500 kV变电站站用交流电源系统原屏改造

张莉珠

（广东电网有限责任公司佛山供电局，广东 佛山 528000）

站用交流电源系统由站用变压器电源、站用变压器、380 V低压配电屏、保护测控、交流供电网络组成[1]，是保证变电站内所有设备正常运转的核心，其为直流系统、UPS不间断电源系统、冷却器系统、消防系统、通风照明、生活办公用电等设备设施提供可靠工作电源，其中直流系统为一次设备提供可靠操作电源、为保护及自动装置、监控系统等二次设备提供可靠工作电源。如果站用交流电源系统失压，不仅会对变电站内各种设备和系统的运行安全造成极大影响，还可能导致越级跳闸、大面积停电等严重后果[2]。

近年来电力系统500 kV变电站站用交流电源全停事件屡见不鲜，究其原因，主要是由于开关配置选型不当、负荷分配不合理、保护级差配合失配、380 V备自投策略设置不合理等。为此，根据南网反措要求，500 kV东坡变电站（以下简称东坡站）站用交流系统进行了针对性的改造。

1 站用交流电源系统改造前概况

1.1 站用交流电源系统配置

东坡站站用交流电源系统属典型500 kV变电站的站用交流电源系统。

东坡站分别从#3、#4主变变低引接一台35 kV站用变压器，可实现互为备用，从站外可靠电源引接1回10 kV站用变压器作为专用备用变压器。此外，配置一台可快速自启动的柴油发电机组作为应急电源。三台站用变压器采用有载调压的干式变压器，容量均为1000 kVA。站用交流电源系统额定电压为380/220 V，采用三相四线制。500 kV东坡变电站站站用交流系统原理图如图1所示。

图1 500 kV东坡变电站站用交流系统原理图

东坡变电站在中央配电室配置12面低压配电屏，其接线方式为单母线分段接线方式，共有3路交流380 V进线。其中，I路备用电源取自外部10 kV电源的10 kV#0站用变，II路工作电源取自本站35 kV#1、#2站用变，工作电源设置有ATS自动切换装置。整套交流系统设置有进线屏4面，馈线屏8面，630 A出线2回，400A出线8回，250 A出线4回，160 A出线16回，100A出线62回。此外，由于主控楼与中央配电室距离较远，在主控楼交流配电室另设置4面专用配电屏，为单母线分段接线方式，母线之间不设自动投入装置，由中央配电室的2回630 A馈线分别供电。柴油发电机应急电源设有出线2回，分别接于中央配电室380 V 1M母线、主控楼交流配电室380 V IIM母线，必要时通过母联开关3QF将系统并列。

1.2 站用交流电源系统运行方式

东坡变电站交流电源系统正常运行方式为：#1站用变供中央配电室380 V 1M母线，同时经该母线上馈线空开给主控楼交流配电室的380 V IM母线供电；#2站用变供中央配电室380 V 2M母线，同时经该母线馈线空开给主控楼交流配电室的380 V IIM母线供电；#0站用变供中央配电室380 V 0M I段母线和380 V 0MⅡ段母线空充运行。380 V 1M母线、380 V 0MI段母线自动转换开关#1ATS 400甲开关工作在“自动Ⅱ路”工作模式；380 V 2M母线、380 V 0MⅡ段母线自动转换开关#2ATS 400乙开关工作在“自动Ⅱ路”工作模式。主控楼交流配电室的380 V IM母线和380 V II母线分列运行。

1.3 站用交流电源系统ATS自投策略

当任一台工作站用变压器（#1或#2站用变）失压时，ATS自动转换开关（400甲或400乙）经短延时快速切换至I路，转由#0站用变压器继续供电，其供电路径为10 kV外部电源→#0站用变→380 V 0M I段母线（380 V 0MⅡ段）→400甲开关I路（400乙开关I路）→380 V 1M母线（380 V 2M母线）→负荷。

当工作站用变压器（#1或#2站用变）电压恢复，手动复归ATS控制器后，ATS自动转换开关（400甲或400乙）经长延时切换至II路，恢复正常供电方式。

正常供电方式下，当专用备用变压器（#0站用变）失压，ATS自动转换开关不动作。

2 站用交流电源系统改造原则

2.1 改造总体概况

为满足公司变电站380 V站用交流开关优化配置专项整改措施的配置要求，结合东坡站实际，采用原屏改造方式，对交流进线屏、交流馈线屏、二次跳闸回路等进行改造。同时借助此次改造，将原来不满足防火分隔要求的动力电缆、控制电缆与通信电缆同沟敷设问题通过加装防火槽盒或防火隔板的方法予以解决。

