高坝洲电厂220kV开关站母线保护装置改造

水电与新能源

ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲＡＮＤＮＥＷＥＮＥＲＧＹ第３３卷Ｖｏｌ.３３

ＤＯＩ:１０.１３６２２/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ４２－１８００/ｔｖ.１６７１－３３５４.２０１９.０３.０１６

高坝洲电厂２２０ｋＶ开关站母线保护装置改造

许重庆ꎬ刘　政

(湖北清江水电开发有限责任公司ꎬ湖北宜昌　４４３３００)

摘要:清江高坝洲电厂２２０ｋＶ开关站Ⅱ母ＢＰ－２Ｂ母差动保护装置自２００３年投产运行１２年ꎬ因元器件老化严重等ꎬ已

无法保证Ⅱ母长周期安全可靠运行ꎮ２０１５年将开关站的ＢＰ－２Ｂ型母线差动保护装置更换为长园深圳南瑞ＢＰ－２ＣＡ－Ｇ型ꎬ其在功能上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断线判别功能等ꎮ在母线区内发生各种故障时正确动作ꎬ在各种类型区外故障时不误动ꎮ几年来运行稳定ꎬ情况良好ꎬ保证了Ⅱ母长期安全可靠运行ꎮ

关键词:２２０ｋＶꎻ母线ꎻ保护装置ꎻＢＰ－２ＣＡ－Ｇ

中图分类号:ＴＶ７　　　文献标志码:Ｂ　　　文章编号:１６７１－３３５４(２０１９)０３－００５８－０３

ＲｅｎｏｖａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＢｕｓｂａｒＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＤｅｖｉｃｅｉｎ２２０ｋＶＳｗｉｔｃｈＳｔａｔｉｏｎ

ｉｎＧａｏｂａｚｈｏｕＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＰｌａｎｔ

ＸＵＣｈｏｎｇｑｉｎｇꎬＬＩＵＺｈｅｎｇ

Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｆｔｅｒ１２ｙｅａｒｓｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎꎬｔｈｅＢＰ－２ＢｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｏｆｔｈｅｂｕｓｂａｒＩＩｉｎ２２０ｋＶｓｗｉｔｃｈｓｔａ￣ｔｉｏｎｉｎＧａｏｂａｚｈｏｕＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＰｌａｎｔｉｓｏｆｓｅｖｅｒｅａｇｅｉｎｇꎬｗｈｉｃｈｉｓｎｏｌｏｎｇｅｒａｂｌｅｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｌｏｎｇ￣ｔｅｒｍｓａｆｅａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｕｓｂａｒ.ＴｈｅｒｅｆｏｒｅꎬｔｈｅＢＰ－２ＢｂｕｓｂａｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｉｓｒｅｐｌａｃｅｄｗｉｔｈＮＡＲＩＢＰ－２ＣＡ－Ｇｔｙｐｅ.ＰｒｏｖｉｄｉｎｇｔｈｅｂｕｓｂａｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎꎬｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒｆａｉｌｕｒｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎꎬｂｕｓｂａｒｃｏｕｐｌｅｒｆａｉｌｕｒｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎꎬｂｕｓｂａｒｃｏｕｐｌｅｒｄｅａｄｚｏｎｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎꎬＣＴｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄＰＴｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎｆｕｎｃ￣ｔｉｏｎꎬｔｈｅｎｅｗｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｉｓａｂｌｅｔｏａｃｔｃｏｒｒｅｃｔｌｙｉｎｃａｓｅｏｆｖａｒｉｏｕｓｆａｕｌｔｓｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎｔｈｅｂｕｓｂａｒｚｏｎｅａｎｄｄｏｅｓｎｏｔｗｈｉｃｈｅｎｓｕｒｅｓｔｈｅｌｏｎｇ－ｔｅｒｍｓａｆｅａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｕｓｂａｒＩＩ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:２２０ｋＶꎻｂｕｓｂａｒꎻｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅꎻＢＰ－２ＣＡ－Ｇ　　高坝洲电厂开关站主接线方式为单母线的扩大桥型接线ꎬ如图１ꎮ具体接线方式为:发电机与主变压器采用一机一变的单元接线方式ꎬ１、２、３号主变压器高压侧装设断路器ꎬ１、３号发电机出口装设隔离刀闸ꎬ２号发电机组出口装设隔离刀闸及断路器ꎮ

(ＨｕｂｅｉＱｉｎｇｊｉａｎｇＨｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＹｉｃｈａｎｇ４４３０００ꎬＣｈｉｎａ)

ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｉｎｃａｓｅｏｆｏｕｔ￣ｏｆ￣ｚｏｎｅｆａｕｌｔｓ.Ｏｖｅｒｔｈｅｐａｓｔｓｅｖｅｒａｌｙｅａｒｓꎬｔｈｅｄｅｖｉｃｅｈａｓｂｅｅｎｏｐｅｒａｔｉｎｇｎｏｒｍａｌｌｙａｎｄｓｔａｂｌｙꎬ

２２０ｋＶ高压配电装置为敞开式户外配电装置ꎬ共有３条母线ꎬ均为单母线ꎻ３条母线通过高２４开关、高２５开关相连ꎮ其中高柑一回线及高柑二回线均配置了高频线路保护和光纤差动保护ꎬⅡ母配置的母线保护装置为本文的所讲内容ꎮ

护装置自２００３年投产运行至今已有１０多年ꎬ保护装置元器件老化严重ꎬ电缆绝缘不好ꎬ且保护装置内部线已出现多处改动ꎬ保护所用ＣＴ二次侧接地不规范[１]ꎬ

１　母线保护装置改造的必要性

高坝洲电厂２２０ｋＶ开关站Ⅱ母ＢＰ－２Ｂ母差保

收稿日期:２０１８－０９－０５

作者简介:许重庆ꎬ男ꎬ助理工程师ꎬ从事水电厂继电保护方面的工作ꎮ５８

许重庆ꎬ等:高坝洲电厂２２０ｋＶ开关站母线保护装置改造２０１９年３月

图１　高坝洲电厂开关站主接线图

不符合«防止电力生产重大事故的二十五项重点要求»的规定ꎬ无法保证Ⅱ母长周期安全可靠运行ꎮ母ＢＰ－２Ｂ微机母线保护装置进行更换ꎬ将ＢＰ－２Ｂ型母线差动保护装置更换为长园深圳南瑞ＢＰ－２ＣＡ－Ｇ型ꎬ新装置保护对象仍为高坝洲电厂２２０ｋＶ开关站Ⅱ母ꎮＢＰ－２ＣＡ－Ｇ母线差动保护装置在功能上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ꎮ在母线区内发生各种故障时正确动作ꎬ在各种类型区外故障时不误动[２]ꎮ

２０１５年ꎬ利用开关站Ⅱ母母线停电检修期间对Ⅱ

动保护启动电流定值时ꎬ该相启动元件动作ꎮ其表达式为

式中:Ｉｄ为分相大差动电流ꎻＩｄｓｅｔ为差动保护启动电流定值ꎮ

动展宽２０ｍｓꎬ再根据启动元件返回判据决定该元件何时返回ꎮ当任一相差电流小于差动保护启动电流定值的９５％ꎬ且各支路的该相相电流均小于１.２倍的额定电流时ꎬ该相启动元件返回ꎮ其表达式为

３)启动元件返回判据ꎮ启动元件一旦动作后自

Ｉｄ>Ｉｄｓｅｔ

(２)

２　ＢＰ￣２ＣＡ￣Ｇ母线保护的原理与功能

２.１　差动保护启动元件

母线差动保护的启动元件由“和电流突变量”和“差电流越限”两个判据组成ꎮ“和电流”是指母线上所有连接支路电流的绝对值之和Ｉｒ＝∑｜Ｉｊ｜ꎻ“差电

ｊ＝１ｍ

{

Ｉｄ<０.９５Ｉｄｓｅｔ

式中:Ｉｄ为分相大差动电流ꎻＩｄｓｅｔ为差动保护启动电流定值ꎻＩｊ为各支路相电流ꎻＩｎ为额定电流ꎮ２.２　复式比率差动判据

复式比率差动判据的动作方程如下

Ｉｊ<１.２ＩｎＩ(ｊ＝１ꎬ２􀆺ｍ)

(３)

流”是指所有连接支路电流和的绝对值Ｉｄ＝｜∑Ｉｊ｜ꎬＩｊ

ｊ＝１

ｍ

{

Ｉｄ>Ｉｄｓｅｔ

为母线上第ｊ个连接支路的电流ꎮ启动元件分相动作ꎬ分相返回ꎮ

量大于突变量门槛时ꎬ该相启动元件动作ꎮ其表达式为

式中:Δｉｒ为和电流瞬时值比前一周波的突变量ꎻΔＩｄｓｅｔ为突变量门槛值ꎬ为０.５Ｉｎꎮ

２)差电流越限判据ꎮ当任一相的差电流大于差

Δｉｒ>ΔＩｄｓｅｔ

(１)

１)和电流突变量判据ꎮ当任一相的和电流突变

式中:Ｉｄｓｅｔ为差动保护启动电流定值ꎻＫｒ为复式比率系数(制动系数)定值ꎮ

复式比率差动判据相对于传统的比率制动判据ꎬ由于在制动量的计算中引入了差电流ꎬ使其在母线区外故障时有极强的制动特性ꎬ在母线区内故障时无制动ꎬ因此能更明确地区分区外故障和区内故障(见图２)ꎮ

