110kV供电系统快切装置的应用

李东斌 鱼利萍

摘 要：炼油系统对于电力系统的可靠性要求很高。文章通过分析某炼油厂变电站3台变压器、两段母线的特殊接线方式的实际运行工况，进行快切装置设计，成功实现了某炼油厂系统3台变压器两两互为备用。在电力系统运行过程中，任何一台主变故障都会有备用变压器自动快速投入运行，保证所有电气设备不断电，进而保证电力系统发生故障不影响炼油装置的连续生产，大大提高了全厂的经济效益。

关键词：快切装置；变压器；闭锁逻辑；保护

随着生产规模不断扩大，某炼油厂变电站几经扩容扩建，形成了一种特殊的电气主接线方式：变电站有3台变压器，其高压侧为单母分段、低压侧为两段母线3个进线。正常运行方式为：1#、2#主变运行，3#主变冷备用。在技改过程中由于种种原因，导致变电站的核心保护装置—快切装置一直无法投入运行。变电站也因此不能将3#主变安全可靠地投入运行。本文就是针对这一难题进行分析研究，以期解决影响变电站安全运行的技术瓶颈，从而提高了变电站供电可靠性。本文引入了转换开关设计出闭锁控制原理。巧妙地利用转换开关解决了多台快切装置相互干扰，避免了因逻辑错误而导致快切装置误动。还对原有的保护装置进行了保护升级改造，开放了其备用的保护出口。最后对高压配电柜的原理接线等进行了一系列的改造，从而保证快切保护装置可以安全可靠运行。

1 闭锁原理及设计

某炼油厂变电站几经扩，电力系统变得非常复杂，变电站的电气主接线如图1所示。

根据变电站不同运行工况，要求不同的快切保护装置投入运行，主要包括以下3种工况：（1）1#主变和2#主变运行时，1-2#快切保护装置运行，2-3#快切保护装置闭锁和1-3#快切保护装置闭锁。（2）1#主变和3#主变运行时，1-3#快切保护装置运行，2-3#快切保护装置闭锁和1-2#快切保护装置闭锁。（3）2#主变和3#主变运行时，2-3#快切保护装置运行，1-2#快切保护装置闭锁和1-3#快切保护装置闭锁。

闭锁不同于连锁，闭锁就是指当A发生某种动作或处于某种状态时（比联锁多了一个“动作”），B不能怎么样。为此需要设计快切保护装置相互间闭锁控制，防止逻辑上发生冲突，以保证某一台快切保护装置运行时会准确给其他两台快切保护装置发出闭锁命令。设计要求3台装置具有平等关系，逻辑上要求它们相互制约，互为对方的闭锁发令者。在不同的运行工况下，需要启用不同的快切保护装置，其他快切保护装置务必要处于闭锁状态。快切保护控制各断路器的控制如图2所示。

3台快切保护装置就是一个矛盾体。为了解决3台快切保护装置之间的冲突，防止正常操作时发生误动作信号。结合快切保护装置的特性，设计了快切装置相互闭锁并根据系统运行方式进行切换的控制原理。这里的闭锁控制是通过一个只有3个位置的转换开关来实现。

设计选用的是型号为：LW5-15 D 0724/3的转换开关。它的工作特点是它只有﹣45°，0°，﹢45°，3个位置，每个位置都具有定位功能不带自复位功能，带6组辅助接点。确保在任何时刻都只有一台快切装置投入运行，其他两台处于闭锁状态。本次改造巧妙地利用了快切特殊的功能闭锁端子来实现了快切装置相互间闭锁控制[1-3]。

2 硬件难题解决

2.1 增加断路器辅助点

变压器二次侧是10 kV系统，系统Ⅰ段进线、Ⅱ段进线、Ⅲ段进线、母联开关断路器辅助点不足。10 kV系统使用的断路器是西门子厂家生产的型号为：3AH6116-7AF50-0FD9的断路器。三台进线断路器和一台母联断路器需要为每台快切保护装置提供一付分闸辅助点和一付合闸辅助点。对于西门子生产的3AH6116-7AF50-0FD9的断路器，其辅助点过多地使用在多个状态显示上。针对状态显示对时效性和可靠性要求较低的特点，采取了将各个装置中显示断路器的辅助点全部改在新增的中间继电器上，将断路器本身的辅助点用在对时效性和可靠性要求高的快切保护装置上。

2.2 电压、电流控制回路设计

10 kV的1#、2#电压（进线系统）在原1-2快切保护装置上取得。3#主变的电压由于其运行方式的不确定性：可能在1段母线上，也有可能在2段母线上，因此，需要在3#进线柜上对两个隔离开关进线互锁，再根据隔离开关情况对应母线的PT电压。3#电压取自3#进线高压柜经转换后的实际电压。由于电流回路过长所带负载过多会导致电流失真。可配电柜已经没有足够的空间新增一组电流互感器。根据实际情况，在10 kV的1#进线、2#进线电流在1#主变保护屏、2#主变保护屏的变压器低压后备保护的保护电流上串联比较合理。最终将进线保护装置、主变低后备保护装置、快切保护装置串联在一个保护回路中。

2.3 保护装置升级改造

某炼油厂变压器采用的是安瑞电气公司的FSA系列保护装置。该系列的保护装置保护动作出口只有一个，只能闭锁一台快切快切装置，无法满足3台快切装置同时运行要求，该保护装置的原端子接线图如图3左侧所示，线路“保护闭锁”需增加一个出口；主变保护屏上“保护启动”需增加一个出口，进线1.2.3的“HHJ”需增加一个出口。对原保护装置进行了升级改造，开放了原来备用出口。原端子图及改造后的端子图如图3所示。

3 系统调试

新的技改过的电气设备投运前各个系统必须要经过严格的调试工作。在调试过程中，要考虑各种运行工况以及模拟系统运行过程中可能发生的各种故障情况。调试工作主要分为各种故障工况下对应快切保护装置可靠动作和各种非正常运行工况下，相应快切保护装置可靠不动作[4-5]。

10 kV系统中：1-3快切保护装置对应1#进线、3#进线和母联的动作情况；2-3快切保护装置对应2#进线、3#进线和母联的动作情况（见表1）。

经试验，新增的4台快切保护装置在闪电过程中快速合闸间隔时间缩减到92 ms，且时间上远短与原来2台快切装置的125 ms，完全满足使用要求。与此同时，还新增了快切保护装置替代人工进行系统运行方式切换功能。

4 结语

快切装置以断电时间短为其主要特点。它对电力系统冲击很小，其强大的逻辑运算功能可以确保电力系統发生故障时对进线进行准确切换。快切保护装置可以减少因电力的中断而使企业造成的损失。某炼油厂通过快切装置的设计，有效地解决了某炼油厂的供电系统的不稳定性，2016年投用至今，成功避免了5次闪电事故。快切保护装置每避免一次全厂非计划停车事故，可以避免两千多万元的损失。有力地保证了炼油生产的平稳运行，大大提高了炼油厂的经济效益。

[参考文献]

[1]白玉岷.电气工程安装及调试技术手册[M].3版.北京：机械工业出版社，2013.

[2]黄伟.电气技师手册[M].北京：机械工业出版社，2016.

[3]戈东方.电力工程设计电气设计手册电气二次部分[M].北京：中国电力出版社，2016.

[4]张怀天，荆龙，吴学智，等.电力电子变压器自治运行控制策略[J].电力系统自动化，2017（11）：1-6.

[5]李红伟，刘宇陆，金勇，等.面向高压配电网负荷转供中的开关动作时序判定策略[J].电力系统自动化，2018（1）：1-9.