內(nèi)蒙古電網(wǎng)220 kV母線失靈保護(hù)完善化改造分析

解紅剛，楊建中，武占國(guó)，劉洵宇，張 毅

（1.內(nèi)蒙古超高壓供電局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010080；2.內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

0 引言

目前內(nèi)蒙古電網(wǎng)主網(wǎng)以及其他省市500 kV變電站的220 kV 系統(tǒng)母線大多為雙母線雙分段結(jié)構(gòu)，按照國(guó)家電網(wǎng)有限公司《關(guān)于印發(fā)十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施（修訂版）的通知》［1］以及國(guó)家能源局《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》［2］的規(guī)定，220 kV 及以上電壓等級(jí)線路、變壓器、母線、高壓電抗器、串聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置等輸變電設(shè)備的保護(hù)應(yīng)按雙重化配置，同時(shí)須完善失靈回路［1-3］。于曉蕾、申定輝對(duì)斷路器失靈啟動(dòng)回路的重新設(shè)計(jì)進(jìn)行分析從設(shè)計(jì)源頭降低失靈風(fēng)險(xiǎn)［4］。

以某變電站220 kV 母線為例，對(duì)保護(hù)更換及完善失靈回路過(guò)程中主要間隔（線路、主變壓器間隔）的更換思路以及失靈互啟回路的不同原理、手合接點(diǎn)的正確使用進(jìn)行分析探討，為提高變電站運(yùn)行的安全穩(wěn)定性提供參考。

1 失靈保護(hù)改造

某500 kV 變電站220 kV 系統(tǒng)母線為雙母線雙分段方式，兩條母線上有線路間隔7 個(gè)，主變壓器間隔2 個(gè)，母聯(lián)斷路器（分段）間隔3 個(gè)，共計(jì)12 個(gè)220 kV 間隔，該母線結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)常規(guī)變電站中具有典型代表性。該變電站220 kV線路保護(hù)組屏方式采用三面屏設(shè)計(jì)即兩面線路保護(hù)屏外加一面輔助保護(hù)屏，母線差動(dòng)保護(hù)為兩面屏，其中只有一套母線差動(dòng)保護(hù)配合線路輔助保護(hù)屏具有失靈功能，另一套母線差動(dòng)保護(hù)不具備失靈保護(hù)功能。

每面母線差動(dòng)保護(hù)屏及對(duì)應(yīng)的線路（主變壓器）保護(hù)回路改動(dòng)所需工期為7 天，先更換不具備失靈保護(hù)的母線保護(hù)，使其失靈保護(hù)完善后，再對(duì)另一套母線差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行更換，兩面母線差動(dòng)保護(hù)屏更換共需14天。

1.1 線路間隔

線路間隔改造過(guò)程以一次設(shè)備不停電二次輪退保護(hù)的方式進(jìn)行。首先，將與不具有失靈功能的母線差動(dòng)保護(hù)相對(duì)應(yīng)的線路保護(hù)到輔助屏之間的啟動(dòng)失靈回路拆除，將啟動(dòng)失靈的回路接到新更換的母線差動(dòng)保護(hù)屏上；其次，將另一套線路保護(hù)啟動(dòng)失靈回路拆除，接至新?lián)Q母線差動(dòng)保護(hù)屏上，同時(shí)將輔助屏上原相關(guān)啟動(dòng)母線差動(dòng)保護(hù)的失靈回路和壓板拆除。改造前，線路輔助保護(hù)屏失靈電流判據(jù)通過(guò)斷路器保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)，而目前很多變電站斷路器三相不一致功能仍由保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)，因此進(jìn)行雙失靈改造后，輔助保護(hù)屏電流回路不能拆除。

1.2 主變壓器間隔

主變壓器間隔改造與線路間隔改造一樣通過(guò)輪退保護(hù)的方式進(jìn)行。原主變壓器間隔失靈功能通過(guò)主變壓器保護(hù)C 屏的斷路器失靈裝置實(shí)現(xiàn)，由斷路器失靈裝置滿足判據(jù)后輸出至一套母線差動(dòng)保護(hù)屏。主變壓器間隔失靈改造流程基本與線路間隔改造相同，但一些具體的功能回路不同。主變壓器間隔改造需要考慮主變壓器保護(hù)本身功能特點(diǎn)，主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈聯(lián)跳三側(cè)斷路器的各廠家邏輯不同，因此失靈完善改造過(guò)程中，主變壓器保護(hù)也要相應(yīng)升級(jí)以滿足《關(guān)于印發(fā)十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施（修訂版）的通知》要求。因中壓側(cè)失靈回路變動(dòng)，主變壓器高壓側(cè)失靈聯(lián)跳回路也要做相應(yīng)調(diào)整。于興林、李慧敏對(duì)主變壓器高壓側(cè)斷路器失靈聯(lián)跳主變壓器三側(cè)斷路器進(jìn)行優(yōu)化分析［5］。

2 失靈互啟

目前華北地區(qū)以及南方電網(wǎng)失靈互啟功能均采用分段斷路器的失靈功能實(shí)現(xiàn)，由分段斷路器的保護(hù)裝置電流判據(jù)與操作箱的永跳繼電器（TJR）接點(diǎn)形成“與”邏輯同時(shí)啟動(dòng)四套母線差動(dòng)保護(hù)的失靈保護(hù)，如圖1所示。

