王玉財，李志遠，吳一凡，李洋，王振鋒

（國網(wǎng)寧夏電力有限公司寧東供電公司，寧夏靈武 750411）

0 引言

新建變電站對電壓并列回路校驗是驗收的一個重要環(huán)節(jié)，其基本步驟包括測量單相電壓幅值、測量相間電壓幅值、相序核對、重動并列接點校驗等過程，當發(fā)現(xiàn)電壓并列回路存在問題時，需消除二次回路的缺陷后，重復(fù)上述過程，現(xiàn)場實際校驗過程較為繁瑣[1]。在改擴建變電站中，必須對電壓并列回路進行完善，此時需電壓互感器停電進行，使得運行間隔失去二次保護、計量電壓，保護裝置存在誤動作的風險[1]，因此，本文設(shè)計了一種基于自發(fā)自收原理的電壓并列回路自動校驗裝置，該裝置能實現(xiàn)電壓并列回路的一鍵式校驗，且能對回路中存在的問題進行智能判斷和顯示，提高檢修人員現(xiàn)場工作效率。在改擴建變電站中，裝置能將運行間隔的電壓和檢修間隔的電壓進行臨時并列，從而實現(xiàn)二次不失壓對電壓并列回路進行完善。

1 電壓并列裝置原理及其二次回路校驗

1.1 電壓并列裝置原理

電壓并列裝置的基本原理如圖1、圖2所示[2-4]。1G、2G分別是I母、II母刀閘輔助觸點，F(xiàn)D、1FG、2FG分別為母聯(lián)開關(guān)及其兩側(cè)刀閘的輔助觸點。YQJ為中間繼電器，U1、U2為I母、II母PT二次電壓，1YM、2YM為I、II母小母線電壓。當1G、2G閉合時，1YQJ，2YQJ繼電器動作，電壓從小母線輸出。當FD、1FG、2FG同時閉合，且QK把手在并列位置時，3YQJ并列繼電器動作，從而將I母PT電壓并列至II母小母線，或者將II母PT電壓并列至I母小母線，從而實現(xiàn)I、II母PT電壓的二次并列。

圖1 單母線一次接線

圖2 電壓并列回路原理

1.2 電壓回路校驗方法

在I母PT處用繼電保護測試儀分別通入不同幅值電壓且三相相序為正相序，在I母小母線及II母小母線處用萬用表分別測量各相電壓幅值，用相序表測量相序判斷是否為正序。分別斷開1G，2G驗證重動繼電器是否正確動作，分別斷開1FG，F(xiàn)D，2FG分別驗證并列繼電器是否正確動作，在II母電壓互感器處通入電壓，重復(fù)上述過程[5]。

2 電壓并列回路完善過程

如圖3所示，以某110 kV變電站擴建為例說明電壓并列回路完善過程。電壓并列裝置安裝于I母PT柜上，2期工程擴建了II段母線，同時擴建了II母PT柜。為完善電壓并列回路，需從II母PT柜放置新電纜至I母PT柜，并且在I母PT柜處完善電壓并列二次回路接線工作。由于需從I母PT柜自下而上穿電纜，故I母PT必須停電進行，此時，I段母線上將失去二次保護、計量電壓。由上述分析可知，在現(xiàn)有方式下，完善電壓并列回路將導(dǎo)致運行間隔母線二次失壓。

圖3 電壓并列回路完善過程

3 裝置原理及結(jié)構(gòu)

3.1 自動校驗原理

從1.2小節(jié)可以看出，電壓并列回路校驗的重點在于在回路的一端加電壓，在回路的另外一端測量電壓的幅值和相序，因此可設(shè)計一種基于“自發(fā)自收”原理的二次回路自動校驗裝置。裝置可產(chǎn)生三相大小，相序不同的電壓，將該電壓加至并列回路中，裝置的另外一端接收“返回來”的電壓，將“發(fā)出去”的電壓和“返回來”的電壓進行對比，如果并列回路接線正確，則電壓幅值和相位誤差應(yīng)該在允許的范圍內(nèi)[6]。如果電壓并列回路存在接線錯誤或者缺陷，則上述電壓一定不相等，裝置可進行智能判斷及缺陷校驗結(jié)果顯示。

3.2 不停電完善并列回路原理

如果在I母PT停電前，能將I母二次電壓同II母二次電壓進行臨時并列，然后停I母PT穿電纜，完善電壓并列二次回路，這樣可實現(xiàn)在保證I母二次不失壓的條件下對電壓并列回路進行完善；因此設(shè)計裝置同時采集I母及II母電壓，并進行電壓幅值和相位的比較，如果滿足并列條件，則實現(xiàn)I、II母電壓的臨時并列，實現(xiàn)二次“0”失壓完善電壓并列回路。

3.3 裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

由上述分析可設(shè)計裝置面板結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖4 裝置面板結(jié)構(gòu)

裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)

其中，主控模塊可用于裝置模式的選擇。當選擇“校驗”模式時，面板左側(cè)的端子由電壓發(fā)生模塊產(chǎn)生電壓，右側(cè)的端子為電壓采集模塊，從而實現(xiàn)“自發(fā)自收”判別，如圖6所示。

