三峽左岸電站開關(guān)失靈保護(hù)運(yùn)行分析及技術(shù)改進(jìn)

葉 濤，瞿衛(wèi)華

（三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443133）

1 三峽左岸電站一次接線

三峽左岸電站550 kV GIS分為左一、左二兩個(gè)開關(guān)站，電氣主接線采用一倍半接線，兩站間設(shè)有聯(lián)絡(luò)斷路器（見圖1）。左一GIS接有8臺(tái)發(fā)電機(jī)組、5回550 kV出線，其中4個(gè)聯(lián)合單元進(jìn)線和4回出線組成4串一倍半接線，另一串為雙開關(guān)接1回出線。左二GIS接有6臺(tái)發(fā)電機(jī)組、3回550 kV出線，3個(gè)聯(lián)合單元進(jìn)線和3回出線組成3串一倍半接線。

圖1 三峽左岸電站電氣主接線圖

2 三峽左岸電站失靈保護(hù)介紹

三峽左岸電站GIS共有8串，包括25個(gè)斷路器。三峽左岸電站失靈保護(hù)采用了由瑞士ABB自動(dòng)化公司（ABB Power Automation AG）提供的REB500型數(shù)字式斷路器保護(hù),從國(guó)外的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，REB500是一套非常成熟的保護(hù)。REB500型斷路器失靈保護(hù)由一個(gè)失靈中心單元（Central Unit,簡(jiǎn)稱CU）和25個(gè)現(xiàn)地單元（BayUnit，簡(jiǎn)稱BU）組成。所有現(xiàn)地單元和中心單元通過光纖連接（如圖2）。斷路器失靈保護(hù)的現(xiàn)地單元負(fù)責(zé)電量采集和本斷路器失靈的判斷功能。中心單元單獨(dú)組屏，它從現(xiàn)地單元取得斷路器失靈的邏輯信號(hào)，由中心單元CPU模件進(jìn)行邏輯判斷，然后給故障斷路器相鄰斷路器的現(xiàn)地單元發(fā)聯(lián)跳令，由現(xiàn)地單元跳開該斷路器。這樣，通過現(xiàn)地、中心單元的相互配合完成斷路器失靈保護(hù)功能。

圖2 斷路器失靈保護(hù)連接示意圖

由于該系統(tǒng)采用了較為先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使得原來(lái)需要通過外部復(fù)雜接線實(shí)現(xiàn)的斷路器失靈保護(hù)功能變得清晰、簡(jiǎn)單，也更加可靠。同時(shí)斷路器失靈的中心單元和現(xiàn)地單元都有完善的自檢功能，在裝置故障時(shí)能夠可靠閉鎖保護(hù)并發(fā)告警信號(hào)。

3 三峽左岸電站后備失靈保護(hù)

失靈保護(hù)中心單元在該保護(hù)中所起的作用非常重要，一旦出現(xiàn)故障將影響整套失靈保護(hù)?？紤]到這種情況，ABB公司增設(shè)了用于CU故障時(shí)的后備失靈方案。

T區(qū)保護(hù)（即短引線保護(hù)，每套進(jìn)出線的T區(qū)均設(shè)有短引線保護(hù)，在對(duì)應(yīng)的進(jìn)出線刀閘拉開后自動(dòng)投該保護(hù)，刀閘推上后自動(dòng)退出該保護(hù)）采用ABB公司生產(chǎn)的REL316型數(shù)字化保護(hù)，該保護(hù)除可以作線路保護(hù)外，也具有BFP（Break-failure protection）功能，經(jīng)三峽電廠與ABB公司探討后啟用該功能。后備失靈保護(hù)觸發(fā)條件設(shè)置為：斷路器保護(hù)中心單元退出運(yùn)行且故障斷路器的子單元（BU）跳閘動(dòng)作，經(jīng)延時(shí)t2跳開相關(guān)聯(lián)的斷路器。該后備失靈功能分布于25套T區(qū)保護(hù)中，由于該方案對(duì)T區(qū)保護(hù)有依賴性，并且在BU動(dòng)作一次或裝置掉電后必須連接到一正常運(yùn)行的中心單元方能重啟至正常運(yùn)行工作態(tài)，即CU故障后后備失靈保護(hù)只能動(dòng)作一次，因此并不是一套完備的方案，也不能代替CU的功能。

