11 kV配电系统运行方式设计优化改造探讨

陈建春

（中国水利水电第十六工程局有限公司，福建 福州 350000）

1 11 kV配电系统简述

扩建电站设置有2台5 000 kVA、电压为15.75/11 kV的高压厂用变压器；其中1号高压厂用变连接在1号机组GCB与7号主变压器之间的主母线上，2号高压厂用变连接在2号机组GCB与8号主变压器之间的主母线上；11 kV配电系统设有2段母线和一把联络开关。11 kV配电母线的进线电源，分别引自2台高压厂用变压器的11 kV侧，其中1号高压厂用变接入11 kV配电柜M01，2号高压厂用变接入11 kV配电柜M11。每段11 kV母线分别与原电厂11 kV配电系统联络，各引入一回电源作为扩建电站11 kV配电柜的备用电源，其中1号备用电源接入高压开关柜M04；2号备用电源接入高压开关柜M14。两段母线之间设有一面母联开关柜M09。M01、M11进线柜和Ⅰ、Ⅱ母线均设有三相电压互感器各一组，备用电源进线柜M04、M14柜分别设有单相电压互感器各1只（安装于B相），分别用于检测进线及母线电压。11kV配电系统采用PLC实现备自投功能（见图1）。

图1 11 kV配电系统简图

2 11 kV设计运行方式

11 kV配电系统正常运行方式如下：

（1）2台高压厂用变分别带两段母线运行，即M01-CB及M11-CB处于合位，M04-CB、M14-CB及M09-CB处于分位。

（2）在正常运行状态时，当Ⅰ段母线失电，Ⅱ段母线有压时，则分M01-CB进线开关，合M09-CB联络开关，两段母线联络后由2号高压厂用变提供电源带负荷运行。

（3）在正常运行状态时，当Ⅱ段母线失电，Ⅰ段母线有压时，则分M11-CB进线开关，合M09-CB联络开关，两段母线联络后由1号高压厂用变提供电源带负荷运行。

（4）在正常运行状态时，当Ⅰ、Ⅱ段母线均失电，2台高压厂用变进线电源均无压时，此时判断两条备用电源进线均有压（M04优先）或只有M04备用进线有压，则分M01-CB和M11-CB进线开关，合M04-CB进线开关和M09联络开关，两段母线联络后由M04备用电源提供电源；或者，当Ⅰ、Ⅱ段母线均失电，两条高厂变进线电源均无压时，此时判断只有M14进线有压，则分开M01-CB和M11-CB进线开关，合M14-CB进线开关和M09联络开关，两段母线联络后由M14备用电源提供电源。

3 优化改造要求

11 kV配电柜设备投运后，业主方提出要求，将两路备用电源进线柜进行改造，M04进线柜与M14进线柜不仅要保留原备用电源进线功能，还要具备向外送电的馈线功能；因此要求优化现有5台进线开关（M01-CB；M04-CB；M09-CB；M11-CB；M14-CB）的合闸闭锁条件[1]。

4 合闸闭锁回路优化方案

在原设计中，1号、2号高压厂用变是11 kV配电系统最高一级电源，仅允许向其他方面送电，而不允许外部电源向高压厂用变倒送电；现在两路备用电源进线既作为备用电源进线，又作为送电馈线，因此原设计辅助接点闭锁合闸回路完全不能满足要求，需要变更原设计的开关合闸闭锁回路，必须依据电压继电器的有压、无压作为判据，并结合开关的辅助接点完成现地合闸闭锁功能。需要注意的是，两段母线（PT1、PT2）的低电压判据应该是三相两原件判定即Uab+Ubc。具体涉及的优化方案如表1所示。

表1 两方案对比

5 开关备自投优化

M01-CB、M04-CB、M09-CB、M11-CB、M14-CB五把开关的备自投优化。由于M04和M14既作为进线柜，又作为馈线柜，原设计中M04-CB、M14-CB的备自投逻辑将无法满足要求必须删除，逻辑修改为单母分段运行方式下的分段备自投；M04-CB、M14-CB优化后为手动（现地或远方）合闸。具体涉及的优化方案如下所述。

（1）在M09柜处拆除与M04柜、M14柜有关备自投的开入信号及开出信号，这样做的话备自投的程序需要重新编写。如果想要保留程序不变的话，也可以只是拆除下表中带有“◆”和“●”标志的项，但是必须将带有“●”标志项开入信号短接，其实就是让M04-CB、M14-CB永不满足备投条件（见表2）。

