高壩洲電廠220 kV開關(guān)站母線保護(hù)裝置改造

許重慶，劉 政

(湖北清江水電開發(fā)有限責(zé)任公司，湖北 宜昌 443300)

高壩洲電廠開關(guān)站主接線方式為單母線的擴(kuò)大橋型接線，如圖1。具體接線方式為：發(fā)電機(jī)與主變壓器采用一機(jī)一變的單元接線方式，1、2、3號主變壓器高壓側(cè)裝設(shè)斷路器，1、3號發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)隔離刀閘，2號發(fā)電機(jī)組出口裝設(shè)隔離刀閘及斷路器。

220 kV高壓配電裝置為敞開式戶外配電裝置，共有3條母線，均為單母線；3條母線通過高24開關(guān)、高25開關(guān)相連。其中高柑一回線及高柑二回線均配置了高頻線路保護(hù)和光纖差動保護(hù)，Ⅱ母配置的母線保護(hù)裝置為本文的所講內(nèi)容。

1 母線保護(hù)裝置改造的必要性

高壩洲電廠220 kV開關(guān)站Ⅱ母BP-2B母差保護(hù)裝置自2003年投產(chǎn)運(yùn)行至今已有10多年，保護(hù)裝置元器件老化嚴(yán)重，電纜絕緣不好，且保護(hù)裝置內(nèi)部線已出現(xiàn)多處改動，保護(hù)所用CT二次側(cè)接地不規(guī)范[1]，不符合《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》的規(guī)定，無法保證Ⅱ母長周期安全可靠運(yùn)行。

2015年，利用開關(guān)站Ⅱ母母線停電檢修期間對Ⅱ母BP-2B微機(jī)母線保護(hù)裝置進(jìn)行更換，將BP-2B型母線差動保護(hù)裝置更換為長園深圳南瑞B(yǎng)P-2CA-G型，新裝置保護(hù)對象仍為高壩洲電廠220 kV開關(guān)站Ⅱ母。BP-2CA-G母線差動保護(hù)裝置在功能上可以實(shí)現(xiàn)母線差動保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)、母聯(lián)失靈保護(hù)、母聯(lián)死區(qū)保護(hù)、CT斷線判別功能及PT斷線判別功能。在母線區(qū)內(nèi)發(fā)生各種故障時(shí)正確動作，在各種類型區(qū)外故障時(shí)不誤動[2]。

2 BP-2CA-G母線保護(hù)的原理與功能

2.1 差動保護(hù)啟動元件

1)和電流突變量判據(jù)。當(dāng)任一相的和電流突變量大于突變量門檻時(shí)，該相啟動元件動作。其表達(dá)式為

Δir>ΔIdset

(1)

式中：Δir為和電流瞬時(shí)值比前一周波的突變量；ΔIdset為突變量門檻值，為0.5In。

2)差電流越限判據(jù)。當(dāng)任一相的差電流大于差動保護(hù)啟動電流定值時(shí)，該相啟動元件動作。其表達(dá)式為

Id>Idset

(2)

式中：Id為分相大差動電流；Idset為差動保護(hù)啟動電流定值。

3)啟動元件返回判據(jù)。啟動元件一旦動作后自動展寬20 ms，再根據(jù)啟動元件返回判據(jù)決定該元件何時(shí)返回。當(dāng)任一相差電流小于差動保護(hù)啟動電流定值的95%，且各支路的該相相電流均小于1.2倍的額定電流時(shí)，該相啟動元件返回。其表達(dá)式為

(3)

式中：Id為分相大差動電流；Idset為差動保護(hù)啟動電流定值；Ij為各支路相電流；In為額定電流。

2.2 復(fù)式比率差動判據(jù)

復(fù)式比率差動判據(jù)的動作方程如下

(4)

式中：Idset為差動保護(hù)啟動電流定值；Kr為復(fù)式比率系數(shù)(制動系數(shù))定值。

復(fù)式比率差動判據(jù)相對于傳統(tǒng)的比率制動判據(jù)，由于在制動量的計(jì)算中引入了差電流，使其在母線區(qū)外故障時(shí)有極強(qiáng)的制動特性，在母線區(qū)內(nèi)故障時(shí)無制動，因此能更明確地區(qū)分區(qū)外故障和區(qū)內(nèi)故障(見圖2)。

圖2 復(fù)式比率差動元件動作特性

2.3 電壓閉鎖元件

在裝置的硬件回路中，差動保護(hù)和斷路器失靈保護(hù)的出口接點(diǎn)均經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖。電壓閉鎖元件的動作表達(dá)式為

(5)

式中：Ua、Ub、Uc為母線相電壓；3U0為母線三倍零序電壓；U2為母線負(fù)序電壓(相電壓)；Uset、U0set、U2set分別為各序電壓閉鎖定值。其中，差動電壓閉鎖定值由裝置內(nèi)部固化：Uset=0.7Un，Un為相電壓額定值；U0set固定為6 V；U2set固定為4 V。

三個(gè)判據(jù)中的任何一個(gè)被滿足，該段母線的電壓閉鎖元件就會動作，稱為復(fù)合電壓元件動作。如母線電壓正常，則閉鎖元件返回。本元件瞬時(shí)動作，動作后自動展寬20 ms再返回。

由于靈敏度不同，差動元件和失靈元件的電壓判據(jù)獨(dú)立。

2.4 故障母線選擇邏輯

對于固定連接式不分段母線，如我廠這種單母線主接線，由于各個(gè)支路固定連接在一段母線上，不在母線段之間切換，因此大差電流既是區(qū)內(nèi)故障判別元件，也是故障母線選擇元件。

2.5 斷路器失靈保護(hù)

1)失靈復(fù)合電壓元件。斷路器失靈保護(hù)動作出口，經(jīng)相應(yīng)母線的失靈復(fù)合電壓元件閉鎖(見圖3)。

2)電流檢測元件。線路支路采用相電流、零序電流(或負(fù)序電流)“與門”邏輯；變壓器支路采用相電流、零序電流、負(fù)序電流“或門”邏輯。所有支路共用“失靈零序電流定值”、“失靈負(fù)序電流定值”。在線路支路出現(xiàn)三相跳閘后三相失靈時(shí)，采用和電流突變啟動邏輯。和電流突變門檻為0.1In+浮動門檻，浮動門檻隨系統(tǒng)和電流變化逐步自動調(diào)整。

圖3 斷路器失靈保護(hù)

線路失靈相電流判據(jù)采用裝置內(nèi)部有流門檻值(0.04In)，各變壓器支路共用“失靈相電流定值”。

本次改造將線路支路(高柑一回線和高柑二回線)設(shè)置了單相和三相跳閘啟動失靈開入回路，變壓器支路由3號機(jī)發(fā)變?nèi)鴨邮ъ`開入回路。保護(hù)裝置檢測到“斷路器失靈開入”長期誤開入，發(fā)“運(yùn)行異?！备婢盘?，同時(shí)閉鎖該失靈開入，不影響本支路其他失靈開入及其他支路失靈開入。

3 設(shè)備運(yùn)行情況

自2015年母線保護(hù)裝置改造完工后設(shè)備運(yùn)行良好,不僅滿足了湖北省電力調(diào)度通信中心的要求(母線差動微機(jī)保護(hù)的失靈保護(hù)必須經(jīng)過電壓閉鎖)[3]，而且符合《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》的規(guī)定，保護(hù)所用CT二次側(cè)接地問題[4]。新裝置運(yùn)行穩(wěn)定，應(yīng)用情況良好，能滿足清江高壩洲水電廠的母線保護(hù)要求,保證了Ⅱ母長期安全可靠運(yùn)行。