老挝Nam Khan 2水电站继电保护系统的配置和选型特点

范成金

(水电十局安装分局，四川 都江堰，611830)

电工技术

老挝Nam Khan 2水电站继电保护系统的配置和选型特点

范成金

(水电十局安装分局，四川 都江堰，611830)

本文详述了老挝Nam Khan 2水电站继电保护系统的设计配置和装置选型的特点。

继电保护 配置和选型 Nam Khan 2水电站

1 工程概况

Nam Khan 2水电站位于老挝Luang Probang(琅勃拉邦)东南约30km的Nam Khan河上，是Nam Khan河规划三个梯级电站中的第2级。电站至下游湄公河(汇入口)河道长约68km，距省城琅勃拉邦公路约56km，距首都万象约396km。电站水库具有年调节性能，是以发电为主的工程。电站内装设有2台机组，单机容量为65MW，总装机容量为130MW，多年平均发电量为5.58亿kW·h，年利用小时数为4294h，保证出为43.3MW，为引水式地面厂房。电站对外交通从琅勃拉邦市经13#国道接将修设的沿河左岸永久公路到达本电站。电站以115kV一级电压出线两回接入老挝北部枢纽Louang Prabang 2变电站。

本电站继电保护系统采用数字式微机保护装置，主要为发电机、主变压器、励磁变、厂用变、115kV母线、11kV线路等配备继电保护。线路保护、母线保护、故障录波装置集中布置在继保室，发电机保护、主变保护布置在机旁，厂用变保护布置在厂变高压侧开关柜内。

每套保护装置的继电器为模块化设计，具有通用数据总线，该总线带数字信号处理和至各主要传感器(如CT,PT等)的接口，可实现核心保护系统的冗余配置，设置冗余的微处理器热备用运行。各装置的保护功能在软件库中存储，通过带串口的PC可以修改和补充该软件库，使用另一个带串口的打印机，也可以记录该软件库的内容。软件均为英文版。

保护装置带有独立的保护功能，也可以多个模块共同实现一个保护功能。每个装置都是一个独立的单元，带有独立的接口、独立的处理器、独立的I/O，并带有独立的可编程串口、自监测设备、事件/报警/跳闸继电器以及事件和故障记录记忆。

保护装置具备2路RS485串口和1路以太网接口。1路RS485串口与计算机监控系统通信，向其传送报头信息；另1路RS485串口或以太网接口，和继电保护及故障信息管理系统通信，通信规约为IEC60870-5-103。各保护装置的GPS同步时钟对时，由计算机监控系统的GPS装置统一提供。

电站元件保护、线路保护的配置，符合老挝业主技术要求和GB14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》以及《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》等有关规定。

2 发电机保护

2.1 发电机(含励磁变)保护系统配置

发电机(含励磁变)保护采用微机型保护装置，单重化配置，主保护与后备保护采用独立装置实现。其保护系统配置包括：(1)纵联差动保护(87G)；(2)横差保护；(3)100%定子绕组单相接地保护(64S)；(4)低电压启动过电流保护(带电流记忆、能延时返回、PT断线闭锁)(51V)；(5)转子表层负序过负荷保护(46)；(6)定子绕组过负荷保护(49S)；(7)逆功率保护(32)；(8)发电机定子绕组过电压保护(59)；(9)轴电流保护；(10)发电机定子绕组过/低频保护；(11)发电机励磁绕组一点接地保护(64R)；(12)发电机失磁保护(带PT断线闭锁)(40)；(13)励磁变电流速断保护(50ET)；(14)励磁变过电流保护(51ET)。

2.2 发电机保护装置选型

发电机保护采用长园深瑞公司的PRS-785微机发变组保护装置，由两面屏(P1、P2)组成。P1为成套发变组电量保护屏，包括PRS-785微机发变组保护装置；P2包括失灵/非全相保护装置(PRS-723)、断路器操作箱(WBC-11或PRS-789)、非电量保护装置(PRS-761)及信息管理机等。其主要性能特点如下：

