漢川電廠220 kV母差保護雙重化技術改造

葉 震，趙辛欣

（1.國電漢川發電有限公司，湖北 漢川 431614；2.三峽大學電氣與新能源學院，湖北 宜昌 443002）

0 引言

漢川電廠裝機3 320 MW，共有6臺機組，分為A、B、C廠,A、B廠各有2臺330 MW機組、C廠為2臺1 000 MW機組。漢川A廠（以下簡稱A廠）220 kV升壓站主接線方式為雙母線帶旁路母線，共有出線4回，主變2臺,啟備變1臺，母聯開關1個，旁路開關1個，共9個間隔。A廠220 kV系統運行單套BP-2B母差保護及單套BP-2B失靈保護。根據國家能源局2014年發布的《防止電力生產事故的二十五項重點要求》中規定:除終端負荷變電站外，220 kV及以上電壓等級變電站的母線保護應按雙重化配置[1]。結合國電集團公司繼電保護及直流系統技術監督檢查提出A廠220 kV母線保護沒有實現雙重化配置的問題，A廠已于2017年5月完成了220 kV母線保護雙重化改造工作。

1 母線保護雙重化改造方案

在本次母線保護改造設計中，對A廠220 kV系統配置了深圳南瑞BP-2CA/D-G型和南京南瑞PCS-915A-G型母線保護裝置。改造前，舊BP-2B母差、BP-2B失靈保護跳閘出口分別接入各間隔兩套保護裝置跳閘回路。本次改造首先新安裝一套BP-2CA母線保護，提前做好設備的單體調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失靈保護裝置的第二組跳閘回路拆除，并將其接入新BP-2CA母線保護裝置。待第一套新BP-2CA母線保護投產運行后，再進行第二套PCS-915A母線保護裝置的安裝工作。向省調申請退出舊BP-2B母差、BP-2B失靈保護裝置，拆除第一組跳閘回路接線，將其接入新PCS-915A母線保護裝置。PCS-915A母線保護投運后，實現A廠220 kV母線保護雙重化。

2 改造方案技術分析

二次回路的優化變更是本次改造工作的難點問題，包括電流回路、失靈回路、刀閘回路、跳閘回路，下面對各回路的變更情況逐個說明。

2.1 電流回路的改動

電流互感器（以下簡稱CT）的二次繞組分配問題：A廠220 kV線路TA共有6組繞組，其中保護用繞組有4組，測量、儀表用繞組有2組。按照反措要求，雙重化的兩套母線保護的電流回路應分別取自電流互感器相互獨立的繞組，且電流回路中沒有其它串接元件。若要實現母線保護使用2組獨立繞組，已無備用繞組可用。為解決此問題，對TA繞組進行了優化改造，第一組TA繞組用作線路保護A，電流回路串聯穩控A屏和故障錄波裝置；第二組繞組用作線路保護B，電流回路串聯穩控B屏；第三組繞組用作母線保護A；第四組繞組用作母線保護B。以A廠220 kV漢舵Ⅰ回線漢12為例，改造前后TA繞組分配對比如圖1所示。

圖1 改造前后TA繞組分配對比Fig.1 Before and after transformation TA winding distribution comparison

但需要注意的是，根據繞組分配原則，考慮繞組內短路死區問題，應采用交叉配置[2]。保護范圍如圖2所示，圖中繞組分配能夠滿足繼電保護配置中相鄰設備保護范圍必須有重疊區域的要求，可以避免形成死區故障，提高了保護的可靠性。

圖2 保護范圍示意圖Fig.2 Protection range diagram

TA極性配置問題：TA的極性確認是本次改造中的重點問題，如果極性配置錯誤，會導致母差保護誤動作。不同廠家的母線保護裝置，對各支路TA的極性要求不同，例如南瑞PCS-915A和深南瑞BP-2CA都要求各支路TA的極性端必須一致，但是對母聯TA的要求各自不同，南瑞PCS-915A要求母聯TA同名端在Ⅰ、Ⅲ母側；而深南瑞BP-2CA要求母聯TA的同名端在Ⅱ母側。在編寫施工方案時，對各間隔的TA極性進行仔細核對，最終極性配置圖（部分間隔）如圖3所示。

