内蒙古电网220 kV母线失灵保护完善化改造分析

解红刚，杨建中，武占国，刘洵宇，张 毅

（1.内蒙古超高压供电局，内蒙古 呼和浩特 010080；2.内蒙古电力（集团）有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010020）

0 引言

目前内蒙古电网主网以及其他省市500 kV变电站的220 kV 系统母线大多为双母线双分段结构，按照国家电网有限公司《关于印发十八项电网重大反事故措施（修订版）的通知》［1］以及国家能源局《防止电力生产事故的二十五项重点要求》［2］的规定，220 kV 及以上电压等级线路、变压器、母线、高压电抗器、串联电容器补偿装置等输变电设备的保护应按双重化配置，同时须完善失灵回路［1-3］。于晓蕾、申定辉对断路器失灵启动回路的重新设计进行分析从设计源头降低失灵风险［4］。

以某变电站220 kV 母线为例，对保护更换及完善失灵回路过程中主要间隔（线路、主变压器间隔）的更换思路以及失灵互启回路的不同原理、手合接点的正确使用进行分析探讨，为提高变电站运行的安全稳定性提供参考。

1 失灵保护改造

某500 kV 变电站220 kV 系统母线为双母线双分段方式，两条母线上有线路间隔7 个，主变压器间隔2 个，母联断路器（分段）间隔3 个，共计12 个220 kV 间隔，该母线结构在国内常规变电站中具有典型代表性。该变电站220 kV线路保护组屏方式采用三面屏设计即两面线路保护屏外加一面辅助保护屏，母线差动保护为两面屏，其中只有一套母线差动保护配合线路辅助保护屏具有失灵功能，另一套母线差动保护不具备失灵保护功能。

每面母线差动保护屏及对应的线路（主变压器）保护回路改动所需工期为7 天，先更换不具备失灵保护的母线保护，使其失灵保护完善后，再对另一套母线差动保护进行更换，两面母线差动保护屏更换共需14天。

1.1 线路间隔

线路间隔改造过程以一次设备不停电二次轮退保护的方式进行。首先，将与不具有失灵功能的母线差动保护相对应的线路保护到辅助屏之间的启动失灵回路拆除，将启动失灵的回路接到新更换的母线差动保护屏上；其次，将另一套线路保护启动失灵回路拆除，接至新换母线差动保护屏上，同时将辅助屏上原相关启动母线差动保护的失灵回路和压板拆除。改造前，线路辅助保护屏失灵电流判据通过断路器保护装置实现，而目前很多变电站断路器三相不一致功能仍由保护装置实现，因此进行双失灵改造后，辅助保护屏电流回路不能拆除。

1.2 主变压器间隔

主变压器间隔改造与线路间隔改造一样通过轮退保护的方式进行。原主变压器间隔失灵功能通过主变压器保护C 屏的断路器失灵装置实现，由断路器失灵装置满足判据后输出至一套母线差动保护屏。主变压器间隔失灵改造流程基本与线路间隔改造相同，但一些具体的功能回路不同。主变压器间隔改造需要考虑主变压器保护本身功能特点，主变压器中压侧断路器失灵联跳三侧断路器的各厂家逻辑不同，因此失灵完善改造过程中，主变压器保护也要相应升级以满足《关于印发十八项电网重大反事故措施（修订版）的通知》要求。因中压侧失灵回路变动，主变压器高压侧失灵联跳回路也要做相应调整。于兴林、李慧敏对主变压器高压侧断路器失灵联跳主变压器三侧断路器进行优化分析［5］。

2 失灵互启

目前华北地区以及南方电网失灵互启功能均采用分段断路器的失灵功能实现，由分段断路器的保护装置电流判据与操作箱的永跳继电器（TJR）接点形成“与”逻辑同时启动四套母线差动保护的失灵保护，如图1所示。

该失灵互启方式不能满足更换电流互感器以及其他需要倒母线的特殊运行操作方式的需求，因此内蒙古电网要求对于220 kV 侧采用双母线双分接线的变电站，220 kV母线保护应具备Ⅰ/Ⅱ母线和Ⅲ/Ⅳ母线失灵互启的功能，以保证分段失灵回路的完整性。

2.1 失灵互启原理

以某公司PCS-915SA-G 母线差动保护装置为例，失灵互启的动作条件为：母线差动保护动作不返回，且分段存在电流大于0.04IN（IN为额定电流）。若两个条件都满足，则启动另一套PCS-915SA-G 的分段失灵保护，逻辑如图2所示［6］。

当启动分段失灵开入接点动作，经整定延时相应的分段电流仍然大于母联断路器分段失灵电流定值时，分段失灵保护经相应母线电压闭锁后，延时母联断路器分段失灵时间切除母联断路器开关及相应母线上所有连接元件，如图3所示。

图3 分段失灵保护逻辑

2.2 特殊运行方式

倒母线过程中避免带负荷拉、合隔离开关会将母联断路器的操作电源拉开。对220 kV双母线双分段接线方式，假如母联断路器1 电流互感器因为氢气超标或者其他原因需要更换时，需要断开母联断路器1（ML1）并进行倒母线充电，而此时避免带负荷拉、合隔离开关会将分段断路器1（FD1）、分段断路器2（FD2）、母联断路器2（ML2）操作电源断开，如图4所示。

图4 双母线双分段

如果此时Ⅰ母线上发生区内故障，而失灵互启采用分段断路器失灵功能，Ⅰ母线差动保护会断开该母线上所有连接元件，而分段断路器1 因为操作电源失电分段断路器1 不会断开且操作箱无法为母线差动保护提供TJR 开入，母线失灵保护不会动作，Ⅲ母线是区外故障，Ⅲ母线差动保护不会动作，故障无法切除。采用Ⅰ/Ⅱ母线和Ⅲ/Ⅳ母线之间失灵互启的功能则可将故障切除，避免事故扩大。

3 手合继电器接点

手合继电器（SHJ）接点用于母联断路器分段断路器充电时发生充电至死区故障时逻辑判据，以某公司BP-2CS 型母线差动保护装置为例，通过SHJ 接点变位，确定故障类型是充电故障而非普通的母联断路器死区故障，逻辑如图5所示。

充电至死区故障仅发生在电流互感器靠近待检修母线需要充电侧、母线分段断路器靠近充电母线侧，故障如图6 所示。故障发生时，电流互感器没有电流流过，无法通过启动充电保护来闭锁差动保护并切除母联断路器开关，通过充电至死区逻辑差动保护切除运行母线。靠近电流互感器母线给另一侧母线充电时不存在充电至死区的逻辑，母联分段断路器死区保护可以切除故障，因此对于母线差动保护的SHJ 接点引入，只需考虑电流互感器靠近母线侧的保护，对于双母线双分段系统分段断路器操作箱只需提供2 个SHJ 接点给母线差动保护，无须通过扩展接点可为母线差动保护提供4 个SHJ接点。

图5 充电至死区逻辑

图6 故障情况

4 结语

母线失灵完善化改造涉及整个220 kV间隔以及主变压器中压侧和高压侧的相关回路，涉及面广、危险点多，改造之前多次核对现场，对整个过程进行模拟推演。对于通过分段断路器失灵实现失灵互启功能的变电站，在特殊运行方式时也可以通过退保护出口来避免故障范围扩大，但不便于现场运行人员操作。通过母线差动保护之间的失灵互启保证了回路的独立性、完整性，在提高变电站运行安全稳定性的同时便于现场运行人员操作。