电压切换回路故障消缺实例及分析

电压切换回路故障消缺实例及分析

徐灵江1康权2王露民2叶天波2

徐灵江1康权2王露民2叶天波2

（1.华北电力大学北京102206；2.国网宁波供电公司宁波315000；）

摘要：电压切换回路的异常是电网常见故障，本文结合电网发生的两起具体案例，详细介绍了该异常产生的原因、危害及处理方法，对类似的电网检修工作具有借鉴意义。

关键词：电压切换；消缺；实例，分析。

两起案例

案例一：2015年6月28日220kV淞浦变#3主变复役过程中，当值班员操作到#3主变110kV侧由冷备用改至110kV正母II段运行时，后台报"110kV切换继电器同时动作”信号，信号不能复归。

“切换继电器同时动作”信号只有在双母线接线间隔的两把母线闸刀都合上的情况下才会发出，所以本次操作中的信号属于误报。

案例二：2015年7月1日检修人员按计划进行220kV蛟川变蛟宝1048线保护信号异常消缺工作。蛟宝1048间隔改至冷备用状态后，检修人员和运行人员核对一次状态正确，在核对二次状态时发现保护装置（CSC-161A)面板上显示该间隔还挂在II母上运行，且保护装置内有正常电压显示。

冷备用状态下，间隔保护装置（CSC-161A)面板上的“I母”、“II母”指示灯应都熄灭，而且装置内无小母线电压切入，因此该案例呈现的也是一种不正常状态。

电压切换原理

对于双母接线的变电站来说，线路、变压器等有电压逻辑要求的保护装置应根据自身所挂母线的位置而确定所需电压取自何组母线PT。即若间隔挂在I母，则其所用电压应取自I母PT，反之挂于II母，所用电压应取自II母PT。

国网继电保护“六统一”规范出台前，变电站内电压切换功能普遍通过单、双位置继电器混合使用实现，其相关原理如图1、图2所示。

从图1中可以看出，当间隔挂于正母运行时，正母闸刀1G合上，其动合触点相应闭合，从而使电压切换继电器1YQJ1~5励磁(其中1YQJ3~5为双位置继电器)。相应地，图2中1YQJ5的4副动合触点闭合，从而将正母PT二次电压630接入保护装置。当间隔挂于付母运行时，电压切换回路的工作原理同正母。

电压切换电压输入回路用双位置继电器接点，其好处在于即使发生直流失电或电压切换回路二次接线松动等情况，保护也不会失压。

但电压切换电压输入回路使用双位置继电器接点也存在一个致命的缺点，那就是会导致电压二次回路异常并列，甚至导致PT二次反充，从而使全站保护二次失压。

电压异常并列及其危害

假设某间隔原先是挂于正母运行，则如图1所示，受正母闸刀辅助接点控制的单位置继电器1YQJ1、1YQJ2及双位置继电器1YQJ3、1YQJ4、1YQJ5都处于励磁状态，而受副母闸刀辅助接点控制的单位置继电器2YQJ1、2YQJ2及双位置继电器2YQJ3、2YQJ4、2YQJ5都处于失磁状态。则在图2中保护装置的电压由双位置继电器1YQJ5的接点引入（正母二次电压）。

如果由于运行方式调整，该间隔要从正母倒至副母运行，正常情况下，受正母闸刀辅助接点控制的单位置继电器1YQJ1、1YQJ2及双位置继电器1YQJ3、1YQJ4、1YQJ5都应返回，相反，受副母闸刀辅助接点控制的单位置继电器2YQJ1、2YQJ2及双位置继电器2YQJ3、2YQJ4、2YQJ5都应励磁。这样，在图2中保护装置的电压将由双位置继电器2YQJ5的接点引入（副母二次电压）。

以上所述为正常的动作过程，假如在正母倒至副母的过程中，正母闸刀1G的常闭接点没有到位，则双位置继电器1YQJ3~5无法返回，继续励磁。这样图2中1YQJ5和2YQJ5的接点就都在闭合状态，正母二次电压和副母二次电压就并列在一起了，显然这种并列是非预期的并列，称为异常并列。

