珊溪水力发电厂220kV母线差动保护技术改造

梅卫红，金谷满

(浙江珊溪经济发展有限责任公司，浙江温州 325000)

0 引言

珊溪水力发电厂座落于温州市文成县珊溪镇，是温州市最大的水电站.电厂总装机容量为200 MW(4×50 MW)，主要担任温州地区的调峰、调频和事故备用的任务.4台机组采用两机一变扩大单元接线方式接入220 kV母线.全厂220 kV配电装置采用单母线接线，220 kV一回出线(珊垂2 476线)送出.因只有一回出线，220 kV另一备用线未建设，所以取消了两台主变单元接线间的母联断路器，使单母分段接线变成单母接线.

1 改造的必要性

母线保护是电力系统中最重要的保护，其正确动作直接影响到电力系统安全、稳定运行.与其他保护相比，在可靠性、安全性、选择性、速动性方面，应具有更高要求.迄今为止，在电网中广泛应用过的母联电流比相式差动保护、电流相位比较式差动保护、比率制动式差动保护.珊溪水力发电厂220 kV母差保护1999年投运，有珊垂2 476线、一号主变、二号主变三个间隔单元.电厂220 kV一次接线图，见图1.设备为黑龙江阿城电气股份有限公司PMH-40A中阻抗保护，是由具有比率制动特性的选择元件、起动元件所构成，是中阻型的电流瞬时值差动原理实现的母线差动保护.主要由辅助变流器、双位置继电器、选择元件、起动元件、交流回路断线闭锁继电器、无源复合电压闭锁元件及出口元件等组成，该保护的原理接线简单.

随着电网微机保护技术的普及和微机型母差保护的不断完善，以中阻抗比率差动保护为代表的传统型母差保护的局限性逐渐体现出来.从电流回路、出口选择的抗饱和能力等多方面，传统型的母差保护与微机母差保护相比已不可同日而语.尤其是随着电厂自动化程度的提高，各种设备的信息需上传到监控系统中进行远方监控，使传统型的母差保护无法满足现代电厂运行维护的需要.再加上该保护设备陈旧，整定值调整复杂，一直存在启动、出口定值较大误差动作等问题，且备品备件较难供应，这都给电厂维护及安全运行带来很大隐患.

图1 220 kV设备一次接线图

在2006年浙江省继电保护年会中，提出了220 kV设备保护的四化要求——双重化、微机化、国产化、光纤化.

所有这些，均促使珊溪水力发电厂220 kV母差保护有很大必要进行改造.

2 改造内容及方法

2.1 改造内容

保护直流电源的改造，原直配室至继保护室电源有直流配室至220 kV母差保护和一号主变保护屏柜两路，再经二号主变保护屏后端子和220 kV母差保护屏后直流空开QA形成环网.现新直流配电室至二号主变保护屏、故障录波器屏及220 kV母差保护屏四路直流电缆及相应空开，撤消原直流配室至220 kV母差保护电缆，使每个保护屏均有直配室单独直流空开控制.

母差保护改造内容为撤除原阿继PMH-40A/6保护屏柜及辅助变流器柜，改造为深圳南瑞BP-2C和南京南瑞RCS-915AB双重化保护.整套保护设备由深圳南瑞BP-2C保护屏柜、南京南瑞RCS-915AB保护屏柜、南京南瑞大电流试验屏柜组成.两套保护屏柜使用不同厂家的原理设备，使保护实现软件及屏柜二次回路双重化，电流回路因线路和主变原来电流互感器只有四组，本次未进行改造，所以接入两套母差保护的电流回路先经接大电流试验屏柜，出来后串接至两套母差保护屏柜，防止一次设备停役对保护设备工作设备误送电的影响.正常运行时大电流试验端子屏柜A、B、C、N相试验端子及N相上红色接地连接端子均需投入，设备停役时A、B、C相试验端子均需放在N相试验端子上和红色接地端子相连.

2.2 新设备介绍

(1)南瑞RCS-915GA(第一套220 kV母差保护)保护屏柜

南瑞RCS-915GA(第一套220 kV母差保护)屏柜由RCS-9784通讯模块、RCS-915GA母线保护柜、MNP-3型刀闸开关模拟盘和打印机及连接压板组成.

RCS-9784［1］通信装置是针对变电站自动化系统而开发的一种通信及规约转换装置.用于LFP-900继电保护装置、RCS-900继电保护装置、RCS-9600系列A型保护测控装置与当地监控、保护信息管理装置的通信.

MNP-3型模拟盘:母线差动保护装置不断地对刀闸辅助触点进行自检，当发现与实际不符(如某条支路有电流而无刀闸位置)，则发出刀闸位置报警，通知运行人员检修.在运行人员检修期间，可以通过模拟盘强制指定相应的刀闸位置，保证母差保护在此期间的正常运行.

模拟盘的原理图见图2.

图2 模拟盘原理图

图2中，LED指示目前的各元件刀闸位置状态，S1、S2为强制开关的辅助触点.强制开关有三种位置状态:自动、强制接通、强制断开.

①自动 S1打开，S2闭合，开入取决于刀闸辅助触点;

②强制接通 S1闭合，开入状态被强制为导通状态;

③强制断开 S1、S2均打开，开入状态被强制为断开状态.

