Commissioning Procedure of 220 kV Load Substation with  Double Busbar System and Analysis on Protection Operation
 

　　摘　要：以廊坊地區策城220 kV變電站為例，介紹了雙母線接線220 kV負荷變電站的啟動投運程序以及在啟動過程中繼電保護和自動裝置投入/退出次序，并對繼電保護和自動裝置的動作行為、保護的選擇性、速動性、可靠性進行了分析。
　　關鍵詞：變電站；投運程序；繼電保護；動作分析?

　　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，隨著電網建設速度的加快，作為分配負荷的220 kV變電站的投運日益增多，在投運過程中如何保證系統的穩定和一次設備的安全，避免投運期間失去快速保護成為新設備投運亟待解決的主要問題。?

1策城220 kV負荷變電站系統規模及保護配置
1.1系統規模
　　目前，廊坊供電公司新建220 kV負荷變電站均采用雙母線接線，策城變電站亦如此。該變電站安裝2臺180 MV·A的主變，220 kV進線2回；110 kV本期采用雙母線接線，110 kV出線12回；10 kV采用單母線接線，按主變容量20%配置并聯電容器。本期系統主接線如圖1所示。
1.2保護配置

 

　　按照GB 14285-1993《繼電保護和安全自動裝置技術規程》和華北電網公司下發的《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求實施細則》，該變電站220 kV線路兩側均配置2套全線速動主保護及完整的后備保護；母線裝設2套快速母線保護及失靈保護；變壓器配置2套電氣量保護，1套非電量保護；110 kV線路配置1套階段式距離保護，母聯開關裝設充電保護。?

2新投變電站應遵守的原則
　　在沒有利用負荷電流和工作電壓檢查相量之前，對于被保護設備或線路上發生的短路故障，一切帶有方向的保護和一切電流差動保護（母差保護、變壓器差動保護、線路縱差保護）都視為不可靠或不正確動作。因此，新投產的220 kV負荷變電站在啟動過程中必須遵守下列原則。
　　a. 母差保護退出運行時，禁止母線上的任何倒閘操作（指連接于母線上刀閘的操作）。 
　　b. 投運過程中必須保證有能夠瞬時切除母線或變壓器故障的保護，允許部分保護非選擇切除故障。
　　c. 新元件投運前，退出新元件所連接母線的母差保護，待新投設備或線路帶負荷后，測量新投設備或線路的母差保護電流相量正確，檢查差電流正確后，再投入母差保護。
　　d. 變壓器充電前投入變壓器差動保護，變壓器帶負荷前退出差動保護，變壓器帶有部分負荷，檢查變壓器差動保護電流回路相量正確，差電流正確后再投入變壓器差動保護。
　　e. 繼電保護相量檢查作為投運程序的一個組成部分，電流差動保護的相量檢查應滿足的原則是：對于電流差動保護相量檢查，應在同一時刻對組成差動保護的所有電流相量測量后，進行比較分析，以檢查各組TA接線的正確性，同時要檢查差回路電流（或差電壓）是否合格；當有新元件接入差回路，新元件帶負荷后，應測量包括新投元件在內的所有運行設備的電流相量，進行比較分析，以檢查各組TA接線的正確性，同時要再次檢查差回路電流（或差電壓）是否合格。?

