220kV双母线双分段母线兼旁路代路运行分析

（安全生产部李辉）

摘  要：大型枢纽变电站220kV母线经常保持正常接线方式，对电网的安全稳定运行至关重要。因此本文结合双母双分段带旁路母线的接线方式特点，根据微机型母差保护和母线失灵保护原理，分析了母联兼旁路代路时，单母线运行方式的不足，结合笔者多年的运行经验，提出了母联兼旁路代路双母线并列运行方式的合理性。

关健词：运行方式 母兼旁代路 母差及失灵保护 可靠性

双母双分段带旁路母线接线一般应用于大型枢纽变电站，一般由专用母联、母联兼旁路或双母联兼旁路经母线分段开关将四段母线并列运行。正常方式下，四段母线通过专用母联、母联兼旁路及母线分段开关并列运行，进行功率交换，各元件合理的分配到四段母线上。接线特点是：每一回路通过一台开关和两组刀闸连接到两组母线上，任何一组母线检修时，经过倒母线操作，将元件倒至另一组母线运行，对负荷连续供电没有影响。该类型接线具有较高的运行可靠性，在大型发电厂和董家、辽阳、王石、沙岭、东丰变500kV系统以及大部分500kV变电站的220kV母线广泛应用。

正常运行时母联兼旁路作为母联开关运行，旁路刀闸断开。当母线发生故障时，母联兼旁路作为母差保护故障选择的重要元件切除故障。当母联兼旁路代路运行时，母联兼旁路作为母线的一个支路，母差保护视母联兼旁路为一般运行线路，母联电流被视为支路电流。

1 系统主要厂变母线接线原则

（1）双母线固定接线的选择，主要考虑任一母线故障（或母线送出开关因故拒绝动作），由母差或失灵保护切除该条母线时，余下运行母线及所连的系统仍应尽可能满足较大紧凑度的要求。一般来自同一电源或者同一变电所的双回线应分别接于不同母线上，以避免母线故障时造成系统解列；每条母线上电源负荷应基本平衡，即母联开关通过潮流为最小。

（2）正常时双母线应按照规定的固定接线方式运行，母差保护有选择使用，以保证母线故障时，有选择性的切除。有关厂、变母线及其连接开关，继电保护装置等检修调试工作，应尽可能在供水期前完成。

（3）只有当设备检修影响或为了事故处理的需要，才允许破坏正常固定接线方式。

（4）正常母线上有三个及以下元件运行时，为了尽量减少不必要的高压设备带电而增加事故机会，原则上为单母线运行，另一母线处于备用状态。

（5）3/2接线方式的母线，应尽可能保持环状运行。

2 东丰变、合心变220kV母线接线方式及特点

要分析220kV母联兼旁路代路时母线运行方式的合理性，必须先了解东丰变、合心变220kV系统的接线方式、特点以及在系统中的重要性。东丰变、合心变220kV母线一旦发生故障全停，对吉林省220kV电网乃至整个东北电网影响极大。因此，东丰变、合心变220kV母线经常保持正常接线方式，母差保护正常投入运行，对吉林省220kV电网乃至全网安全稳定运行至关重要。

2.1 正常方式下，东丰变220kV母线接线方式及特点

东丰变220kV系统为双母双分段带旁路母线接线，220kVⅠ、Ⅱ母线接有东梅甲乙线、东苗线、东三线及1号主变、专用旁路，220kVⅢ、Ⅳ母线接有白东南北线、高东线、明丰线及2号主变、3号主变、Ⅲ、Ⅳ母母联兼旁路（旁Ⅳ母不旁Ⅲ母）。Ⅰ、Ⅲ母线、Ⅱ、Ⅳ母线经分段开关并列运行。220kV旁母Ⅰ段、旁母Ⅱ段分段接线。东丰变500kV系统与220kV系统分段运行后，可以作为两个变电站运行。东丰变除东苗线外，其他7条线路均界定为东北电网重要线路。

