双母线接线220 kV负荷变电站投运程序及保护动作分析
Commissioning Procedure of 220 kV Load Substation with Double Busbar System and Analysis on Protection Operation
摘 要：以廊坊地区策城220 kV变电站为例，介绍了双母线接线220 kV负荷变电站的启动投运程序以及在启动过程中继电保护和自动装置投入/退出次序，并对继电保护和自动装置的动作行为、保护的选择性、速动性、可靠性进行了分析。
关键词：变电站；投运程序；继电保护；动作分析?
Abstract：Taking 220 kV Cecheng Substation, Langfang District, as an example, this paper introduces the commissioning procedure of load substation with double busbar system, and the inservice and outofservice ordinal of rely protections and automation devices.Anthurs also analyz operation performance, selectivity, speed, and the reliability of rely protection and automation systems.
Keywords：substation；commissioning procedure；rely protection；operation analysis?
目前，随着电网建设速度的加快，作为分配负荷的220 kV变电站的投运日益增多，在投运过程中如何保证系统的稳定和一次设备的安全，避免投运期间失去快速保护成为新设备投运亟待解决的主要问题。?
1策城220 kV负荷变电站系统规模及保护配置
1.1系统规模
目前，廊坊供电公司新建220 kV负荷变电站均采用双母线接线，策城变电站亦如此。该变电站安装2台180 MV·A的主变，220 kV进线2回；110 kV本期采用双母线接线，110 kV出线12回；10 kV采用单母线接线，按主变容量20%配置并联电容器。本期系统主接线如图1所示。
1.2保护配置
按照GB 14285-1993《继电保护和安全自动装置技术规程》和华北电网公司下发的《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求实施细则》，该变电站220 kV线路两侧均配置2套全线速动主保护及完整的后备保护；母线装设2套快速母线保护及失灵保护；变压器配置2套电气量保护，1套非电量保护；110 kV线路配置1套阶段式距离保护，母联开关装设充电保护。?
2新投变电站应遵守的原则
在没有利用负荷电流和工作电压检查相量之前，对于被保护设备或线路上发生的短路故障，一切带有方向的保护和一切电流差动保护（母差保护、变压器差动保护、线路纵差保护）都视为不可靠或不正确动作。因此，新投产的220 kV负荷变电站在启动过程中必须遵守下列原则。
a. 母差保护退出运行时，禁止母线上的任何倒闸操作（指连接于母线上刀闸的操作）。
b. 投运过程中必须保证有能够瞬时切除母线或变压器故障的保护，允许部分保护非选择切除故障。
c. 新元件投运前，退出新元件所连接母线的母差保护，待新投设备或线路带负荷后，测量新投设备或线路的母差保护电流相量正确，检查差电流正确后，再投入母差保护。
d. 变压器充电前投入变压器差动保护，变压器带负荷前退出差动保护，变压器带有部分负荷，检查变压器差动保护电流回路相量正确，差电流正确后再投入变压器差动保护。
e. 继电保护相量检查作为投运程序的一个组成部分，电流差动保护的相量检查应满足的原则是：对于电流差动保护相量检查，应在同一时刻对组成差动保护的所有电流相量测量后，进行比较分析，以检查各组TA接线的正确性，同时要检查差回路电流（或差电压）是否合格；当有新元件接入差回路，新元件带负荷后，应测量包括新投元件在内的所有运行设备的电流相量，进行比较分析，以检查各组TA接线的正确性，同时要再次检查差回路电流（或差电压）是否合格。?