3新投變電站投運程序及保護動作分析
3.1繼電保護的投入
　　一次設備投運前按繼電保護現場運行規程投入保護，并滿足下列要求：
　　a. 投入#1~#3開關輔助屏上的母線充電保護。 這些保護按躲變壓器勵磁涌流，且保證#1~#3開關到變壓器高壓側套管短路有靈敏度整定。
　　b. 投入#8開關保護屏上的母線充電保護。
　　c. 退出#1、#3開關非全相保護（如果開關不需要合單相核相，非全相保護不退）。
3.2投運程序
3.2.1220 kV母線投運程序
　　a. 分別用#1開關的A相和B相對#4母線充電。當#1開關合于故障母線時，對于母線保護，只有#1開關的TA帶電，不存在TA極性問題，#1開關輔助屏上的母線充電保護和母差保護都能可靠動作，跳開#1開關，切除故障。
　　對于線路Ⅰ縱聯方向保護，若#1開關TA極性正確，不論線路Ⅰ對端廠站出線間隔開關TA極性正確與否，#1開關保護判斷為反方向故障，正方向判別元件不動作，收發機不停信，線路保護被閉鎖；若#1開關TA極性不正確，線路Ⅰ對端廠站出線間隔開關TA極性正確，線路Ⅰ兩側開關保護判別元件判為正方向，使收發機停止發閉鎖信號，線路Ⅰ兩側收發信機收不到閉鎖信號造成線路保護非選擇切除故障。
　　對于線路Ⅰ光纖差動保護，若#1開關與線路Ⅰ對端廠站出線間隔開關TA極性均正確，差動電流較小，差動保護可靠不動作；若#1開關與線路Ⅰ對端廠站出線間隔開關TA極性有且只有一側不正確，差動電流為故障電流的兩倍，線路保護非選擇切除故障。?
　　#5開關對于線路Ⅰ后備保護，不論#1開關與線路Ⅰ對端廠站出線間隔開關TA極性正確與否，可通過后備保護整定時間滿足保護選擇性要求，可靠不動作。
　　b. 分別用#3開關A相和B相對#5母線充電。當#3開關合于故障母線時，由#3開關保護屏上的母線充電保護跳開#3開關，切除故障。?
　　對于母差保護，存在#1開關對#3開關TA極性問題，若#1開關相對于#3開關TA極性接線正確，母差保護正確動作（#5母線小差動動作），跳開#3開關，有選擇地切除故障；若#1開關相對于#3開關TA極性接線不正確，#4母線小差動動作（極性接反，#4母線小差動為#1開關與#3開關電流同相位，所以#4母線小差動會動作），#5母線小母差也會動作（#5母線小母差只有#3開關一個電流，#5母線小差動也會動作），跳開#1和#3開關，非選擇切除故障。
　　c. 用#4母線TV定相，且#4母線TV與#5母線TV定相（檢查送過來的單相是否正確，并檢查兩組母線TV一、二次接線是否正確）。
　　d. 拉開#3開關A相或B相及一側刀閘。
　　e. 拉開#1開關A相或B相。
　　f. 投入#1開關非全相保護，投入#3開關非全相保護。
　　g. 合上#1開關（三相），對#4母線全電壓充電； 合上#3開關，對#5母線全電壓充電，用#4母線TV與#5母線TV三相定相。?
　　h. 拉開#3開關，合上#2開關，對#5母線全電壓充電。當#2開關合于故障母線時，#2開關輔助屏上的母線充電保護可靠動作，跳開#2開關，切除故障。
　　對于母差保護，母線故障判別元件的大差動繼電器存在#1、#2開關TA極性問題，但由于#3開關在分閘位置，若#2開關合于故障母線時， #1開關沒有短路電流，母線大差動元件只有#2開關的一個電流，母線大差和#5母線小差保護仍能可靠動作，跳開#2開關，有選擇地切除故障。
　　對于線路Ⅱ縱聯方向保護動作、線路Ⅱ光纖差動保護動作、線路Ⅱ后備保護動作的分析同a.。
　　i. 用#4、#5母線TV核相（檢查兩回電源線路接線正確，電壓相序、相位相同，幅值相等）。
　　j. 用#3開關對兩回電源線路試并列。#3開關在操作過程中，若#4或#5母線發生故障，首先由#3開關保護屏上的母線充電保護動作跳開#3開關。由母差保護動作及#1開關（或#2開關）輔助的母線充電保護動作跳開故障母線上的線路開關，切除故障。
　　對于線路Ⅰ或線路Ⅱ上發生的短路故障，在本側由#1、#2開關輔助屏上的母線充電保護動作或#3開關保護屏上的母線充電保護動作，跳開#1、#2或#3開關。在對側由線路開關輔助屏上的充電保護動作或母聯開關保護屏上的母線充電保護動作，切除故障。
　　k. 拉開#2開關。
3.2.2#1、#2主變投運程序及動作分析
