母线倒闸操作与运行方式变化时的风险防范

彭宏生，文 涛，王丹华

(丹江口水力发电厂，湖北 丹江口 442700)

1 概述

丹江口水力发电厂(以下简称丹江电厂)是我国上世纪60年代在汉江干流上兴建的大型水电厂，装有6台150 MW混流式水轮发电机组，年平均发电量38.3亿kWh，保证出力25.9万kW，以6条220 kV线路、7条110 kV线路分别向湖北、河南两省供电，同时也是湖北电网调频、调峰、事故备用和旋转备用的主力电厂。

近年来，随着电厂机组与设备的老化，电厂设备改造与更换工作十分密集。为配合南水北调中线丹江口大坝加高工程，电厂6台发电机组将全部改造。加之电厂220 kV，110 kV开关站隔离刀闸与开关相继进入老化期，在运行与操作中设备故障频发，给安全运行带来极大风险。为此，电厂加大220 kV，110 kV开关站电气设备的更换速度，同时更换各线路与发变组保护装置。

频繁的设备改造更新，带来频繁的220 kV，110 kV母线倒闸操作。投运前必须腾出一条空母线给新设备做试验，加之定期的母线年检与母差保护校验工作，母线倒闸操作每年高达上百次，对电厂的安全运行产生了严重的影响。下面，就近年来丹江电厂在220 kV，110 kV母线倒闸操作中遇见的问题与技术组织措施进行探讨。

2 母线倒闸操作的原则与常见问题

2.1 系统主接线与母线保护配置情况

图1 丹江电厂电气主接线

丹江电厂220 kV，110 kV系统均为双母线带旁路的电气接线。220 kV母线保护为双重配置：一套为北京四方继保自动化股份有限公司生产的CSC-150型数字式母线保护装置，另一套为深圳南瑞股份有限公司生产的BP-2B型微机母线保护装置。110 kV母线保护为许继公司生产的JMH-1型母线保护。丹江电厂电气主接线如图1所示。

2.2 母线倒闸操作的原则

常见的母线倒闸操作有4种，以220 kV系统为例，即：220 kVⅠ母倒至Ⅱ母运行，Ⅰ母停电解备；220 kVⅠ母送电，220 kVⅠ、Ⅱ母合环运行；220 kVⅡ母倒至Ⅰ母运行，Ⅱ母停电解备；220 kVⅡ母送电，220 kVⅠ、Ⅱ母合环运行。当然，其他形式的倒闸操作也有许多，但操作原则基本上都是一致的，主要有以下几点。

(1) 操作前对运行方式要认真考虑，恢复双母线正常运行时，接在每条母线上的开关数量要相当，负荷安排要合理，母联交换功率不能太大。每条母线电源变压器要保持一个中性点接地，双回线应各占一条母线，以提高供电的可靠性。

(2) 倒母线必须保证母联开关在合位，并在倒闸过程中断开母联开关操作电源。用母联对母线充电前必须正确加用母线充电保护，充电正常后立即退出，倒闸过程中必须确保母线保护正常运行。母线倒闸过程中，此时因元件同时与两母线相连，应投入母差互联压板，实现非选作用。

(3) 倒闸操作中，把全部备用的母线隔离开关合好后，应确认所有隔离开关的二次辅助接点转换到位，母线保护与监控系统无异常信号与输出，再拉开全部工作的母线隔离开关。在母线隔离开关的合、拉过程中，为避免发生较大火花，应考虑先合距母联开关最近的隔离开关，拉闸的顺序与其相反。尽量减少操作母线隔离开关时的电位差。

(4) 断开母联开关前，母联开关三相电流指示应为零；同时，隔离开关辅助触点、位置指示器应切换正常，母线保护与监控系统无异常信号与输出。重点防止因“漏”倒设备，或从母线电压互感器二次侧反充电而引起事故。

2.3 母线倒闸操作中常见的问题与处理办法

母线倒闸操作中的常见问题是，隔离开关二次辅助接点转换不到位，隔离开关一次触头接触不到位或机构卡涩。

(1) 隔离开关二次辅助接点转换不到位是令现场操作人员最头疼的问题。辅助接点转换不到位，将直接影响到线路与母线保护的安全运行。通常，当隔离开关操作后，若通过监控系统发现二次辅助接点没有转换到位，可将该隔离开关再拉合操作一次。多数因机构卡涩所出现的接点转换不到位，经过再次操作均能恢复。如果恢复不了，必须停止母线倒闸操作，查找原因并处理。对于母线保护，必要时可按照实际运行方式进行强制手动切换。

(2) 隔离开关一次触头接触不到位，有顶死及三相不同步现象。发现有卡涩顶死现象，切不可蛮力继续操作，应先停止操作，仔细观察故障现象及原因。可以先将隔离开关拉开一次，重新操作，如果故障仍然存在，必须停止母线倒闸操作。如果是新设备试验工作，可以考虑换另外一条母线停电当试验母线。丹江电厂就曾因为110 kV丹凤线Ⅰ母母线侧隔离开关、220 kV丹韩线Ⅰ母母线侧隔离开关机构故障而无法操作，制约了母线倒闸方式。因此，也必须加强隔离开关的维护与更新改造步伐。

3 母线倒闸操作中的组织措施与注意事项

3.1 从技术与组织上给予高度重视

(1) 220 kV，110 kV母线是电厂最重要的设备，它的安全运行关系到整个电厂的发供电运行。母线发生故障或异常情况，将可能导致全厂停电、机组停运、电网大面积停电，对电网稳定造成巨大威胁。电厂历来高度重视母线的安全运行工作，做到责任明确，措施到位。母线倒闸操作前，必须召开各部门之间的碰头会，交代操作中的风险与预防措施，明确各职能部门的任务与职责。

