有关直流空开配置中存在的常见问题探讨

有关直流空开配置中存在的常见问题探讨 摘要:本文分析了双充双蓄直流系统的特点及直流空开配置中存在的常见问题，针对各种保护配置情况提出了相对合理直流馈电空开配置。 关键词:变电站 直流系统 空开 保护 0 引言 变电站的直流系统虽小，但却是变电站内极其重要的一个系统，一旦直流系统故障，全站的继电保护装置将不能正常运行，此时若电力系统发生故障，将无法快速可靠地切除故障点，必然造成事故扩大甚至引起电网事故。在220kV及以上电压等级的变电站中，为了提高直流系统的可靠性，广泛采用了双充双蓄的直流系统。但是，在变电站的基建及技改过程中，设计人员通常只注重控制保护回路的设计，忽略了直流馈电空开的合理配置，将直流空开随意接入两段直流母线，往往造成双充双蓄的直流系统在其中一段直流母线失压时，整个变电站失去了大多数保护功能，不能可靠切除电力系统故障的情况。 1 双充双蓄直流系统的特点 双充双蓄的直流系统，每段直流母线各自挂接一套充电装置和一组蓄电池，正常时两段直流母线的联络开关断开，两段直流母线相互独立，互不影响，任一段直流母线故障均不会影响另一段直流母线的正常运行。而当任一套的充电装置或蓄电池需要检修维护时，可将两段直流母线并列后，退出待检修的充电装置及蓄电池组，从而保证了在蓄电池或充电装置检修维护时，保护设备也能正常可靠地运行。 2 直流馈电空开设计中存在的问题 当前，在很多配置双充双蓄直流系统的220kV变电站，设计人员没有对全站保护的配置情况及其相互之间的配合情况进行分析，没有对全站各种安全自动装置电源、开关电机储能电源、保护装置电源、直流控制电源、测控装置电源、公用系统电源进行统筹安排，仅仅是将其均匀分配到两段直流母线上，而在变电站进行扩建或技改时，设计人员更是忽略了直流空开合理配置的重要性，只要直流馈电屏上有备用直流空开就将其接入。直流馈电空开设计中通常会出现如下问题: 2.1 开关控制电源与保护电源配置不合理 同一开关(或用于跳开同一开关内同一跳闸线圈)的控制电源与保护电源没有设计在同一段直流母线上，造成任一段直流母线失压时，该开关均无法跳闸。如220kV线路开关有两组控制电源、两个跳闸线圈、两套完全独立的保护装置，每一套保护各跳一组跳闸线圈，保护1跳线圈1，保护2跳线圈2，但在接入直流系统时，常出现将保护1装置电源与跳闸线圈2所在的直流控制电源接在同一段直流母线，而保护2装置电源与跳闸线圈1所在的直流控制电源接在另一段直流母线，从而造成任一段直流母线失压，该开关在均无法正常跳闸。 2.2 有备用关系的开关之间控制电源配置不合理 当一个开关对另一个开关有后备的作用时，其开关控制电源应设计在不同的直流母线上。如220kV主变的110kV侧开关对110kV线路出线开关有后备作用，当110kV线路出线开关拒动时，可由主变110kV侧开关切除故障，若将其控制电源设计在同一段直流母线上，一旦该段直流母线失压，则将造成该两个开关 均不能动作，只能再越级到上一级开关跳闸。 2.3 有上下级定值配合关系的保护装置电源配置不合理 有上下级定值配合关系的保护装置直流电源，没有设计在不同的直流母线上。如220kV主变的10kV侧后备保护是10kV线路保护的后备保护，两者的定值是有上下级配合关系的，当10kV线路保护不能正常动作时，可由主变10kV侧后备保护装置发出跳闸命令断开主变10kV侧开关来切除故障，若将主变10kV侧后备保护电源与所有10kV线路保护电源设计在同一段直流母线上，一旦该段直流母线失压，则将造成该两两级的保护均不能动作，只能再越级由主变的220kV后备保护来动作切除故障，从而延长了故障切除时间。 