特高压变电站1000kv线路电压检测方案的选择

特高压变电站1000kv线路电压检测方案的选择

0高压串联电抗器运行挑战单段或单段配备高压联合电阻器，用于安装1000kv高压线的高压联合电阻器。运行实践证明,CVT端子箱所处的1000kV变电站的电磁环境明显比500kV变电站更为恶劣1器的工作原理1000kV线路电压检测通过线路CVT二次绕组并联电压型继电器实现,其原理如图1所示。1YJ-9YJ为线路CVT二次绕组并联的电压型继电器,其中1YJ-3YJ并联于线路CVT端子箱内的保护1电压二次绕组,用于启动高抗冷却器控制回路和高抗自动喷水控制回路1.1继电器故障情况电磁式继电器的工频励磁电压是导致其铁芯、绕组振动及噪音的主要因素,在特高压变电站复杂的电磁环境下,电磁式继电器的铁芯、绕组振动及噪音更为显著由表1可知,该18只继电器自投运以来,每年均有故障,至今平均每只故障并被更换2.33次,且10年来已被全部更换。经检查,故障继电器有以下几种情况:(1)动作或返回电压不合格。在1.1倍动作电压下不能可靠动作或在0.9倍返回电压下不能可靠返回。(2)簧片及动触头长期抖动损坏,常开或常闭接点不能可靠断开或闭合。1000kV线路CVT二次电磁式电压继电器较高的故障频次给运行设备带来了较严重的安全隐患。1.2辅助点误闭合案例(1)1000kV高抗的绝缘油冷却方式为自然油循环强迫风冷,线路带电压立即将冷却器投入运行。1000kV高抗冷却器检测线路有压启动原理如图2所示。图2中1YJ,2YJ及3YJ为图1所示中间继电器的辅助触点,三者并联后启动中间继电器ZJ,ZJ继电器的常闭辅助触点闭合后启动中间继电器KA,KA继电器的常闭辅助触点闭合后启动高抗冷却器运转。可见,1000kV线路停电检修期间,若1YJ-3YJ任一继电器不可靠返回(1.1中所列故障),均会将高抗冷却器错误地投入运转,该情况在1000kV特高压南阳站已发生过多次。其关键在于1000kV线路失电后1YJ-3YJ继电器不能可靠返回。为避免该安全隐患,1000kV特高压南阳站采用的办法是:1000kV线路停电转检修后,立即将高抗冷却器电源断开,以防止1YJ-3YJ继电器不能可靠返回而误启动高抗冷却器,同时带来的问题是进行高抗冷却器试验和检修工作时需申请投入冷却器电源,增加了运维检修人员工作量,降低了工作效率。同样,高抗正常带电运行中,若1YJ-3YJ3个辅助触点同时误闭合,将会造成三相高抗冷却器全停事故。根据表1所示,2012年南荆I线间隔、2013年南荆I线间隔、2014年长南I线间隔已分别发生1YJ-3YJ3个辅助触点中2个误闭合案例,若第3个触点再发生闭合,后果十分严重。(2)1000kV高抗为大型充油设备,为了在其存在火灾隐患或发生火灾时,及时将火势控制住,防止事故进一步扩大,其均配置了自动喷水灭火系统,该系统必须在1000kV线路失去电压时才能启动。为防止电压检测接点误启动自动喷水系统,3个电压检测接点串联后接入自动喷水控制回路,其原理图如3所示。图3中ZJa,ZJb及ZJc为中间继电器,检1000kV线路三相均无电压后动作,其辅助常开触点分别经各自相高抗感温电缆动作,信号串联后启动该相自动喷水系统电磁阀DFA,DFB及DFC,电磁阀动作后该相高抗消防管网立即注入高压水并喷淋。由图3原理可知,电磁阀动作需2个条件:一是该相高抗感温电缆动作;二是本文所述线路3只电压检测继电器返回。然而,南阳站现场10余年的运维检修经验表明,受现场复杂的电磁环境影响,火灾报警系统24V控制回路可靠性偏低,当前大型充油设备(高抗、变压器等)感温电缆动作可靠性不足,误动作概率较高。这就要求电磁阀动作的另一条件,即1000kV线路3只电压检测继电器及其回路的动作必须可靠,才能闭锁该回路误导通,否则DFA,DFB及DFC3个电磁阀误动作的可能性大大提高。1000kV线路正常运行期间,若高抗自动喷水系统误动,后果非常严重,可能造成高抗1000kV引线对地闪络,不仅损害特高压一次设备,还严重威胁特高压电网安全然而,南阳站现场10余年的运维检修经验表明(1.1中所列故障),1YJ-3YJ继电器及其辅助触点的可靠性明显不足。南阳站现场为防止1000kV线路正常运行期间,1YJ-3YJ继电器误返回导致1000kV高抗自动喷水系统误动作而造成严重后果,将现场高抗消防主管网阀门关闭,即使DFA,DFB和DFC电磁阀误动作,高抗消防主管网也不会充水。但这样带来的风险是,若1000kV高抗确实发生火灾,高抗感温电缆动作的同时,1000kV线路失压,高抗自动喷水系统也不能及时启动,需要运维人员手动打开消防主管网阀门,势必会造成喷水系统投入延迟,而造成更严重的后果。尤其自2018年国家电网有限公司为提高现场超(特)高压充油设备自动喷水灭火系统的快速及有效性,要求现场所有设备的自动喷水灭火系统必须置“自动”方式,类似南阳站正常运行时关闭大型充油设备消防主管网阀门,发生火灾时手动打开消防主管网阀门的做法已不能满足该项要求。