利用短路電流校驗母差保護極性的新方法

牛利濤，汪成根，牛洪濤

（1.西安熱工研究院有限公司，西安 710032；2.江蘇省電力公司電力科學研究院，南京 211103；3.江西江聯國際工程有限公司，南昌330000）

0 引言

電廠通常的做法是在老廠原有升壓站基礎上擴建啟動備用變壓器（啟備變）間隔和機組間隔，以滿足新機組并網發電和啟動備用電源的需要。在新機組正式投產前，廠用電一般由啟備變提供。根據《繼電保護及電網安全自動裝置檢驗條例》的規定，母差保護在新接入設備之后和啟備變差動保護在正式投運之前，必須用一次電流校驗，以判斷新接入的電流回路的接線是否緊固、極性是否正確以及變比設置是否合理。由于500kV升壓站的短路電流較大，電流互感器（TA）的變比為3 000∶1或4 000∶1，使得新投入的啟備變間隔，無法用環流來校驗母差保護電流回路的正確性。加上啟備變的容量有限，尤其是倒送電期間難以組織大量的負荷，這就對利用啟備變的負荷電流校驗母差保護和啟備變差動保護，造成了較大困難。

能否利用一次電流校驗母差保護和啟備變差動保護的接線狀況，是升壓站擴建和廠用受電經常遇見的問題，關系到電網的安全和工程進度。因此，利用短路電流校驗母差保護極性的新做法，值得去探索和總結。

1 校驗難點及存在問題

1.1 傳統校驗方法

校驗差動保護電流回路正確性的傳統做法，目前有5種。

1）集中組織負荷（如組織大量輔機），利用負荷電流校驗差動保護電流回路的正確性［1］。

2）利用電動機的啟動電流錄波數據，校驗差動保護電流回路的正確性。

3）使用一次通流的辦法校驗差動保護電流回路的正確性［2］。

4）提供臨時負載校驗差動保護電流回路的正確性（如提供臨時電抗器或電容器組作為負載）。

5）利用環流校驗母差保護極性的正確性。

1.2 校驗難點及存在問題

現以浙能鳳臺電廠為例，一期工程建設2臺600MW燃煤機組，升壓站為500kV等級，有2個3／2接線完整串，設計2條500kV線路送出；二期工程擴建2臺660MW超臨界燃煤機組，在原來500kV升壓站的基礎上擴建1個3／2完整串和1個啟備變間隔，用以滿足機組并網和啟動備用電源的需要。

該廠Ⅰ母母差保護和啟備變差動保護電流回路校驗時，啟備變間隔用于母差保護的TA變比為2 000∶1，啟備變容量為50MVA，高壓側的額定電流通過計算為57.7A，新建電廠在啟備變倒送電時期，廠用負荷為15%，由此得到啟備變間隔的電流約為9A；考慮到此時的啟備變間隔的變比，二次電流為4～5mA，電流幅值太小，不能滿足母線保護裝置校驗差流的需要。雖然鉗形表可以勉強測到回路電流的幅值，但在機組安裝初期，廠用負荷主要是生活、施工負荷。這些負荷波動大，三相電流不平衡，電流中存在大量的諧波含量，對保護校驗帶來較大的困難。

在新建電廠施工初期，由于安裝、土建和設備到貨等方面的原因，大容量輔機還不具備試轉條件，組織大量的負荷不現實；提供臨時負載，需要提供額外的電抗器組，租賃臨時負荷的費用較大，采購供貨需要一定的周期，并且屬于一次性使用，不太經濟［3］；一次通流的方法可以滿足中小型變壓器差動保護校驗的需要，由于啟備變的變比較大、容量較大，一般的升流器或者380V電源無法滿足試驗的需要；大容量的升流器往往比較笨重，運輸和移動不便，現場尋找也不太方便。