　　a. 在#4母線上用#4開關對#1主變充電。
　　b. 在#5母線上用#5開關對#2主變充電。
　　c. 投入#1主變10 kV母線充電保護。
　　d. 用#9開關對10 kV#4母線充電。
　　e. 投入#2主變10 kV母線充電保護。#1、#2主變10 kV母線充電保護按低壓側母線處可靠系數Klm=2，0.2 s跳主變低壓側開關整定。
　　f. 用#10開關對10 kV#5母線充電。
　　g. 用10 kV#4母線TV與220 kV#4母線TV定相。
　　h. 用10 kV#5母線TV與220 kV#5母線TV定相。
　　i. 用10 kV#4、#5母線TV核相。
　　分析：
　　對于220 kV母線及主變220 kV側引線橋發生的故障，由#1開關輔助屏上的母線充電保護或#3開關保護屏上的母線充電保護動作，跳開#1開關或#3開關切除故障。
　　對于#1、#2主變220 kV引線橋上發生故障，如果220 kV母差保護TA極性接線不正確，母差保護會誤動，跳開各220 kV開關非選擇切除故障。
　　對于220 kV母線發生的故障，如果母差保護各組TA極性接線正確，由母差保護有選擇性動作切除故障；如果母差保護各組TA極性接線不正確，由母差保護非選擇性動作切除故障。
　　對變壓器內部發生的故障，由瓦斯保護或差動保護動作切除。
　　對變壓器外部差動保護區（中、低壓側引線橋）內的故障，只有差動保護高壓側TA有電流，差動保護可靠動作跳開三側開關切除故障。
　　對低壓側母線發生的短路，由變壓器低壓側后備保護不經復壓閉鎖電流Ⅰ段、主變10 kV母線充電保護動作跳開#9、#10開關切除故障。
　　j. 退出#1、#2主變10 kV母線充電保護。
　　k. 退出#1、#2主變差動保護。
　　l. 分別用#13、#14開關對電容器充電。?
　　m. 分別用#15、#16開關對電容器充電。
　　n. 220 kV線路Ⅰ保護、 220 kV母差保護相量檢查。
　　分析：
　　對于220 kV母線及主變220 kV側引線橋發生的短路故障、220 kV母線發生的故障，動作分析同 i.。?
　　對變壓器內部發生的短路，由瓦斯保護切除。
　　對變壓器中壓側引線橋發生的短路，如果中壓側后備保護使用變壓器套管TA，由中壓側后備保護切除故障，如果中壓側后備保護使用外附TA，由220 kV側后備保護切除故障。
　　對低壓側引線橋發生的短路，由220 kV復壓閉鎖過流保護切除。
　　對低壓側母線發生的短路，由變壓器低壓側后備保護不經復壓閉鎖電流Ⅰ段保護動作跳開#9、#10開關切除故障。
　　o. 合上#2開關。
　　p. 拉開#1開關。?
　　q. 220 kV線路Ⅱ保護、220 kV母差保護相量檢查。?
　　在此期間，對于220 kV母線及主變220 kV側引線橋發生的短路故障，由#2開關輔助屏上的母線充電保護或#3開關保護屏上的母線充電保護動作，跳開#2開關或#3開關切除故障。
　　r. 合上#1開關。
3.2.3110 kV母線投運程序及動作分析?
　　a. 投入#1主變110 kV母線充電保護。
　　b. 用#6開關對110 kV #4母線充電。
　　對于母線保護，此時，只有#6開關的TA帶電，不存在TA極性問題，當#6開關合于故障母線時，母差保護能可靠動作跳開#6開關，切除故障。同時#1主變110 kV母線充電保護動作跳開#6開關，切除故障。
　　c. 退出#1主變110 kV母線充電保護。
　　d. 用#8開關對110 kV #5母線充電。此時，當#8開關合于故障母線時，由#8開關保護屏上的母線充電保護跳開#8開關，切除故障；對于母差保護，存在#6開關對#8開關TA的極性問題，動作分析同b.。
　　e. 110 kV #4母線TV與110 kV #5母線TV定相（檢查2組母線TV一、二次接線正確）。
　　f. 拉開#8開關。
　　g. 投入#2主變110 kV母線充電保護。#1、#2主變110 kV母線充電保護按中壓側母線處Klm=2，0.2 s跳主變中壓側開關整定。
　　h. 用#7開關對110 kV #5母線充電。此時，對于母差保護，對母線故障判別元件的大差動繼電器來說，存在#6、#7開關TA極性問題，動作分析同3.2.1 h.。同時#2主變110 kV母線充電保護動作跳開#7開關，切除故障。
