电压并列回路自动校验装置的研制与应用

王玉财，李志远，吴一凡，李洋，王振锋

（国网宁夏电力有限公司宁东供电公司，宁夏灵武 750411）

0 引言

新建变电站对电压并列回路校验是验收的一个重要环节，其基本步骤包括测量单相电压幅值、测量相间电压幅值、相序核对、重动并列接点校验等过程，当发现电压并列回路存在问题时，需消除二次回路的缺陷后，重复上述过程，现场实际校验过程较为繁琐[1]。在改扩建变电站中，必须对电压并列回路进行完善，此时需电压互感器停电进行，使得运行间隔失去二次保护、计量电压，保护装置存在误动作的风险[1]，因此，本文设计了一种基于自发自收原理的电压并列回路自动校验装置，该装置能实现电压并列回路的一键式校验，且能对回路中存在的问题进行智能判断和显示，提高检修人员现场工作效率。在改扩建变电站中，装置能将运行间隔的电压和检修间隔的电压进行临时并列，从而实现二次不失压对电压并列回路进行完善。

1 电压并列装置原理及其二次回路校验

1.1 电压并列装置原理

电压并列装置的基本原理如图1、图2所示[2-4]。1G、2G分别是I母、II母刀闸辅助触点，FD、1FG、2FG分别为母联开关及其两侧刀闸的辅助触点。YQJ为中间继电器，U1、U2为I母、II母PT二次电压，1YM、2YM为I、II母小母线电压。当1G、2G闭合时，1YQJ，2YQJ继电器动作，电压从小母线输出。当FD、1FG、2FG同时闭合，且QK把手在并列位置时，3YQJ并列继电器动作，从而将I母PT电压并列至II母小母线，或者将II母PT电压并列至I母小母线，从而实现I、II母PT电压的二次并列。

图1 单母线一次接线

图2 电压并列回路原理

1.2 电压回路校验方法

在I母PT处用继电保护测试仪分别通入不同幅值电压且三相相序为正相序，在I母小母线及II母小母线处用万用表分别测量各相电压幅值，用相序表测量相序判断是否为正序。分别断开1G，2G验证重动继电器是否正确动作，分别断开1FG，FD，2FG分别验证并列继电器是否正确动作，在II母电压互感器处通入电压，重复上述过程[5]。

2 电压并列回路完善过程

如图3所示，以某110 kV变电站扩建为例说明电压并列回路完善过程。电压并列装置安装于I母PT柜上，2期工程扩建了II段母线，同时扩建了II母PT柜。为完善电压并列回路，需从II母PT柜放置新电缆至I母PT柜，并且在I母PT柜处完善电压并列二次回路接线工作。由于需从I母PT柜自下而上穿电缆，故I母PT必须停电进行，此时，I段母线上将失去二次保护、计量电压。由上述分析可知，在现有方式下，完善电压并列回路将导致运行间隔母线二次失压。

图3 电压并列回路完善过程

3 装置原理及结构

3.1 自动校验原理

从1.2小节可以看出，电压并列回路校验的重点在于在回路的一端加电压，在回路的另外一端测量电压的幅值和相序，因此可设计一种基于“自发自收”原理的二次回路自动校验装置。装置可产生三相大小，相序不同的电压，将该电压加至并列回路中，装置的另外一端接收“返回来”的电压，将“发出去”的电压和“返回来”的电压进行对比，如果并列回路接线正确，则电压幅值和相位误差应该在允许的范围内[6]。如果电压并列回路存在接线错误或者缺陷，则上述电压一定不相等，装置可进行智能判断及缺陷校验结果显示。

3.2 不停电完善并列回路原理

如果在I母PT停电前，能将I母二次电压同II母二次电压进行临时并列，然后停I母PT穿电缆，完善电压并列二次回路，这样可实现在保证I母二次不失压的条件下对电压并列回路进行完善；因此设计装置同时采集I母及II母电压，并进行电压幅值和相位的比较，如果满足并列条件，则实现I、II母电压的临时并列，实现二次“0”失压完善电压并列回路。