2.4 多套装置动作接点串联形成二次回路时装置电源配置不合理 当多套装置的动作接点串联形成二次回路时，这些相关的装置的直流没有设计在同一段直流母线上。如220kV开关的起动失灵回路，当采取开关失灵电流启动装置分散在各个开关保护屏上时，失灵保护装置与开关失灵电流启动装置直流电源均应设计在同一段直流母线上，否则任一段直流母线失压，均造成开关失灵保护不能动作。 3 直流电源空开分配原则及分析 这里以高中压侧均为双母线带旁路接线的220KV变电站为例说明并分析双充双蓄变电站的直流电源空开的分配原则。 3.1 220kV线路开关保护装置电源及控制回路电源配置 所有220kV开关通常有两组直流控制回路，分别对应于两个跳闸线圈，第一组控制回路电源取自第一段直流母线上的馈电空开，第二组控制回路电源取自第二段直流母线上的馈电空开。220kV线路开关的第一套主后备保护装置电源取 自第一段直流母线上的馈电空开。第二套主后备保护装置电源取自第二段直流母线上的馈电空开。为简化二次回路，在某此设计中，220kV线路的双重化保护每套保护只跳一个跳闸线圈。这种情况下，应让保护装置的直流电源与其所动作的跳闸线圈的控制回路直流电源取自同一段直流母线的空开。 3.2 220kV母差及失灵保护装置电源配置 在早期的变电站，220kV变电站通常只设置一套母差及失灵保护，为了失灵保护的可靠动作，在每个220kV开关的保护屏上装设失灵电流启动装置，这种情况时应确保接在220kV母线上的各个间隔的失灵电流启动装置的直流电源与220kV母差失灵保护装置电源取自同一段直流母线。否则一旦两段直流母线任一段失压，均会造成失灵保护失去功能。随着微机母差及失灵保护的应用，母差及失灵保护的投资减少，装置体积变小，而可靠性得到不断提高，从而使得母差及失灵保护双重化成为可能。近期新建设的变电站，母差及失灵保护已实现双重化，而且将失灵电流启动判别功能设置在失灵保护装置上，这种情况下只需每套母差及失灵保护装置电源取自不同的直流母线，但如果在设计时为了简化回路，让220kV开关的每一套保护各自只启动一套失灵保护，此时应注意，同一套失灵保护及起动该套母差的各间隔开关保护装置的直流电源应取自同一段直流母线。 3.3 220kV旁路保护装置电源配置 220kV旁路保护通常只有一套主后备保护装置。对于只有单套母差失灵保护的变电站，旁路保护装置电源应与母差失灵保护电源配置在同一段直流母线上;对于母差失灵保护已双重化的变电站，应注意旁路保护应能够启动两段失灵保护。 3.4 主变保护装置电源及控制回路电源配置 主变微机保护如果只采用了单套保护且其中差动保护、非电量保护、各侧后备保护均采用独立的保护装置时，应将差动保护装置电源、中压侧后备保护装置电源及中压侧开关控制回路电源、低压侧后备保护装置电源及低压侧开关控制回路电源取自第一段直流母线;非电量保护装置电源、高压侧后备保护装置电源取自第二段直流母线。主要原因是:差动保护和本体瓦斯、有载瓦斯等非电量保护是主保护，不能因某一段直流失电而同时失去;而高压侧后备保护与差动分开可以保证任一段直流母线失电时主变本身都有电气量保护;将中低压侧后备与高压侧后备保护分开在不同的母线可以确保当中低压侧保护装置所在的直流母线失压时，还有高压侧后备保护做其后备。