漢川電廠(chǎng)220 kV母差保護(hù)雙重化技術(shù)改造

葉 震，趙辛欣

（1.國(guó)電漢川發(fā)電有限公司，湖北 漢川 431614；2.三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443002）

0 引言

漢川電廠(chǎng)裝機(jī)3 320 MW，共有6臺(tái)機(jī)組，分為A、B、C廠(chǎng),A、B廠(chǎng)各有2臺(tái)330 MW機(jī)組、C廠(chǎng)為2臺(tái)1 000 MW機(jī)組。漢川A廠(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)A廠(chǎng)）220 kV升壓站主接線(xiàn)方式為雙母線(xiàn)帶旁路母線(xiàn)，共有出線(xiàn)4回，主變2臺(tái),啟備變1臺(tái)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)1個(gè)，旁路開(kāi)關(guān)1個(gè)，共9個(gè)間隔。A廠(chǎng)220 kV系統(tǒng)運(yùn)行單套BP-2B母差保護(hù)及單套BP-2B失靈保護(hù)。根據(jù)國(guó)家能源局2014年發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中規(guī)定:除終端負(fù)荷變電站外，220 kV及以上電壓等級(jí)變電站的母線(xiàn)保護(hù)應(yīng)按雙重化配置[1]。結(jié)合國(guó)電集團(tuán)公司繼電保護(hù)及直流系統(tǒng)技術(shù)監(jiān)督檢查提出A廠(chǎng)220 kV母線(xiàn)保護(hù)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)雙重化配置的問(wèn)題，A廠(chǎng)已于2017年5月完成了220 kV母線(xiàn)保護(hù)雙重化改造工作。

1 母線(xiàn)保護(hù)雙重化改造方案

在本次母線(xiàn)保護(hù)改造設(shè)計(jì)中，對(duì)A廠(chǎng)220 kV系統(tǒng)配置了深圳南瑞B(yǎng)P-2CA/D-G型和南京南瑞PCS-915A-G型母線(xiàn)保護(hù)裝置。改造前，舊BP-2B母差、BP-2B失靈保護(hù)跳閘出口分別接入各間隔兩套保護(hù)裝置跳閘回路。本次改造首先新安裝一套BP-2CA母線(xiàn)保護(hù)，提前做好設(shè)備的單體調(diào)試并將二次電纜施放到位，具備工作條件后分別將舊BP-2B母差、BP-2B失靈保護(hù)裝置的第二組跳閘回路拆除，并將其接入新BP-2CA母線(xiàn)保護(hù)裝置。待第一套新BP-2CA母線(xiàn)保護(hù)投產(chǎn)運(yùn)行后，再進(jìn)行第二套PCS-915A母線(xiàn)保護(hù)裝置的安裝工作。向省調(diào)申請(qǐng)退出舊BP-2B母差、BP-2B失靈保護(hù)裝置，拆除第一組跳閘回路接線(xiàn)，將其接入新PCS-915A母線(xiàn)保護(hù)裝置。PCS-915A母線(xiàn)保護(hù)投運(yùn)后，實(shí)現(xiàn)A廠(chǎng)220 kV母線(xiàn)保護(hù)雙重化。

2 改造方案技術(shù)分析

二次回路的優(yōu)化變更是本次改造工作的難點(diǎn)問(wèn)題，包括電流回路、失靈回路、刀閘回路、跳閘回路，下面對(duì)各回路的變更情況逐個(gè)說(shuō)明。

2.1 電流回路的改動(dòng)

電流互感器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)CT）的二次繞組分配問(wèn)題：A廠(chǎng)220 kV線(xiàn)路TA共有6組繞組，其中保護(hù)用繞組有4組，測(cè)量、儀表用繞組有2組。按照反措要求，雙重化的兩套母線(xiàn)保護(hù)的電流回路應(yīng)分別取自電流互感器相互獨(dú)立的繞組，且電流回路中沒(méi)有其它串接元件。若要實(shí)現(xiàn)母線(xiàn)保護(hù)使用2組獨(dú)立繞組，已無(wú)備用繞組可用。為解決此問(wèn)題，對(duì)TA繞組進(jìn)行了優(yōu)化改造，第一組TA繞組用作線(xiàn)路保護(hù)A，電流回路串聯(lián)穩(wěn)控A屏和故障錄波裝置；第二組繞組用作線(xiàn)路保護(hù)B，電流回路串聯(lián)穩(wěn)控B屏；第三組繞組用作母線(xiàn)保護(hù)A；第四組繞組用作母線(xiàn)保護(hù)B。以A廠(chǎng)220 kV漢舵Ⅰ回線(xiàn)漢12為例，改造前后TA繞組分配對(duì)比如圖1所示。