东丰变220kVⅠ、Ⅱ母线所接系统为梅河变（白梅甲乙接白山厂2、3号机，同时接浑江、白山电网）、苗胜变（接辽源电网）、三岔子变（松江河小山电站）送出系统，是白山电厂送出和通化电网连接辽源、四平电网的重要枢纽。东丰变220kVⅢ、Ⅳ母线所接系统为白山、丰满电厂送出系统，其中白东南线对应白山厂1号机，白东北线对应白山厂6号机，高东线经高集岗变对应白山厂4号机，明丰线是丰满电厂与东北主网连接的重要联络线。东丰变220kVⅢ、Ⅳ母线是东北电网调峰、调频的重要枢纽。

2.2 正常方式下，合心变220kV母线接线方式及特点

合心变220kV系统为双母双分段带旁路母线接线，220kVⅠ、Ⅱ母线接有合农线、合德线、合九线及1号主变、Ⅰ、Ⅱ母母联兼旁路（旁Ⅱ母不旁Ⅰ母），220kVⅢ、Ⅳ母线接有合西甲乙线、合北甲乙线、合正甲乙线及2号主变、专用旁路。Ⅰ、Ⅲ母线、Ⅱ、Ⅳ母线经分段开关并列运行。220kV旁母不分段。合心变合农线界定为东北电网重要线路，其他线路为长春城网和吉林北部电网重要联络线。

合心变220kVⅠ、Ⅱ母线所接线路为合农线、合德线、合九线，长山电厂经长新线与黑龙江电网新华厂相连，长山厂经热前、前农、合农线，热德、合德、德九、合九线至合心变220kVⅠ、Ⅱ母线与长春电网相连。因此，合心变220kVⅠ、Ⅱ母线是长山厂与长春电网连接的重要枢纽。合心变220kVⅢ、Ⅳ母线所接系统为合西甲乙线、合北甲乙线是长春城网的重要枢纽，合正甲乙线直送长春市负荷中心正阳变。

3 东丰变、合心变220kV母线母差、失灵保护配置及基本原理

220kV母差保护和母线失灵保护的选择性是能否实现220kV母联兼旁路代路运行方式合理性的先决条件。

东丰变、合心变220kV母线母差保护均为南京南瑞继保电气有限公司生产的RCS—915AS型微机母线保护装置。对于双母双分段接线方式，为Ⅰ、Ⅱ母线配置了双套微机保护，为Ⅲ、Ⅳ母线配置了双套微机保护。RCS-915AS型微机母线保护装置设有母线差动保护、母联或分段充电保护、母联死区保护、母联或分段失灵保护、母联或分段过流保护、母联或分段非全相保护、起动分段失灵以及断路器失灵保护等功能。

东丰变、合心变220kV母线失灵保护均为南京南瑞继保电气有限公司生产的RCS—916D型微机母线失灵保护装置。对于双母双分段接线方式，为Ⅰ、Ⅱ母线配置了一套母线失灵保护，为Ⅲ、Ⅳ母线配置了一套母线失灵保护。RCS—916D型微机母线保护装置设有线路断路器失灵和母联、分段的失灵保护，并可完成代路时失灵保护动作联跳功能，还设有母联充电保护、母联过流保护等功能。

3.1 RCS—915AS母差保护的基本原理

该母线差动保护由分相式比率差动元件构成，CT 极性要求支路CT 同名端在母线侧，母联CT 同名端在Ⅰ母侧。差动回路包括母线大差回路和各段母线小差回路。母线大差是指除母联开关和分段开关外所有支路电流所构成的差动回路。某段母线的小差是指该段母线上所连接的所有支路（包括母联和分段开关）电流所构成的差动回路。母线大差比率差动用于判别母线区内和区外故障，小差比率差动用于故障母线的选择。在动作于故障母线跳闸时经相应的母线电压闭锁元件闭锁。母差保护动作判据为大差、小差同时动作、且母线电压闭锁元件开放。

当系统处于母联代路运行方式时，应投入“母联代路压板”，并根据系统主接线情况决定是否投入“代路CT极性负”压板。当保护处于母联代路状态时，母联电流被视为支路电流。根据“代路CT极性负”的压板状态，决定如何将母联电流计入大差和小差电流；而根据“I母代路”和“II母代路”的开入状态，决定母联电流计入I母小差还是II母小差电流。当保护处于母联代路状态时，自动将母联开关的部分保护功能（如母联充电保护、母联死区保护、母联失灵保护）退出，另外将因母联开关担负两母线联接功能而设置的一些保护功能（如发生母线故障时将母联开关跳开）也同时退出。此时仍保留母联过流保护、母联非全相保护功能，代路时可用作代路支路的过流保护、母联非全相保护。