3新投变电站投运程序及保护动作分析
3.1继电保护的投入
一次设备投运前按继电保护现场运行规程投入保护，并满足下列要求：
a. 投入#1~#3开关辅助屏上的母线充电保护。 这些保护按躲变压器励磁涌流，且保证#1~#3开关到变压器高压侧套管短路有灵敏度整定。
b. 投入#8开关保护屏上的母线充电保护。
c. 退出#1、#3开关非全相保护（如果开关不需要合单相核相，非全相保护不退）。
3.2投运程序
3.2.1220 kV母线投运程序
a. 分别用#1开关的A相和B相对#4母线充电。当#1开关合于故障母线时，对于母线保护，只有#1开关的TA带电，不存在TA极性问题，#1开关辅助屏上的母线充电保护和母差保护都能可靠动作，跳开#1开关，切除故障。
对于线路Ⅰ纵联方向保护，若#1开关TA极性正确，不论线路Ⅰ对端厂站出线间隔开关TA极性正确与否，#1开关保护判断为反方向故障，正方向判别元件不动作，收发机不停信，线路保护被闭锁；若#1开关TA极性不正确，线路Ⅰ对端厂站出线间隔开关TA极性正确，线路Ⅰ两侧开关保护判别元件判为正方向，使收发机停止发闭锁信号，线路Ⅰ两侧收发信机收不到闭锁信号造成线路保护非选择切除故障。
对于线路Ⅰ光纤差动保护，若#1开关与线路Ⅰ对端厂站出线间隔开关TA极性均正确，差动电流较小，差动保护可靠不动作；若#1开关与线路Ⅰ对端厂站出线间隔开关TA极性有且只有一侧不正确，差动电流为故障电流的两倍，线路保护非选择切除故障。?
#5开关对于线路Ⅰ后备保护，不论#1开关与线路Ⅰ对端厂站出线间隔开关TA极性正确与否，可通过后备保护整定时间满足保护选择性要求，可靠不动作。
b. 分别用#3开关A相和B相对#5母线充电。当#3开关合于故障母线时，由#3开关保护屏上的母线充电保护跳开#3开关，切除故障。?
对于母差保护，存在#1开关对#3开关TA极性问题，若#1开关相对于#3开关TA极性接线正确，母差保护正确动作（#5母线小差动动作），跳开#3开关，有选择地切除故障；若#1开关相对于#3开关TA极性接线不正确，#4母线小差动动作（极性接反，#4母线小差动为#1开关与#3开关电流同相位，所以#4母线小差动会动作），#5母线小母差也会动作（#5母线小母差只有#3开关一个电流，#5母线小差动也会动作），跳开#1和#3开关，非选择切除故障。
c. 用#4母线TV定相，且#4母线TV与#5母线TV定相（检查送过来的单相是否正确，并检查两组母线TV一、二次接线是否正确）。
d. 拉开#3开关A相或B相及一侧刀闸。
e. 拉开#1开关A相或B相。
f. 投入#1开关非全相保护，投入#3开关非全相保护。
g. 合上#1开关（三相），对#4母线全电压充电； 合上#3开关，对#5母线全电压充电，用#4母线TV与#5母线TV三相定相。?
h. 拉开#3开关，合上#2开关，对#5母线全电压充电。当#2开关合于故障母线时，#2开关辅助屏上的母线充电保护可靠动作，跳开#2开关，切除故障。
对于母差保护，母线故障判别元件的大差动继电器存在#1、#2开关TA极性问题，但由于#3开关在分闸位置，若#2开关合于故障母线时， #1开关没有短路电流，母线大差动元件只有#2开关的一个电流，母线大差和#5母线小差保护仍能可靠动作，跳开#2开关，有选择地切除故障。
对于线路Ⅱ纵联方向保护动作、线路Ⅱ光纤差动保护动作、线路Ⅱ后备保护动作的分析同a.。
i. 用#4、#5母线TV核相（检查两回电源线路接线正确，电压相序、相位相同，幅值相等）。