4 三峽左岸電站失靈冗余（備用）中心單元

考慮到三峽左岸電站失去500 kV斷路器失靈保護(hù)可能對(duì)設(shè)備造成較為嚴(yán)重的損壞，還可能造成嚴(yán)重的電網(wǎng)事故，因此增設(shè)一套備用中心單元非常有必要并且意義重大。三峽電廠從ABB公司購(gòu)買了一套與CU一模一樣的REB500斷路器失靈保護(hù)中心單元作為備用中心單元，安裝于左岸失靈保護(hù)中心單元盤上。一旦運(yùn)行中的中心單元出現(xiàn)裝置故障，斷開中心單元空開F191，通過兩個(gè)切換把手閉鎖該保護(hù)。此時(shí)由各T區(qū)保護(hù)中的后備失靈保護(hù)起作用。在此期間，由保護(hù)人員將BU引至CU的光纖全部引至備用中心單元的對(duì)應(yīng)位置。工作完畢后，投入備用中心單元空開F291。此時(shí)中心單元的裝置故障信號(hào)返回，各T區(qū)保護(hù)中的后備失靈保護(hù)退出，備用中心單元與25個(gè)BU組成新的REB500保護(hù)，提供完備的斷路器失靈保護(hù)。

5 動(dòng)作實(shí)例

2008年12月23 日凌晨，三峽左岸電廠監(jiān)屏人員發(fā)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“失靈保護(hù)中心單元裝置故障”、“失靈保護(hù)后備保護(hù)動(dòng)作”信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)檢查失靈保護(hù)中心單元運(yùn)行CU黑屏無(wú)顯示，冗余 CU報(bào)“General-alarm”“Isol alarm Q73、Q81、Q83”，各開關(guān)保護(hù)盤上報(bào)“MCBinterruption”。（當(dāng)時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行方式為：三峽左岸電站500kV GIS合母運(yùn)行，3FB、7FB、9FB并網(wǎng)運(yùn)行）。

運(yùn)行值班人員立即匯報(bào)國(guó)調(diào)，聯(lián)系保護(hù)值班人員配合處理。經(jīng)檢查左岸斷路器失靈保護(hù)中心單元主運(yùn)CU1電源模塊損壞，左岸GIS串內(nèi)全部斷路器失靈保護(hù)現(xiàn)地單元均已閉鎖，申請(qǐng)國(guó)調(diào)同意，退出左岸500kV GIS 1～8串及兩母聯(lián)開關(guān)所有開關(guān)失靈保護(hù)連片。

經(jīng)緊急處理左岸GIS失靈保護(hù)中心單元備用CU1投入運(yùn)行，左岸500 kV GIS失靈保護(hù)現(xiàn)地單元具備投運(yùn)條件，告國(guó)調(diào)值班員，并按國(guó)調(diào)令投入左岸500 kV GIS 1～8串及母聯(lián)共所有開關(guān)失靈保護(hù)連片。

6 三峽左岸電站失靈保護(hù)運(yùn)行中存在的風(fēng)險(xiǎn)

由于全部25臺(tái)斷路器的失靈均依賴中心單元工作，除全站停電方式外，中心單元不可能停運(yùn)，也不能檢修。

由此引伸出兩個(gè)問題，一是設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)定期檢修，這與《繼電保護(hù)及電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置檢驗(yàn)條例》明顯不相符；二是CU故障后的應(yīng)急處理仍存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)上述問題，三峽電廠已形成初步對(duì)策，在檢修模式上與國(guó)調(diào)協(xié)商采取狀態(tài)檢修模式；應(yīng)對(duì)CU故障，補(bǔ)充了后備失靈和冗余中心單元。但是，無(wú)論是后備失靈保護(hù)功能還是冗余的失靈中心單元只能作為一種補(bǔ)救手段，并不能徹底解決失靈保護(hù)的若干不足問題。考慮到失靈保護(hù)作為隔離故障、維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定的重要一環(huán)，其風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)嚴(yán)格預(yù)控，經(jīng)三峽電廠組織分析討論，提出了以下三種方案，作為完善失靈保護(hù)的備選。

