变电站二次电压并列和切换回路应用策略研究

王洪俭，王 森，吕 超

（国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司，浙江 嘉兴 314033）

0 引言

在双母线接线、单母线分段接线、桥接线等接排方式下，两段母线并列运行且其中一段母线TV 故障或停运检修时，投入电压并列装置，能够将另一段运行母线的电压提供给TV 停运母线上所有元件的保护和计量装置。双母线接线方式下，电压切换回路能够保障计量、保护装置根据母线隔离开关的切换自动采集相应母线TV 的二次电压［1］。

实际生产作业现场中，因母排接线方式不同、厂家设计思路各异等原因，二次电压并列和切换回路的实现方式并不完全统一，给现场作业人员实时掌控运行风险带来了一定的困难，对现场作业人员的技能素质提出了较高的要求。针对此问题，全面分析电压并列和切换回路的工作原理，理清现场作业注意事项，形成相应的应用策略，指导现场作业人员行为，降低作业风险。

1 电压并列回路原理分析

选取典型的双母线接线方式展开分析，具体接线如图1 所示。

图1 典型双母线接线

图2 中虚线框YQJ 部分为并列继电器J1—J5，驱动回路中串接的ML1G、DL、ML2G 分别是母线联络开关间隔Ⅰ母线隔离开关、断路器、Ⅱ母线隔离开关的常开辅助接点，当母线电压并列装置并列切换开关（图2 中BQK）切至“并列（或自动）”位置时，BQK③、④触点接通，并列继电器将根据母线联络开关间隔断路器及隔离开关的实际位置自动励磁动作和失磁复位。

母线电压重动是并列装置的一部分，其主要目的是弥补母线TV 隔离开关辅助接点数量的不足［2］。图2 中虚线框1GWJ、2GWJ 部分为母线电压重动二次回路，当Ⅰ母线TV 投入运行时，Ⅰ母线TV 隔离开关常开辅助接点1G 闭合，Ⅰ母线电压重动继电器J1—J5 励磁动作。Ⅱ母线电压重动逻辑同Ⅰ母线。实际现场接线时，隔离开关本身能够提供足够辅助接点的前提下，不使用并列装置的电压重动功能，直接串联母线TV 隔离开关辅助接点的做法更直接、可靠，也避免了重动继电器出现接点粘连的隐患。

部分变电站设计时，以上回路同时引入遥控回路，运维人员可手动控制相应继电器的动作和复位。

如图3 所示，当两段母线同时运行时，Ⅰ母线、Ⅱ母线电压重动继电器接点闭合，Ⅰ母线、Ⅱ母线TV 二次侧低电压传递到各自的电压小母线上，供相应的二次设备使用。此时电压并列装置切换开关BQK 一般要求放置在“解列（或遥控）”位置，无论两段母线一次侧是否并列运行，并列继电器接点均断开，Ⅰ母线、Ⅱ母线二次电压小母线相互独立运行。

图2 母线电压并列及重动控制回路

当Ⅰ母线TV 停电检修时，为了保障Ⅰ母线上间隔的正常运行，Ⅰ母线、Ⅱ母线将并列运行，母线联络开关断路器及其两侧隔离开关处于闭合状态，此时将电压并列装置切换开关BQK 切至“并列（或自动）”位置，并列继电器得电励磁动作，其接点闭合，Ⅰ母线、Ⅱ母线电压小母线联通，Ⅰ母线上各间隔的保护、计量装置等仍然有二次电压可用。

2 电压切换回路原理分析

双母线接线的变电站中，根据运行方式的需要，一次线路或变压器有时在Ⅰ母线运行，有时在Ⅱ母线运行，相应的二次计量、保护等设备采集的二次电压也必须实时切换。这一过程通过电压切换装置实现。

图3 母线电压并列回路

电压切换装置通过本间隔母线隔离开关辅助接点自动控制电压切换继电器的动作。如图4 所示，当线路或变压器在Ⅰ母线运行时，Ⅰ母线隔离开关常开接点闭合，Ⅰ母线电压切换继电器1YQJ1—1YQJ7动作线圈得电励磁，相应的继电器接点闭合，将Ⅰ母线二次电压从电压小母线引至电压空气开关9ZKK后供保护装置使用；Ⅱ母线隔离开关常开接点断开，Ⅱ母线电压切换继电器2YQJ1—2YQJ3 掉电失磁复位，Ⅱ母线隔离开关常闭接点闭合，Ⅱ母线电压切换继电器2YQJ4—2YQJ7 复位线圈得电励磁，相应的继电器接点断开，切断Ⅱ母线二次电压小母线与保护装置电压回路的联系。

3 案例分析

二次电压并列和切换回路同时覆盖变电站内同一电压等级的所有间隔，相互之间紧密联系，结构比较复杂。现场作业过程中，多种因素均有可能导致的母线TV 二次侧向一次侧反充电事故，甚至造成二次电压全失、二次设备损坏的严重事故。

