电压切换在变电站运行中的重要作用及异常情况分析

范 绯

（武钢股份公司能源动力总厂供电厂，湖北武汉430083）

【摘 要】母线电压切换是 220 kV 及以上变电站经常要遇到的动作过程，在日常运行中，这个动作过程并不为人所注意。具体分析了电压切换在变电站运行中的重要作用以及切换不正常时对安全运行的影响和防范措施。

【关键词】电压切换；母差保护；二次并列

1引言

在220 kV及以上的变电站日常运行中，110kV及以上的双母线均存在两条母线进行电压切换的过程。一般情况下，110 kV 及以上的双母线为并联运行方式，即母联断路器长期在合位。在这种方式下，对于双母线系统上所连接的各电气元件，其测量表计、继电保护和自动装置的电压回路应随同主接线一起进行切换，即一次回路连接在哪一组母线上，二次回路也应由同一组母线上的电压互感器供电。否则，当母线联络断路器断开，两组母线分开运行时，可能出现一次系统和二次系统不对应的情况，表计可能测量不准确，继电保护和自动装置可能发生误动作或拒绝动作。

而这是绝对不允许发生的。因此，电压切换的正确与否，关系到整个变电站的安全运行，甚至可以影响到电网的安全运行。

2电压切换作用及其影响

图1是一个典型的110 kV系统，为双母线带旁路母线，正常情况下母联合环运行。

对于母线上的普通配出开路来说，出线开关在Ⅰ母上，二次系统在Ⅱ母上这种情况不多见，除非在开始接线时出现错误。

而出现失压或者PT二次并列的情况较为常见。出现失压时，有可能造成保护误动。出现 PT二次并列，对普通配出开路来说并没有影响，但对于受电保护却有较大影响。

对主变二次侧开关，也就是母线的受电开关来说，出现失压或者PT二次并列的影响都比较大。出现失压时，若有故障需要启动该主变的后备保护之一复合电压闭锁过流动作，由于失去电压判据，复合电压闭锁过流成为纯粹的过流保护，有可能使能躲过的故障造成主变保护误跳闸。而出现 PT 二次并列，由于复合电压闭锁过流动作要先跳开母联，再根据电压降低和短路电流判断跳哪台主变，但由于此时两段电压并列，电压都一样，电压降低这一条无法满足，因此，两台主变中压侧都不会跳闸。再看高压侧，此时也只有复合电压闭锁过流可能动作，但由于220 kV系统容量较大，且短路点在110 kV侧，又有很大感抗，电压降低这一条也无法满足，高压侧仍无法跳闸。此时只有 220 kV 的两路受电的对侧距离保护Ⅱ、Ⅲ段能启动跳闸，而这时的时间已相当长了，属于严重的越级，系统安全和用户生产都受到了严重影响，将导致大面积的停电事故。

对于母差保护，一条母线二次失压的影响并不大，因为母差保护主要由差流启动跳闸。其比率差动元件动作判据为：

由上式可看出，只要差流大于启动值就可以使母差保护启动了。而电压启动量取的是工频变化量：当两段母线任一相电压工频变化量大于门坎（由浮动门坎和固定门坎构成） 时电压工频变化量元件动作，其判据为：

也就是说，即使二次失压，其比率差动元件也能可靠动作，保证母线跳闸。

如果PT二次并列，对无复压闭锁母差保护的影响也不大。主要原因是差动保护根据母线上所有连接元件电流采样值计算出大差电流，构成大差比例差动元件，作为差动保护的区内故障判别元件。再根据各连接元件的刀闸位置开入计算出两条母线的小差电流，构成小差比率差动元件，作为故障母线选择元件。当大差动作，且任一小差比率差动元件动作，母差动作先跳开母联；当小差比率差动元件和小差谐波制动元件同时开放时，小差动作跳开相应故障母线。因此，PT二次并列对母差保护没有多少影响。

但是PT二次并列使运行人员对运行状况的判断有很大影响：

（1）在停母线操作时，一段母线停电后，其母线电压表仍然有电压指示，会造成误判断认为母线还没有停电，造成操作时检查判断误判，时间延长，影响正常操作时间，并严重影响操作的正确性。

（2） 发生故障时，110 kV母线电压表均指示正常，容易造成误判断，对事故处理极为不利，无法立即判断是哪条母线失电以及停电的范围和故障性质等,甚至可能会因判断失误而处理不当以致扩大事故。

（3）正常运行时PT二次如果长期并列，一旦一台PT二次空开跳闸，都无法知道。当另一台 PT 停电或失压时，就会造成两段母线都失去二次电压，导致保护误动或拒动。更严重的是当某段母线故障时，会严重影响母差保护装置选择故障母线的正确性。

即使正确选择，在母联跳开后，由于PT二次并列，会造成PT二次环流，可能造成两台PT二次开关同时跳闸，造成两段母线全停的假象。即使两台 PT二次开关没有跳闸，在故障段母线全部跳开后，也会造成PT二次电压返上一次故障段母线，造成两台PT二次开关同时跳闸或跳开一台，造成全停或都有电的假象。

