500 kV变电站更换母差保护后的回路改造方案探讨

徐 峰，于艳莉

（1.金华电业局，浙江 金华 321000；2.金华电力设计院有限公司，浙江 金华 321000）

500 kV变电站承担着电网中重要的供电任务。随着运行时间增长，继电保护设备逐渐老化；同时生产模式的转变、技术水平的进步，也对继电保护设备的智能化程度提出更高的要求，常规保护进行数字化、智能化改造势在必行。而母差保护由于涉及间隔多，回路复杂，是改造过程中的重点、难点。随着变电站智能化改造的大面积铺开，对如何安全可靠地实现母差保护数字化、智能化改造进行探讨十分必要。

1 母差保护数字化改造难点

由于改造期间超高压变电站母线设备操作增多导致故障几率增大，母差保护的重要性更加突出，变电站一般不允许母差保护长时间退出运行，因而母差保护数字化改造的难点主要体现在：由于母差保护和线路保护、开关保护之间存在回路联系，已进行数字化改造的间隔和未进行改造的常规间隔如何与母差保护配合，进而保证在改造期间母差保护不失去保护功能。

无论变电站一次系统如何接线，与母差保护相关的回路总是包括模拟量和开关量两部分。典型3/2接线的母差保护二次回路联系如图1所示，模拟量有所在间隔的电流、母线电压等。开关量则涉及设备众多且回路复杂，主要包括各间隔的跳闸、失灵开入、闭锁重合闸等回路。

图1 3/2接线的母差保护二次回路联系

如何在母差保护改造期间，在部分间隔已进行数字化改造，而其他间隔仍采用常规电缆连接的情况下，保证母差保护的功能完整，并在确保安全的前提下，缩短施工时间、减少工作量、节约投资即为讨论的重点。

2 母差保护改造方案

2.1 方案一

分开改造，保留旧母差，改造期间新、旧母差共存。无论采用哪种方案都要充分利用数字式母差保护的特点，在工厂调试阶段就将各出线/主变间隔回路调试完整。

由于500 kV变电站出线回路较多，同时停电较为困难，现只考虑每个间隔轮流停电的方案。步骤如下：

（1）新的2套母差保护均就位后，先改造旧的第2套母差保护，保留旧的第1套母差保护运行，当然2套母差的改造顺序可以互换。

随后逐项间隔停电，将原第2套母差或备用绕组的电流回路翻接至新的第2套母差保护，并接入母线电压。同时智能终端接入闸刀辅助接点，并通过空接点并入旧跳闸回路。接至新的第1套母差保护电路回路的连接电缆也同时就位，但仅在新的第1套母差保护处做好接线，在TA处不改接。

此轮改造后，新上的第2套母差接入所有间隔的电流和闸刀位置，并可跳各间隔开关。只余留线路/主变保护动作接点未接入，且旧母差所有回路和功能仍然完整。

（2）配合线路/主变保护改造，各间隔保护依次接入新母差。此时，已改造的间隔已接入新母差，不再接入旧母差。新间隔的开关失灵保护由新母差实现，旧间隔的开关失灵由旧母差实现。新、旧母差同时运行组成一套完整的母差保护。假设已改造间隔1，2，则各相关回路如表1所示。

表1 方案一改造期间母差保护二次回路联系情况

当母线发生故障时，新旧2套母差同时动作，切除故障母线上所有间隔。

当间隔1开关失灵时，则间隔1开关保护启动新母差，利用GOOSE切除所在母线所有间隔同时启动远跳。

若间隔3开关失灵时，则间隔3开关保护启动老母差，利用原有回路切除所在母线所有间隔同时启动远跳。

（3）各间隔都已改造完成后，第2套母差保护具备完整功能，再改造第1套母差。此时各间隔再轮停一轮进行改造，拆除原有母差保护的全部回路，接入新的第1套母差保护，最终完成双重化母差保护的改造。

整个改造期间相当于只有1套母差保护运行，新旧母差保护一起组成一套完整的母差保护。该方案中新配置的母差保护可以不用保留常规的开入开出功能，设备得到了简化，并解决了新配置保护与旧回路之间的配合问题。

2.2 方案二

采用支持数字化和常规开关量的混合型母差保护，或具备常规开入开出插件的数字式母差保护，该方案基本与常规的母差保护改造相同。步骤如下：

（1）母差保护先改造1套，第1遍轮停，通过过渡电缆将各间隔电流和失灵保护开入等接至母差保护模拟开入开出板。

（2）改造线路保护，改完1路拆除原来过渡电缆，接入GOOSE网络，实现失灵保护和跳闸等。

（3）最后改造另一套母差保护。

改造过程中需敷设新母差至原断路器保护柜和操作箱的过渡电缆，在对应间隔改造时拆除。

该方案中每段母线的2套母差保护同时进行改造，保证母差保护改造完成后，每段母线有2套母差保护的保障。施工过渡过程相对较短，施工作业集中，安全有保障，系统可靠性较高。但新母差需要保留常规开入开出功能，增加了母差保护装置的复杂性和设备投资，也存在过渡电缆的消耗。

2.3 方案三

调整一次运行方式，以适应母差保护改造，改造期间考虑单母线运行。双母线接线母差保护可将母联开关、分段开关停役。将改造后间隔与未改造间隔安排在不同母线运行，步骤如下：

（1）先将新的2套母差保护同时安装就位，并将2条母线分列运行。将原有间隔均倒闸到Ⅰ母上，腾空Ⅱ母。

（2）将未改造的间隔均倒闸到Ⅰ母上，每改造完1个间隔（包括相应的间隔保护和开关保护改造）就倒闸到Ⅱ母上，并与新母差保护接口。

这样实际上Ⅰ母由旧母差保护保障，Ⅱ母由新母差保护保障，两者共存而互不交叉，如图2所示。

图2 方案三的母差保护二次回路联系

（3）待所有间隔改造完成后，旧母差保护退出运行，一次接线恢复正常。

该方案仅适用于双母接线的母差保护，每段母线的2套母差保护同时进行改造，保证母线运行时，有双母线保护的保障。新配置的母差保护可以不用保留常规的开入开出功能，设备得到了简化，从而解决了新配置保护与旧回路之间的配合问题，但改造施工期间一次系统的接线灵活性受到了一定的限制。

2.4 各方案比较

上述3种方案各有优缺点，针对一次接线形式和现场安全等要求的不同，可以选择不同的改造方案，这3种方案在安全风险、可操作性、经济性等方面的比较见表2。

表2 各方案的比较

3种方案都可以保证在母差保护数字化改造期间不失去保护功能，改造方案的选择可根据变电站的一次接线和二次设备的状况灵活选取。

3 结语

针对更换母差保护后回路改造的课题，提出了3种不同的方案，并对方案的实施做了具体分析和比较，方案一适用于一次运行方式要求高、出线多、且对投资敏感的工程；方案二适用于一次运行方式要求高、出线较少、且对投资不敏感的工程；而方案三仅适用于双母接线，对于一次运行方式灵活性要求不高的变电站。

母差保护的数字化跳闸方式改造后，并未实现保护的完全数字化，随着非常规互感器的应用成熟，如何结合模拟量回路的改造实现保护的全数字化将是下阶段研究的重点。

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