3.2 母联代路时母差保护的注意事项

母联兼旁路正常运行方式下作为专用母联使用，其失灵功能由母差保护本身逻辑实现，不需要投入母联兼旁路操作屏上的“启动母线失灵出口压板”。

当母联兼旁路代路时，应投入母差保护“母联代路压板”、“代路CT极性负压板”和“母联Ⅱ母代路压板”，将母差保护跳被代线路的压板退出，将母差保护跳母联的两组压板投入。

变电站进行母线倒闸操作由双母线变成单母线运行时，在母联开关变成死开关运行（取下母联开关操作直流）前，将母差保护上单母运行压板投入。恢复时，在母联开关恢复正常开关运行后，将母差保护上单母运行压板退出。

3.3 RCS—916D母线失灵保护的基本原理

断路器失灵保护由各连接元件保护装置跳闸接点和失灵电流判别元件构成的“与”逻辑起动，当失灵保护检测到此失灵接点动作时，起动失灵保护。失灵保护起动后若复合电压闭锁元件开放，经跟跳时限再次动作于该线路断路器，经跳母联时限动作于母联或分段断路器，经失灵时限切除该元件所在母线的各个连接元件。

当系统处于母联代路运行方式时，应投入“母联代路”压板。此时，母联就处于代路状态，代路母联被视为一般支路开关，失灵保护不会以跳母联时限动作于该断路器，而只根据“母联母线代路”决定失灵动作于母线时是否跳该断路器。

3.4 母联代路时母线失灵保护的注意事项

母联兼旁路正常运行方式下作为专用母联使用，失灵功能由母差保护本身逻辑实现，需将母线失灵保护“旁代压板”、“母联代路压板”、“母联代路失灵起动压板”退出。

当需要使用母联兼旁路代路时，应投入母线失灵保护“旁代压板”、“母联代路压板”、 “母联代路失灵起动压板”和“失灵保护跳母联压板”。

变电站进行母线倒闸操作由双母线变成单母线运行时，在母联开关变成死开关运行（取下母联开关操作直流）前，应将母线失灵保护“母线互联压板”投入。恢复时，在母联开关恢复正常开关运行后，将母线失灵保护“母线互联压板”退出。

4 东丰变、合心变220kV母联兼旁路保护配置及特点

母联兼旁路开关的保护功能在分析母联兼旁路代路母线运行方式的合理性时，起着重要作用。东丰变、合心变母联兼旁路均由保护屏和操作屏两部分组成。

母联兼旁路微机保护由北京四方公司生产的CSC—101B型数字式超高压线路保护装置以及打印机等设备构成，具有纵联距离保护、三段式距离保护、四段式零序保护和综合重合闸功能。母联兼旁路微机保护不配有纵联通道，所以不具备纵联距离保护功能。代送线路时，被代线路其中的可切换纵联保护可切换至母联兼旁路运行。

母联兼旁路断路器操作屏为北京四方公司生产的CSC—122B保护装置和JFZ—12F型分相操作箱构成。CSC—122B保护装置主要用作断路器失灵保护、充电保护、三相不一致保护以及串代线路运行时的临时过流保护。母联兼旁路操作屏设有一组CT二次切换端子，当母联兼旁路作母联用时，需将切换端子母联侧CT端子短接；如母联兼旁路代线路运行时，需将切换端子接通线路侧，将母联兼旁路CT二次电流引入到线路可切换的微机保护装置。当母联兼旁路断路器代线路断路器运行时，母联兼旁路操作屏可与线路保护屏配合使用，实现对线路及母联兼旁路开关的保护功能。