7 可供選擇的解決方案

7.1 保持現(xiàn)狀，對(duì)個(gè)別操作步驟進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證可靠性

保持現(xiàn)狀，即繼續(xù)使用當(dāng)前分布式結(jié)構(gòu)的REB500型斷路器失靈保護(hù)。當(dāng)中心單元故障后，自動(dòng)啟動(dòng)后備失靈回路，同時(shí)通過診斷故障CU，進(jìn)而決定是否是否啟用冗余CU。

在安裝啟用冗余CU作冷備用之前，已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試，所列出的試驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)果均正常。

在檢修方式上，有兩種思路：一是狀態(tài)檢修，可靠的后備失靈和冗余中心單元為狀態(tài)檢修提供了有力保證，也是目前采用的檢修方式；二是左岸全停檢修方式，這對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式提出了較為苛刻的要求，盡管如此，隨著地下電站的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)該方式的可能性正在逐步加大。

7.2 兩套中心單元分別承擔(dān)左一和左二的失靈保護(hù)功能

此方案將現(xiàn)在的一個(gè)分布式失靈保護(hù)一分為二，第一個(gè)CU帶左一的BU，第二個(gè)CU帶左二的BU。該方案的優(yōu)勢(shì)在于進(jìn)行失靈保護(hù)檢修只需左一或左二半個(gè)電站停電即可進(jìn)行，而此運(yùn)行方式的可能性明顯大于全站停電檢修的可能性。

此方案需要對(duì)軟件配置和后備失靈回路接線進(jìn)行修改。此外，為了適應(yīng)母聯(lián)分段開關(guān)的不同方式，需要在兩個(gè)母聯(lián)開關(guān)保護(hù)盤上各增加一個(gè)BU，以解決失靈跳母聯(lián)的問題。否則，不能合母運(yùn)行。

7.3 取消分布式方案，改用傳統(tǒng)硬接線形式的失靈保護(hù)

采用傳統(tǒng)硬接線形式的失靈保護(hù)從維護(hù)管理的角度上來(lái)說(shuō)優(yōu)勢(shì)較為明顯，既解決了維護(hù)問題，也解決了檢修問題，尤其是較為棘手的中心單元故障風(fēng)險(xiǎn)不復(fù)存在。

更換失靈保護(hù)裝置宜采用在原斷路器盤柜上更換的方式，可以減少二次回路施工工作量。為了減少施工風(fēng)險(xiǎn)，建議全站或半個(gè)站停電時(shí)進(jìn)行。當(dāng)選擇半個(gè)站停電的運(yùn)行方式時(shí)，應(yīng)注意左一和左二開關(guān)站有重疊停電時(shí)間，以避免當(dāng)半個(gè)站實(shí)施完后出現(xiàn)合母運(yùn)行方式時(shí)不同形式的失靈保護(hù)不能作用于母聯(lián)斷路器的問題（要么增加臨時(shí)接線解決）。若施工期間無(wú)合母運(yùn)行方式則無(wú)此問題。

據(jù)了解，現(xiàn)REB500型失靈保護(hù)有改進(jìn)型的BU具備“自啟動(dòng)”功能。若驗(yàn)證屬實(shí)，后備失靈可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定而完整的失靈保護(hù)功能。

8 各解決方案綜合分析比較

8.1 從運(yùn)行方面分析

由REB500失靈保護(hù)、失靈后備以及冗余中心單元所構(gòu)成的當(dāng)前配置方式，完全可以滿足設(shè)備運(yùn)行要求，左一、左二分離的配置方式以及國(guó)內(nèi)目前通用的保護(hù)方式也都可以滿足運(yùn)行要求。這三種方案中，方案一和方案二由于失靈保護(hù)和失靈后備實(shí)現(xiàn)原理不一致，失靈后備的構(gòu)成涉及現(xiàn)地單元、開關(guān)間短引線保護(hù)和母差保護(hù)，較方案三復(fù)雜。