大型充油设备自动喷水灭火系统的可靠性亟需提高,因此提高1000kV线路无电压启动高抗自动喷水灭火系统的功能可靠性是解决该问题的关键所在,提高1000kV线路CVT二次电压中间继电器的可靠性工作更是至关重要。(3)为避免带电合接地刀闸,如图1所示4YJ-6YJ和7YJ-9YJ中间继电器常闭辅助触点分别用于闭锁1000kV线路高抗接地刀闸和1000kV线路HGIS接地刀闸,某些特高压变电站1000kV线路安装有串联补偿电容器(串补)装置,1000kV线路CVT二次中间电压继电器还用于闭锁串补装置接地刀闸。当1000kV线路有电压时,闭锁该接地刀闸的操作。为提高闭锁功能的可靠性,3个常闭辅助触点串联,但带来的问题是:任一继电器或其触点故障不能可靠返回,均会造成1000kV接地刀闸控制回路联锁回路断开,接地刀闸无法操作,严重影响1000kV变电站停送电操作效率。目前的解决方法是,现场发现某1000kV接地刀闸无法操作,若确认为1000kV线路CVT二次中间继电器或其触点未可靠闭合所致,则及时短接该故障的触点,尽快将该刀闸操作完成。因此,1000kV线路CVT二次中间继电器或其触点故障是制约1000kV变电站停送电操作效率的关键因素之一1.3主副电所带负载较少,造成了电压提高和精度不高的问题如图1所示,目前1000kV线路电压检测原理及其方案不仅在启动高抗冷却器功能、高抗自动喷水灭火功能和闭锁1000kV接地刀闸操作功能上存在明显的问题,还存在以下现场问题:(1)CVT二次负载过大。一般CVT二次仅配置2个保护用绕组,如图1所示1000kV线路配置线路电压检测中间继电器3组(1YJ-3YJ,4YJ-6YJ,7YJ-9YJ),这样需要其中一个保护用绕组(例如保护1电压)接入2组电压检测中间继电器,增大了保护1电压绕组的二次负载。典型设计下1000kV线路CVT二次保护绕组所带负载还有线路保护装置、过压远传装置、高抗保护、断路器保护、失步解列装置(1～2套)、稳控装置(2～4套)、录波器等,总计8～12套,所带负载已经较多,再考虑到1000kVCVT端子箱内的2组电磁型电压中间继电器,如此多的负载对于CVT二次绕组的运行是极为不利的,可能会造成电压互感器二次误差增大(2)断路器汇控柜安全隐患。3/2主接线方式下,HGIS汇控柜按照断路器配置,每面屏柜主要包含本间隔二次线及其元件,典型设计下一般不含有出线电压二次线。如图1所示原理,由于所配置中间继电器数量较多(达9个)且1000kV线路CVT端子箱内空间一般偏小,只能将7YJ-9YJ继电器布置于该线路边断路器汇控柜内,需要将二次保护1电压线引至边断路器汇控柜内,该汇控柜内存在非典型二次回路,带来新的危险点,易发生因运维检修工作的疏忽而造成该回路的接地、短路等故障,造成保护装置用电压丢失。2改进的计划2.1继电器的更换问题工频励磁电压下带来电磁型继电器铁芯、绕组振动,是导致簧片、触点损坏的主要原因。固态继电器利用晶闸管的导通、截止原理实现继电器的动作和返回,不存在工频励磁电压下的振动现象,而且固态继电器的动作性能、各项参数均优于电磁式继电器。因此,建议将当前方案中采用的电磁式继电器全部更换为固态继电器,将显著提高继电器的可靠性。该方案的优点是便于现场改造,不改变电压继电器的安装位置,所接二次回路及其线缆基本维持原有不变;缺点是相对于电磁型继电器,固态继电器需要独立电源供电,需要CVT端子箱内为其配置较为可靠的交流或直流电源及其二次线缆,方案稍显复杂。2.2装点式电子线路1000kV特高压变电站场区复杂的电磁环境是造成1000kV线路CVT端子箱内电压继电器损坏的重要因素。1000kV继电保护小室内的电压转接屏为全站1000kV电压二次回路的汇集点,空间也宽敞,完全满足线路电压检测用电压中间继电器的安装要求,而且继电保护小室内电磁环境远优于室外1000kV场区,因此可以将1000kV线路CVT二次电压中间继电器的安装地点由室外CVT端子箱、断路器汇控柜改为1000kV继电保护小室内的电压转接屏,这样也将显著提高电压中间继电器的可靠性。该方案的优点是合理利用了目前变电站空间较为宽裕的电压转接屏,有效避开了复杂的室外电磁环境;缺点是改变了继电器安装位置,相关二次线缆改动工作量较大。2.3继电器输出无压1000kV线路CVT二次测量绕组电压由间隔测控装置采集后送至变电站综合自动化后台,测控装置也具备检测该CVT二次“有压”和“无压”的逻辑与功能,仅需驱动出口继电器输出无源触点即可。线路CVT二次三相中任一相有电压即认为该线路“有压”,驱动出口继电器动作;否则,判断该线路“无压”,出口继电器返回。出口继电器输出常开触点即为“有压”触点;输出常闭触点即为“无压”触点。逻辑原理如图4所示。图4中,“有压”门槛定值可设定为额定电压U该方案的优点是简化了现场元器件和二次线,充分利用了测控装置的原有功能,实现方案简单可靠3特高压变电站接地刀闸问题分析(1)当前特高压变电站1000kV线路电压检测方案在启动1000kV高抗冷却器、1000