j. 用#3开关对两回电源线路试并列。#3开关在操作过程中，若#4或#5母线发生故障，首先由#3开关保护屏上的母线充电保护动作跳开#3开关。由母差保护动作及#1开关（或#2开关）辅助的母线充电保护动作跳开故障母线上的线路开关，切除故障。
对于线路Ⅰ或线路Ⅱ上发生的短路故障，在本侧由#1、#2开关辅助屏上的母线充电保护动作或#3开关保护屏上的母线充电保护动作，跳开#1、#2或#3开关。在对侧由线路开关辅助屏上的充电保护动作或母联开关保护屏上的母线充电保护动作，切除故障。
k. 拉开#2开关。
3.2.2#1、#2主变投运程序及动作分析
a. 在#4母线上用#4开关对#1主变充电。
b. 在#5母线上用#5开关对#2主变充电。
c. 投入#1主变10 kV母线充电保护。
d. 用#9开关对10 kV#4母线充电。
e. 投入#2主变10 kV母线充电保护。#1、#2主变10 kV母线充电保护按低压侧母线处可靠系数Klm=2，0.2 s跳主变低压侧开关整定。
f. 用#10开关对10 kV#5母线充电。
g. 用10 kV#4母线TV与220 kV#4母线TV定相。
h. 用10 kV#5母线TV与220 kV#5母线TV定相。
i. 用10 kV#4、#5母线TV核相。
分析：
对于220 kV母线及主变220 kV侧引线桥发生的故障，由#1开关辅助屏上的母线充电保护或#3开关保护屏上的母线充电保护动作，跳开#1开关或#3开关切除故障。
对于#1、#2主变220 kV引线桥上发生故障，如果220 kV母差保护TA极性接线不正确，母差保护会误动，跳开各220 kV开关非选择切除故障。
对于220 kV母线发生的故障，如果母差保护各组TA极性接线正确，由母差保护有选择性动作切除故障；如果母差保护各组TA极性接线不正确，由母差保护非选择性动作切除故障。
对变压器内部发生的故障，由瓦斯保护或差动保护动作切除。
对变压器外部差动保护区（中、低压侧引线桥）内的故障，只有差动保护高压侧TA有电流，差动保护可靠动作跳开三侧开关切除故障。
对低压侧母线发生的短路，由变压器低压侧后备保护不经复压闭锁电流Ⅰ段、主变10 kV母线充电保护动作跳开#9、#10开关切除故障。
j. 退出#1、#2主变10 kV母线充电保护。
k. 退出#1、#2主变差动保护。
l. 分别用#13、#14开关对电容器充电。?
m. 分别用#15、#16开关对电容器充电。
n. 220 kV线路Ⅰ保护、 220 kV母差保护相量检查。
分析：
对于220 kV母线及主变220 kV侧引线桥发生的短路故障、220 kV母线发生的故障，动作分析同 i.。?
对变压器内部发生的短路，由瓦斯保护切除。
对变压器中压侧引线桥发生的短路，如果中压侧后备保护使用变压器套管TA，由中压侧后备保护切除故障，如果中压侧后备保护使用外附TA，由220 kV侧后备保护切除故障。
对低压侧引线桥发生的短路，由220 kV复压闭锁过流保护切除。
对低压侧母线发生的短路，由变压器低压侧后备保护不经复压闭锁电流Ⅰ段保护动作跳开#9、#10开关切除故障。
o. 合上#2开关。
p. 拉开#1开关。?
q. 220 kV线路Ⅱ保护、220 kV母差保护相量检查。?
在此期间，对于220 kV母线及主变220 kV侧引线桥发生的短路故障，由#2开关辅助屏上的母线充电保护或#3开关保护屏上的母线充电保护动作，跳开#2开关或#3开关切除故障。
r. 合上#1开关。
3.2.3110 kV母线投运程序及动作分析?