圖1 改造前后TA繞組分配對(duì)比Fig.1 Before and after transformation TA winding distribution comparison

但需要注意的是，根據(jù)繞組分配原則，考慮繞組內(nèi)短路死區(qū)問(wèn)題，應(yīng)采用交叉配置[2]。保護(hù)范圍如圖2所示，圖中繞組分配能夠滿(mǎn)足繼電保護(hù)配置中相鄰設(shè)備保護(hù)范圍必須有重疊區(qū)域的要求，可以避免形成死區(qū)故障，提高了保護(hù)的可靠性。

圖2 保護(hù)范圍示意圖Fig.2 Protection range diagram

TA極性配置問(wèn)題：TA的極性確認(rèn)是本次改造中的重點(diǎn)問(wèn)題，如果極性配置錯(cuò)誤，會(huì)導(dǎo)致母差保護(hù)誤動(dòng)作。不同廠(chǎng)家的母線(xiàn)保護(hù)裝置，對(duì)各支路TA的極性要求不同，例如南瑞PCS-915A和深南瑞B(yǎng)P-2CA都要求各支路TA的極性端必須一致，但是對(duì)母聯(lián)TA的要求各自不同，南瑞PCS-915A要求母聯(lián)TA同名端在Ⅰ、Ⅲ母?jìng)?cè)；而深南瑞B(yǎng)P-2CA要求母聯(lián)TA的同名端在Ⅱ母?jìng)?cè)。在編寫(xiě)施工方案時(shí)，對(duì)各間隔的TA極性進(jìn)行仔細(xì)核對(duì)，最終極性配置圖（部分間隔）如圖3所示。

2.2 失靈啟動(dòng)回路的改動(dòng)

線(xiàn)路間隔的改動(dòng)：改造前漢川A廠(chǎng)220 kV各線(xiàn)路間隔的啟動(dòng)失靈回路如圖4所示，線(xiàn)路開(kāi)關(guān)單相、三相拒動(dòng)都應(yīng)啟動(dòng)斷路器失靈保護(hù)。其中分相失靈啟動(dòng)回路是由南瑞RCS-931A保護(hù)和四方CSC-101A保護(hù)的A、B、C分相動(dòng)作接點(diǎn)和裝置A、B、C分相過(guò)電流判別組件接點(diǎn)各自串聯(lián)之后再并聯(lián)組成。由于四方CSC-101A保護(hù)沒(méi)有永跳接點(diǎn)引出，三相失靈啟動(dòng)回路是由南瑞RCS-931A保護(hù)和四方CSC-101A保護(hù)的三相過(guò)電流判別組件并聯(lián)后再與南瑞RCS-931A保護(hù)的永跳接點(diǎn)串聯(lián)組成。最后分相啟動(dòng)失靈回路與三相啟動(dòng)失靈回路并聯(lián)送出失靈啟動(dòng)至A廠(chǎng)220 kV BP-2B失靈保護(hù)屏。

圖3 極性配置圖Fig.3 Polarity configuration diagram

圖4 改造前線(xiàn)路啟動(dòng)失靈回路Fig.4 Before the transformation of the line start failure circuit