　　i. 退出#2主變110 kV母線充電保護。
　　j. 用110 kV #4、#5母線TV核相（檢查2臺主變接線正確，電壓相序、相位相同，幅值相等）。
　　k. 合上#8開關，#1、#2主變試并列。
　　分析：
　　由于#8開關通常設置1套由開關變位控制投退的母線充電保護，一般整定為0 s動作出口。因此，使用#8開關試并列，如果試并列期間發生短路故障，可瞬時跳開#8開關。
　　110 kV#4母線發生故障，#8開關充電保護動作，跳開#8開關后，110 kV母差大差動雖然存在#6、#7開關TA極性問題，由于#8開關已跳開，#7開關沒有短路電流，110 kV大差動繼電器能可靠動作。110 kV#4母線小母差只有#6開關一個電流，能可靠動作，跳開#6開關，切除故障。
　　110 kV #5母線發生故障，#8開關充電保護動作，跳開#8開關后，110 kV母差大差動雖然存在#6、#7開關TA極性問題，由于#8開關已跳開，#6開關沒有短路電流，110 kV大差動繼電器能可靠動作。110 kV#5母線小母差只有#7開關一個電流，能可靠動作，跳開#7開關，切除故障。
　　l. 調整#1或#2主變分頭，使2臺主變產生環流，達到#1、#2主變保護及110 kV母差保護能進行相量檢查為止。
　　m. #1、#2主變差動保護、110 kV母線保護相量檢查。
　　n. 恢復#1或#2主變分頭位置到正常狀態。
　　分析：從3.2.2 中的第k步退出#1、#2主變差動保護到現在這段時間內，主變差動保護一直在退出狀態，在此期間：#1、#2主變內部發生短路故障，由瓦斯保護動作切除故障。
　　對#1、#2主變220 kV套管到220 kV母線之間發生的短路故障，由#1、#2開關輔助屏上的母線充電保護或#3開關保護屏上的母線充電保護動作，跳開#1、#2開關或#3開關切除故障。
　　對#1、#2主變中壓側引線橋發生的短路故障，如果主變110 kV側后備保護使用套管TA，由110 kV后備保護動作切除故障；如果主變110 kV側后備保護使用外附TA，由主變220 kV側后備保護動作切除故障。
　　對#1、#2主變低壓側引線橋發生的短路故障，由220 kV側后備保護動作切除故障。
　　考慮變壓器差動保護退出時間較長，可采取在退出差動保護之前臨時縮短變壓器高、中壓側復壓閉鎖過流保護時間定值，保證高、中壓側引線橋短路故障的快速切除。
　　o. 投#1、#2主變差動保護。
　　p. 退出#1開關輔助屏上的母線充電保護；退出#2開關輔助屏上的母線充電保護；退出#3開關保護屏的母線充電保護。
3.2.4110 kV線路投運程序及動作分析（以#11線路為例）
　　a. #7開關倒#4母線運行（或拉開#7開關），騰空110 kV #5母線。
　　b. 合上#11開關兩側刀閘。
　　c. 合上#11開關給#11線路充電。
　　分析：
　　如果110 kV母線發生短路故障，由于#11開關沒有短路電流，母差保護的其他元件電流相量已經檢查，確認其TA極性接線正確，因此，母差保護可靠動作切除故障。
　　對于110 kV #5母線和#11線路發生短路故障，由#8開關保護屏的母線充電保護動作，跳開#8開關切除故障。
　　如果#11線路保護TA極性接線不正確，對于#11線路TA以下發生的單相接地短路，可由#11線路手合加速零序過流保護動作切除故障（110 kV線路零序過流保護一般不帶方向）。
　　如果#11線路保護TA極性接線正確，對于#11線路TA以下發生的單相或相間短路，由#11線路手合加速距離保護切除（單相短路也可以由手合加速零序過流保護切除）故障。
　　若使用RCS941A保護，不管線路保護TA極性接線正確與否，由合于故障的相電流保護切除故障。
　　d. #11線路帶負荷后，110 kV母線保護、#11線路保護相量檢查。
　　e. 退出#8開關保護屏的母線充電保護。?

4結束語
　　本投運方案經過策城220 kV變電站啟動投運適用，滿足工程啟動要求，將作為廊坊供電公司編制220 kV負荷變電站工程啟動方案的依據，并可為今后其他地區同類雙母線接線220 kV變電站投運提供參考。