RCS-915GA型微机母线保护装置，适用于各种电压等级的单母线、单母分段、双母线等各种主接线方式，母线上允许所接的线路与元件数最多为21个(包括母联)，可满足有母联兼旁路运行方式主接线系统的要求，并且可以提供失灵动作联跳主变其它各侧的接点.装置硬件核心部分采用Analog公司的32位单片微处理器ADSP-BF534BBC，主要完成保护的出口逻辑及后台功能，保护运算采用AD公司的高速数字信号处理(DSP)芯片，使保护装置的数据处理能力大大增强.装置采样率为每周波24点，在故障全过程对所有保护算法进行并行实时计算，使得装置具有很高的固有可靠性及安全性.

(2)深圳南瑞BP-2C(第二套220 kV母差保护)保护屏柜

深圳南瑞BP-2C(第二套220 kV母差保护)屏柜由220 kV母线保护、闸开关模拟盘及打印机和连接压板组成.

BP-2C微机母线保护装置适用于1 000 kV及以下电压等级，包括单母线、单母分段、双母线、双母单分段以及双母双分段在内的各种主接线方式，母线上连接元件的最大规模为24个间隔.对于中性点不接地系统，母线上连接元件的最大规模为36个间隔.

BP-2C［2］微机母线保护装置可以实现母线差动保护、断路器失灵保护、母联失灵保护、母联死区保护、CT断线判别功能及PT断线判别功能.其中差动保护与断路器失灵保护可经硬压板、软压板分别选择投退.母联充电过流保护及母联非全相保护可根据工程需求配置.

本装置引入隔离刀闸的辅助接点实现对母线运行方式的自适应.同时用各支路电流和电流分布来校验刀闸辅助接点的正确性.当发现刀闸辅助接点状态与实际不符，即发出“运行异常”告警信号，在状态确定的情况下自动修正错误的刀闸接点，并应用刀闸记忆状态解决多个刀闸辅助接点同时出错的情况(包括刀闸全掉电状态).

2.3 项目改造特点

因一次接线为备用单母分段，且线路和主变原来电流互感器只有四组，本次未进行改造，同时又要满足220 kV保护新设备改造双重化原则，使得我厂本次220 kV母差保护改造具有以下几点非标准化特点:

(1)电流回路

两套母差保护共用一大电流试验端子屏柜，开关站接入二次电流先经大电流试验端子屏，出来再串联接入两套母差保护屏柜，使得第一套母差保护屏柜后同一间隔有电流流进和流出两组端子.

(2)屏柜

因设备间隔不多，大电流试验端子屏柜电流端子配上下层各6组;每个保护屏柜只配用三排连接片压板，且备用压板较多.

(3)接线

因主变保护还未进行双重化改造，所以主变失灵开出方式不变，但只接入第二套母差保护屏柜三跳失灵开入.另因一次接线现为单母接线，保护屏柜上模拟盘采用在屏后端子短接进行强制接通，再通过内联压板或软件程序进行单母设定(此方法在母线接线有变化时，需进行软件升级).

3 改造效果

电厂220 kV母线差动保护经过技术改造后，达到以下几项效果:

(1)正常运行不平衡电流检查方便

输入母差保护各模拟量均能实时显示，特别是母差正常运行一重要数据——不平衡电流，可实时查看，不必像老保护那样需通过加装零序电流表查看.

(2)整定精准正确

因是微机保护，所以定值只需输入储存至微机芯片即可，不会因环境或时间原因产生变化.

(3)菜单操作方便

保护定值输入、报告打印、自检信息、信号查看、时间修改、实时数据等均可通过菜单进行操作.方便了设备巡检和维护管理.

(4)信息丰富，直观，支持GPS和网络接口.

(5)正常运行自检能力强

保护若因软件或部分硬件回路问题，能及时准确发出信号告警和指示信息，保障了设备运行的安全性.

(6)每个保护屏均有直配室单独直流空开控制，使保护装置投退更加方便.

4 结语

母线是电力系统重要电气设备之一.母线差动保护能够可靠工作，对电网的安全稳定运行起着十分重要的作用.当母线发生内部故障时，母线差动保护应快速可靠地切除故障母线上的连接元件.当母线发生外部故障时，母线差动保护应安全可靠地运行.珊溪水力发电厂220 kV母差保护屏柜的微机双重化改造，提高珊溪水力发电厂设备运行、维护的可靠性和安全性，也提高了保护设备微机化水平，满足了现代化电厂运行的需要.

［1］南京南瑞电气有限公司.RCS-915GA微机母线保护装置技术和使用说明书［G/OL］.2008-10-21［2011-05-20］.http://www.nari-relays.com/ser_sup/service/data/1/22/111/down_52.html.

［2］深圳南瑞科技有限公司.BP-2C微机母线保护装置技术说明书 Ver 1.00G［G/OL］.2008-05-10［2011-05-10］.http://www.sznari.com/main/product/dlxtjdbh/mxbh/gycgymxfz/97.shtml.

［3］吴佩雄.发电厂变电所电气设备［M］.北京:电力工业出版社，2005.

［4］张保会.电力系统继电保护［M］.北京:中国电力出版社，2005.