抽水蓄能電廠主變保護跳閘出口雙重化研究

摘要：惠州蓄能水電廠主變保護A、B套保護共用一個跳閘矩陣，跳閘矩陣出口跳每個開關只設置一個出口繼電器，未實現跳閘矩陣及出口繼電器的完全雙重化，不滿足相關規范要求。本文對惠州蓄能水電廠主變保護跳閘出口回路進行分析，得出了主變保護當前設計的重大安全隱患，并結合惠州蓄能水電廠主變保護跳閘出口回路的設計圖和規范要求，提出了主變保護跳閘出口雙重化的具體方案，解決了主變保護雙重化不完全的問題，有效防止了單一元器件故障導致保護拒動的問題，可以為其它具有類似問題的主變保護雙重化改造提供參考。

關鍵詞：主變保護;跳閘矩陣;雙重化;出口繼電器

0前言

惠州蓄能水電廠共裝有8臺30萬千瓦可逆式抽水蓄能發電機組，總裝機容量240萬千瓦。主變保護由法國ALSTOM設計、供貨，保護裝置生產廠家為AREVA，投產時間為2008年7月。

主變保護A、B套保護共用一個跳閘矩陣，跳閘矩陣出口跳每個開關只設置一個出口繼電器，未實現跳閘矩陣及出口繼電器的完全雙重化。不滿足南方電網大型發電機及發變組保護技術規范（Q/CSG 110033-2012）中第5.1.3的要求：雙重化配置的兩套電氣量保護的直流電源、電流回路、電壓回路、開入量、跳閘回路等應相互獨立，彼此沒有電氣聯系[1]。也不滿足相關繼電保護設計和運行管理規定的要求：每套主保護應有獨立的跳閘出口[2] [3]。

本文分析了當前設計的安全隱患，結合圖紙和設計規范提出了整改方案，即利用現有跳閘矩陣，通過優化插針布置，增加新的跳閘出口繼電器，避免因跳閘矩陣或出口繼電器單一元件故障導致保護不能出口的問題。2016年3月份開始結合主變停電逐步開展主變保護的跳閘出口雙重化整改工作，截止2017年1月完成了全部八臺主變保護的整改工作。

1跳閘矩陣和跳閘出口簡介

主變保護共設置一套跳閘矩陣，中的紅色插針為銅柱，黑色插針為二極管。矩陣每一列對應一個保護功能，每一行對應一個跳閘出口繼電器。正常投入情況下紅色插針插在最上方的一排插孔，紅針投入表示該保護功能出口回路投入。黑針投入表示該列保護出口將動作于黑針所在行連接的出口繼電器。跳閘矩陣底下兩排插孔無實際意義，僅用于保護退出時紅針、黑針臨時存放。

跳閘矩陣內部電路圖如下圖1所示，其上部實線框為跳閘矩陣動作回路，下部虛線框內為信號回路。右下部為跳閘矩陣電源輸入，該電源僅為信號回路提供電源;跳閘矩陣每列均的Uin經需保護裝置開出接跳閘電源5E1+。

主變保護跳閘矩陣電氣接線圖如下圖2所示，主變保護跳閘矩陣出口繼電器接線圖如下圖3所示。

以圖3中跳閘矩陣第3列為例，如主變低壓過流保護動作，保護裝置出口繼電器Relay2出口，5E1+將通過relay2的閉合節點、紅針后到達黑針，黑針上的二極管導通，正電到達圖4中B行，之后到達出口繼電器010XR，010XR勵磁動作，具體的正電經過的回路如圖3、圖4中紅線所示。010XR的輔助節點分別送至500kV斷路器的2組跳閘回路、監控系統等回路。

當跳閘矩陣電源丟失或其250VDC/5VDC電壓轉換器故障時，信號回路5VDC電源丟失，左下角的監視線圈失磁，supply fault 節點閉合，信號送至監控系統告警;同時，由于5VDC電源丟失，此時矩陣信號回路電源丟失，盤柜面板上的動作信號指示燈不能正常指示;但在跳閘矩陣的動作回路方面，每列的電源取自動作回路頂部的Uin，而Uin取自5E1+小母線（經保護裝置開出），經過紅色插針、黑色插針到A行小母線，再到出口繼電器后到5E1-，跳閘回路仍可正常出口，與跳閘矩陣本身的250VDS電源及5VDC電源沒有聯系。

