汉川电厂220 kV母差保护双重化技术改造

叶 震，赵辛欣

（1.国电汉川发电有限公司，湖北 汉川 431614；2.三峡大学电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002）

0 引言

汉川电厂装机3 320 MW，共有6台机组，分为A、B、C厂,A、B厂各有2台330 MW机组、C厂为2台1 000 MW机组。汉川A厂（以下简称A厂）220 kV升压站主接线方式为双母线带旁路母线，共有出线4回，主变2台,启备变1台，母联开关1个，旁路开关1个，共9个间隔。A厂220 kV系统运行单套BP-2B母差保护及单套BP-2B失灵保护。根据国家能源局2014年发布的《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中规定:除终端负荷变电站外，220 kV及以上电压等级变电站的母线保护应按双重化配置[1]。结合国电集团公司继电保护及直流系统技术监督检查提出A厂220 kV母线保护没有实现双重化配置的问题，A厂已于2017年5月完成了220 kV母线保护双重化改造工作。

1 母线保护双重化改造方案

在本次母线保护改造设计中，对A厂220 kV系统配置了深圳南瑞BP-2CA/D-G型和南京南瑞PCS-915A-G型母线保护装置。改造前，旧BP-2B母差、BP-2B失灵保护跳闸出口分别接入各间隔两套保护装置跳闸回路。本次改造首先新安装一套BP-2CA母线保护，提前做好设备的单体调试并将二次电缆施放到位，具备工作条件后分别将旧BP-2B母差、BP-2B失灵保护装置的第二组跳闸回路拆除，并将其接入新BP-2CA母线保护装置。待第一套新BP-2CA母线保护投产运行后，再进行第二套PCS-915A母线保护装置的安装工作。向省调申请退出旧BP-2B母差、BP-2B失灵保护装置，拆除第一组跳闸回路接线，将其接入新PCS-915A母线保护装置。PCS-915A母线保护投运后，实现A厂220 kV母线保护双重化。

2 改造方案技术分析

二次回路的优化变更是本次改造工作的难点问题，包括电流回路、失灵回路、刀闸回路、跳闸回路，下面对各回路的变更情况逐个说明。

2.1 电流回路的改动

电流互感器（以下简称CT）的二次绕组分配问题：A厂220 kV线路TA共有6组绕组，其中保护用绕组有4组，测量、仪表用绕组有2组。按照反措要求，双重化的两套母线保护的电流回路应分别取自电流互感器相互独立的绕组，且电流回路中没有其它串接元件。若要实现母线保护使用2组独立绕组，已无备用绕组可用。为解决此问题，对TA绕组进行了优化改造，第一组TA绕组用作线路保护A，电流回路串联稳控A屏和故障录波装置；第二组绕组用作线路保护B，电流回路串联稳控B屏；第三组绕组用作母线保护A；第四组绕组用作母线保护B。以A厂220 kV汉舵Ⅰ回线汉12为例，改造前后TA绕组分配对比如图1所示。

图1 改造前后TA绕组分配对比Fig.1 Before and after transformation TA winding distribution comparison

但需要注意的是，根据绕组分配原则，考虑绕组内短路死区问题，应采用交叉配置[2]。保护范围如图2所示，图中绕组分配能够满足继电保护配置中相邻设备保护范围必须有重叠区域的要求，可以避免形成死区故障，提高了保护的可靠性。

图2 保护范围示意图Fig.2 Protection range diagram

TA极性配置问题：TA的极性确认是本次改造中的重点问题，如果极性配置错误，会导致母差保护误动作。不同厂家的母线保护装置，对各支路TA的极性要求不同，例如南瑞PCS-915A和深南瑞BP-2CA都要求各支路TA的极性端必须一致，但是对母联TA的要求各自不同，南瑞PCS-915A要求母联TA同名端在Ⅰ、Ⅲ母侧；而深南瑞BP-2CA要求母联TA的同名端在Ⅱ母侧。在编写施工方案时，对各间隔的TA极性进行仔细核对，最终极性配置图（部分间隔）如图3所示。