电压二次异常并列会导致严重的后果。图3是正常情况下的PT二次负荷流向示意图（红色线条表示电流流向，间隔于副母运行）。此时PT二次回路上流过的是正常负荷电流。

如若电压二次处于异常并列状态没被发现，同时其中一条母线进行停役操作，在操作过程中会发生二次短路并向停电PT一次进行反充，其原理如图4示意。

图中正母停运，付母向正母反充，此时保护装置的PT二次负荷可以忽略不计，而形成如图红色线条所示的异常负荷流向，显然此电流是短路电流，其值足以使运行中的副母ZKK跳闸，从而导致全所保护失压，甚至导致保护不正确动作。

如何发现异常并列

为了防止发生以上的异常情况，有必要及时发现异常并列的情况。此时就要依靠“切换继电器同时动作”这个信号。在现场该信号的合成有两种方式，一种是使用单位置继电器的接点合成，另外一种是使用双位置继电器的接点，如图5所示。

显然如果采用单位置继电器1YQJ1、2YQJ1组成的信号回路并不能反映上述母线闸刀常闭接点不到位的情况，因为1YQJ1、2YQJ1的励磁与否完全受母备，以此来有效减小距离，实现保护目的；第四，变压器保护过程中，避雷器、变压器之间的距离，应当控制在一定的范围之内，不能超过5米；第五，变压器低压侧，应当安装低压避雷器，以免因正、反变换电压对过变压器产生不利影响。通过对顺德龙江地区的配电网分析，并且对10kV避雷器施工安装方式进行核实。从现场分析结果可以看出，多数避雷器均按照规程要求进行施工安装。然而，即便如此，也难免存在一些问题与不足。比如，避雷器接地线太长，因电感造成电压升高，防雷效果减弱。避雷器施工过程中，安装的具体位置与被保护设备之间的距离太远。以高电压、绝缘配合规范为基础，避雷器施工安装点与被保护设备之间的距离越近，则其保护效果就会越显著。此外，还存在着变压器低压侧没有安装低压避雷器现象，以导致部分用户在雷电袭击时，家用电器等因遭到雷击而造成严重损坏。绝缘防护过程中，采用绝缘导线以及防弧线夹，可在一定程度上降低雷击事故发生率。防弧线夹施工安装的目的在于避免雷击将绝缘导线烧坏，具体安装如下图所示。

（图5：防弧线夹示意图）

从目前龙江供电所10kV配网防雷技术应用实践来看，所采用的防雷设施中，以避雷器的作用较为显著。10kV配网线路防雷过程中，通常是基于在配变开关以及电缆等高压设备侧安装适当避雷器的方式，有效规避雷电造成的损害。从应用实践来看，该方法也有其自身的缺点。当雷击发生以后，之所以安装有避雷器的变压器运行时仍会发生雷击事故，原因是运行中的部分配变压器低压侧没有安装低压避雷器，可能会导致配变高低压侧受损事件的发生。10kV配网线路避雷器运行过程中，塔顶电位超过配电线路相导线上因感应、耦合而产生的绝缘子串放电电压与电位电压总和时，绝缘子串就会发生闪络现象，以致于断路器出现动作，严重影响整个配电系统的正常运行。10kV配电系统中，如果安装避雷器，则当配电线路在遭到雷击时，可以分流雷电电流，部分雷电电流经导线流向另外一些杆塔；同时，其他雷电流通过塔体流入到大地。实践中，若雷电电流超过某一程度，则避雷器进行继续分流，此时电流大部分通过避雷器流入大地。值得一提的是：雷电电流经过导线时，会产生一定的交流耦合分量。较之于流经导线电流分量而言，避雷器电流分量要高出很多。基于此，该种电流分量耦合作用，会大大抬高导线电位，使塔顶与导线电位差小于绝缘子串放电电压，以此来有效避免绝缘子串出现闪络问题。

结束语：总而言之，本文对10kV配网避雷器运行状态采用仿真建模方式进行了分析，得出的结果是安装避雷器能够对电位进行有效的钳制，同时这也是10kV配网线路避雷器防雷的功能体现。结合龙江地区10kV配网建设情况，提出以下建议：土壤电阻率相对较低的区域，建议采用降低塔体接触电阻的方法防雷；土壤电阻率相对较高的区域，建议在线路上安装避雷器，以免配电线路受到雷击。

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