2.2 失靈啟動回路的改動

線路間隔的改動：改造前漢川A廠220 kV各線路間隔的啟動失靈回路如圖4所示，線路開關單相、三相拒動都應啟動斷路器失靈保護。其中分相失靈啟動回路是由南瑞RCS-931A保護和四方CSC-101A保護的A、B、C分相動作接點和裝置A、B、C分相過電流判別組件接點各自串聯之后再并聯組成。由于四方CSC-101A保護沒有永跳接點引出，三相失靈啟動回路是由南瑞RCS-931A保護和四方CSC-101A保護的三相過電流判別組件并聯后再與南瑞RCS-931A保護的永跳接點串聯組成。最后分相啟動失靈回路與三相啟動失靈回路并聯送出失靈啟動至A廠220 kV BP-2B失靈保護屏。

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

圖4 改造前線路啟動失靈回路Fig.4 Before the transformation of the line start failure circuit

根據國網六統一要求，斷路器失靈保護功能由母線保護實現，啟動失靈的保護跳閘接點由各個間隔的線路保護提供，線路保護應提供直接啟動失靈保護的分相和三相跳閘接點，失靈電流判別功能依靠母線保護自身實現，改造后線路間隔的啟動失靈回路如圖5所示，線路保護僅提供保護跳閘接點接入母線保護屏。需要說明的是由于四方CSC101A保護沒有永跳接點引出，計劃利用今后的線路停電檢修機會引出三跳接點送至母線保護。

圖5 母差改造后線路啟動失靈回路Fig.5 After the transformation of the line to start the failure circuit

主變、啟備變間隔的改動：改造前1號發變組和01號啟備變啟動失靈功能由PCS974AG保護裝置實現；2號發變組啟動失靈功能由RCS974AG保護裝置實現。根據國網六統一要求，雙母線接線，變壓器保護啟動失靈和解除電壓閉鎖采用保護跳閘接點，啟動失靈和解除電壓閉鎖應采用不同的繼電器的跳閘接點。為配合本次母線保護改造工作，首先對發變組和啟備變的保護定值進行了修改，變更保護裝置全停控制字（跳閘矩陣）。其次，在發變組及啟備變保護屏將原“啟動高壓側斷路器失靈（備用）”動作接點引出并送至新母線保護裝置，作為解除失靈電壓閉鎖開入。最后，在A廠新母線保護裝置投運時，通過修改定值將1號發變組、01號啟備變PCS-974AG裝置和2號發變組RCS974AG裝置啟動失靈功能停用，其失靈啟動電流判據功能由新母線保護實現。

2.3 母聯開關位置信號的改動

母聯開關的位置信號對母線保護的能否正常運行非常重要，無論在PCS-915A母差保護還是BP-2CA母線保護中都有以下作用：首先是作為母聯死區保護的重要判據；其次是作為比例差動元件的比率制動系數高低定值的切換判據；最后是作為充電保護的判據。漢川A廠母聯開關漢15為分相開關，改造前舊BP-2B母差保護需要取一開一閉共兩組母聯開關位置信號。而改造后對PCS-915A和BP-2CA母線保護，只需分別取一組三相常閉接點的串聯接點作為母聯開關的位置信號。

2.4 刀閘回路的改動

為了保證母線保護的正確性，必須保證母線保護能正確識別當前母線運行的方式[3]。BP-2CA和PCS-915A母線保護通常是通過判別各母線刀閘輔助接點通斷與否來確定母線的運行方式，如果接入母線保護裝置的刀閘接點不正確，母線保護可能會產生差流報警甚至不正確動作，因此在改造前應查清各線路間隔刀閘輔助接點使用及備用接點情況，合理優化各輔助接點，保證母線保護雙重化改造所需新增輔助觸點的需求。為了防止刀閘輔助接點發生接觸不良、抖動等情況對保護裝置的正常運行造成影響，可以考慮采用雙位置接點既兩組常開接點并聯后作為刀閘位置接入母線保護裝置。今后若有一次設備刀閘更換計劃時，應在采購設備時考慮要求增加輔助接點的數量。

2.5 母線保護跳閘回路的改動

改造前舊BP-2B母差保護動作將同時跳各間隔斷路器的兩組跳閘線圈，根據《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求繼電保護實施細則》的規定，雙重化配置的母線保護采用兩套完整、獨立的母線差動保護，并安裝在各自柜內。兩套母線差動保護的跳閘回路應與斷路器的兩個跳閘線圈分別一一對應。本次改造完成后，能夠實現BP-2CA母線保護動作后跳閘指令送至各間隔操作箱第一組跳閘回路，PCS915A母線保護動作后跳閘指令送至各間隔操作箱第二組跳閘回路。