2.2 开关重新选配

将不具备四段保护功能的380 V进线开关及额定电流400 A及以上馈线开关全部更换为具备四段保护功能的空开，同时加装中性线电流互感器（下文简称零序TA）与其配合使用，以满足上级主变变低与站用变保护、站用变保护与380 V进线开关、380 V进线开关与主馈线开关、主馈线开关与分馈线开关保护之间的级差配合，从而降低站用交流电源系统380 V母线失压的风险。

2.3 负荷重新分配

采用“主馈线开关+分馈线开关”模式，额定电流400 A及以上馈线开关直接接至380 V母线上，每段380 V母线设置3～4个主馈线开关，额定电流400 A以下馈线开关按以下原则接入主馈线开关：将检修、照明、试验等非直接影响设备运行的辅助电源归类单独接在同一个主馈线开关；将影响设备运行的辅助电源（如断路器机构箱、刀闸机构箱、端子箱、主变风冷控制箱、有载调压机构箱等电源）分类拆解，基于分散布置、同时停电概率最小原则，平均分配至其他主馈线开关[3]。为实现上述“主馈线开关+分馈线开关”模式，本次改造在每个馈线屏加装分支馈线铜排，经主馈线开关连接至380 V主母线，分馈线开关（额定电流400 A以下）分别连接至分支馈线铜排上，并对不满足迁改条件的馈线电缆进行更换。

2.4 二次回路改造

东坡站380 V ATS原已接入的ATS闭锁回路，本次改造不涉及ATS闭锁回路的改造。#0、#1、#2站用变原已具备站用变低压侧开关遥控跳闸功能，因此本次改造新增了4回电缆用于站用变低压侧开关保护跳闸回路。此外，由于#0站用变保护原先仅有一组跳闸接点引至端子排，因此本次改造需增加一组跳闸接点引至端子排，以实现跳#0站用变低压侧两个开关的功能。

2.5 保护配合及选择性实现

改造后站用变高压侧开关投入两段式过流保护，其电流速断保护与上级主变低压侧限时电流速断保护反配，以确保35 kV母线故障快速切除；站用变过流保护按可靠躲过电动机最大启动电流，并对380 V母线故障有不小于1.5的灵敏系数整定，可取4～6倍站用变高压侧额定电流。380 V进线开关投入两段式过流保护，其短延时段与站用变过流段保护配合整定，长延时段可按1.2倍站用变低压侧额定电流整定。380 V主馈线开关（直接接于母线的额定电流400 A及以上的馈线开关）长延时段的反时限特性与380 V进线开关对应反时限段（或定时限段）配合整定。

改造后站用变低压侧零序保护和380 V进线开关保护动作闭锁ATS自投。当站用变低压侧零序保护动作时，其故障点可能是站用变内部，也可能是站用变外部。站用变内部故障，不应闭锁ATS自投；站用变外部故障，380 V工作母线故障应闭锁ATS自投。由于东坡站的站用变低压侧出线套管至380 V进线开关之间采用封闭母线形式，故障几率很小，为了确保不出现ATS误投于故障母线而导致全站交流失压现象，本次改造采用了站用变低压侧零序保护和380 V进线开关保护同时闭锁ATS自投的保守模式。其中，站用变变低零序保护动作由独立保护接点实现闭锁；380 V进线开关利用其电子脱扣器输出的脱扣动作接点经中间继电器重动后实现闭锁并发信，且ATS控制器具备记忆功能，即便保护动作接点和脱扣动作接点返回，ATS也不会动作合于故障母线。东坡站交流电源系统改造前后保护配置对比图如图2所示。

图2 东坡变电站交流电源系统改造前后保护配置对比图

3 站用交流电源系统改造风险分析

站用交流电源系统改造工期长，工序复杂，不同改造阶段存在的风险各有差异。掌握不同阶段的关键风险及管控措施，有助于运行人员在许可工作、现场管控、验收等方面把握关键点，防止事故事件的发生。

