ⅱ母PT二次电压回路断开。

图2 带自保持功能的电压切换回路

双位置继电器具有两个线圈，一是工作线圈，二是复归线圈，两个线圈不能同时施加激励量。当工作线圈激励量失去时，双位置继电器触点能保持在原状态位置，直到另一个激励量施加在复归线圈上，触点才改变当前状态保持在另一状态位置上。如果遇到直流电源消失时，由于没有激励量施加在复归线圈上，继电器的触点不改变状态，交流电压便不会消失。

双位置继电器虽可以保证在控制直流电源消失时二次电压的正常切换。但是，在切换过程中，要求两组控制触点必须同时正确动作才能保证切换的可靠，对隔离开关的辅助转换触点提出了更高的要求。

2 电压切换与并列

2.1 PT并列

两段母线，每段母线各有一台PT，当Ⅰ母PT检修时，需要退出运行，而此时Ⅰ母的保护继续运行（考虑到带低压闭锁功能），保护失去电压会发生误动，此时需用Ⅱ母PT维持两段母线上的保护电压，因此，需要PT并列。并列时先并一次，合母联/分段开关，再将PT并列把手切在并列位置。需要将母联/分段开关的两侧刀闸、开关接点串接到二次PT并列回路中，确保只有在一次并列的情况下，二次才能并列。

2.2 PT切换

PT切换主要用于双母运行方式。在双母运行方式时，由于计量、测量和保护的需要，必须对电压进行切换。切换模式是二选一，即两路电压输入，一路电压输出。主要靠母线侧两把隔离开关的辅助接点进行切换。

2.3 并列

电压切换是从一个电源电压切换到另一个电源电压。而电压并列是二个电源连接在一起，形成一个电压。一般情况下，为保证供电的可靠性，二次电压的切换均先进行电压并列，然后再拉开不需要的电源，完成电压切换。

3 案例分析

某工程的220kV升压站，母联开关从热备用状态改为冷备用状态，当把母联开关两把正、副母隔离闸刀拉开时，整个220kV系统计量、测控、保护的母线电压全部消失，两套母差保护的低电压闭锁开放。

该220kV升压站采用全封闭GIS系统，双母方式。工程配置的母线电压切换和并列装置为国电南瑞科技的NSD200YB2，设计原理采用在PT二次回路中串接由PT隔离开关启动的重动继电器触点进行电压的切换。其回路原理如图3（a）所示。当母线电压失压后，立即对其相关回路进行检查，发现原应取母线PT隔离开关的辅助触点，却取自母联隔离开关的辅助触点。查阅相关设计图纸后，发现设计院把厂家原理图上的Ⅰ母隔离开关、Ⅱ母隔离开关错误理解为母联正、付母隔离开关，且调试人员在调试过程中也未发现此错误。由于在220kV母线受电时，受电方案中要求把母联开关置于热备用的方式，所以母联开关正、付母两把隔离开关都是合上的，当合上Ⅰ母母线隔离开关时，正母电压有显示，合上Ⅱ母母线隔离开关时，付母电压有显示，表面看上去一切都正常。当母联开关改为冷备用状态，问题即随之出现。

图3 (a)母线PT电压输入回路

图3 (b)装置重动原理图

发现此问题后，设计院对原设计图纸进行了会审，发现还存在较为严重的设计缺陷。原设计中的PT并列的判据不够充分。如图3(b)所示，厂家单纯的以母联开关的合位作为启动PT并列的条件，与现场实际有较大的差异。实际运行中，母联开关的合位不能表明一次系统一定已经并列，如果仅采用母联开关的合位启动PT并列，容易造成一次系统未并列，直接将二次侧并列。由于两段母线一次电压的不平衡，加之电压互感器内阻极小，可能导致电压二次回路出现大环流，熔断运行PT的二次保险或使空气开关跳闸，使运行中的继电保护装置、电度计量表计等设备交流失电，甚至导致低压、距离或复合电压等基于电压量判据的保护误动。如果PT的二次保险或空气开关没有跳开，则可能导致PT本体设备的损坏。

为此，设计院进行了符合运行实际的补充判据，即以母联开关及其两侧隔离开关共同构成起动PT并列的条件，只有当母联开关及其两侧的隔离开关同时在合位的时候才确认为一次系统已真正并列，满足此条件后方可完成二次侧的PT并列操作。当母联开关及其两侧的隔离开关三者中任意一个处于分位时，确认为一次系统没有并列。设计修改为母联断路器与母联隔离开关辅助接点组合输入接入电压并列装置。改进后的PT并列原理图如图4所示。

图4 改进后的PT并列原理图

此次母线电压失压事件引起了市继保中心的高度重视，专程派人赴现场进行工作调研和指导，并提出了反措要求。按上海电力公司反措要求，母线PT二次回路不再串接母线压变闸刀辅助接点或其重动接点，现场取消母线PT隔离开关接点至电压并列柜的输入回路，并在母线PT电压输入回路中短接与母线PT隔离开关接点输入重动继电器的相关接点，即短接图3(a)中1GWJ和2GWJ的相关辅助接点。

4 结论

电压切换回路是否正常对于双母线接线电力系统的安全运行至关重要，应在设计、调试、运行和维护过程中严格执行各类标准及规程，切实保障系统的安全。各工程施工中，由于时间进度仓促及技术水平的局限性，难免会存在缺陷和隐患，为此，调试人员应不断进行总结，及时发现并尽可能的消除缺陷和隐患，进一步完善设计，确保电力系统的安全稳定运行。