3.3 装置结构设计

由上述分析可设计装置面板结构，如图4所示。

图4 装置面板结构

装置内部结构如图5所示。

图5 装置内部结构

其中，主控模块可用于装置模式的选择。当选择“校验”模式时，面板左侧的端子由电压发生模块产生电压，右侧的端子为电压采集模块，从而实现“自发自收”判别，如图6所示。

图6 电压并列回路自动校验过程

当选择“并列”模式时，面板左右两侧的端子都为采集模块，分别采集I、II母小母线电压，主控模块用于判断，当判断出满足并列条件时，电压并列模块动作，实现I、II母母线电压的临时并列，如图7所示。显示模块用于判别结果的显示以及人机交互。电源模块为装置中其他模块提供可靠电源。

图7 装置自动并列过程

4 装置软件流程设计

4.1 并列功能软件设计思路

并列检测功能将两组二次电压的幅值和相角采样计算出来，经过向量相减，判断是否满足电压幅值、相角差同期条件设定值，若大于设定值，则认为两组电压不满足并列条件；若小于设定参数，则两组电压满足并列条件。电压幅值和相角计算公式[7-9]如下：

式中:N—在一个周期内基波信号的采样点数；

xK—第k个采样点的数值；

x0，xn—分别表示第1个采样点和第N+1个采样点的数值。

程序初始化后，先后对两组电压（共6路）分别采样24点（20 ms），利用24个点和下一个周波第1个采样点共25个采样点计算出6路电压电流的幅值和相位，然后判断是否满足并列条件，若满足并列条件，则驱动并列模块，实现I、II母电压的临时并列。其软件工作原理如图8所示[10-11]。

图8 并列功能软件流程

4.2 校验功能软件设计思路

如果某一相的电压为零，可判定该相电压二次并列回路存在虚接点；如果三相电压均不相等，可判定二次并列回路N点存在虚接问题；如果Ua1=Ub1，则可判定电压二次并列回路相序接反。装置可将上述告警信息显示在显示屏，以辅助检修人员对并列回路的缺陷进行判断查找，提高现场工作的效率。

校验功能软件设计流程如图9所示。

图9 校验功能软件流程

4.3 装置操作系统软件结构设计

装置具备并列、校验两个模式，进入系统后可手动选择工作模式，当判断出满足并列条件后，提示现场操作人员进行手动并列。在校验模式下，当判断校验结果正确时，可打印相关报告；当校验结果不正确时，装置面板显示具体的缺陷内容。另外，装置具有防误操作功能，例如在校验模式下装置左边的端子有电压输出，如果此时左边端子有电压输入，装置会切断电压输出，防止短路电流烧坏校验装置。装置操作系统软件流程如图10所示。

图10 装置操作系统软件流程

5 装置测试及现场应用

本文所设计电压并列回路自动校验装置具有校验和并列两大功能，现场对装置的上述功能进行测试。

5.1 电压并列功能测试

在某10 kV高压室对装置并列功能进行测试，测试结果如表1，表2所示。

表1 电压并列功能幅值测试结果

表2 电压并列功能相角测试结果

表1中，UA1、UB1、UC1，UA2、UB2、UC2分别指I母和II母电压幅值。验证电压幅值判据，2条母线6路电压相位均为正序条件下分别改变某一相幅值，通过压差来判断是否并列，现场验证装置逻辑判断正确。

表2中，φA1、φB1、φC1，φA2、φB2、φC2分别指I母和II母电压相角。验证电压相位判据，2条母线6路电压幅值均为全电压（57.7 V）条件下分别改变某一相相位，通过角差来判断是否并列，通过试验验证逻辑正确。

5.2 电压并列回路校验功能测试

电压并列校验功能测试结果如表3所示。

表3 电压并列回路校验功能测试结果

由表3可以看出，装置可对并列回路实现自动校验，能对电压并列回路存在的缺陷进行自动判别和显示。

6 结语

电压并列回路是变电站重要的二次回路，常规校验方法过程繁琐，导致现场工作效率低。改扩建工程中，完善电压并列回路易造成母线二次电压失去。为解决上述问题，本文基于“自发自收”及“相位自动判别”原理，设计了一种电压并列回路自动校验装置。现场应用表明，该装置可实现电压并列回路自动校验，且可以实现二次不失压对电压并列回路进行完善。该装置在现场部署应用，可减轻校验人员的工作强度，提高现场工作效率。在改扩建工程中可避免二次电压失压，提高保护装置运行可靠性。装置现场应用效果良好，具有在全国电力行业推广应用的价值。