根據(jù)國(guó)網(wǎng)六統(tǒng)一要求，斷路器失靈保護(hù)功能由母線(xiàn)保護(hù)實(shí)現(xiàn)，啟動(dòng)失靈的保護(hù)跳閘接點(diǎn)由各個(gè)間隔的線(xiàn)路保護(hù)提供，線(xiàn)路保護(hù)應(yīng)提供直接啟動(dòng)失靈保護(hù)的分相和三相跳閘接點(diǎn)，失靈電流判別功能依靠母線(xiàn)保護(hù)自身實(shí)現(xiàn)，改造后線(xiàn)路間隔的啟動(dòng)失靈回路如圖5所示，線(xiàn)路保護(hù)僅提供保護(hù)跳閘接點(diǎn)接入母線(xiàn)保護(hù)屏。需要說(shuō)明的是由于四方CSC101A保護(hù)沒(méi)有永跳接點(diǎn)引出，計(jì)劃利用今后的線(xiàn)路停電檢修機(jī)會(huì)引出三跳接點(diǎn)送至母線(xiàn)保護(hù)。

圖5 母差改造后線(xiàn)路啟動(dòng)失靈回路Fig.5 After the transformation of the line to start the failure circuit

主變、啟備變間隔的改動(dòng)：改造前1號(hào)發(fā)變組和01號(hào)啟備變啟動(dòng)失靈功能由PCS974AG保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)；2號(hào)發(fā)變組啟動(dòng)失靈功能由RCS974AG保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)。根據(jù)國(guó)網(wǎng)六統(tǒng)一要求，雙母線(xiàn)接線(xiàn)，變壓器保護(hù)啟動(dòng)失靈和解除電壓閉鎖采用保護(hù)跳閘接點(diǎn)，啟動(dòng)失靈和解除電壓閉鎖應(yīng)采用不同的繼電器的跳閘接點(diǎn)。為配合本次母線(xiàn)保護(hù)改造工作，首先對(duì)發(fā)變組和啟備變的保護(hù)定值進(jìn)行了修改，變更保護(hù)裝置全?？刂谱郑ㄌl矩陣）。其次，在發(fā)變組及啟備變保護(hù)屏將原“啟動(dòng)高壓側(cè)斷路器失靈（備用）”動(dòng)作接點(diǎn)引出并送至新母線(xiàn)保護(hù)裝置，作為解除失靈電壓閉鎖開(kāi)入。最后，在A廠(chǎng)新母線(xiàn)保護(hù)裝置投運(yùn)時(shí)，通過(guò)修改定值將1號(hào)發(fā)變組、01號(hào)啟備變PCS-974AG裝置和2號(hào)發(fā)變組RCS974AG裝置啟動(dòng)失靈功能停用，其失靈啟動(dòng)電流判據(jù)功能由新母線(xiàn)保護(hù)實(shí)現(xiàn)。

2.3 母聯(lián)開(kāi)關(guān)位置信號(hào)的改動(dòng)

母聯(lián)開(kāi)關(guān)的位置信號(hào)對(duì)母線(xiàn)保護(hù)的能否正常運(yùn)行非常重要，無(wú)論在PCS-915A母差保護(hù)還是BP-2CA母線(xiàn)保護(hù)中都有以下作用：首先是作為母聯(lián)死區(qū)保護(hù)的重要判據(jù)；其次是作為比例差動(dòng)元件的比率制動(dòng)系數(shù)高低定值的切換判據(jù)；最后是作為充電保護(hù)的判據(jù)。漢川A廠(chǎng)母聯(lián)開(kāi)關(guān)漢15為分相開(kāi)關(guān)，改造前舊BP-2B母差保護(hù)需要取一開(kāi)一閉共兩組母聯(lián)開(kāi)關(guān)位置信號(hào)。而改造后對(duì)PCS-915A和BP-2CA母線(xiàn)保護(hù)，只需分別取一組三相常閉接點(diǎn)的串聯(lián)接點(diǎn)作為母聯(lián)開(kāi)關(guān)的位置信號(hào)。

2.4 刀閘回路的改動(dòng)