表2 开关开入信号及开出信号

（2）Ⅰ（Ⅱ）母线电压判据的修改：原设计母线低电压（PT1、PT2）只取了两相低电压电压作为判据，需更改为判别三相低电压。具体修改如下：将DY1：15与DY1：16短接；信号线由DY1：13/15引出更改为由DY1：13/18引出，将原判别Uab电压改为判别Uab+Ubc电压。

（3）当在远方操作开关（合/分）时，若备自投恰好是投入状态，则远方操作有可能不成功，甚至可能发生非同期事故。因此在远方操作开关（合/分）时，需同时给备自投装置引入一个“闭锁备自投”的开入信号；操作完毕需要投入备自投时，可以远方发“复位备自投”的命令复归。这样公用LCU需要增加2只开出继电器，1只是与5台断路器合/分操作同步开出的“闭锁备自投”，1只是单点开出的“复位备自投”，“闭锁备自投”继电器动作时要求能够闭锁“复位备自投”继电器（见表3）。

表3 继电器端子定义

6 备自投优化后的运行方式及备投逻辑

优化后M04-CB、M14-CB完全为手动（现地或远方）合闸。11kV正常为单母分段运行方式，即M01-CB、M11-CB各带一段母线，两条进线互为暗备用，采用M09-CB分段开关备自投,并具有备投自恢复功能[2]。

（1）备自投充电条件：（略）；

（2）Ⅰ母失压自投：当Ⅰ母无压无流且Ⅱ母有压时，经延时T1后跳开M01-CB，确认M01-CB跳开后经整定延时T2合闸M09-CB；

（3）Ⅱ母失压自投：当Ⅱ母无压无流且Ⅰ母有压时，经延时T1后跳开M11-CB，确认M11-CB跳开后经整定延时T2合闸M09-CB；

（4）自恢复功能：当分段自投动作成功后，检测跳开的进线已恢复供电，则启动自恢复功能重新跳开分段开关，合上原进线开关，恢复为两段母线独立运行的模式。

7 计算机监控系统方面

（1）优化后M01-CB、M04-CB、M09-CB、M11-CB、M14-CB五把开关的远方操作合/分改造。在公用LCU的远方操作必需相应的将此五把开关的远方合闸互锁条件与现地互锁保持一致，当然LCU开入点也要作相应的增加。

（2）同时给备自投装置增加“闭锁备自投”和“复位备自投” 两个开出信号。需要增加2只开出继电器，“闭锁备自投”与5台断路器合闸、分闸开出继电器同步开出，“复位备自投”是单点开出。“闭锁备自投”继电器动作时要求能够闭锁“复位备自投”继电器的开出，建议使用硬接线闭锁。

（3）报警信号的变更。优化后报警信号要做相应的变更，以满足优化后的实际情况。

8 继电保护系统方面

M01、M09、M113个柜的性质没有任何变化，所以它们的继电保护定值保持原整定不变。由于优化后M04和M14既作为进线柜，又作为馈线柜，现有的继电保护定值是否满足要求需要重新分析。

（1）作为进线时，现有的整定值可以不用更改，因为这与原设计是一致的。

（2）作为馈线时有两种情况：

1）一种是高负荷情况。现有的整定值就是针对M04-CB、M14-CB所能承受最大故障电流而设定的，显然负荷不能高于M04、M14断路器的现有保护定值，所以在高负荷下现有保护定值只需保持原整定值不变即可；

2）一种是低负荷情况。若负荷小于M04、M14断路器的现有的保护定值，由于用电设备的保护应该是优先于靠近设备的继电保护，作为馈线柜的保护只是后备保护，故而现有保护定值仍旧不用更改。

9 结语

11 kV配电柜正常运行设备的优化改造，尤其是多回路进线电源作为备用电源，必须全面考虑优化方案对配电系统可能造成不同期合闸的危险性，必须在确保安全，方案可靠后进行改造，改造后对扩建电站及原电站的11 kV电源起到互为备用，保证11 kV配电系统更加可靠运行，改造运行四年来，设备运行良好无异常情况的发生，优化方案得到业主及工程师的肯定，供各位技术人员借鉴参考。