2 當前設計帶來的安全隱患

A套保護或B套保護動作后均會驅動同一跳閘矩陣的同一列，然后驅動同一跳閘出口繼電器。跳閘出口繼電器010XR、001XR、002XR等為常失磁繼電器（跳閘矩陣每一行對應一個跳閘出口繼電器），正常情況下為失磁狀態，只有當保護動作時才會勵磁，然后通過輔助節點去斷路器跳閘線圈跳閘。當跳閘出口繼電器線圈損壞或線圈電源回路接觸不良或跳閘矩陣某一行損壞時，運行人員無法及時得知，當保護裝置動作時，跳閘出口繼電器無法勵磁，跳閘命令無法出口，造成保護拒動，后果嚴重。

3 跳閘出口雙重化研究

跳閘矩陣共有8行，每行對應一個出口繼電器，當前已使用5行，還有3行為備用，利用現有跳閘矩陣，通過優化插針布置，增加新的跳閘出口繼電器，可避免因跳閘矩陣單行或出口繼電器單一元件故障導致保護不能出口的問題。但跳閘矩陣電源不能實現雙重化（A、B套保護均只能用5E1），此方案改動相對較小，可實施性高。

3.1 跳閘矩陣單電源分析

A套保護和B套保護共用一個跳閘矩陣，跳閘矩陣為單電源，即每列的電源取自動作回路頂部的Uin，而Uin取自5E1+小母線，當5E1電源丟失，則通過跳閘矩陣各行的出口繼電器無法勵磁，保護無法出口。

主變保護設計了一個總跳閘出口繼電器001XV，001XV繼電器為常勵磁繼電器，其電源取自5E1，當5E1電源丟失時，001XV線圈電源丟失后失磁，001XV繼電器的輔助節點會出口跳閘，避免了當5E1電源丟失后出口繼電器無法勵磁，保護拒動的風險。

同時，為增加5E1電源可靠性，對5E1上一級空開503JD進行雙重化處理，即與當前空開503JD并聯一個同樣空開513JD，防止503空開損壞后，001XV失磁導致跳閘情況，增加了可靠性。

3.2 雙重化改造思路

3.2.1修改跳閘矩陣各行的定義，使A、B套主變保護通過跳閘矩陣的不同行出口;

原跳閘矩陣各行的功能與修改后跳閘矩陣各行的功能如下表所示：

3.2.2修改跳閘出口繼電器接線，使其與跳閘矩陣各行新的定義一致，A、B套保護跳斷路器的出口分開，A套保護跳斷路器的第一回跳閘線圈;B套保護跳斷路器的第二回跳閘線圈;

3.2.3根據新的跳閘矩陣各行定義，修改跳閘矩陣插針布置;修改后的跳閘矩陣插針布置見圖4（藍色背景色表示有修改）;

4 結束語

本文對惠州蓄能水電廠主變保護跳閘出口回路進行分析，得出了主變保護當前設計的重大安全隱患，當前主變保護A套和B套保護共用跳閘矩陣和出口繼電器，當跳閘矩陣某一行損壞或某一跳閘出口繼電器損壞時，將會導致主變保護拒動，后果非常嚴重。

本文結合惠州蓄能水電廠主變保護跳閘出口回路的設計圖，結合標準要求，提出了主變保護跳閘出口雙重化具體方案，解決了主變保護雙重化不完全的問題，有效防止了單一元器件故障導致保護拒動的問題，可以為其它具有類似問題的主變保護雙重化處理提供參考。

參考文獻

[1] ?中國南方電網有限責任公司企業標準，南方電網大型發電機及發變組保護技術規范[S]， Q/CSG 110033-2012：2

[2] ?電力行業標準，水力發電廠繼電保護設計導則[S]，DLT 5177-2003：6

[3] ?電力行業標準，微機繼電保護裝置運行管理規程[S]， DLT 587-2007：9

[4] ?電力行業標準，電力系統安全自動裝置設計技術規定[S]， DLT 5147-2001：13

[5] ?電力行業標準，大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則[S]， DLT 684-2012：25

作者簡介：

馮健 ，男，工程師，主要從事水電廠運行維護工作。通訊地址：廣東省惠州市博羅縣惠州蓄能水電廠。