為了保證母線(xiàn)保護(hù)的正確性，必須保證母線(xiàn)保護(hù)能正確識(shí)別當(dāng)前母線(xiàn)運(yùn)行的方式[3]。BP-2CA和PCS-915A母線(xiàn)保護(hù)通常是通過(guò)判別各母線(xiàn)刀閘輔助接點(diǎn)通斷與否來(lái)確定母線(xiàn)的運(yùn)行方式，如果接入母線(xiàn)保護(hù)裝置的刀閘接點(diǎn)不正確，母線(xiàn)保護(hù)可能會(huì)產(chǎn)生差流報(bào)警甚至不正確動(dòng)作，因此在改造前應(yīng)查清各線(xiàn)路間隔刀閘輔助接點(diǎn)使用及備用接點(diǎn)情況，合理優(yōu)化各輔助接點(diǎn)，保證母線(xiàn)保護(hù)雙重化改造所需新增輔助觸點(diǎn)的需求。為了防止刀閘輔助接點(diǎn)發(fā)生接觸不良、抖動(dòng)等情況對(duì)保護(hù)裝置的正常運(yùn)行造成影響，可以考慮采用雙位置接點(diǎn)既兩組常開(kāi)接點(diǎn)并聯(lián)后作為刀閘位置接入母線(xiàn)保護(hù)裝置。今后若有一次設(shè)備刀閘更換計(jì)劃時(shí)，應(yīng)在采購(gòu)設(shè)備時(shí)考慮要求增加輔助接點(diǎn)的數(shù)量。

2.5 母線(xiàn)保護(hù)跳閘回路的改動(dòng)

改造前舊BP-2B母差保護(hù)動(dòng)作將同時(shí)跳各間隔斷路器的兩組跳閘線(xiàn)圈，根據(jù)《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求繼電保護(hù)實(shí)施細(xì)則》的規(guī)定，雙重化配置的母線(xiàn)保護(hù)采用兩套完整、獨(dú)立的母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)，并安裝在各自柜內(nèi)。兩套母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的跳閘回路應(yīng)與斷路器的兩個(gè)跳閘線(xiàn)圈分別一一對(duì)應(yīng)。本次改造完成后，能夠?qū)崿F(xiàn)BP-2CA母線(xiàn)保護(hù)動(dòng)作后跳閘指令送至各間隔操作箱第一組跳閘回路，PCS915A母線(xiàn)保護(hù)動(dòng)作后跳閘指令送至各間隔操作箱第二組跳閘回路。

3 結(jié)合母線(xiàn)保護(hù)及線(xiàn)路改造的一些建議

3.1 做好改造的風(fēng)險(xiǎn)控制

本次改造需要對(duì)各220 kV間隔的電流回路和跳閘回路進(jìn)行相應(yīng)改造，同時(shí)需要多次改變220 kV系統(tǒng)調(diào)度方式，存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，需要合理制定安全、技術(shù)方案，做好改造全過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)控制。首先要合理制定安全、技術(shù)方案，保證A廠(chǎng)220 kV母差、失靈保護(hù)退出時(shí)間及次數(shù)最少；其次改造過(guò)程危險(xiǎn)點(diǎn)分析全面，不發(fā)生人身、設(shè)備責(zé)任事故；最后送電前做好極性核對(duì)工作，確保帶負(fù)荷后確認(rèn)各間隔電流回路極性正確，確保新母線(xiàn)保護(hù)投運(yùn)一次成功。

3.2 重視刀閘位置信號(hào)接入

雖然新投運(yùn)的兩套新母線(xiàn)保護(hù)都能實(shí)現(xiàn)刀閘輔助接點(diǎn)自糾正功能，即在收到刀閘狀態(tài)的同時(shí)，裝置通過(guò)內(nèi)部電流計(jì)算來(lái)校驗(yàn)刀閘輔助接點(diǎn)的狀態(tài)信號(hào)。當(dāng)某條支路有電流而無(wú)刀閘位置或開(kāi)入電源異常導(dǎo)致位置丟失時(shí)，裝置能夠記憶原來(lái)的刀閘位置。但考慮極端情況下，保護(hù)裝置為了防止無(wú)刀閘位置的支路拒動(dòng)，無(wú)論那條母線(xiàn)發(fā)生故障時(shí)，將切除有流且無(wú)刀閘位置的支路。而且2016年A廠(chǎng)220 kV BP-2B母差保護(hù)裝置曾出現(xiàn)過(guò)在設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)支路刀閘開(kāi)入狀態(tài)異常變位的情況，檢查NCS（線(xiàn)路監(jiān)控系統(tǒng)）無(wú)刀閘變位，但母差保護(hù)裝置出現(xiàn)支路刀閘變位，為此更換了BP-2B母差保護(hù)裝置插件。說(shuō)明在極端情況下，存在母差保護(hù)誤切除有流且無(wú)刀閘位置的支路擴(kuò)大停電范圍的可能。為了防止因刀閘變位導(dǎo)致母差保護(hù)誤動(dòng)，應(yīng)重視刀閘輔助接點(diǎn)的接入問(wèn)題。建議在今后的刀閘更換過(guò)程中，增加輔助接點(diǎn)的數(shù)量，采用雙位置接點(diǎn)即兩組常開(kāi)接點(diǎn)并聯(lián)后作為刀閘位置信號(hào)接入母線(xiàn)保護(hù)裝置，提高保護(hù)裝置運(yùn)行的可靠性。