文獻［4］提出用電動機的啟動電流校驗差動保護的極性和相位，不失為一種好辦法，但是以鳳臺電廠最大的電機（電動給水泵）為例，盡管啟動電流可以達到額定電流的5～7倍，從理論上講可以采取錄波的方法校驗啟備變差動保護的極性，但此時的電流幅值對于母差保護校驗仍偏小，并且電動機的啟動電流衰減很快，這更增加了校驗成功的難度。

2 利用短路電流進行校驗

2.1 試驗方法的提出

為了解決保護回路正確性校驗問題，結合電廠的實際情況。由調試單位牽頭，經業主、安裝、設計單位共同研究，提出了利用2號600MW發電機作為短路試驗電源，分別在500kV升壓站和啟備變低壓側設置短路點，利用短路電流校驗差動保護電流回路的極性配置和變比設置是否合理的試驗方法。

2.2 試驗方法

短路點設K1至K6，共6個，短路試驗接線圖如圖1所示。

圖1 短路試驗接線圖

試驗分為兩部分進行。首先進行升壓站內的短路試驗，分別利用500027及503327地刀作為短路點，即K1、K2點，校驗Ⅰ母母差保護新接入電流回路的正確性；再進行啟備變低壓側的短路試驗，在500027及503327地刀上加裝一組輔助短路線，校驗啟備變差動保護電流回路的正確性。其中，K3、K4、K5、K6點采用短路小車作為短路裝置。

3 試驗前的危險點排查及措施

3.1 短路點開路會引起過電壓

短路點開路會引起過電壓，造成一次設備的損害。預防措施主要有4項。

1）保證短路裝置的容量足夠大 K1、K2點短路裝置，采用接地刀閘加裝輔助短路線方式；K3、K4、K5、K6點短路裝置，采用短路小車方式，容量按照試驗短路電流的1.5倍考慮；所有通過短路電流的刀閘和斷路器，在短路試驗時均退出動力電源或者控制電源，防止在試驗過程中因誤操作造成一次系統開路。

2）調整對勵磁系統的控制方式 設置勵磁調節裝置為手動模式下的“定角度”控制方式，確認勵磁控制給定在最小位置。每次增磁操作的調節脈寬為最小，設定勵磁電流上限為額定勵磁電流的40%；在滅磁開關柜上臨時裝設事故按鈕，用于緊急狀況下手動跳滅磁開關。

3）修改過電壓定值和0s跳開關 臨時修改發電機定子過電壓的定值為0.3倍的額定電壓，0s跳滅磁開關。

4）做好試驗前的準備工作 為了防止短路點長時間過流，在短路試驗前要備齊所有需要的圖紙和資料；繪制好記錄表格；提前熟悉需要測量的部件位置；提前給通信設備充好電，備齊備用電池，尤其要保持測量人員和勵磁工作人員的通信暢通，力爭在最短時間內完成相關保護的校驗工作，用以減少短路點的發熱。

3.2 短路試驗時2號發電機會超速

短路試驗時2號發電機的并網開關5021需要合閘，并網開關合閘后自動控制系統（DEH）中的“并網加初負荷邏輯”會自動增加進汽量，而此時機組實際處于脫網狀態，會造成機組超速。為此，需要采取雙保險，一是臨時解除并網開關送給DEH的并網信號；二是解除熱工控制中“并網后帶5%初負荷”的邏輯。

3.3 母差保護屏要落實安全措施

K1、K2點短路試驗時，5033斷路器間隔TA有電流，此時5033斷路器間隔和500kVⅡ母分屬不同的系統，5033間隔電流接入Ⅱ母母差保護會引起母差保護誤動，因此需要做好隔離措施［5］。在K1短路點一定要注意對5033斷路器間隔接入Ⅱ母母差保護的兩組電流回路，做好母差保護屏的兩項安全措施。

