三峽左岸電站開關失靈保護運行分析及技術改進

葉 濤，瞿衛華

（三峽水力發電廠，湖北 宜昌 443133）

1 三峽左岸電站一次接線

三峽左岸電站550 kV GIS分為左一、左二兩個開關站，電氣主接線采用一倍半接線，兩站間設有聯絡斷路器（見圖1）。左一GIS接有8臺發電機組、5回550 kV出線，其中4個聯合單元進線和4回出線組成4串一倍半接線，另一串為雙開關接1回出線。左二GIS接有6臺發電機組、3回550 kV出線，3個聯合單元進線和3回出線組成3串一倍半接線。

圖1 三峽左岸電站電氣主接線圖

2 三峽左岸電站失靈保護介紹

三峽左岸電站GIS共有8串，包括25個斷路器。三峽左岸電站失靈保護采用了由瑞士ABB自動化公司（ABB Power Automation AG）提供的REB500型數字式斷路器保護,從國外的運行經驗來看，REB500是一套非常成熟的保護。REB500型斷路器失靈保護由一個失靈中心單元（Central Unit,簡稱CU）和25個現地單元（BayUnit，簡稱BU）組成。所有現地單元和中心單元通過光纖連接（如圖2）。斷路器失靈保護的現地單元負責電量采集和本斷路器失靈的判斷功能。中心單元單獨組屏，它從現地單元取得斷路器失靈的邏輯信號，由中心單元CPU模件進行邏輯判斷，然后給故障斷路器相鄰斷路器的現地單元發聯跳令，由現地單元跳開該斷路器。這樣，通過現地、中心單元的相互配合完成斷路器失靈保護功能。

圖2 斷路器失靈保護連接示意圖

由于該系統采用了較為先進的數字技術和網絡技術，使得原來需要通過外部復雜接線實現的斷路器失靈保護功能變得清晰、簡單，也更加可靠。同時斷路器失靈的中心單元和現地單元都有完善的自檢功能，在裝置故障時能夠可靠閉鎖保護并發告警信號。

3 三峽左岸電站后備失靈保護

失靈保護中心單元在該保護中所起的作用非常重要，一旦出現故障將影響整套失靈保護。考慮到這種情況，ABB公司增設了用于CU故障時的后備失靈方案。

T區保護（即短引線保護，每套進出線的T區均設有短引線保護，在對應的進出線刀閘拉開后自動投該保護，刀閘推上后自動退出該保護）采用ABB公司生產的REL316型數字化保護，該保護除可以作線路保護外，也具有BFP（Break-failure protection）功能，經三峽電廠與ABB公司探討后啟用該功能。后備失靈保護觸發條件設置為：斷路器保護中心單元退出運行且故障斷路器的子單元（BU）跳閘動作，經延時t2跳開相關聯的斷路器。該后備失靈功能分布于25套T區保護中，由于該方案對T區保護有依賴性，并且在BU動作一次或裝置掉電后必須連接到一正常運行的中心單元方能重啟至正常運行工作態，即CU故障后后備失靈保護只能動作一次，因此并不是一套完備的方案，也不能代替CU的功能。

4 三峽左岸電站失靈冗余（備用）中心單元

考慮到三峽左岸電站失去500 kV斷路器失靈保護可能對設備造成較為嚴重的損壞，還可能造成嚴重的電網事故，因此增設一套備用中心單元非常有必要并且意義重大。三峽電廠從ABB公司購買了一套與CU一模一樣的REB500斷路器失靈保護中心單元作為備用中心單元，安裝于左岸失靈保護中心單元盤上。一旦運行中的中心單元出現裝置故障，斷開中心單元空開F191，通過兩個切換把手閉鎖該保護。此時由各T區保護中的后備失靈保護起作用。在此期間，由保護人員將BU引至CU的光纖全部引至備用中心單元的對應位置。工作完畢后，投入備用中心單元空開F291。此時中心單元的裝置故障信號返回，各T區保護中的后備失靈保護退出，備用中心單元與25個BU組成新的REB500保護，提供完備的斷路器失靈保護。