3.3 加快母差改造進(jìn)度

結(jié)合漢川B廠(chǎng)220 kV線(xiàn)路光纖化改造換型工作，目前漢川B廠(chǎng)220 kV母差及失靈保護(hù)存在以下問(wèn)題：B廠(chǎng)運(yùn)行雙套母差（BP-2B、RCS-915AS）及單套BP-2B失靈保護(hù)，但不符合國(guó)網(wǎng)六統(tǒng)一要求中失靈保護(hù)功能由母線(xiàn)保護(hù)實(shí)現(xiàn)的要求。2016年11月B廠(chǎng)220 kV漢曹Ⅰ、Ⅱ回線(xiàn)路保護(hù)光纖化改造換型后，失靈啟動(dòng)電流判據(jù)仍靠線(xiàn)路保護(hù)本身判定，單套失靈保護(hù)裝置跳閘接點(diǎn)分別接至斷路器的兩個(gè)跳閘線(xiàn)圈。此外，B廠(chǎng)母差保護(hù)裝置投運(yùn)已近10年，運(yùn)行期間曾發(fā)生因“保護(hù)元件A/D異?！倍]鎖保護(hù)的事件，保護(hù)班緊急向調(diào)度申請(qǐng)退出保護(hù)并聯(lián)系廠(chǎng)家更換了插件板。類(lèi)似的故障在A廠(chǎng)BP-2B母差保護(hù)改造前也發(fā)生過(guò)，由此可見(jiàn)，隨著裝置老化，保護(hù)的可靠性得不到保證，因此應(yīng)結(jié)合A廠(chǎng)母線(xiàn)保護(hù)雙重化改造工作經(jīng)驗(yàn)，盡早規(guī)劃B廠(chǎng)母線(xiàn)保護(hù)換型工作。

3.4 優(yōu)化啟動(dòng)TJR回路

漢川B廠(chǎng)220 kV線(xiàn)路已完成漢曹Ⅰ回、漢曹Ⅱ回光纖化改造工作，新投運(yùn)的線(xiàn)路保護(hù)裝置二次回路設(shè)計(jì)為僅由母差、失靈保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)線(xiàn)路保護(hù)操作箱TJR,而還未改造的漢熊線(xiàn)（漢26）線(xiàn)路保護(hù)操作箱中的啟動(dòng)TJR回路并聯(lián)了線(xiàn)路保護(hù)裝置自身的保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)。計(jì)劃在2018年漢熊線(xiàn)光纖化改造中取消此并聯(lián)接線(xiàn)，改為僅由母差、失靈保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)線(xiàn)路保護(hù)TJR。

4 結(jié)語(yǔ)

漢川A廠(chǎng)220 kV母線(xiàn)保護(hù)雙重化改造項(xiàng)目，不僅滿(mǎn)足了電網(wǎng)反措和國(guó)電集團(tuán)公司技術(shù)監(jiān)督的要求，同時(shí)為A廠(chǎng)220 kV母線(xiàn)保護(hù)裝置檢修創(chuàng)造了條件，有效解決了因母線(xiàn)保護(hù)裝置檢修而使母線(xiàn)失去保護(hù)的問(wèn)題，提高了母線(xiàn)運(yùn)行的安全性，為電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

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