(2) 母线倒闸操作，必须得到湖北电力调度中心的授权许可。丹江电厂加强与调度机构的联系与协调，对调度预发的操作命令要求值长予以详细阅读，核对命令票是否符合现场条件。对现场操作票要求值班员仔细填写，使用前必须通过三级审查，核对微机防误装置完好，按照操作票正确模拟并将信号传输至电厂220 kV，110 kV开关站值班室。

(3) 由于丹江电厂220 kV，110 kV开关站远离主厂房，在坝区的山谷中，现场只有2名运行值班员值班，加之220 kV，110 kV开关站一次、二次设备繁杂众多，操作风险较大。为此，电厂制定了母线操作双监护制度，即在开关站2名值班员操作监护的同时，当值副值长必须到达现场进行双监护。同时，电厂安监部、生产部、运行部、检修车间主要负责人必须到场监督，随时处理与协调操作中出现的问题，确保母线倒闸操作正确无误。

3.2 母线倒闸操作中应注意的事项

(1) 母线倒闸操作一定要在天气良好的条件下进行，不良的天气情况对倒闸操作有着不利的影响，有时甚至会造成母线保护的误动。例如：2012-07-22T05:30，丹江口雷雨大风天气，110 kV母差保护盘出现Ⅱ母母差动作，110 kV系统Ⅱ母上丹23、丹27、丹22、丹24开关突然跳闸。经过分析，认为这一方面是由于恶劣天气造成母线保护受到冲击；另一方面是运行了长达20年的110 kV母线保护可能存在安全隐患。

(2) 操作前必须全面检查母线及其相关设备，熟悉现场设备缺陷。如果母线上所接隔离开关有机构故障，应考虑换另外一条母线停电。

(3) 母线倒闸操作前，必须考虑有关继电保护装置的相应操作，并注意负荷潮流、主变中性点的调整。原则上应保证每条母线有一个主变中性点接地，Ⅰ、Ⅱ母母线上元件负荷均衡，母联开关运行交换电流合理。

(4) 正确投退母线充电保护与母联过流压板。对停电母线充电，必须加用母线充电保护，充电正常后，立即退出压板。配合新设备试验前，加用母联过流压板，试验完毕后一定要停用。否则，当电网受到外部冲击时，很容易造成母联开关误跳闸。

(5) 操作中发现有异常问题时，不可盲目继续操作，应立即与控制室值长、现场技术人员沟通解决。尤其对隔离开关不到位现象，切不可蛮力强行推入。曾经就发生过因强行推入导致操作中隔离开关支柱断裂，造成母线接地短路而引发的电网停电重大事故。

(6) 操作中，当隔离开关有位置变化时，母线保护开入变位置有信号指示，必须及时给予确认复归。每组隔离开关操作完毕后，要确定其二次接点与位置全部转换为实际情况，保护与自动装置无其他异常信号。控制室值班监视人员要密切关注监控系统画面信息情况，及时通过对讲机或电话与现场人员沟通解决。

4 母线倒闸操作与运行方式变化时的电网安全稳定问题

丹江电厂220 kV，110 kV系统是通过2号、3号主变联络运行的。由于历史上的原因，7条110 kV线路全部向库区周边的丹江口、汉江集团，河南淅川、邓州县市供电。通常情况下，110 kV系统总负荷为400～500 MW，而由220 kV系统通过2号、3号主变送往110 kV系统的功率为200～300 MW。电网稳定问题相对突出。

4.1 220 kV系统双母线运行倒闸为单母线运行时对110 kV系统稳定的影响与风险

220 kV系统正常双母线运行时，丹江2号、3号主变压器分别运行在220 kV系统Ⅰ、Ⅱ母上，即使一条母线故障，一台联络变压器停运，仍然有另外一条母线与联络变压器运行，不会对110 kV系统供电造成太大影响。而一旦220 kV系统为单母线运行时，母线故障，必将导致丹江2号、3号主变压器与220 kV系统脱离。通常情况下，110 kV系统负荷在400～500 MW，在110 kV系统运行的1号、2号、3号机组因受水库水位、检修等因素影响而不能全开满发时，巨大的负荷差将导致110 kV系统崩溃，造成大面积停电事故。

为此，电厂专门设置安装了220 kV母线故障联切110 kV系统线路的稳定装置，由运行值班人员根据220 kV运行方式的变化与负荷潮流的大小，合理选择联切110 kV系统的线路，以便在发生220 kV母线故障时，切除部分110 kV负荷，使得丹江110 kV自供区电网能够孤网运行，直至恢复正常运行方式。

4.2 110 kV系统双母线运行倒闸为单母线运行时的风险控制

110 kV系统双母线运行倒闸为单母线运行时，如果发生母线故障，母线上所有开关将跳闸，丹江110 kV自供区电网必定全部停电，造成大面积停电事件。

为防范110 kV系统双母线运行倒闸为单母线运行时的风险，电厂在母线倒闸操作前，制定了详细的事故应急预案，并向丹江110 kV自供区电网各级调度机构下发通知，做好风险控制。同时，要求河南省用户在此期间将负荷倒由河南电网供电，其他用户限制负荷在规定最小值范围。对于电厂的试验与检修工作，则要求尽可能早日完工，以便尽快恢复110 kV系统正常双母线运行方式，从而恢复丹江110 kV自供区电网的正常运行。