5 動作實例

2008年12月23 日凌晨，三峽左岸電廠監屏人員發現監控系統報“失靈保護中心單元裝置故障”、“失靈保護后備保護動作”信號，現場檢查失靈保護中心單元運行CU黑屏無顯示，冗余 CU報“General-alarm”“Isol alarm Q73、Q81、Q83”，各開關保護盤上報“MCBinterruption”。（當時系統運行方式為：三峽左岸電站500kV GIS合母運行，3FB、7FB、9FB并網運行）。

運行值班人員立即匯報國調，聯系保護值班人員配合處理。經檢查左岸斷路器失靈保護中心單元主運CU1電源模塊損壞，左岸GIS串內全部斷路器失靈保護現地單元均已閉鎖，申請國調同意，退出左岸500kV GIS 1～8串及兩母聯開關所有開關失靈保護連片。

經緊急處理左岸GIS失靈保護中心單元備用CU1投入運行，左岸500 kV GIS失靈保護現地單元具備投運條件，告國調值班員，并按國調令投入左岸500 kV GIS 1～8串及母聯共所有開關失靈保護連片。

6 三峽左岸電站失靈保護運行中存在的風險

由于全部25臺斷路器的失靈均依賴中心單元工作，除全站停電方式外，中心單元不可能停運，也不能檢修。

由此引伸出兩個問題，一是設備不能實現定期檢修，這與《繼電保護及電網安全自動裝置檢驗條例》明顯不相符；二是CU故障后的應急處理仍存在一定風險。

針對上述問題，三峽電廠已形成初步對策，在檢修模式上與國調協商采取狀態檢修模式；應對CU故障，補充了后備失靈和冗余中心單元。但是，無論是后備失靈保護功能還是冗余的失靈中心單元只能作為一種補救手段，并不能徹底解決失靈保護的若干不足問題。考慮到失靈保護作為隔離故障、維護系統穩定的重要一環，其風險應嚴格預控，經三峽電廠組織分析討論，提出了以下三種方案，作為完善失靈保護的備選。

7 可供選擇的解決方案

7.1 保持現狀，對個別操作步驟進行試驗，驗證可靠性

保持現狀，即繼續使用當前分布式結構的REB500型斷路器失靈保護。當中心單元故障后，自動啟動后備失靈回路，同時通過診斷故障CU，進而決定是否是否啟用冗余CU。

在安裝啟用冗余CU作冷備用之前，已經對其進行了測試，所列出的試驗項目結果均正常。

在檢修方式上，有兩種思路：一是狀態檢修，可靠的后備失靈和冗余中心單元為狀態檢修提供了有力保證，也是目前采用的檢修方式；二是左岸全停檢修方式，這對系統運行方式提出了較為苛刻的要求，盡管如此，隨著地下電站的建設，實現該方式的可能性正在逐步加大。

7.2 兩套中心單元分別承擔左一和左二的失靈保護功能

此方案將現在的一個分布式失靈保護一分為二，第一個CU帶左一的BU，第二個CU帶左二的BU。該方案的優勢在于進行失靈保護檢修只需左一或左二半個電站停電即可進行，而此運行方式的可能性明顯大于全站停電檢修的可能性。

此方案需要對軟件配置和后備失靈回路接線進行修改。此外，為了適應母聯分段開關的不同方式，需要在兩個母聯開關保護盤上各增加一個BU，以解決失靈跳母聯的問題。否則，不能合母運行。

7.3 取消分布式方案，改用傳統硬接線形式的失靈保護

采用傳統硬接線形式的失靈保護從維護管理的角度上來說優勢較為明顯，既解決了維護問題，也解決了檢修問題，尤其是較為棘手的中心單元故障風險不復存在。

更換失靈保護裝置宜采用在原斷路器盤柜上更換的方式，可以減少二次回路施工工作量。為了減少施工風險，建議全站或半個站停電時進行。當選擇半個站停電的運行方式時，應注意左一和左二開關站有重疊停電時間，以避免當半個站實施完后出現合母運行方式時不同形式的失靈保護不能作用于母聯斷路器的問題（要么增加臨時接線解決）。若施工期間無合母運行方式則無此問題。