圖6 電壓并列回路自動校驗過程

當選擇“并列”模式時，面板左右兩側(cè)的端子都為采集模塊，分別采集I、II母小母線電壓，主控模塊用于判斷，當判斷出滿足并列條件時，電壓并列模塊動作，實現(xiàn)I、II母母線電壓的臨時并列，如圖7所示。顯示模塊用于判別結(jié)果的顯示以及人機交互。電源模塊為裝置中其他模塊提供可靠電源。

圖7 裝置自動并列過程

4 裝置軟件流程設(shè)計

4.1 并列功能軟件設(shè)計思路

并列檢測功能將兩組二次電壓的幅值和相角采樣計算出來，經(jīng)過向量相減，判斷是否滿足電壓幅值、相角差同期條件設(shè)定值，若大于設(shè)定值，則認為兩組電壓不滿足并列條件；若小于設(shè)定參數(shù)，則兩組電壓滿足并列條件。電壓幅值和相角計算公式[7-9]如下：

式中:N—在一個周期內(nèi)基波信號的采樣點數(shù)；

xK—第k個采樣點的數(shù)值；

x0，xn—分別表示第1個采樣點和第N+1個采樣點的數(shù)值。

程序初始化后，先后對兩組電壓（共6路）分別采樣24點（20 ms），利用24個點和下一個周波第1個采樣點共25個采樣點計算出6路電壓電流的幅值和相位，然后判斷是否滿足并列條件，若滿足并列條件，則驅(qū)動并列模塊，實現(xiàn)I、II母電壓的臨時并列。其軟件工作原理如圖8所示[10-11]。

圖8 并列功能軟件流程

4.2 校驗功能軟件設(shè)計思路

如果某一相的電壓為零，可判定該相電壓二次并列回路存在虛接點；如果三相電壓均不相等，可判定二次并列回路N點存在虛接問題；如果Ua1=Ub1，則可判定電壓二次并列回路相序接反。裝置可將上述告警信息顯示在顯示屏，以輔助檢修人員對并列回路的缺陷進行判斷查找，提高現(xiàn)場工作的效率。

校驗功能軟件設(shè)計流程如圖9所示。

圖9 校驗功能軟件流程

4.3 裝置操作系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

裝置具備并列、校驗兩個模式，進入系統(tǒng)后可手動選擇工作模式，當判斷出滿足并列條件后，提示現(xiàn)場操作人員進行手動并列。在校驗?zāi)Ｊ较?，當判斷校驗結(jié)果正確時，可打印相關(guān)報告；當校驗結(jié)果不正確時，裝置面板顯示具體的缺陷內(nèi)容。另外，裝置具有防誤操作功能，例如在校驗?zāi)Ｊ较卵b置左邊的端子有電壓輸出，如果此時左邊端子有電壓輸入，裝置會切斷電壓輸出，防止短路電流燒壞校驗裝置。裝置操作系統(tǒng)軟件流程如圖10所示。

圖10 裝置操作系統(tǒng)軟件流程

5 裝置測試及現(xiàn)場應(yīng)用

本文所設(shè)計電壓并列回路自動校驗裝置具有校驗和并列兩大功能，現(xiàn)場對裝置的上述功能進行測試。

5.1 電壓并列功能測試

在某10 kV高壓室對裝置并列功能進行測試，測試結(jié)果如表1，表2所示。

表1 電壓并列功能幅值測試結(jié)果

表2 電壓并列功能相角測試結(jié)果

表1中，UA1、UB1、UC1，UA2、UB2、UC2分別指I母和II母電壓幅值。驗證電壓幅值判據(jù)，2條母線6路電壓相位均為正序條件下分別改變某一相幅值，通過壓差來判斷是否并列，現(xiàn)場驗證裝置邏輯判斷正確。

表2中，φA1、φB1、φC1，φA2、φB2、φC2分別指I母和II母電壓相角。驗證電壓相位判據(jù)，2條母線6路電壓幅值均為全電壓（57.7 V）條件下分別改變某一相相位，通過角差來判斷是否并列，通過試驗驗證邏輯正確。

5.2 電壓并列回路校驗功能測試

電壓并列校驗功能測試結(jié)果如表3所示。

表3 電壓并列回路校驗功能測試結(jié)果

由表3可以看出，裝置可對并列回路實現(xiàn)自動校驗，能對電壓并列回路存在的缺陷進行自動判別和顯示。

6 結(jié)語

電壓并列回路是變電站重要的二次回路，常規(guī)校驗方法過程繁瑣，導(dǎo)致現(xiàn)場工作效率低。改擴建工程中，完善電壓并列回路易造成母線二次電壓失去。為解決上述問題，本文基于“自發(fā)自收”及“相位自動判別”原理，設(shè)計了一種電壓并列回路自動校驗裝置?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，該裝置可實現(xiàn)電壓并列回路自動校驗，且可以實現(xiàn)二次不失壓對電壓并列回路進行完善。該裝置在現(xiàn)場部署應(yīng)用，可減輕校驗人員的工作強度，提高現(xiàn)場工作效率。在改擴建工程中可避免二次電壓失壓，提高保護裝置運行可靠性。裝置現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，具有在全國電力行業(yè)推廣應(yīng)用的價值。