8.2 故障處理

方案一和方案二的故障處理都要涉及中心單元和現(xiàn)地單元。對(duì)于現(xiàn)地單元故障，方案一和方案二沒有區(qū)別，都可以停運(yùn)單臺(tái)現(xiàn)地單元以及對(duì)應(yīng)的斷路器進(jìn)行故障處理。當(dāng)中心單元故障時(shí)，方案一可以采取失靈后備進(jìn)行短時(shí)間過渡，然后投運(yùn)冗余失靈中心單元將失靈保護(hù)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀況；方案二由于沒有冗余失靈中心單元，在中心單元修復(fù)之前，只能采用失靈后備。由于現(xiàn)地單元在中心單元故障情況下只能動(dòng)作一次，因此方案二存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。方案的風(fēng)險(xiǎn)因素主要表現(xiàn)在，當(dāng)某個(gè)CU發(fā)生故障，排除故障所花時(shí)間較長(zhǎng)，甚至可能因無(wú)可更換部件而在一段時(shí)期內(nèi)完全依靠后備失靈保護(hù)的情況。REB500中心單元在修復(fù)后重啟時(shí)，會(huì)導(dǎo)致所有現(xiàn)地單元重啟，因此有約1分鐘左右的時(shí)間整個(gè)失靈保護(hù)無(wú)法動(dòng)作，這是無(wú)法解決的難題，方案一和方案二都存在問題。

方案三采用的是各自獨(dú)立的裝置，任何裝置故障均不影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行，單獨(dú)停運(yùn)故障裝置和對(duì)應(yīng)的斷路器就可以進(jìn)行故障處理。

8.3 保護(hù)定檢

由于REB500失靈保護(hù)跳相鄰開關(guān)是由中心單元配合現(xiàn)地單元聯(lián)合完成，且聯(lián)調(diào)指令由通訊方式通過光纖發(fā)出，無(wú)法實(shí)施安措，故方案一不便對(duì)單個(gè)或幾個(gè)斷路器的失靈保護(hù)進(jìn)行聯(lián)跳邏輯檢查，除非左岸GIS全停。方案二同樣也不能對(duì)單個(gè)或幾個(gè)斷路器失靈保護(hù)進(jìn)行聯(lián)調(diào)邏輯檢查，但可以在左一GIS、左二GIS分別停電時(shí)實(shí)施。失靈后備保護(hù)的定檢隨REL316開關(guān)間短引線保護(hù)和母差保護(hù)進(jìn)行，不受限制。

方案三下裝置各自獨(dú)立，聯(lián)調(diào)邏輯由硬接線完成，可以實(shí)施安措，因此保護(hù)定檢不受限制。

8.4 實(shí)施難度

方案一保持目前的現(xiàn)狀不變，因此，不存在實(shí)施的問題；方案二需要一定的軟、硬件改動(dòng)，且母聯(lián)開關(guān)分別與左一、左二兩套系統(tǒng)的接口問題還需要進(jìn)一步研究；方案三是將原系統(tǒng)全部推倒重來(lái)，需要重新設(shè)計(jì)二次回路、重新配線、安裝、調(diào)試，工作實(shí)施難度最大。

9 最終技術(shù)改進(jìn)及實(shí)施

基于以上比較分析，采用方案三可根除分布式失靈保護(hù)的弊端。采用方案二除具備可以實(shí)現(xiàn)半個(gè)站停電后檢修的優(yōu)勢(shì)外，原方案一固有的不足仍然存在，CU故障后的風(fēng)險(xiǎn)甚至高于方案一。故三峽電廠決定采用方案三進(jìn)行左岸電站GIS失靈保護(hù)的改造。

三峽電廠最終選用了南瑞繼保的RCS-921A型斷路器失靈保護(hù)裝置，并于2009年11月底在左二電站全停，在2010年1月將左一電站分2次輪停的情況下分3次對(duì)左岸電站的GIS失靈保護(hù)進(jìn)行了全部換型，運(yùn)行至今情況良好。

[1]ABB Power Automation AG.REB500 System Protection Concept[Z].2000.

[2]王曉健.三峽左岸電站斷路器保護(hù)可靠性分析及后備方案[J].中國(guó)三峽建設(shè)，2002.