該失靈互啟方式不能滿足更換電流互感器以及其他需要倒母線的特殊運(yùn)行操作方式的需求，因此內(nèi)蒙古電網(wǎng)要求對(duì)于220 kV 側(cè)采用雙母線雙分接線的變電站，220 kV母線保護(hù)應(yīng)具備Ⅰ/Ⅱ母線和Ⅲ/Ⅳ母線失靈互啟的功能，以保證分段失靈回路的完整性。

2.1 失靈互啟原理

以某公司PCS-915SA-G 母線差動(dòng)保護(hù)裝置為例，失靈互啟的動(dòng)作條件為：母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作不返回，且分段存在電流大于0.04IN（IN為額定電流）。若兩個(gè)條件都滿足，則啟動(dòng)另一套PCS-915SA-G 的分段失靈保護(hù)，邏輯如圖2所示［6］。

當(dāng)啟動(dòng)分段失靈開(kāi)入接點(diǎn)動(dòng)作，經(jīng)整定延時(shí)相應(yīng)的分段電流仍然大于母聯(lián)斷路器分段失靈電流定值時(shí)，分段失靈保護(hù)經(jīng)相應(yīng)母線電壓閉鎖后，延時(shí)母聯(lián)斷路器分段失靈時(shí)間切除母聯(lián)斷路器開(kāi)關(guān)及相應(yīng)母線上所有連接元件，如圖3所示。

圖3 分段失靈保護(hù)邏輯

2.2 特殊運(yùn)行方式

倒母線過(guò)程中避免帶負(fù)荷拉、合隔離開(kāi)關(guān)會(huì)將母聯(lián)斷路器的操作電源拉開(kāi)。對(duì)220 kV雙母線雙分段接線方式，假如母聯(lián)斷路器1 電流互感器因?yàn)闅錃獬瑯?biāo)或者其他原因需要更換時(shí)，需要斷開(kāi)母聯(lián)斷路器1（ML1）并進(jìn)行倒母線充電，而此時(shí)避免帶負(fù)荷拉、合隔離開(kāi)關(guān)會(huì)將分段斷路器1（FD1）、分段斷路器2（FD2）、母聯(lián)斷路器2（ML2）操作電源斷開(kāi)，如圖4所示。

圖4 雙母線雙分段

如果此時(shí)Ⅰ母線上發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，而失靈互啟采用分段斷路器失靈功能，Ⅰ母線差動(dòng)保護(hù)會(huì)斷開(kāi)該母線上所有連接元件，而分段斷路器1 因?yàn)椴僮麟娫词щ姺侄螖嗦菲? 不會(huì)斷開(kāi)且操作箱無(wú)法為母線差動(dòng)保護(hù)提供TJR 開(kāi)入，母線失靈保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，Ⅲ母線是區(qū)外故障，Ⅲ母線差動(dòng)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，故障無(wú)法切除。采用Ⅰ/Ⅱ母線和Ⅲ/Ⅳ母線之間失靈互啟的功能則可將故障切除，避免事故擴(kuò)大。

3 手合繼電器接點(diǎn)

手合繼電器（SHJ）接點(diǎn)用于母聯(lián)斷路器分段斷路器充電時(shí)發(fā)生充電至死區(qū)故障時(shí)邏輯判據(jù)，以某公司BP-2CS 型母線差動(dòng)保護(hù)裝置為例，通過(guò)SHJ 接點(diǎn)變位，確定故障類型是充電故障而非普通的母聯(lián)斷路器死區(qū)故障，邏輯如圖5所示。

充電至死區(qū)故障僅發(fā)生在電流互感器靠近待檢修母線需要充電側(cè)、母線分段斷路器靠近充電母線側(cè)，故障如圖6 所示。故障發(fā)生時(shí)，電流互感器沒(méi)有電流流過(guò)，無(wú)法通過(guò)啟動(dòng)充電保護(hù)來(lái)閉鎖差動(dòng)保護(hù)并切除母聯(lián)斷路器開(kāi)關(guān)，通過(guò)充電至死區(qū)邏輯差動(dòng)保護(hù)切除運(yùn)行母線。靠近電流互感器母線給另一側(cè)母線充電時(shí)不存在充電至死區(qū)的邏輯，母聯(lián)分段斷路器死區(qū)保護(hù)可以切除故障，因此對(duì)于母線差動(dòng)保護(hù)的SHJ 接點(diǎn)引入，只需考慮電流互感器靠近母線側(cè)的保護(hù)，對(duì)于雙母線雙分段系統(tǒng)分段斷路器操作箱只需提供2 個(gè)SHJ 接點(diǎn)給母線差動(dòng)保護(hù)，無(wú)須通過(guò)擴(kuò)展接點(diǎn)可為母線差動(dòng)保護(hù)提供4 個(gè)SHJ接點(diǎn)。

圖5 充電至死區(qū)邏輯

圖6 故障情況

4 結(jié)語(yǔ)

母線失靈完善化改造涉及整個(gè)220 kV間隔以及主變壓器中壓側(cè)和高壓側(cè)的相關(guān)回路，涉及面廣、危險(xiǎn)點(diǎn)多，改造之前多次核對(duì)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行模擬推演。對(duì)于通過(guò)分段斷路器失靈實(shí)現(xiàn)失靈互啟功能的變電站，在特殊運(yùn)行方式時(shí)也可以通過(guò)退保護(hù)出口來(lái)避免故障范圍擴(kuò)大，但不便于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員操作。通過(guò)母線差動(dòng)保護(hù)之間的失靈互啟保證了回路的獨(dú)立性、完整性，在提高變電站運(yùn)行安全穩(wěn)定性的同時(shí)便于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員操作。