2.2.1 高性能的硬件平台。保护CPU采用先进的32位浮点DSP处理器，保证计算速度和精度；管理CPU采用32位RICS芯片，运行实时操作系统，技术先进可靠，便于维护和升级，具有很强的兼容性。

2.2.2 高性能的数字算法。装置采样率为每周波24点，采用频率跟踪、全周傅氏算法，在较高采样率的前提下，保证在故障全过程对所有继电器的实时计算，使得装置具有很高的固有可靠性和及时动作速度。

2.2.3 完备的保护配置。装置配备了多判据协同的差动主保护、匝间主保护、失磁保护和3W定子接地保护，配备了多段多时限的相间后备保护、接地后备保护，还配备了过激磁、失步、起停机、误上电、断口闪烁、轴电流等保护。保护种类齐全，可满足各型发变组保护需求。

2.2.4 双重化的起动元件。装置的两块保护DSP板“与”门起动，所有的起动元件在每块DSP板中独立计算，动作后开放相应的出口继电器正电源。同时，针对不同的保护用不同的起动元件，各保护动作元件只有在两块DSP板上相应的起动元件都动作后才能出口跳闸，彻底消除由于硬件原因引起的误动。

2.2.5 完善的稳态差动保护。本装置稳态差动保护由差动电流速断保护和比率差动保护组成。比率差动动作特性采用二折线或三折线，并带TA断线闭锁、TA饱和闭锁、励磁涌流闭锁和过激磁闭锁功能。

2.2.6 独特的采样值差动。采样值差动本身具备识别励磁涌流和外部故障TA饱和的能力，对于变压器保护不需要另外附加励磁涌流判据，同时其数据窗为小于一个周波的短窗，故可以实现大多数发电机、变压器内部故障的快速切除。

2.2.7 先进的TA饱和闭锁技术。采用“时差原理”实现TA饱和闭锁功能，既保证装置在区外故障TA深度饱和时不误动，也保证区内故障TA严重饱和时不误闭锁。

2.2.8 完备的TA断线、短路闭锁与报警功能。采用可靠的TA断线和短路闭锁功能，保证装置在TA断线、短路及交流采样回路故障时不误动。

2.2.9 突变量原理的匝间保护。装置设有3套基于突变量原理的发电机匝间保护，它们不受正常工况下稳态不平衡电量影响，是匝间保护的灵敏段和速动段；带突变量负序方向闭锁，且每次启动过程中仅投入40ms，确保可靠性；与常规稳态量原理的匝间保护相协同，很好地满足保护快速性、灵敏性和可靠性要求。

2.2.10 自跟踪原理的定子接地保护。装置设有完备的100%发电机定子接地保护，其中的自跟踪型三次谐波接地保护，能实时跟踪发电机组的工况变化，自动调整参数，灵敏性和可靠性均大大提高，完全满足大型机组定子接地保护的性能要求。

2.2.11 完善的事故分析功能。装置具有完善的记录，包括保护事件记录、启动记录、录波记录、保护投退记录、装置运行记录、装置操作记录、开入记录、自检记录和闭锁记录等。事件记录分类存储，每种保存最新的128次记录，录波记录保存最新48次录波数据。装置还具有保护逻辑透明化分析功能，对保护的主要动作逻辑行为有详细的记录，能动态再现保护动作流程。

2.2.12 完美的人机界面。正常时，液晶显示时间、发变组的主接线及差流大小。键盘操作简单，采用菜单方式，仅有八个按键，易于学习掌握。人机对话中所有的菜单均为简体汉字，打印的报告也为简体汉字，使用方便。

2.2.13 强大的通信功能。装置内部数据通信采用电流环接口，不同功能模块隔离供电，保证装置部分模块发生故障时不会影响其他模块的正常工作。装置对外提供的通信接口有：三个TCP/IP以太网接口，三个RS485口，一个串行打印口，一路GPS接口(差分输入或有源节点输入)。通信规约采用电力行业标准——IEC60870-5-103规约。

