220 kV變電站母線(xiàn)保護(hù)改造方案探討

郭林杰

(廣東電網(wǎng)公司佛山供電局，廣東 佛山 528200)

220 kV變電站母線(xiàn)保護(hù)改造方案探討

郭林杰

(廣東電網(wǎng)公司佛山供電局，廣東 佛山 528200)

目前，南網(wǎng)一些220 kV變電站由于運(yùn)行時(shí)間比較久，出現(xiàn)了設(shè)備老化、部分母線(xiàn)保護(hù)設(shè)備超期服役的現(xiàn)象，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從2012年至今，這些220 kV變電站母線(xiàn)保護(hù)設(shè)備的故障率在不斷增高。現(xiàn)根據(jù)母線(xiàn)保護(hù)的原理，分析了現(xiàn)行微機(jī)母線(xiàn)保護(hù)和原始母線(xiàn)保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)，并根據(jù)母線(xiàn)保護(hù)改造的實(shí)際施工過(guò)程，總結(jié)出母線(xiàn)保護(hù)改造的最優(yōu)方法和實(shí)際施工過(guò)程中的注意事項(xiàng)。

220 kV變電站；母線(xiàn)保護(hù)；差動(dòng)保護(hù)；母差

0 引言

母線(xiàn)是指選用導(dǎo)電性能比較好的材料制成的，用于傳輸電能的裝置，它具有匯集和分配電能的作用。在電力系統(tǒng)中，母線(xiàn)是最重要的裝置之一，如果母線(xiàn)發(fā)生故障，將是電力系統(tǒng)中最為嚴(yán)重的故障，因?yàn)樗鼘⒂绊懙狡渌娏υO(shè)備的安全運(yùn)行，更嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致一些關(guān)鍵設(shè)備的損壞停運(yùn)，造成大面積的停電事故，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行造成很大的危害。隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)電壓不斷提高，人們對(duì)母線(xiàn)運(yùn)行的安全性要求也越來(lái)越高，對(duì)母線(xiàn)保護(hù)的快速性、靈敏性、可靠性和選擇性也提出了更高的要求。

220 kV變電站中母線(xiàn)的主保護(hù)一般都是采用差動(dòng)保護(hù)，并采用TA斷線(xiàn)和復(fù)合電壓2種方式進(jìn)行閉鎖；同時(shí)還設(shè)立一些輔助的保護(hù)，主要包括短路失靈保護(hù)、母聯(lián)死區(qū)保護(hù)、母聯(lián)失靈保護(hù)、母聯(lián)過(guò)流保護(hù)和母線(xiàn)充電保護(hù)。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB14285—2006《繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》的要求，220 kV變電站母線(xiàn)上的保護(hù)要能有選擇性地切斷任意一組母線(xiàn)，而不影響其他母線(xiàn)的正常運(yùn)行。

1 220 kV變電站傳統(tǒng)母線(xiàn)保護(hù)的現(xiàn)狀

某些變電站由于建造得比較早，母線(xiàn)保護(hù)都是采用普通的電子式的差動(dòng)保護(hù)，即比率制動(dòng)式母差保護(hù)，這種保護(hù)方式利用輔助接點(diǎn)來(lái)控制繼電器從而切斷故障母線(xiàn)回路，輔助接點(diǎn)和繼電器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)依靠的是普通的指示燈，但無(wú)法判斷輔助接點(diǎn)和控制繼電器是否存在故障現(xiàn)象。因此，這種保護(hù)存在一定的安全隱患。

2 現(xiàn)行微機(jī)母線(xiàn)保護(hù)的特點(diǎn)及原理

隨著繼電保護(hù)技術(shù)的不斷發(fā)展，母線(xiàn)保護(hù)已經(jīng)逐漸脫離了原始的保護(hù)控制方式，微機(jī)化已經(jīng)成為母線(xiàn)保護(hù)發(fā)展的普遍趨勢(shì)。微機(jī)型母線(xiàn)保護(hù)和傳統(tǒng)型母線(xiàn)保護(hù)相比有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

(1) 微機(jī)母線(xiàn)保護(hù)裝置可以通過(guò)調(diào)整系數(shù)來(lái)對(duì)TA進(jìn)行整定，并且微機(jī)母線(xiàn)保護(hù)裝置對(duì)TA保護(hù)具有獨(dú)特的判據(jù)；

(2) 微機(jī)母線(xiàn)保護(hù)裝置有不同的接口形式，可以通過(guò)不同的通信方式與后臺(tái)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)對(duì)母線(xiàn)保護(hù)和母線(xiàn)控制裝置的遙信和遙控；

(3) 微機(jī)母線(xiàn)保護(hù)裝置利用了微型計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，來(lái)實(shí)現(xiàn)比率制動(dòng)特性的電流瞬時(shí)值的精確計(jì)算，確保母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的及時(shí)性和有效性。