3.1 电压切换继电器复位回路断线

图4 母线电压切换回路

某220 kV 变电站220 kV 配电装置采用双母线单分段接线方式，三段母线正常并列运行。线路保护电压切换回路与上述原理一致，电压切换回路采用双位置继电器 （图4 中1YQJ4—1YQJ7、2YQJ4—2YQJ7）接点。而“切换继电器同时动作”信号采用单位置继电器（图4 中1YQJ1—1YQJ3、2YQJ1—2YQJ3）接点，如图5 所示。

图5 电压切换继电器同时动作信号回路

原运行在Ⅱ母线的一回220 kV 线路间隔倒换至Ⅰ母线运行时，Ⅱ母线电压切换继电器复位回路断线，导致电压切换继电器2YQJ4—2YQJ7 复位线圈无法得电断开自身常开接点，Ⅰ、Ⅱ母线电压切换继电器常开接点同时闭合，使得电压切换回路误并列。因其电压切换继电器同时动作信号回路使用的2YQJ1 失电后自动复位，常开接点断开，不能触发“切换继电器同时动作”告警信号，致使二次电压回路长期并列而无法被发现。

某日，该变电站220 kVⅠ、Ⅲ母线分段断路器间隔电流互感器爆炸，母线差动保护正确动作切除Ⅰ、Ⅲ段母线。因该出线间隔二次电压回路并列，造成Ⅱ母线TV 通过二次电压回路对Ⅰ母线TV 及Ⅰ母线反充电，Ⅱ母线TV 二次电压总空气开关断开，使得运行在Ⅱ母线的电源线路保护无法采集到系统电压，已进入故障处理程序的距离保护Ⅲ段动作，造成全站停电。

该案例中母线差动保护动作切除Ⅰ母线瞬间，Ⅰ母线失电，Ⅱ母线TV 开始通过二次电压回路向Ⅰ母线反充电。因电压互感器是一种小容量、大变比的降压变压器，在一次侧无电源、二次侧反充电的情况下，由于其阻抗从二次侧看非常小，将产生很大的充电电流，从而致使Ⅱ母线TV 二次电压总空气开关断开。

3.2 电压并列切换开关投入方式错误

某500 kV 变电站500 kV 配电装置采用双母线接线方式，两段母线正常并列运行。某日，为配合检修工作陪停500 kVⅠ母线。因母线电压并列装置并列切换开关投入“自动”位置（即“并列”位置，二次电压并列与否由母线连接开关断路器及其两侧隔离开关辅助接点自动控制），母线连接开关断路器辅助接点切换与主触头分合存在20～30 ms 延时，母线连接开关断路器断开过程中，Ⅰ母线已断电，Ⅰ、Ⅱ母线电压并列回路延时断开，造成Ⅱ母线TV 通过二次电压并列回路对Ⅰ母线TV 及Ⅰ母线反充电，Ⅱ母线TV 二次电压总空气开关断开，运行在Ⅱ母线上的间隔保护装置及母线保护屏装置相继发出“TV 断线”告警。

该案例的主要事故原因是操作人员不熟悉电压并列回路的原理，对电压并列回路的运行风险和注意事项没有足够的认识，忽略了一次侧开关设备固有动作特性对二次设备运行的影响，错误地将并列装置投入“自动（并列）”控制模式。其次要原因是操作人员倒闸操作业务技能水平不足，在Ⅰ母线停电操作过程中，在Ⅰ母线TV 二次侧电压空气开关未断开、TV 与二次电压小母线未隔离的情况下，即断开Ⅰ母线所有开关及母线设备，违反了变压器类设备停电操作先低压后高压的基本原则。

3.3 母线隔离开关辅助接点未切换

某220 kV 变电站220 kV 配电装置采用双母线带旁路接线方式，母线正常并列运行。因配合检修工作，220 kVⅠ母线需陪停。停电操作首先将Ⅰ母线上运行间隔倒换至Ⅱ母线运行，因旁路断路器间隔Ⅰ母线隔离开关辅助接点未切换、Ⅰ母线TV 二次电压空气开关未断开，同样反充电事故。同时因Ⅱ母线TV 二次电压总空气开关容量配置不当，未动作断开切断反充电回路，产生的大电流烧毁220 kV 旁路电压切换插件，熔断Ⅱ母线TV 隔离开关辅助接点，导致运行中的Ⅱ母线所有保护及安全自动装置无法采集电压，型号为LFP-901A、LFP-902A、RCS-902C 的线路保护失去主保护以及距离保护，安全稳定控制装置失去电压切换判据，严重影响继电保护装置动作的可靠性和准确性，危及设备的安全运行。