3 主变压器保护

主变保护采用微机型保护装置，保护采用单重化配置，主保护与后备保护采用独立装置实现。

3.1 主变压器保护系统配置

主变压器保护系统配置包括：(1)纵差保护(87MT)；(2)负序电流及低电压启动的过电流保护；(3)主变压器零序过电流保护(51N-MT)；(4)主变低压侧零序过电压保护(59N)；(5)主变压器三相过电流保护(51MT)；(6)主变压器过激磁保护(24MT)；(7)主变压器过负荷保护；(8)主变压器过流(启动冷却系统)保护；(9)断路器失灵保护(50BF)；(10)主变压器重瓦斯保护(96.Tr)；(11)主变压器轻瓦斯保护(96.Ala)；(12)主变压器油面温度保护(26O)；(13)主变压器线圈温度保护(26W)；(14)主变压器压力释放装置动作保护；(15)主变压器油位异常保护；(16)主变压器冷却系统故障保护。

3.2 主变压器保护装置选型

主变压器保护采用长园深瑞公司的ISA-300G系列保护装置组成，包括ISA-387G变压器差动保护装置、ISA-388G变压器后备保护装置、ISA-361G非电量保护装置、ISA-389G通用辅助装置(电压切换箱)、PRS-723变压器失灵启动及辅助保护装置等。集成了保护、测控、事故记录、低频减载、远动等各种自动化功能，既可分散放置在间隔层，又可集中组屏安装，所有单元功能独立，通过现场总线或以太网构成网络。通讯功能强大，支持双网热备用组网模式。其主要性能特点如下：

3.2.1 硬件平台采用32位浮点DSP和16位高精度AD采样，运算与逻辑功能强大。

3.2.2 分层分布式结构，多CPU的并行处理方式提高可靠性；单元化设计、模块化结构，可扩充性强。

3.2.3 大屏幕汉字液晶显示、直观友好的界面菜单、完备的过程记录、信息详细直观，操作、调试方便。并可经订货注明选择超大屏幕的彩色液晶，支持黄、绿、红显示矢量图，更加直观全面。

3.2.4 装置具有保护段配置和出口配置功能，充分利用微机保护的优点，极大地方便用户的使用。

3.2.5 模拟回路采用高精度、宽范围器件，无幅值、相位调整电路。由软件功能调幅、调相，回路简单可靠、无零漂，调试维护工作量低。

3.2.6 以高可靠性工业级器件为主体，采用自动监测、补偿技术提高硬件电路稳定性、可靠性。

3.2.7 封闭、加强型单元机箱，多层屏蔽等抗振动、强干扰设计，特别适应于恶劣环境。4U半层机箱可分散安装于开关柜上运行。

3.2.8 大容量的故障录波记录。装置可记录最近16次故障录波数据，根据不同的保护启动、出口、返回情况，分别采用一段、两段或三段记录格式。该格式可保证记录保护启动前后各两周波、出口前两周波、出口后一周波、返回前两周波和返回后一周波的数据。这三种格式至多记录10个周波数据。

3.2.9 完善的事件记录。保护动作、电流越限、遥信变位、开关遥控、保护启动、装置运行、自检及闭锁保护等都有记录，每种记录分类存储，各存储最近99次记录。

4 115kV母线保护

115kV母线采用微机型保护装置，全厂设置一套独立的保护装置，保护采用单重化配置。

4.1 母线保护系统配置

母线保护系统配置包括：(1)微机型带比例制动特性的母线电流差动保护(带复合电压闭锁、CT断线闭锁及告警、PT断线告警功能(87B.Pro)；(2)断路器失灵保护(50BF.B.Pro)；(3)过电流保护(51BC.Pro)。

4.2 母线保护装置选型

母线保护采用长园深瑞公司的BP-2C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。其主要性能特点如下：

4.2.1 快速、高灵敏复式比率差动保护，整组动作时间小于15ms。

4.2.2 装置具有两个保护CPU及管理CPU三个独立的CPU系统，保护CPU采用先进的32位浮点DSP处理器，A/D转换采用16位高速A/D芯片，采样频率达到48点/周波，全面保证计算速度及精度。管理CPU采用32位RISC芯片，运行实时操作系统，技术先进可靠，便于维护和升级，具有很强的兼容性。