5 母联代路时单母线运行方式的不足

大型枢纽变电站母线保持正常接线方式，对系统安全稳定运行至关重要。母联兼旁路代路单母线运行时，将不能代出的母线（I母或Ⅲ母）停电，将所有负荷倒至可以旁代的母线（II母或Ⅳ母）。基本操作步骤为：取下母联兼旁路开关的操作直流；将I母或Ⅲ母的负荷全部倒至II母或Ⅳ母运行（将母差保护单母压板和母线失灵保护互联压板投入）；拉开母联兼旁路开关及I母或Ⅲ母刀闸；将母联兼旁路微机保护使用被代线路定值后投入；合上母联兼旁路丙刀闸；用母联兼旁路开关给旁路母线充电，良好后拉开母联兼旁路开关；合上被代线路丙刀闸；将母差保护单母压板和母线失灵保护互联压板退出；投入母差保护母联代路压板、代路CT极性负压板和母联Ⅱ母（Ⅳ母）代路压板；将母差保护跳被代线路压板、跳母联压板投入；将母线失灵保护旁代压板、母联代路压板、母联代路失灵起动压板和失灵保护跳母联压板投入；将被代线路可切换保护切至母联兼旁路开关后投入；合上母联兼旁路开关环并；拉开被代线路开关解环；拉开被代线路两侧刀闸隔离被代开关。

母联兼旁路代路采用单母线运行方式，必须进行倒母线操作，倒母线属于复杂倒闸操作，系统中曾多次发生过刀闸瓷瓶折断、误操作等事故造成母线全停。因此，应尽量减少倒母线操作次数，从而降低母线全停对系统安全的不利影响。

母联兼旁路代路采用单母线运行方式，虽然缩短了母线带电部分的长度，相当于减小了母线故障几率。但所有负荷都在一组母线上运行，降低了运行的可靠性，一旦发生母线故障，所有负荷全部停电，扩大了事故范围，对系统安全影响极大。

6 母联代路时双母线并列运行方式的合理性

母联兼旁路代路采用双母线并列运行方式，所有负荷分配在两组母线上运行，任一组母线故障，母差保护有选择跳闸切除故障，只有一部分负荷停电，提高了系统运行的可靠性。

母联兼旁路代路采用双母线并列运行方式的关键环节在于母差保护和母线失灵保护的选择性。通过上述讨论的母差保护、母线失灵保护动作原理，以及母联兼旁路代路时母差保护和母线失灵保护的使用注意事项可知，母联兼旁路代路时母联兼旁路虽作为母线支路开关运行，不作为母联开关运行，但通过投入母差保护母联代路压板和代路CT极性负压板，将母联电流计入大差和小差电流，同时两组母线带电，满足电压闭锁条件。同样将母线失灵保护母联代路压板投入，失灵保护不会以跳母联时限动作于母联兼旁路断路器。因此，母联兼旁路代路时母差保护和母线失灵保护可以满足选择性要求，

母联兼旁路代路采用双母线并列运行方式，不必进行倒母线操作，降低了母线全停对系统安全的不利影响。此时母联兼旁路虽作为母线支路开关运行，不作为母联开关运行，但两组母线可经分段开关和另一母联开关并列运行，可以进行两组母线间的功率交换。避免了倒母线操作给系统安全带来的风险，简化了一次系统操作步骤，降低了误操作几率，提高了运行的可靠性。

基本操作步骤为：拉开母联兼旁路开关及I母或Ⅲ母刀闸；将母联兼旁路微机保护使用被代线路定值后投入；合上母联兼旁路丙刀闸；用母联兼旁路开关给旁路母线充电，良好后拉开母联兼旁路开关；合上被代线路丙刀闸；投入母差保护母联代路压板、代路CT极性负压板和母联Ⅱ母（Ⅳ母）代路压板；将母差保护跳被代线路压板、跳母联压板投入；将母线失灵保护旁代压板、母联代路压板、母联代路失灵起动压板和失灵保护跳母联压板投入；将被代线路可切换保护切至母联兼旁路开关后投入；合上母联兼旁路开关环并；拉开被代线路开关解环；拉开被代线路两侧刀闸隔离被代开关。

7 结论

通过上述分析可见，母联兼旁路代路情况下，东丰变、合心变220kV不需要进行倒母线操作，在保证母差保护和母线失灵保护具有选择性的前提下，还可以满足母线的安全可靠运行，提高了220kV母线运行的稳定性，保证了系统安全。因此，经吉林省调系统方式处批复，东丰变、合心变220kV母联兼旁路代路时，合心变220kV I母线，东丰变220kVⅢ母线不需停电。