综上所述，PT二次长期并列对安全运行的影响还是很大的，特别是对值班人员的判断有极大误导，因此这种隐患必须及时消除。

3问题的提出及原因分析

隐患要及时消除，就必须及时发现，最好不出现。我们现在讨论一下这种隐患的解决方法。图 2 是一个PT二次电压切换的典型二次图。

图2中，GI- 1和GI- 2是3M刀闸的辅助接点，GⅡ- 1 和 GⅡ- 2 是 4M 刀闸的辅助接点；1YQJ3 和2YQJ3分别是3M、4M的电压继电器。切换过程是这样的：当3M刀闸合位时，GI- 1闭合，GI- 2打开，1YQJ3得电闭合，装置使用3M电压；当4M刀闸随后合上时，2YQJ3得电闭合，此时二次电压并列；当3M刀闸分位时，GI- 1打开，GI- 2闭合，使1YQJ3得电打开，因为1YQJ3是一个双稳态的自保持继电器，必须有一个电脉冲才能翻转到另一个状态。实际上，在刀闸操作过程中，就是两个刀闸同时跨接时，PT二次就是并列状态。关键是使这种状态可控，而不是长期并列。

在实际运行中，造成PT二次长期并列的原因有两个：（1）接线错误；（2）刀闸辅助接点不到位。从图2可看出，在上述操作过程中，3M刀闸由合到分时，GI- 2因辅助接点不到位或者连接线路有问题导致GI- 2未能接通，就会造成1YQJ3没有得电而状态不能翻转，使其接点一直在接通位置，此时2YQJ3接点也在闭合位置，从而并列。如果运行人员不知道或者根本不在意的话，就会造成长期并列情况存在。如果在双母线运行时出现此种情况，等于把I、II母电压二次回路并列起来了，如果有一段母线电压二次回路短路的话，两段母线电压二次回路的空气开关都会跳开，造成两段母线电压二次回路同时失压。

4电压切换回路的改进措施

（1）保护屏的电压切换回路中“切换继电器同时动作”信号应采用双位置继电器接点，以便监视双位置切换继电器工作状态，见图3。当保护屏的切换电压回路采用双位置继电器接点时，如遇刀闸位置异常或双位置继电器本身故障引起了接点粘死，导致两组电压非正常并列的情况“，切换继电器同时动作”信号会保持，运行人员便能直观判断信号有异常。

（2）对于已投运的设备，若没有回路利用单位置继电器接点发信的，应利用本屏内已有的备用双位置继电器接点，并接到原有的单位置继电器同时动作的信号接点上，按图纸所示增加屏内端子间的配线，见图4。

（3）切换箱面板上的信号灯回路做些改动，能够更可靠地反映切换箱的实际工作状态，见图5。

（4）电压切换箱的电源应独立设计（见图6），使其与操作电源的开关分开。防止在断开控制回路电源时，断路器控制箱回路中的电容放电，通过两组隔离开关动断触点使电压切换中间继电器反向励磁，其结果相当于使动作线圈正向励磁，形成对一次停电的电压互感器的反充电，PT的二次保险熔断。

5在日常运行中的注意事项

（1） 目前我们大量采用了南瑞公司生产的CZX- 12A型操作箱，该型号的操作箱采用了自保持的电压切换继电器，目的是确保一次刀闸辅助触点接触不良的情况下，保护装置不会失压。但同时也带来了一个弊端，即继电器的复归线圈不正确动作时，将会引起PT二次并列的现象，因此，在操作票中要加入对“切换继电器同时动作”信号的确认步骤，即刀闸并列时确认“切换继电器同时动作”信号灯亮，其中一组刀闸拉开时“切换继电器同时动作”信号灯熄，否则切换就不正常，必须查明原因。在日常巡检时也应该检查各开路“切换继电器同时动作”信号灯应在熄灭状态。

（2）二次加压试验时，应该可靠地断开至电压互感器二次侧的回路（拔出电压切换继电器插件或者解开切换前的二次电压线），经测量核对后方能恢复；此外，运行人员合PT二次空开时，一定要先测量下口电压，确保下口不带电时方可合PT二次空开，防止PT二次并列反充电的发生。

（3）在回路设计中，电压切换回路的“切换继电器同时动作”信号采用双位置继电器触点，以便监视双位置切换继电器的工作状态。当保护屏的切换电压回路采用双位置继电器触点时，如遇刀闸位置异常或双位置继电器本身故障引起了触点粘死，导致两组电压非正常并列的情况，“切换继电器同时动作”信号将会保持，以便于运行人员发现并及时排除故障。

（4） 母线运行方式的判别应该由刀闸的辅助触点直接完成，而不是由电压切换的双位置继电器触点来完成。

6结论

电力规程中每一条都蕴含着深刻的内涵，都是事故教训的结晶，在变电站的设计、承建、运行和维护过程中，一定要严格执行规程，正确理解规程中的要求，切实对现场的安全起到把关作用。

即使如此，在现有的技术水平下，运行的变电站中仍存在这样或那样的缺陷和隐患。本文所讨论的电压切换回路中切换继电器同时动作的问题就是典型的事故隐患。针对切换继电器同时动作事故隐患进行了分析探讨，并提出了相应的防范措施。此外，在平时的工作中运行人员和维护人员都要不断地进行总结，寻找解决问题的新捷径，及时发现并尽可能地消除这些隐患，确保电力系统的安全稳定运行。

电压切换过程其实很简单，在日常运行和操作时会经常遇到。但是如果我们不对其引起重视的话，造成的后果将是很严重的。因此，提高运行人员素质，制定好相应的对策措施，是我们唯一的选择。

[参 考 文 献]

[1]  费圣英.电力系统继电保护原理与实用技术[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2]  陈家斌.变电运行与管理技术[M].北京：中国电力出版社，2004.