继电保护装置中500kV 母线保护改造方案探讨

王姣

摘要：2019年，兰溪电厂对其 500kV系统母线差动保護装置进行了国产化改造。鉴于该保护装置的重要性以及可能存在的安全风险，在改造前进行了仔细的策划。本文以该电厂为例阐述了母线保护改造中遇到的问题以及所采取的相应措施。关键词：继电保护装置;500kV母线保护改造方案;探讨

1.保护现状

兰溪电厂 500kV系统 GIS升压站于 2005年底投入运行，采用 3/2接线方式，现有 4个完整串加一个不完整串，该不完整串为 01号高备变 5001开关，接于Ⅱ母母线。整个系统共有 4台变压器和 4条出线，见图 1。每组母线按双重化配置 REB-103中阻抗测量原理的比率制动特性静态型母线差动保护装置，装置具有快速、可靠的优点。然而由于其运行时间已有14年，服役期过长，里面的元器件也逐步老化，性能开始下降，影响安全运行。且设备厂家已停止生产该保护装置的备件，不利于设备的日常维护，若继续使用，将影响我厂机组乃至系统稳定可靠运行。另因该保护装置属非微机型保护装置，不具备录波等功能，在平时运行中不方便进行差流测试，无法监测差回路运行状况。因此在当前国产化、微机化的大环境下，计划对该保护装置进行国产化改造。

2.改造方案制定与实施

新保护装置采用 PCS-915C和 CSC-150C型国产微机型保护装置，均为常规比率差动保护，即保护设备的双重化配置可防止因继电保护拒动给设备带来进一步的损坏，提高保护的完备性。也可在保护装置出现故障、异常或检修时避免因一次设备缺少保护而导致不必要的停运，保证设备运行的连续性，提高经济效益，因此，保护双重化是现阶段提高继电保护可靠性的关键措施之一。根据现有条件，保护的改造可采取一次设备停电和不停电两种情况下实施，只是在改造前的二次安措方面有所不同。分析两种方式的安措优缺点：

2.1母线不停电

母线不停电时，通过保护逐套停运进行改造。而单套母线保护退出运行并开始执行安措时，还需逐个拉开母线上所有开关，以拆除母线保护的跳闸回路、电流回路和启动开关失灵回路，并短接电流回路，防止开关恢复运行时的 CT开路。

2.2母线及母线上相关开关停电

以 3/2接线方式的特点，母线停役时，母线上所有开关也不再有电流，可安排陪停。此时从母线保护的回路中来看，从电流互感器的二次电流采样到保护动作出口跳开关的整个二次回路中已不存在风险问题了，只需隔离装置工作电源和屏内照明电源。

考虑到 500kV母线在电网中的重要性和保护改造中存在的高风险，兰溪电厂决定采取母线及开关停电的方式实施改造，以避免母线意外失电造成对系统的冲击。

详细步骤及注意点如下：

①继电保护安全措施执行。主要是隔离交、直流电源和 NCS告警信号。由于后期需要拆除屏柜的外部电缆，故该安措的执行地点应该选择在电缆的对侧屏柜内。

②母线保护屏电缆封堵拆封，电缆拆线，并将电缆抽移至电缆夹层并做好保护措施。保护屏电缆拆除前需进行验电工作，防止人身触电及设备安全运行。同时电缆拆移至电缆夹层后应及时做好电缆对应的屏位标记保

护，保证电缆芯线方向套不脱落，避免标识丢失而耗费时间进行核对。

③原保护屏拆除、新保护屏安装。

④电缆敷设及接线。原母线保护的电流回路接地点在母线保护屏，而改造后的微机保护的电流回路都是分路单独进入保护装置，相互之间没有电器联系，与原来的REB-103保护不同。故依据《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中的第 18.7.2的要求，将电流回路接地点转移至开关场就地。

⑤电缆接线检查、保护装置单体调试、二次回路传动。

⑥保护整组传动。涉及与其他设备之间的传动时需谨慎，防止引起其他设备不安全运行。

⑦继电保护安全措施恢复。

⑧母线保护带负荷试验。

3.改造中的难点

500kV母线保护较为简单，无电压回路，而母线保护的电流回路在此次改造中均经过拆、接，为防止电流相序接错、CT极性接反导致保护误动作，因此在设备投运前需要进行带负荷试验，观察负荷电流的相序、对称性和差流值等数据来验证电流回路的正确性。

常用的校核方法是合上母线上的两个开关，使得电流流经母线，以此来验证电流回路的正确性。假如电流回路接线正确，可以观察到两路电流的同相电流方向相反、大小一致，装置内差流值显示为零。两路支路校核完后，再以其中一个支路开关为参考支路，用同样的方式逐一和其他支路开关进行校核，待全部校核正确后方可将母线保护正常投入。但带负荷试验时，对母线的负荷电流有一定的要求，不能太小。如果电流值太小，会导致保护装置的测量出现偏差，测量数据不合格。一般这种情况都出现在备用变压器间隔。备用变压器用于机组检修或中压厂用电工作电源故障时给厂用系统供电，比母线上其他开关上流经的机组负荷电流和系统电流值小得多，而 500kV系统的 CT基本都是 2000/1或 4000/1，电流太小会使得母线保护装置的测量不准，因此需要采取措施增加高备变符合电流。

Ⅱ母母差改造时正值#4机组检修，因此安排#4机组的 6kV4A段中压母线转接至 01号高备变，并尽可能的增加母线负荷，甚至还增加了 1段输煤 6kV母线的负荷。然而通过统计，按上述负荷的统计分析，此时的01号高备变高压侧一次电流仍只有 50A左右，按 2000/1的变比折算值二次值为 0.025A，距离校验的负荷电流 0.03A尚有0.05A的距离。因此，兰溪电厂针对负荷电流不足的情况，采取再启动一台大电机的方法，利用电机启动电流的叠加进行带负荷校验。由于电动机空载启动时，空载启动电流比满载启动的启动电流要小，大概为额定电流的 3～4倍，但启动电流衰减很快，几秒钟就衰减到额定的空载额定电流的 30%左右。因此需要在电动机启动的短时间内，准确记录下差动保护的电流值和差流值，同时需要增加一台录波器进行录波，保证数据记录齐全。选择容量为6400kW的引风机电机，其额定电流870A。按空载启动电流为 3倍额定电流计算，500kV侧的电流值为 870*3*6.3/500=57A。加上之前的 50A后，基本可满足母线保护带负荷校验的要求。

结语：

母线保护装置是保证电力系统安全运行的重要部分，保护的不正确动作会引起系统潮流的巨大变化，给电力系统造成严重的危害。母线保护的改造要全盘统筹、精心考虑，在条件允许的情况下尽量降低改造风险。改造过程中要严格执行相应的国家技术要求，更不能缺项漏项。做好保护装置的校验工作，才能保证设备的正常运行并正真发挥出保护的作用。

参考文献

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