现场︱电压切换回路隐患分析及其改进措施

中国电工技术学会定于2016年7月10~11日在北京铁道大厦举办“2016第十一届中国电工装备创新与发展论坛”，主题为“电工行业十三五规划研究与解读”，并设“智能制造与电工装备行业的转型升级”“智能开关设备的关键技术与最新发展”两个分论坛。

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深圳供电局有限公司的研究人员肖硕霜、修荣堃、党政、晋龙兴，在2016年第1期《电气技术》杂志上撰文指出，电压切换回路中刀闸辅助接点异常是使得线路或变压器保护不能采到母线电压而误动的主要原因。

本文通过分析一起因刀闸常闭辅助接点粘连引起保护误动的事件，总结了现有电压切换回路存在问题，并提出了现有改进方案存在的隐患。本文提出了可避免保护失压的三种方案，并对其中可彻底消除隐患的微机化改造方案设计了具体的实现逻辑。

继电保护装置的正确动作与母线电压密切相关。双母线接线中，变压器保护和线路保护利用电压切换回路取得其所挂母线的二次电压。当完成倒母线操作后，若电压切换回路中的辅助接点异常或继电器故障，可能使得两条母线的二次电压回路误并列。

此时，若两条母线之间存在电压差，PT二次回路中形成的环流使得PT二次空气开关跳闸，造成保护装置不能取到母线电压，引起保护误动。

进一步地，若PT二次空开未成功跳闸，将烧毁操作箱插件，误启动失灵保护，使得事故扩大。因此，分析电压切换回路存在的安全隐患并进行改进具有至关重要的意义[1,2]。

1  事故案例简介

2014年05月19日，某220kV变电站的甲线发生AB相间瞬时故障。故障前该站的运行方式，如图1所示。220kV线路故障时，110kV 111PT与112PT二次电压空开跳闸，致使110kV线路保护及主变变中后备保护误动作。

图1 故障前A站运行方式图

经调查，该站110kV 111PT与112PT二次电压空开跳闸是由于电压切换回路二次误并列造成的。图2所示#2主变保护变中开关的电压切换回路中1YQJ1-1YQJ4和2YQJ1-2YQJ4为双位置继电器，其励磁需各自母线刀闸的常开接点闭合，常闭接点断开；复归则反之。1YQJ5和2YQJ5为单位置继电器，状态仅与常开接点有关。

图2 #2主变变中切换回路图

故障发生前，110kV 1M与2M分列运行，#2主变中挂于1M，11021刀闸合位，1YQJ1-1YQJ4励磁，装置上1M刀闸位置指示灯亮；11022刀闸分位，2YQJ5复归，装置上2M位置指示灯灭，其常闭辅助接点经检查未闭合，导致2YQJ1-2YQJ4保持励磁状态。

而回路中“切换继电器同时动作”信号使用单位置继电器辅助接点，未能反映出继电器实际动作情况[3]。因此，虽然110kV 1M与2M一次系统分列运行，但111PT与112PT二次电压通过#2主变变中切换继电器的辅助接点误并列，如图3。

图3 #2主变变中电压并列回路图

当220kV线路故障时，220kV 1M和110kV 1M电压降低，降幅达45％（A、B两相电压二次值降为约31.8V），110kV 2M电压正常。由于二次电压误并列，形成较大的环流，导致两段母线的PT二次电压空开跳闸。从而110kV线路保护及主变变中后备保护失压，导致了误动作。

2  电压切换回路的问题

根据以上事故分析，结合多年变电设备维护经验，总结电压切换回路存在的常见问题如下：

（1）运行环境较为恶劣，辅助接点易发生损伤。当刀闸常闭触点接触不良时，将导致双位置继电器不能复归，二次电压异常并列。

（2）操作箱面板上的“1M”、“2M”指示灯分别串接于1M、2M电压切换启动回路，仅能监视该回路是否启动，不能监视其是否复归。

（3）“切换继电器同时动作”信号只能在监控后台观察，不便于操作人员及时发现。

（4）即便“切换继电器同时动作”信号发出，二次已异常并列将带来反充电的风险。二次回路的电气耦合是其根本原因。

3  电压切换回路的改进

本节分析现有电压切换回路改进方案的隐患并提出三种方案，其中微机化改造方案可以根本消除该回路隐患。

3.1 现有改进方案讨论

图4 仅有常开接点的电压切换回路图

有文献提出如图4仅使用刀闸常开接点的方案。此方案避免了常闭接点损坏的风险，理论上具有可行性，但是仍存在隐患。如将间隔由1M倒至2M时，当拉开1M刀闸后所有继电器将会有状态的翻转。而实际继电器不可能理想地同步翻转，若1YQJ1-1YQJ4继电器翻转更快，则会形成所有继电器均复归的状态，使得保护短暂失压，这是不允许的。

3.2 电压切换监视回路改进

将“1M”、“2M”指示灯由刀闸的常开接点点亮改为由启动后继电器的常开接点点亮，如图5。指示灯在操作箱上显示，易于监视切换回路的启动和复归，发现异常并列。

图5 改进指示灯的电压切换回路图

3.3 电压切换回路装设空开

将目前切换回路仅设有PT总空开改为设置每个间隔独立空开。一旦发生二次误并列，反充电仅跳开该间隔的切换空开而非PT总空开，可避免所有保护装置失压造成大面积停电。

图6 加装电压切换回路空开

3.4 电压切换回路微机化

以上两种方案改造简单、投资小，但是即便“切换继电器同时动作”信号发出，却仍改变不了二次电压已异常并列的事实，仍有误动风险。将电压切换微机化，可消除PT二次回路间的电气耦合，彻底消除切换回路隐患。

图7 微机电压切换回路图

本方案引入本间隔的两母线刀闸常开触点及两母线PT的二次电压，如图7。由保护根据刀闸辅助触点的状态识别线路运行方式，选择对应的PT电压。为避免刀闸操作后辅助接点未到位，对其接点设置强制接通、强制断开、自动控制把手，运行人员可根据母线指示灯的情况利用把手进行辅助触点强制操作。

图8 安稳电压选择图

由于220kV保护需接入安稳装置，要采集对应母线电压。故本方案在安稳处也设置开入选择电压，通过设置的控制把手以避免刀闸操作后辅助接点未到位的情况，如图8所示。微机化电压切换回路主要包括方式识别及保护电压切换两部分逻辑[7]，如图9、10所示。

图9 方式识别逻辑图

图10  电压切换逻辑图

4  结论

针对电压切换回路存在的问题，本文提出现有改进方案的漏洞，并提出三种改进方案。其中方案1、2改造简单，但无法根除切换回路的隐患。方案3利用微机算法实现电压切换，既可从根本上解决PT二次回路误并列的问题，也不存在某线路或变压器保护失压的问题。该方案是一种较为完善的解决方案，消除了PT二次回路间的电气耦合，完善地解决了二次电压误并列问题。