2.2 失灵启动回路的改动

线路间隔的改动：改造前汉川A厂220 kV各线路间隔的启动失灵回路如图4所示，线路开关单相、三相拒动都应启动断路器失灵保护。其中分相失灵启动回路是由南瑞RCS-931A保护和四方CSC-101A保护的A、B、C分相动作接点和装置A、B、C分相过电流判别组件接点各自串联之后再并联组成。由于四方CSC-101A保护没有永跳接点引出，三相失灵启动回路是由南瑞RCS-931A保护和四方CSC-101A保护的三相过电流判别组件并联后再与南瑞RCS-931A保护的永跳接点串联组成。最后分相启动失灵回路与三相启动失灵回路并联送出失灵启动至A厂220 kV BP-2B失灵保护屏。

图3 极性配置图Fig.3 Polarity configuration diagram

图4 改造前线路启动失灵回路Fig.4 Before the transformation of the line start failure circuit

根据国网六统一要求，断路器失灵保护功能由母线保护实现，启动失灵的保护跳闸接点由各个间隔的线路保护提供，线路保护应提供直接启动失灵保护的分相和三相跳闸接点，失灵电流判别功能依靠母线保护自身实现，改造后线路间隔的启动失灵回路如图5所示，线路保护仅提供保护跳闸接点接入母线保护屏。需要说明的是由于四方CSC101A保护没有永跳接点引出，计划利用今后的线路停电检修机会引出三跳接点送至母线保护。

图5 母差改造后线路启动失灵回路Fig.5 After the transformation of the line to start the failure circuit

主变、启备变间隔的改动：改造前1号发变组和01号启备变启动失灵功能由PCS974AG保护装置实现；2号发变组启动失灵功能由RCS974AG保护装置实现。根据国网六统一要求，双母线接线，变压器保护启动失灵和解除电压闭锁采用保护跳闸接点，启动失灵和解除电压闭锁应采用不同的继电器的跳闸接点。为配合本次母线保护改造工作，首先对发变组和启备变的保护定值进行了修改，变更保护装置全停控制字（跳闸矩阵）。其次，在发变组及启备变保护屏将原“启动高压侧断路器失灵（备用）”动作接点引出并送至新母线保护装置，作为解除失灵电压闭锁开入。最后，在A厂新母线保护装置投运时，通过修改定值将1号发变组、01号启备变PCS-974AG装置和2号发变组RCS974AG装置启动失灵功能停用，其失灵启动电流判据功能由新母线保护实现。

2.3 母联开关位置信号的改动

母联开关的位置信号对母线保护的能否正常运行非常重要，无论在PCS-915A母差保护还是BP-2CA母线保护中都有以下作用：首先是作为母联死区保护的重要判据；其次是作为比例差动元件的比率制动系数高低定值的切换判据；最后是作为充电保护的判据。汉川A厂母联开关汉15为分相开关，改造前旧BP-2B母差保护需要取一开一闭共两组母联开关位置信号。而改造后对PCS-915A和BP-2CA母线保护，只需分别取一组三相常闭接点的串联接点作为母联开关的位置信号。

2.4 刀闸回路的改动

为了保证母线保护的正确性，必须保证母线保护能正确识别当前母线运行的方式[3]。BP-2CA和PCS-915A母线保护通常是通过判别各母线刀闸辅助接点通断与否来确定母线的运行方式，如果接入母线保护装置的刀闸接点不正确，母线保护可能会产生差流报警甚至不正确动作，因此在改造前应查清各线路间隔刀闸辅助接点使用及备用接点情况，合理优化各辅助接点，保证母线保护双重化改造所需新增辅助触点的需求。为了防止刀闸辅助接点发生接触不良、抖动等情况对保护装置的正常运行造成影响，可以考虑采用双位置接点既两组常开接点并联后作为刀闸位置接入母线保护装置。今后若有一次设备刀闸更换计划时，应在采购设备时考虑要求增加辅助接点的数量。

2.5 母线保护跳闸回路的改动

改造前旧BP-2B母差保护动作将同时跳各间隔断路器的两组跳闸线圈，根据《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求继电保护实施细则》的规定，双重化配置的母线保护采用两套完整、独立的母线差动保护，并安装在各自柜内。两套母线差动保护的跳闸回路应与断路器的两个跳闸线圈分别一一对应。本次改造完成后，能够实现BP-2CA母线保护动作后跳闸指令送至各间隔操作箱第一组跳闸回路，PCS915A母线保护动作后跳闸指令送至各间隔操作箱第二组跳闸回路。