3.1 前期不停电改造阶段

前期准备施工包括敷设改造电缆到位、新增联跳站用变低压侧开关二次电缆敷设到位、电缆防火改造等。该阶段为不停电作业，施工范围大，涉及中央配电室、继保室、电缆层室以及全站大范围电缆沟，存在踩踏电缆、误伤、误碰运行回路、大力拉扯运行中电缆造成设备故障跳闸、人身触电的风险，以及防小动物设施封堵不及时导致小动物进入造成设备故障跳闸等风险。此次改造，运行人员通过开展防小动物及电缆隐患排查、旁站监督等手段，确保做到了“一开挖，立敷设，敷设毕，即封堵”。过程中发现了中央配电室9P至消防水泵房电源箱的电缆受损情况，及时上报并完成更换。电缆受损情况如图3所示。

图3 电缆受损情况示意图

3.2 轮流停电改造阶段

改造期间，380 V母线不可能同时停电配合，需采用轮停的方式开展。东坡站交流电源系统改造停电施工分为3个阶段：#1站用变、380 V 1M母线、380 V 0M I段母线同停阶段；#2站用变、380 V 2M母线、380 V 0M II段母线同停阶段；#0站用变、380 V 0M I段母线、380 V 0M II段母线同停阶段。

轮停改造阶段除了存在上述不停电改造阶段的风险外，还存在误碰交直流电源、设备损坏、拆接线错误等风险。由于本阶段工作地点集中在低压配电屏，作业空间狭小，设备密集，且380 V交流系统设备走向不像高压设备直观，因此确保所有来电侧断开并隔离、识别工作地点附近的保留带电部位是保证施工安全的关键。

3.2.1 来电侧识别及隔离

为了确保供电可靠性，500 kV变电站一般对高压场地内的动力电源采取环网供电方式。对于交流环网供电回路，禁止将两段不同源交流回路并列，为了避免误并列，东坡站将环网点设置在中央配电室的馈线屏并张贴本空开常合（常断）、对侧空开常断（常合）标签。当馈线屏对应母线全停后，运行人员必须注意到涉及环网断开点的馈线空开下端仍带电，进行屏内电缆更换、空开加装等改造工作前必须将可能来电的各侧电源从前一级空开处断开。

以#1站用变、380 V 1M母线、380 V 0M I段母线同停阶段为例，如图4 220 kV设备动力环网图（部分）所示：环网回路一环网点设置在中央配电室3P 305空开（常断）和9P 906空开（常合），环网回路二环网点设置在中央配电室3P 303空开（常合）和9P 904空开（常断）。380 V 1M母线停电操作时，303空开断开，904空开合上。停电操作后，305、303空开下端仍带电，为有效隔离带电部位，确保施工人员人身安全，需分别从前一级空开处断开，即断开#2变中就地汇控柜8AD1第一段总交流电源I空开、220 kV#2分段就地汇控柜8AD1第一段总交流电源I空开。

图4 500 kV东坡站变电站220 kV设备动力环图（部分）

此外，还有一种非典型环网情况。如图1东坡变电站站站用交流系统原理图所示，该停电阶段，主控楼配电系统并列运行，母联3QF合上，由380 V 2M母线的1108空开供电，此时给主控楼380 V I母供电的210空开断开后其下端仍带电，需断开主控楼交流配电室的1QF空开以切断各侧电源。

可通过观察空开指示灯初步判断馈线空开是否仍带电，但由于指示灯故障概率较高，不可以此作为可靠判据，需要求工作人员用万用表测量空开上下两端确实无压后方可开展工作。对于工作要求断开的空开，应设置“禁止合闸，有人工作”标示，防止误合，尤其是上述不在工作地点范围但作为电源断开点的空开。

3.2.2 工作地点附近带电部位识别及隔离

采用轮停方式改造，母线不能全部同时停电，加之低压配电屏内设备密集、穿越等情况，工作地点附近不可避免存在带电运行部位。识别出作业过程可能误碰的带电部位，并采取相应控制措施如对裸露带电母线加绝缘挡板隔离、对运行中设备贴封条提醒、异地动火作业等，是保证人身安全及设备安全可靠运行的关键。

以#0站用变、380 V 0M I段母线、380 V 0M II段母线同停阶段为例，该阶段需完成380 V 0M I段进线405开关和380 V 0M II段进线406开关的更换及零序TA、#0站用变低压侧开关保护跳闸回路新增，其工作地点涉及7P进线屏及8P进线屏。7P（8P）进线屏中不存在母线穿越情况。如图5所示，7P进线屏内左侧与6P馈线屏有连通部位且未设置安全隔板，而加装零序TA的位置与该孔洞距离较近，容易误碰孔洞内的380 V 1M母线，若母线绝缘外包破损，将可能导致人身触电或设备跳闸，因此需在此处装设绝缘隔板。如图6所示，8P进线屏和9P馈线屏的连通部位，原已具备安全隔板，但由于该隔板仍有小孔，为确保安全，可采用贴封条的形式。