造成此次事故的原因较多，一是操作人员设备状态检查不到位，旁路断路器间隔Ⅰ母线隔离开关辅助接点未切换，倒换至Ⅱ母线运行后，Ⅰ、Ⅱ母线电压切换继电器同时动作，未被操作人员及时发现并处置，造成二次电压回路并列；二是倒闸操作步骤次序错误，断开Ⅰ母线所有开关前未断开Ⅰ母线TV二次侧电压空气开关，将Ⅰ母线TV 与二次电压小母线隔离；三是母线TV 二次侧电压空气开关配置不当，不能正确动作切断反充电回路。

4 应用策略研究

电压并列、切换回路的任一环节出现异常，如不能被及时发现处置，都有可能造成二次侧误并列，最终造成反充电，导致二次电压全失，距离保护被闭锁，复合电压闭锁逻辑开放，甚至导致线路故障状态下停电范围扩大。正确设计和规范使用二次电压并列和切换回路显得极其重要。

4.1 设计要求

电压切换回路设计时严格按照标准规范要求，采用正确的继电器。Q／GDW 1161—2014 《线路保护及辅助装置标准化设计规范》 明确规定，220 kV电压等级线路保护装置双套配置，电压切换箱（插件）也双套配置，隔离开关辅助触点采用单位置输入方式，即采用单位置输入的继电器，如图6 所示，接法简单、便于实现［3］。由于单位置继电器不具备自保持特性，隔离开关断开后立即自动复位，避免了二次电压回路误并列。

110 kV 及以下电压等级线路保护若配置单套电压切换箱（回路），隔离开关辅助接点采用双位置输入方式，即采用双位置输入的继电器［4］，如图7 所示。

图6 单位置输入继电器接线

图7 双位置输入继电器接线

4.2 接线要求

保证电压切换主回路与信号回路的一致性，防范母线电压切换继电器同时动作而未被发现。如果电压切换回路中同时存在单位置继电器和双位置继电器，出线（或变压器）间隔母线隔离开关辅助接点不切换、电压切换继电器接点粘连、双位置继电器复位线圈掉电等原因都有可能致使Ⅰ、Ⅱ母线电压切换继电器常开接点同时闭合，造成Ⅰ、Ⅱ母线TV 二次电压回路误并列。此时，如果“切换继电器同时动作”信号回路按图8 所示改接线，即采用单位置继电器和双位置继电器信号回路相与的方式，能够可靠及时触发告警，正确处置后可以避免反充电事故。

图8 “切换继电器同时动作”信号回路改接线

4.3 并列装置位置要求

正常运行时严禁将并列装置并列切换开关BQK投入“并列（或自动）”位置，防范因断路器设备固有特性造成的反充电事故。两段母线正常运行时，无论一次侧是否并列，一般二次电压回路保持分列运行［5］。如并列切换开关BQK 投入“自动（或并列）”位置，母线连接开关（分段）闭合后，二次电压小母线自动并列。母线故障切除其中一段母线时，因母线联络（分段）断路器辅助接点滞后于主触头切换，存在运行母线TV 二次侧向故障母线瞬时反充电的隐患，将造成事故范围扩大。

4.4 倒闸操作任务要求

断开母线上所有开关前，先断开相应母线TV 二次侧电压空气开关，切断二次侧向一次侧反充电的最后关卡。

母线或母线TV 停电操作时，并列装置并列切换开关BQK 误投入“并列（或自动）”位置或接点粘连、出线（或变压器）间隔电压切换继电器同时动作或接点粘连等，均有可能导致两段母线并列运行时二次电压小母线自动并列。断开母线上所有开关前如不提前将二次电压回路断开，同样存在运行母线TV二次侧向故障母线反充电的隐患。同时，断开待停母线TV 二次侧电压空气开关 （包括保护和计量）后，还需要测量确认空气开关二次电压小母线侧电压为零，如果电压不为零，说明电压切换或并列回路存在误并列，必须检查确认故障原因并消除后，才能继续操作。

反之，母线送电时，也应先给空母线及母线TV充电，然后再合上二次侧电压空气开关，否则一旦二次回路存在误并列，同样可能造成人身伤害和设备烧毁事故。

4.5 检修维护作业要求

因母线TV 检修维护而断开的二次电压空气开关严禁闭合，防范二次电压回路送电至检修作业现场。配合母线TV 单独检修维护作业，布置现场安全措施时，已提前断开待检TV 二次侧电压空气开关，将两段母线TV 二次侧手动并列。此时如果母线TV隔离开关辅助接点未可靠切换或电压重动继电器接点粘连，母线TV 二次侧电压空气开关下桩头带电，一经闭合，即可反充电至检修作业现场，轻则导致两段母线电压全失，重则造成人身伤害和设备烧毁事故。

5 结语

分析变电站常用二次电压并列、切换回路的工作原理，并结合事故案例理清了生产现场易导致事故发生的隐患点和注意事项，最后总结确定了电压并列、切换回路在设计和运行阶段的一些应用策略，并进行详细解析，为变电站生产现场实际应用提供参考。