3 结合母线保护及线路改造的一些建议

3.1 做好改造的风险控制

本次改造需要对各220 kV间隔的电流回路和跳闸回路进行相应改造，同时需要多次改变220 kV系统调度方式，存在较大安全风险，需要合理制定安全、技术方案，做好改造全过程中的安全风险控制。首先要合理制定安全、技术方案，保证A厂220 kV母差、失灵保护退出时间及次数最少；其次改造过程危险点分析全面，不发生人身、设备责任事故；最后送电前做好极性核对工作，确保带负荷后确认各间隔电流回路极性正确，确保新母线保护投运一次成功。

3.2 重视刀闸位置信号接入

虽然新投运的两套新母线保护都能实现刀闸辅助接点自纠正功能，即在收到刀闸状态的同时，装置通过内部电流计算来校验刀闸辅助接点的状态信号。当某条支路有电流而无刀闸位置或开入电源异常导致位置丢失时，装置能够记忆原来的刀闸位置。但考虑极端情况下，保护装置为了防止无刀闸位置的支路拒动，无论那条母线发生故障时，将切除有流且无刀闸位置的支路。而且2016年A厂220 kV BP-2B母差保护装置曾出现过在设备正常运行时支路刀闸开入状态异常变位的情况，检查NCS（线路监控系统）无刀闸变位，但母差保护装置出现支路刀闸变位，为此更换了BP-2B母差保护装置插件。说明在极端情况下，存在母差保护误切除有流且无刀闸位置的支路扩大停电范围的可能。为了防止因刀闸变位导致母差保护误动，应重视刀闸辅助接点的接入问题。建议在今后的刀闸更换过程中，增加辅助接点的数量，采用双位置接点即两组常开接点并联后作为刀闸位置信号接入母线保护装置，提高保护装置运行的可靠性。

3.3 加快母差改造进度

结合汉川B厂220 kV线路光纤化改造换型工作，目前汉川B厂220 kV母差及失灵保护存在以下问题：B厂运行双套母差（BP-2B、RCS-915AS）及单套BP-2B失灵保护，但不符合国网六统一要求中失灵保护功能由母线保护实现的要求。2016年11月B厂220 kV汉曹Ⅰ、Ⅱ回线路保护光纤化改造换型后，失灵启动电流判据仍靠线路保护本身判定，单套失灵保护装置跳闸接点分别接至断路器的两个跳闸线圈。此外，B厂母差保护装置投运已近10年，运行期间曾发生因“保护元件A/D异常”而闭锁保护的事件，保护班紧急向调度申请退出保护并联系厂家更换了插件板。类似的故障在A厂BP-2B母差保护改造前也发生过，由此可见，随着装置老化，保护的可靠性得不到保证，因此应结合A厂母线保护双重化改造工作经验，尽早规划B厂母线保护换型工作。

3.4 优化启动TJR回路

汉川B厂220 kV线路已完成汉曹Ⅰ回、汉曹Ⅱ回光纤化改造工作，新投运的线路保护装置二次回路设计为仅由母差、失灵保护动作启动线路保护操作箱TJR,而还未改造的汉熊线（汉26）线路保护操作箱中的启动TJR回路并联了线路保护装置自身的保护动作接点。计划在2018年汉熊线光纤化改造中取消此并联接线，改为仅由母差、失灵保护动作启动线路保护TJR。

4 结语

汉川A厂220 kV母线保护双重化改造项目，不仅满足了电网反措和国电集团公司技术监督的要求，同时为A厂220 kV母线保护装置检修创造了条件，有效解决了因母线保护装置检修而使母线失去保护的问题，提高了母线运行的安全性，为电网的稳定运行提供了保障。

（References）

[1]国家能源局.防止电力生产事故的二十五项重点要求及编制释义[M].北京：中国电力出版社,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]吴兴龙,李少飞,汪雷.变电站220 kV母线保护双重化改造全过程分析[J].安徽电力，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.母线保护双重化改造中注意事项的探讨[J].继电器，2008,36（3）：75-78.WANG Shixiang,ZUO Jing.Discussion on the bus protections duplex configuration reconstruction[J].Relay,2008,36(3):75-78.