a. 投入#1主变110 kV母线充电保护。
b. 用#6开关对110 kV #4母线充电。
对于母线保护，此时，只有#6开关的TA带电，不存在TA极性问题，当#6开关合于故障母线时，母差保护能可靠动作跳开#6开关，切除故障。同时#1主变110 kV母线充电保护动作跳开#6开关，切除故障。
c. 退出#1主变110 kV母线充电保护。
d. 用#8开关对110 kV #5母线充电。此时，当#8开关合于故障母线时，由#8开关保护屏上的母线充电保护跳开#8开关，切除故障；对于母差保护，存在#6开关对#8开关TA的极性问题，动作分析同b.。
e. 110 kV #4母线TV与110 kV #5母线TV定相（检查2组母线TV一、二次接线正确）。
f. 拉开#8开关。
g. 投入#2主变110 kV母线充电保护。#1、#2主变110 kV母线充电保护按中压侧母线处Klm=2，0.2 s跳主变中压侧开关整定。
h. 用#7开关对110 kV #5母线充电。此时，对于母差保护，对母线故障判别元件的大差动继电器来说，存在#6、#7开关TA极性问题，动作分析同3.2.1 h.。同时#2主变110 kV母线充电保护动作跳开#7开关，切除故障。
i. 退出#2主变110 kV母线充电保护。
j. 用110 kV #4、#5母线TV核相（检查2台主变接线正确，电压相序、相位相同，幅值相等）。
k. 合上#8开关，#1、#2主变试并列。
分析：
由于#8开关通常设置1套由开关变位控制投退的母线充电保护，一般整定为0 s动作出口。因此，使用#8开关试并列，如果试并列期间发生短路故障，可瞬时跳开#8开关。
110 kV#4母线发生故障，#8开关充电保护动作，跳开#8开关后，110 kV母差大差动虽然存在#6、#7开关TA极性问题，由于#8开关已跳开，#7开关没有短路电流，110 kV大差动继电器能可靠动作。110 kV#4母线小母差只有#6开关一个电流，能可靠动作，跳开#6开关，切除故障。
110 kV #5母线发生故障，#8开关充电保护动作，跳开#8开关后，110 kV母差大差动虽然存在#6、#7开关TA极性问题，由于#8开关已跳开，#6开关没有短路电流，110 kV大差动继电器能可靠动作。110 kV#5母线小母差只有#7开关一个电流，能可靠动作，跳开#7开关，切除故障。
l. 调整#1或#2主变分头，使2台主变产生环流，达到#1、#2主变保护及110 kV母差保护能进行相量检查为止。
m. #1、#2主变差动保护、110 kV母线保护相量检查。
n. 恢复#1或#2主变分头位置到正常状态。
分析：从3.2.2 中的第k步退出#1、#2主变差动保护到现在这段时间内，主变差动保护一直在退出状态，在此期间：#1、#2主变内部发生短路故障，由瓦斯保护动作切除故障。
对#1、#2主变220 kV套管到220 kV母线之间发生的短路故障，由#1、#2开关辅助屏上的母线充电保护或#3开关保护屏上的母线充电保护动作，跳开#1、#2开关或#3开关切除故障。
对#1、#2主变中压侧引线桥发生的短路故障，如果主变110 kV侧后备保护使用套管TA，由110 kV后备保护动作切除故障；如果主变110 kV侧后备保护使用外附TA，由主变220 kV侧后备保护动作切除故障。
对#1、#2主变低压侧引线桥发生的短路故障，由220 kV侧后备保护动作切除故障。
考虑变压器差动保护退出时间较长，可采取在退出差动保护之前临时缩短变压器高、中压侧复压闭锁过流保护时间定值，保证高、中压侧引线桥短路故障的快速切除。
o. 投#1、#2主变差动保护。
p. 退出#1开关辅助屏上的母线充电保护；退出#2开关辅助屏上的母线充电保护；退出#3开关保护屏的母线充电保护。
3.2.4110 kV线路投运程序及动作分析（以#11线路为例）
a. #7开关倒#4母线运行（或拉开#7开关），腾空110 kV #5母线。
b. 合上#11开关两侧刀闸。
c. 合上#11开关给#11线路充电。
分析：
如果110 kV母线发生短路故障，由于#11开关没有短路电流，母差保护的其他元件电流相量已经检查，确认其TA极性接线正确，因此，母差保护可靠动作切除故障。
对于110 kV #5母线和#11线路发生短路故障，由#8开关保护屏的母线充电保护动作，跳开#8开关切除故障。
如果#11线路保护TA极性接线不正确，对于#11线路TA以下发生的单相接地短路，可由#11线路手合加速零序过流保护动作切除故障（110 kV线路零序过流保护一般不带方向）。
如果#11线路保护TA极性接线正确，对于#11线路TA以下发生的单相或相间短路，由#11线路手合加速距离保护切除（单相短路也可以由手合加速零序过流保护切除）故障。
若使用RCS941A保护，不管线路保护TA极性接线正确与否，由合于故障的相电流保护切除故障。
d. #11线路带负荷后，110 kV母线保护、#11线路保护相量检查。
e. 退出#8开关保护屏的母线充电保护。?
4结束语
本投运方案经过策城220 kV变电站启动投运适用，满足工程启动要求，将作为廊坊供电公司编制220 kV负荷变电站工程启动方案的依据，并可为今后其他地区同类双母线接线220 kV变电站投运提供参考。