根據(jù)KCL定律，母線(xiàn)系統(tǒng)在正常工作的狀態(tài)下時(shí)，其流入和流出電流的向量和是0，即∑I=0，當(dāng)母線(xiàn)系統(tǒng)中出現(xiàn)故障時(shí)，∑I=∑IK，其中IK是短路故障電流，這時(shí)母線(xiàn)上的母差保護(hù)裝置動(dòng)作，就可以有選擇性地切斷故障電流。其實(shí)母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)裝置的保護(hù)范圍是固定的，即母線(xiàn)和連接在母線(xiàn)上的電氣設(shè)備，具體如圖1所示。

圖1 母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的范圍

母線(xiàn)的差動(dòng)回路包括大差回路和小差回路，大差回路是指母聯(lián)線(xiàn)路中除了母聯(lián)開(kāi)關(guān)和分段開(kāi)關(guān)外所有支路電流構(gòu)成的差動(dòng)回路；小差回路是指該段母線(xiàn)所連接的包括母聯(lián)和分段斷路器的所有支路電流構(gòu)成的差動(dòng)回路。微機(jī)型母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)是由能夠反映出單相故障和相間故障的分相式比率差動(dòng)元件構(gòu)成，目前110 kV母線(xiàn)系統(tǒng)基本上都采用雙母線(xiàn)形式，雙母線(xiàn)的差動(dòng)保護(hù)就包括大差動(dòng)保護(hù)回路和小差動(dòng)保護(hù)回路。其中大差用于判斷母線(xiàn)區(qū)域內(nèi)和區(qū)域外的故障，小差用于故障母線(xiàn)的選擇。

為了確保母線(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)的安全性和準(zhǔn)確性，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求220 kV以上的母線(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)均采用雙冗余的方式配置保護(hù)裝置(圖2)，即每條母線(xiàn)上均采用2套母線(xiàn)保護(hù)裝置。母線(xiàn)保護(hù)裝置采用雙冗余的方式，可以在母線(xiàn)保護(hù)檢修時(shí)或母線(xiàn)保護(hù)出現(xiàn)故障時(shí)，減少繼電保護(hù)的誤動(dòng)作，提高供電的可靠性。母線(xiàn)保護(hù)采用雙冗余方式配置，要遵循以下幾點(diǎn)原則：

(1) 2套相同的母線(xiàn)保護(hù)裝置電源應(yīng)取自不同的蓄電池；

(2) 2套母線(xiàn)保護(hù)裝置與斷路器的2組跳閘線(xiàn)圈對(duì)應(yīng)時(shí)，其保護(hù)電源和控制電源應(yīng)取自同一組直流電源。

圖2 雙冗余母線(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)

母線(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置一般都是由3個(gè)部分組成，分別是保護(hù)系統(tǒng)、閉鎖系統(tǒng)和管理系統(tǒng)。保護(hù)系統(tǒng)主要用于母線(xiàn)系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)量和模擬量信號(hào)的采集，并對(duì)采集來(lái)的信息進(jìn)行邏輯判斷，最終輸出控制信號(hào)到TJ；閉鎖系統(tǒng)主要完成各電壓量的采集，并根據(jù)信息判斷系統(tǒng)的閉鎖信息，輸出到BJ；管理系統(tǒng)主要用于人機(jī)交互管理，信息數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)，保護(hù)設(shè)備與后臺(tái)系統(tǒng)的通信管理等。

3 具體的改造施工要求和安全防護(hù)措施

220 kV變電站母線(xiàn)保護(hù)改造施工相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，部分還需要進(jìn)行帶電作業(yè)，對(duì)人員和設(shè)備的要求比較高，需要嚴(yán)格的操作管理制度和經(jīng)驗(yàn)比較豐富的施工人員才能進(jìn)行改造施工。施工前需要有完善的施工作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，并由保護(hù)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行交底指導(dǎo)；還需要辦理好相關(guān)的操作手續(xù)，并做好現(xiàn)場(chǎng)和人員的安全防護(hù)措施。

母線(xiàn)保護(hù)改造可以分為3個(gè)步驟來(lái)實(shí)施：

(1) 新的母線(xiàn)保護(hù)裝置的提前安裝調(diào)試；

(2) 原母線(xiàn)保護(hù)裝置的拆除和退出；

(3) 新母線(xiàn)保護(hù)的安裝調(diào)試和投入。

為了節(jié)約施工時(shí)間，可以將新增的母線(xiàn)保護(hù)裝置在變電站中預(yù)先分裝好，并做好相應(yīng)的檢驗(yàn)和試驗(yàn)工作。在操作時(shí)，尤其是在鋪設(shè)電纜的過(guò)程中，由于原裝置并沒(méi)有停電，所以一定要做好足夠的防護(hù)措施，例如接入點(diǎn)小母線(xiàn)為上下2層，之間就需要用絕緣板進(jìn)行遮蔽；接入的過(guò)程中施工人員要戴好絕緣手套，一根一根地接入，每接入一根電纜就要用萬(wàn)用表進(jìn)行確認(rèn)，確保接入無(wú)誤后才能進(jìn)行接下一根線(xiàn)的接入操作；整個(gè)施工過(guò)程中要確保無(wú)短路事故發(fā)生，全部完成以后還要用萬(wàn)用表進(jìn)行相序的核定。所以在操作之前，要對(duì)整個(gè)施工過(guò)程中的危險(xiǎn)源進(jìn)行梳理，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，母線(xiàn)保護(hù)改造施工中的危險(xiǎn)點(diǎn)可以參照表1。