4.2.3 基于暂态饱和全程测量的可变特性差动算法，抗饱和能力强。

4.2.4 保护元件和闭锁元件完全独立，闭锁回路可靠。

4.2.5 CT变比可按照实际变比现场整定。

4.2.6 母线运行方式自适应，自动纠正刀闸辅助接点的错误。

4.2.7 保护逻辑透明化分析功能。

4.2.8 通信规约采用电力行业标准IEC60870-5-103规约或IEC61850通讯规约。

4.2.9 大屏幕汉字液晶显示、直观友好的界面菜单。

4.2.10 自适应接收GPS方式，秒脉冲、分脉冲及IRIG-B三种校时方式自适应判别。

5 厂用变保护

5.1 10kV厂用变保护测控配置

厂用变保护测控配置包括：(1)限时电流速断(50ST)；(2)过电流保护(51ST)；(3)过负荷保护(51.1ST)；(4)低压侧零序过电流保护(51N-ST)；(5)厂用变温度保护。

5.2 厂用变保护装置选型

厂用变保护采用长园深瑞公司的ISA-381G装置，实现厂用变的保护、测控、操作等功能。

6 115kV线路保护

南坎2水电站至LuangPrabang 2变电站的两回115kV线路，均采用单套光纤差动保护装置，保护通道采用2M复用光纤通道。

6.1 115kV线路保护配置

保护配置包括：(1)光纤差动保护(87L)；(2)距离保护(21/21N)；(3)定时限和及反时限方向过流保护(67/67N)；(4)断路器失灵启动出口(50BF)；(5)自动重合闸(79)；(6)PT断线过流保护；(7)三相不一致保护。

6.2 115kV线路保护装置选型

线路保护装置选用长园深瑞公司生产的线路成套保护装置。

6.2.1 PRS-753D微机线路成套保护装置，主要适用于110kV及以下电压等级、无需选相跳闸的输电线路保护。装置以分相电流差动元件为全线速动的主保护，并配有零序电流差动元件的后备差动段。装置集成了全套的距离及零序保护，包括三段式相间距离、三段式接地距离保护和四段零序电流方向保护，并配有三相一次自动重合闸功能。装置还自带跳合闸操作回路和电压切换回路。

装置内置光通信板，以光接口的方式对外通信，传输保护用电流数据及开关量信息。同时，装置还可通过独立的外置光通信转换装置与电站PCM设备的复接，实现长距离线路的纵差保护。

其主要性能特点如下：

(1)高性能的硬件平台。装置具有主保护CPU、后备保护CPU及管理CPU三个独立的CPU系统，保护CPU采用先进的32位浮点DSP处理器，A/D转换采用16位高速A/D芯片，全面保证计算速度及精度；管理CPU采用32位RISC芯片，运行实时操作系统，技术先进可靠，便于维护和升级，具有很强的兼容性；

(2)独立的启动元件。装置的两个保护CPU板具有独立的起动元件，两个起动元件均动作时整套保护装置才能出口，保护安全性高；

(3)单元化设计、模块化结构，可扩充性强；

(4)大屏幕汉字彩色液晶显示、直观友好的界面菜单、完备的过程记录，信息详细直观，操作调试方便；

(5)封闭、加强型单元机箱，多层屏蔽等抗振动、抗强干扰设计；

(6)装置的通信方式采用64kbps或2Mbps高速数据同步通信方式。可采用专用光纤通道，或通过标准64k端口复接PCM终端设备(PCM微波或PCM光纤)。不论采用专用光纤还是复用PCM设备，装置内部的通信口出入都是采用光纤传输方式；

(7)具备通信误码检测、通道自动监测、通道故障自动闭锁和通道恢复延时开放差动保护的功能；

(8)主差保护具有对TA断线和外部故障TA饱和的自动检测和闭锁功能，可由控制字选择闭锁差动和零差保护。整套装置的动作特性受线路两端不同TA特性和TA饱和的影响小，在穿越性故障下不会误动；