據了解，現REB500型失靈保護有改進型的BU具備“自啟動”功能。若驗證屬實，后備失靈可以實現穩定而完整的失靈保護功能。

8 各解決方案綜合分析比較

8.1 從運行方面分析

由REB500失靈保護、失靈后備以及冗余中心單元所構成的當前配置方式，完全可以滿足設備運行要求，左一、左二分離的配置方式以及國內目前通用的保護方式也都可以滿足運行要求。這三種方案中，方案一和方案二由于失靈保護和失靈后備實現原理不一致，失靈后備的構成涉及現地單元、開關間短引線保護和母差保護，較方案三復雜。

8.2 故障處理

方案一和方案二的故障處理都要涉及中心單元和現地單元。對于現地單元故障，方案一和方案二沒有區別，都可以停運單臺現地單元以及對應的斷路器進行故障處理。當中心單元故障時，方案一可以采取失靈后備進行短時間過渡，然后投運冗余失靈中心單元將失靈保護恢復到正常運行狀況；方案二由于沒有冗余失靈中心單元，在中心單元修復之前，只能采用失靈后備。由于現地單元在中心單元故障情況下只能動作一次，因此方案二存在一定的風險。方案的風險因素主要表現在，當某個CU發生故障，排除故障所花時間較長，甚至可能因無可更換部件而在一段時期內完全依靠后備失靈保護的情況。REB500中心單元在修復后重啟時，會導致所有現地單元重啟，因此有約1分鐘左右的時間整個失靈保護無法動作，這是無法解決的難題，方案一和方案二都存在問題。

方案三采用的是各自獨立的裝置，任何裝置故障均不影響其他設備的正常運行，單獨停運故障裝置和對應的斷路器就可以進行故障處理。

8.3 保護定檢

由于REB500失靈保護跳相鄰開關是由中心單元配合現地單元聯合完成，且聯調指令由通訊方式通過光纖發出，無法實施安措，故方案一不便對單個或幾個斷路器的失靈保護進行聯跳邏輯檢查，除非左岸GIS全停。方案二同樣也不能對單個或幾個斷路器失靈保護進行聯調邏輯檢查，但可以在左一GIS、左二GIS分別停電時實施。失靈后備保護的定檢隨REL316開關間短引線保護和母差保護進行，不受限制。

方案三下裝置各自獨立，聯調邏輯由硬接線完成，可以實施安措，因此保護定檢不受限制。

8.4 實施難度

方案一保持目前的現狀不變，因此，不存在實施的問題；方案二需要一定的軟、硬件改動，且母聯開關分別與左一、左二兩套系統的接口問題還需要進一步研究；方案三是將原系統全部推倒重來，需要重新設計二次回路、重新配線、安裝、調試，工作實施難度最大。

9 最終技術改進及實施

基于以上比較分析，采用方案三可根除分布式失靈保護的弊端。采用方案二除具備可以實現半個站停電后檢修的優勢外，原方案一固有的不足仍然存在，CU故障后的風險甚至高于方案一。故三峽電廠決定采用方案三進行左岸電站GIS失靈保護的改造。

三峽電廠最終選用了南瑞繼保的RCS-921A型斷路器失靈保護裝置，并于2009年11月底在左二電站全停，在2010年1月將左一電站分2次輪停的情況下分3次對左岸電站的GIS失靈保護進行了全部換型，運行至今情況良好。

[1]ABB Power Automation AG.REB500 System Protection Concept[Z].2000.

[2]王曉健.三峽左岸電站斷路器保護可靠性分析及后備方案[J].中國三峽建設，2002.