图5 7P进线屏与6P馈线屏的连通部位示意图

图6 8P进线屏与9P馈线屏的连通部位示意图

3.3 验收阶段

本次改造涉及负荷重新分配、新增保护功能、更换开关、新增零序TA、馈线铜排、分支零线铜排等，设备、元件及回路均发生变化，把握验收要点是确保站用交流系统安全可靠运行的关键。运行人员验收时，应把握以下几个要点。

3.3.1 资料、材料验收

其一，检查改造涉及的所有设备元件相关出厂资料、技术说明书、调试报告及安装记录正确齐全。

其二，基于竣工图纸滞后移交，短期内站内运维依赖于临时竣工图纸的实际，需确保临时竣工图纸正确齐全，实际施工与设计图变动之处已备注修改。

其三，检查专用工具及备品备件齐全，如操作把手、钥匙等，确保满足日常操作、维护需要。

3.3.2 外观验收

其一，检查设备元件外观完好。检查新增更换开关、零序TA、铜排等设备元件安装牢固、接触良好，其接线应整齐、紧固可靠，无积尘、受潮及放电痕迹；检查各电缆无破损，电缆进出口封堵完好；检查各备用元件、线缆用绝缘材料封包完整，无裸露接头。

其二，检查标识清晰正确。标识验收，其总原则为所有发生变化的设备、元件、回路、端子等均应按相关规范标识正确。应特别注意：迁改、新增的电缆，其电缆两端、馈线空开名称均发生变动，其标识需相应修改。新增馈线开关、铜排，各级重新接线后，其各级接线相别标识应正确无误。新增零序TA、重接分馈线支路零线后，应采用双重编号对每个零序TA、每条支路零线进行标识，确保明确至对应回路，方便日后运维。

3.3.3 功能验收

其一，检查设备元件接线正确。特别指出：各馈线开关、主馈线开关、馈线铜排、主母线各级间的连接应相与相对应，相序正确。中央配电室各屏内的主零线铜排与新增的分支零线铜排不能短接，若短接，相当于将新增的主馈线开关零序TA短接，发生接地故障时不能正确跳闸。接至各主馈线开关的分馈线支路零线应接入对应的分支馈线零排。可通过查看该主馈线开关连接的分馈线条数，再检查对应的分支馈线零排所接的零线条数，二者应该相等，如1QF1主馈线开关接有5条馈线，则其分支馈线零排应接有5条零线。各支路零线接入对应零排时应接入不同点，若几个支路接至同一点，可能会导致日后单支路工作需将接入同一点的回路同停的情况，扩大停电范围。如图7所示，为主零线铜排、分支馈线零排、主馈线开关零序TA、分馈线支路零线实物图。

图7 为主零线铜排、分支馈线零排、主馈线开关零序TA、分馈线支路零线实物图

其二，检查各设备元件功能完好。与专业班组确认设备元件、回路功能调试正常，满足改造要求。对更换的进线开关及开关小车、馈线开关进行操作试验，其分合应正常、无卡位现象，其分合位置指示应与实际相对应，具备遥控功能的开关，还需开展遥控操作试验及后台相关指示验收。

其三，检查设备带电运行情况。设备带电后，检查相关一二次设备运行情况，各设备元件无异常，各表计读数正确，各回路功能正常。对设备运行后才具备验收条件的部分内容如空开指示灯、相序核对等，应做好相关验收确认。

4 结束语

站用交流电源系统是变电站至关重要的部分，是变电站内所有设备设施安全稳定运行的关键。综合500 kV东坡变电站站用交流电源系统运行实际和改造过程，应选配功能合适的开关、合理分配负荷（主馈线开关+分馈线开关）、增加接地保护功能、满足保护整定配合、选用保守的闭锁ATS自投策略、做好电缆沟防火改造，可以大大降低站用交流电源系统全停的风险。改造实施中，根据不同阶段的特点，掌握其关键风险并采取管控措施，识别并隔离所有来电侧及工作地点附近的保留带电部位，把握资料、外观、功能等方面的验收要点是保证人身安全和设备安全运行的重中之重。