(9)1组远跳及2组远传开入接点，可经由数字通信通道传送跳闸量开关信号，实现远方跳闸及信号的远传功能；

(10)双端数据测距功能。

(11)不受振荡影响，在系统振荡(无故障)时可靠不误动，在振荡中又发生故障时仍能保持保护动作的快速性与选择性；

(12)不受弱馈侧安装的影响，具备在弱电源侧的正确保护功能；

(13)在手动和自动合闸时差动保护一直投入，且后备保护配有合闸于故障保护，可快速切除全线各种故障；

(14)TV断线时，差动保护一直投入；后备保护可投入紧急状态保护，确保装置性能；

(15)完善的事故分析功能：包括保护事件记录、故障起动记录、故障录波记录、保护投退记录、装置运行记录、开入记录以及自检记录和闭锁记录等。事件记录分类存储，每种保存最新的128次记录；录波记录保存最新48次录波数据，可再现故障情况以及故障时保护装置的动作行为。

6.2.2 ISA-311GA/B微机线路成套保护装置为微机实现的数字式高压线路快速保护装置，适用于110kV及以下电压等级、中性点直接接地的线路。

ISA-311GA/B微机线路成套保护装置，能同各种通道通信设备(继电保护专用收发信机、光纤通讯设备等)接口构成全线速动的纵联保护，若纵联保护采用光纤通道，装置可内置光通讯板。主要性能特点如下：

(1)硬件平台采用32位浮点DSP和16位高精度A/D采样，运算与逻辑功能强大；

(2)单元化设计、模块化结构，可扩充性强；

(3)大屏幕汉字彩色液晶显示、直观友好的界面菜单、完备的过程记录，信息详细直观，操作调试方便；

(4)以高可靠性工业级器件为主体，采用自动监测、补偿技术提高硬件电路稳定性、可靠性；

(5)封闭、加强型单元机箱，多层屏蔽等抗振动、抗强干扰设计；

(6)装置包含由超范围距离方向和零序方向元件构成的全线速动纵联保护，动作速度快，全线速断时间小于30ms；

(7)装置的两个CPU板具有独立的起动元件，两个起动元件均动作时整套保护装置才能出口，保护安全性高；

(8)不受振荡影响，在系统振荡(无故障)时可靠不误动，在振荡中又发生故障时仍能保持保护动作的快速性与选择性；

(9)不受弱馈侧安装的影响，具备在弱电源侧的正确保护功能；

(10)在手动和自动合闸时，有合闸于故障保护快速切除全线各种故障；

(11)在TV断线时可投入可靠的紧急状态保护，确保装置性能；

(12)完善的事故分析功能，包括保护动作事件记录、故障起动记录、故障录波记录、装置运行记录、开入变位记录，及装置自检记录和闭锁记录等，可再现故障情况及故障时保护装置的动作行为。装置可保存最新的128次动作事件记录和48次录波记录。

6.2.3 PRS-789系列操作继电器装置与各类保护配合，完成跳合闸操作、电压切换、电压并列、重动等功能。主要性能特点如下：

(1)装置为标准4U(整层)机箱，结构为模件组合式，背板出线采用接插连接方式。装置具有可靠性高、使用灵活方便等特点；

(2)三相操作插件带压力闭锁回路，有三组位置信号输出，并有控回断线和事故音响输出，带防跳回路并可在外端子短接取消；

(3)电压并列回路具有10路电压并列功能；

(4)电压切换回路具有8路电压切换功能，若需切换的电压多于8路，可采用多块电压切换插件的方式实现；

(5)装置采用了进口全密封、高阻抗、小功耗继电器，大大降低了装置的功耗和发热状况；

(6)能够自适应各种跳合闸保持电流。

7 结语

7.1 老挝南坎二水电站是一个EPC项目，整个电站继电保护系统配置方案选择、设备选型配置，除充分满足老挝业主技术规范外，还应考虑整套配置的经济合理性。

7.2 全部继电保护设备都是国内招标，系统设计充分借鉴了我国水电站继电保护设计的经验。

7.3 设备选项中硬件灵活的组态，易于实现冗余及复杂配置，做到继电保护信息化、网络化、智能化，保护、控制、数据通讯一体化。

7.4 由于老挝电力系统体制与我国不同，设计范围和边界条件和国内水电站设计还有一定区别，需认真研究。

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TM588

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2095-1809(2016)02-0091-05