表1 電纜二次線(xiàn)安裝中的危險(xiǎn)點(diǎn)

裝置組裝完畢后，要通知母線(xiàn)保護(hù)生產(chǎn)廠(chǎng)家的技術(shù)人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校核，一切工作準(zhǔn)備完畢后，可以申請(qǐng)停電，進(jìn)行下一步的操作。下一步操作就是原母線(xiàn)的拆除，拆除前首先要退出原母差保護(hù)屏所有保護(hù)出口，然后再退出電源裝置，最后才能進(jìn)行二次線(xiàn)拆除，二次線(xiàn)拆除首先要拆除跳閘回路電纜，拆除過(guò)程應(yīng)在運(yùn)行人員監(jiān)護(hù)下進(jìn)行，拆除前要進(jìn)行校線(xiàn)，經(jīng)運(yùn)行人員確認(rèn)無(wú)誤后方可拆除。跳閘回路拆除后再拆除信號(hào)回路，包括母線(xiàn)刀閘用于PT切換回路的二次線(xiàn)，同樣拆除前要進(jìn)行校線(xiàn)，確認(rèn)無(wú)誤后方可拆除。最后拆除的是電流回路，由于母聯(lián)回路的CT都處于工作狀態(tài)，所以電流回路的拆除工作是比較危險(xiǎn)的，拆除前要先用鉗表進(jìn)行校線(xiàn)，確認(rèn)無(wú)誤后就地將端子箱內(nèi)CT繞組短接，短接后再用鉗表確認(rèn)是否有電流，如果無(wú)電流，再將電纜拆下，并接入本次新敷設(shè)的線(xiàn)路電纜，接入時(shí)要確保牢固、可靠，新電纜接入后兩側(cè)再用鉗表確認(rèn)無(wú)電流，最后拆除短接線(xiàn)，拆除時(shí)分相進(jìn)行，每拆除一相后用鉗表確認(rèn)電流，這樣可以達(dá)到通流試驗(yàn)的效果。

二次線(xiàn)拆除后，再拆除保護(hù)柜上的小母線(xiàn)，二次線(xiàn)和小母線(xiàn)拆除后，就可以將原母線(xiàn)控制柜拆除并運(yùn)出變電站，再將新的母線(xiàn)保護(hù)裝置二次線(xiàn)接入系統(tǒng)。

母線(xiàn)保護(hù)裝置、二次回路經(jīng)檢驗(yàn)正確后，具備投入電網(wǎng)運(yùn)行條件，可以按調(diào)度命令投入此保護(hù)。但在投入保護(hù)前，還是要進(jìn)行投運(yùn)前的檢查的。具體如：

(1) 要確定直流工作電源的正確性和穩(wěn)定性；

(2) 確認(rèn)裝置的差動(dòng)保護(hù)投入功能在正常的工作狀態(tài)；

(3) 確認(rèn)其他保護(hù)功能投入的切換開(kāi)關(guān)位置或壓板與保護(hù)定值單要求相符；

(4) 接入各單元電流后，檢查確認(rèn)各單元電流極性正確，查看電流顯示是否在允許范圍以?xún)?nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

220 kV變電站母線(xiàn)保護(hù)對(duì)于變電站中各設(shè)備的安全運(yùn)行來(lái)說(shuō)有著非常重大的意義，可以降低設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)，降低變電站的運(yùn)營(yíng)成本。對(duì)于老的變電站來(lái)說(shuō)，母線(xiàn)保護(hù)的改造升級(jí)可以進(jìn)一步提升變電站運(yùn)行的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。但母線(xiàn)保護(hù)裝置的改造是存在安全隱患的，所以在改造的過(guò)程中一定要做好設(shè)備的防護(hù)和人身的防護(hù)，并根據(jù)母線(xiàn)保護(hù)的基本原理和現(xiàn)行微機(jī)保護(hù)的原理充分論證改造方案的可行性，做到改造過(guò)程中的萬(wàn)無(wú)一失。

[1]周波，李洪波，董永樂(lè).關(guān)于母線(xiàn)保護(hù)改造中部分問(wèn)題的探討[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2010(1)

[2]宋方方.分布式母線(xiàn)保護(hù)的研究[D].保定：華北電力大學(xué)，2002

2014-06-25

郭林杰(1987—)，男，河南洛陽(yáng)人，碩士研究生，研究方向：電力系統(tǒng)自動(dòng)控制。