２.３　电压闭锁元件

在装置的硬件回路中ꎬ差动保护和断路器失灵保

５９

Ｉｄ>Ｋｒ(Ｉｒ－Ｉｄ)

(４)

水电与新能源２０１９年第３期

“失灵零序电流定值”、“失灵负序电流定值”ꎮ在线路支路出现三相跳闸后三相失灵时ꎬ采用和电流突变启

图２　复式比率差动元件动作特性

图３　断路器失灵保护

动逻辑ꎮ和电流突变门槛为０.１Ｉｎ＋浮动门槛ꎬ浮动护的出口接点均经复合电压闭锁ꎮ电压闭锁元件的动作表达式为

ìïï

Ｕａ≤Ｕｓｅｔ或Ｕｂ≤Ｕｓｅｔ或Ｕｃ≤ＵｓｅｔíïＵï３Ｕ２≥≥Ｕ２ｓｅｔ(５)

î式中:Ｕ０Ｕ０ｓｅｔ

ａ、Ｕｂ、Ｕｃ为母线相电压ꎻ３Ｕ电压ꎻＵ０为母线三倍零序２为母线负序电压(相电压)ꎻＵｓｅｔ其中ꎬ差动电压闭锁定值由、Ｕ０ｓｅｔ、Ｕ２ｓｅｔ分别为各序电压闭锁定值ꎮ装置内部固化:Ｕｓｅｔ固定为６ＶꎻＵ＝０.７ＵｎꎬＵｎ为相电压额定值ꎻＵ０ｓｅｔ２ｓｅｔ固定为４Ｖꎮ

三个判据中的任何一个被满足ꎬ该段母线的电压

闭锁元件就会动作ꎬ称为复合电压元件动作ꎮ如母线电压正常ꎬ则闭锁元件返回ꎮ本元件瞬时动作ꎬ动作后自动展宽２０ｍｓ再返回ꎮ

由于灵敏度不同ꎬ差动元件和失灵元件的电压判据独立ꎮ

２.４　故障母线选择逻辑

对于固定连接式不分段母线ꎬ如我厂这种单母线主接线ꎬ由于各个支路固定连接在一段母线上ꎬ不在母线段之间切换ꎬ因此大差电流既是区内故障判别元件ꎬ也是故障母线选择元件ꎮ２.５　断路器失灵保护

口ꎬ经相应母线的失灵复合电压元件闭锁１)失灵复合电压元件ꎮ断路器失灵保护动作出(见图３)ꎮ

流(或负序电流２)电流检测元件)“与门ꎮ线路支路采用相电流”逻辑ꎻ变压器支路采用相电、零序电

流、零序电流、负序电流“或门”逻辑ꎮ所有支路共用

６０

门槛随系统和电流变化逐步自动调整ꎮ

线路失灵相电流判据采用装置内部有流门槛值(０.０４Ｉｎ)ꎬ本次改造将线路支路各变压器支路共用(高柑一回线和高柑二回

“失灵相电流定值”ꎮ

线)设置了单相和三相跳闸启动失灵开入回路ꎬ变压器支路由３号机发变三跳启动失灵开入回路ꎮ保护装置检测到“断路器失灵开入”长期误开入ꎬ发“运行异常”告警信号ꎬ同时闭锁该失灵开入ꎬ不影响本支路其他失灵开入及其他支路失灵开入ꎮ

３　设备运行情况

自２０１５年母线保护装置改造完工后设备运行良好ꎬ不仅满足了湖北省电力调度通信中心的要求(母线差动微机保护的失灵保护必须经过电压闭锁)[３]而且符合«防止电力生产重大事故的二十五项重点要ꎬ求»的规定ꎬ保护所用ＣＴ二次侧接地问题[４]运行稳定ꎬ应用情况良好ꎬ能满足清江高坝洲水电厂的ꎮ新装置母线保护要求ꎬ保证了Ⅱ母长期安全可靠运行ꎮ参考文献:

[１]何金良电力建设ꎬ曾嵘ꎬ２００４ꎬꎬ高延庆２５(６):.电力系统接地技术研究进展１－３ꎬ７

[Ｊ].

[２]张保会国电力出版社ꎬ尹项根ꎬ.２００９电力系统继电保护[Ｍ].３版.北京:中

[３]ＤＬ[Ｓ]

/Ｔ９９５－２０１６ꎬ继电保护和电网安全自动装置检验规程[４]熊信银电力出版社ꎬ朱永利ꎬ２００８

.发电厂电气部分[Ｍ].３版.北京:中国