新建设的220kV变电站主变保护已实现双重化，采用两套完整的主后备保护和一套非电量保护装置，但此时仍不能将两套主后备保护随意接入两段直流母线，而是需要考虑主变高中压侧开关被旁代的情况，因为在主变高中压侧开关被旁代时，两套主后备保护通常只能有一套在旁代时有差动保护功能，此时，应确保这套保护与非电量保护装置电源不在同一段直流母线上，从而保证在主变被旁代的情况下任一段直流母线失压时，差动保护与非电量保护没有全部失去。 3.5 110线路保护装置电源及控制回路电源配置 110kV线路保护装置电源及控制回路电源应与主变中压侧保护(主变只有单套保护时)及中压侧开关控制回路电源设置在不同段直流母线。原因是主变中压侧后备保护在保护定值配合上是做为110kV线路保护的后备保护，当110kV线路保护不能动作或110kV线路开关不能跳闸时，由主变中压侧后备保护跳闸。 3.6 110kV母联控制回路电源、110kV母差保护电源配置 按第4.5条原则进行空开配置后，将 造成110kV开关控制电源不在同一段直流母线，从而使110kV母差保护配置在任一段直流母线上，当另一段直流失电时，母差无法跳开所有开关，切除故障点。但考虑到变电站110kV部分通常是并列运行，当110kV母线故障时，为了使故障造成的影响最小，应将110kV母联控制回路电源、110kV母差保护电源配置在与主变中压侧开关控制回路电源不同段的直流母线上，若主变中压侧开关控制电源失电造成主变中压侧开关无法跳闸，则可由母差保护跳开母联开关，确保另一段110kV母线正常供电，而发生故障的本段110kV母线由主变高压侧后备保护切除故障;若母联及母差保护所在的直流母线失电，则可由主变中压侧开关切除故障，虽然110kV母线将全部失压，但还可以保证10kV的正常供电。而如果将110kV母差保护、110kV母联控制回路电源配置在与主变中压侧开关同一段直流母线时，发生上述的故障时，将有50%的机率将两台主变三侧开关都跳闸。 3.7 10kV线路(或电容器组)保护电源及开关控制电源配置 因主变10kV侧后备保护在保护定值上是做为10kV线路(或电容器组)保护的后备保护。故10kV线路(或电源器组)保护装置电源及控制回路电源应与主变低压侧开关控制回路电源设置在不同段直流母线。当10kV线路保护不能动作或开关不能跳闸时，由主变低压侧后备保护动作跳闸。 3.8 二次电压切换回路直流电源 110kV、220kV母线PT二次电压的切换回路只设置一组直流电源，故用于二次电压切换的继电器须选用带磁保持的双位置继电器，否则，一旦用于切换回路的直流电源消失，所有相关 的线路保护装置都将失去母线电压，造成所有与电压有关的距离保护、零序方向电流保护、高频距离保护、高频零序保护等都失去作用。 3.9 开关弹簧储能直流电源 中低压侧开关采用弹簧储能的，其储能电源应装设独立的直流电源空开，不能直接与控制回路的共用同一直流电源空开，因为在开关重合闸过程中，开关的弹簧储能电机启动，一旦电机有故障或启动电源过大，有可能使控制回路电源空开跳开，而此时如果开关正好重合闸于永久性故障，则本开关无法切除故障，造成事故的扩大。 3.10 两段母线直流馈电的负荷应尽量平衡 在设计中，应尽量让两段直流母线的所带的直流负荷相对平衡，一方面是防止正常情况下一段直流母线上供电负荷过大引起元件发热，另一方面是保证全站交流失压时，两段直流母线均能提供长时间的蓄电池直流供电。 4 结束语 对直流系统双充双蓄配置的变电站，在新(扩)建变电站及技改工程的设计过程中，设计人员应综合考虑全站保护的配置及保护定值的上下级配合关系，合理分配直流馈电屏的馈电空开，确保在其中一段直流母线失电时，从变电站整体上还能有比较完整可靠的保护，防止局部故障扩大引起电网事故。