1）使用鉗形電流表測量Ⅱ母母差保護Ⅰ屏和Ⅱ屏的各個間隔電流的大小，明確應短接5033間隔母差保護的三相電流端子。

2）在端子外側短接5033間隔母差保護用的三相電流端子后，斷開A相、B相、C相電流端子滑塊。試驗結束后恢復接線。

3.4 防止5033斷路器失靈保護誤動

K1、K2點短路試驗時，5033斷路器間隔TA有電流，會造成失靈保護誤動，啟動母差失靈保護動作［6］。鳳臺電廠的母差保護采用ABB公司生產的REB670型母線保護，該保護的啟動失靈回路不設母線低電壓判據，一旦斷路器失靈保護誤動，啟動母差失靈保護動作與跳母線上的所有斷路器。

因此，在K1、K2點進行短路試驗時，不僅要把5033斷路器失靈保護壓板退出，而且還要把5033斷路器失靈保護啟動Ⅰ母線差動保護壓板退出，并用膠布封死。

4 試驗過程

4.1 校驗I母母差保護電流回路的正確性

2號發電機緩緩增磁，升2號主變高壓側電流約為360A時，測得啟備變5000間隔電流約為200A，5031間隔電流約為160A，檢查Ⅰ母母差保護Ⅰ屏、Ⅱ屏差動保護各間隔電流，記錄差流和制動電流。以Ⅰ母母差保護Ⅰ屏為例，檢查結果正確，數據匯總如表1所示。

表1 短路試驗時母差保護采樣

4.2 校驗啟備變差動保護電流回路的正確性

2號發電機緩緩增磁，升2號主變高壓側電流約為23A時，測得啟備變5000間隔電流約為23A，啟備變低壓側3A、3B、4A和4B分支電流約為500A，檢查啟備變保護A屏、B屏差動保護電流，校驗差動保護電流回路極性和變比設置是否合理。

以保護A屏為例，檢查結果正確，數據匯總如表2所示。

表2 短路試驗時啟備變差動采樣

4.3 運行數據及結論

短路試驗結束后，進行500kV升壓站第3串和啟備變受電，差動保護可靠投入，運行良好。運行后的數據匯總如表3和表4所示。

表3 運行時母差保護運行數據

表4 運行時啟備變運行數據

運行后的差動保護數據再次表明，利用短路試驗校驗母差保護和啟備變差動保護電流回路正確性的方法是可行的，達到了預期的目標。

5 結論

針對500kV升壓站新建啟備變間隔后，母差保護電流回路校驗的難點，提出了利用老廠的調停機組作為試驗電源，在升壓站和啟備變低壓側分別設置短路點，利用短路電流校驗差動保護電流回路正確性的新方法。新方法的優點主要有2點：一是可充分利用現場已有設備，不需要額外購置大型升流器、電纜和臨時負荷，節省了開支；二是短路電源容量足夠大，能夠提供足夠大的短路電流滿足差動保護校驗的需要。

現場試驗數據分析表明：新方法能可靠校驗母差保護和啟備變差動保護電流回路正確性，為500kV升壓站第3串和啟備變受電提供了技術支持，為擴建機組分部試運和并網發電爭取了寶貴時間。

［1］易浩波，陳賢德，李剛.用一次升流方法校驗線路差動保護［J］.湖南電力，2013，33（3）：42－46.

［2］羅平.一種新的差動回路通電試驗方法［J］.繼電器，2005，33（12）：75－78.

［3］葉金明，杜成峰，陳全明.電廠倒送電期間保護帶負荷校驗方案探討［J］.華東電力，2012，40（10）：158－159.

［4］兀鵬越，張文斌，等.利用電動機啟動電流檢查差動保護接線的新方法［J］.電力建設，2007，28（9）：70－74.

［5］劉輝樂，林國松.500kV變電站主變母差改造方案［J］.華東電力，2011，39（4）：659－662.

［6］徐峰，于艷莉.500kV變電站更換母差保護后的回路改造方案探討［J］.浙江電力，2012，43（3）：9－12.