3 結合母線保護及線路改造的一些建議

3.1 做好改造的風險控制

本次改造需要對各220 kV間隔的電流回路和跳閘回路進行相應改造，同時需要多次改變220 kV系統調度方式，存在較大安全風險，需要合理制定安全、技術方案，做好改造全過程中的安全風險控制。首先要合理制定安全、技術方案，保證A廠220 kV母差、失靈保護退出時間及次數最少；其次改造過程危險點分析全面，不發生人身、設備責任事故；最后送電前做好極性核對工作，確保帶負荷后確認各間隔電流回路極性正確，確保新母線保護投運一次成功。

3.2 重視刀閘位置信號接入

雖然新投運的兩套新母線保護都能實現刀閘輔助接點自糾正功能，即在收到刀閘狀態的同時，裝置通過內部電流計算來校驗刀閘輔助接點的狀態信號。當某條支路有電流而無刀閘位置或開入電源異常導致位置丟失時，裝置能夠記憶原來的刀閘位置。但考慮極端情況下，保護裝置為了防止無刀閘位置的支路拒動，無論那條母線發生故障時，將切除有流且無刀閘位置的支路。而且2016年A廠220 kV BP-2B母差保護裝置曾出現過在設備正常運行時支路刀閘開入狀態異常變位的情況，檢查NCS（線路監控系統）無刀閘變位，但母差保護裝置出現支路刀閘變位，為此更換了BP-2B母差保護裝置插件。說明在極端情況下，存在母差保護誤切除有流且無刀閘位置的支路擴大停電范圍的可能。為了防止因刀閘變位導致母差保護誤動，應重視刀閘輔助接點的接入問題。建議在今后的刀閘更換過程中，增加輔助接點的數量，采用雙位置接點即兩組常開接點并聯后作為刀閘位置信號接入母線保護裝置，提高保護裝置運行的可靠性。

3.3 加快母差改造進度

結合漢川B廠220 kV線路光纖化改造換型工作，目前漢川B廠220 kV母差及失靈保護存在以下問題：B廠運行雙套母差（BP-2B、RCS-915AS）及單套BP-2B失靈保護，但不符合國網六統一要求中失靈保護功能由母線保護實現的要求。2016年11月B廠220 kV漢曹Ⅰ、Ⅱ回線路保護光纖化改造換型后，失靈啟動電流判據仍靠線路保護本身判定，單套失靈保護裝置跳閘接點分別接至斷路器的兩個跳閘線圈。此外，B廠母差保護裝置投運已近10年，運行期間曾發生因“保護元件A/D異常”而閉鎖保護的事件，保護班緊急向調度申請退出保護并聯系廠家更換了插件板。類似的故障在A廠BP-2B母差保護改造前也發生過，由此可見，隨著裝置老化，保護的可靠性得不到保證，因此應結合A廠母線保護雙重化改造工作經驗，盡早規劃B廠母線保護換型工作。

3.4 優化啟動TJR回路

漢川B廠220 kV線路已完成漢曹Ⅰ回、漢曹Ⅱ回光纖化改造工作，新投運的線路保護裝置二次回路設計為僅由母差、失靈保護動作啟動線路保護操作箱TJR,而還未改造的漢熊線（漢26）線路保護操作箱中的啟動TJR回路并聯了線路保護裝置自身的保護動作接點。計劃在2018年漢熊線光纖化改造中取消此并聯接線，改為僅由母差、失靈保護動作啟動線路保護TJR。

4 結語

漢川A廠220 kV母線保護雙重化改造項目，不僅滿足了電網反措和國電集團公司技術監督的要求，同時為A廠220 kV母線保護裝置檢修創造了條件，有效解決了因母線保護裝置檢修而使母線失去保護的問題，提高了母線運行的安全性，為電網的穩定運行提供了保障。

（References）

[1]國家能源局.防止電力生產事故的二十五項重點要求及編制釋義[M].北京：中國電力出版社,2014.National Energy Administration.Prevention of power generation accidents in the twenty-five key re?quirements and preparation of interpretation[M].Beijing:China Electric Power Press,2014.

[2]吳興龍,李少飛,汪雷.變電站220 kV母線保護雙重化改造全過程分析[J].安徽電力，2015,32（1）：31-35.WU Xinglong,LI Shaofei,WANG Lei.The whole process analysis of substation 220 kV bus protection double configuration transformation [J]. Anhui Electric Power,2015,32(1):31-35.

[3]王世祥,左婧.母線保護雙重化改造中注意事項的探討[J].繼電器，2008,36（3）：75-78.WANG Shixiang,ZUO Jing.Discussion on the bus protections duplex configuration reconstruction[J].Relay,2008,36(3):75-78.