500 kV變電站更換母差保護后的回路改造方案探討

徐 峰，于艷莉

（1.金華電業局，浙江 金華 321000；2.金華電力設計院有限公司，浙江 金華 321000）

500 kV變電站承擔著電網中重要的供電任務。隨著運行時間增長，繼電保護設備逐漸老化；同時生產模式的轉變、技術水平的進步，也對繼電保護設備的智能化程度提出更高的要求，常規保護進行數字化、智能化改造勢在必行。而母差保護由于涉及間隔多，回路復雜，是改造過程中的重點、難點。隨著變電站智能化改造的大面積鋪開，對如何安全可靠地實現母差保護數字化、智能化改造進行探討十分必要。

1 母差保護數字化改造難點

由于改造期間超高壓變電站母線設備操作增多導致故障幾率增大，母差保護的重要性更加突出，變電站一般不允許母差保護長時間退出運行，因而母差保護數字化改造的難點主要體現在：由于母差保護和線路保護、開關保護之間存在回路聯系，已進行數字化改造的間隔和未進行改造的常規間隔如何與母差保護配合，進而保證在改造期間母差保護不失去保護功能。

無論變電站一次系統如何接線，與母差保護相關的回路總是包括模擬量和開關量兩部分。典型3/2接線的母差保護二次回路聯系如圖1所示，模擬量有所在間隔的電流、母線電壓等。開關量則涉及設備眾多且回路復雜，主要包括各間隔的跳閘、失靈開入、閉鎖重合閘等回路。

圖1 3/2接線的母差保護二次回路聯系

如何在母差保護改造期間，在部分間隔已進行數字化改造，而其他間隔仍采用常規電纜連接的情況下，保證母差保護的功能完整，并在確保安全的前提下，縮短施工時間、減少工作量、節約投資即為討論的重點。

2 母差保護改造方案

2.1 方案一

分開改造，保留舊母差，改造期間新、舊母差共存。無論采用哪種方案都要充分利用數字式母差保護的特點，在工廠調試階段就將各出線/主變間隔回路調試完整。

由于500 kV變電站出線回路較多，同時停電較為困難，現只考慮每個間隔輪流停電的方案。步驟如下：

（1）新的2套母差保護均就位后，先改造舊的第2套母差保護，保留舊的第1套母差保護運行，當然2套母差的改造順序可以互換。

隨后逐項間隔停電，將原第2套母差或備用繞組的電流回路翻接至新的第2套母差保護，并接入母線電壓。同時智能終端接入閘刀輔助接點，并通過空接點并入舊跳閘回路。接至新的第1套母差保護電路回路的連接電纜也同時就位，但僅在新的第1套母差保護處做好接線，在TA處不改接。

此輪改造后，新上的第2套母差接入所有間隔的電流和閘刀位置，并可跳各間隔開關。只余留線路/主變保護動作接點未接入，且舊母差所有回路和功能仍然完整。

（2）配合線路/主變保護改造，各間隔保護依次接入新母差。此時，已改造的間隔已接入新母差，不再接入舊母差。新間隔的開關失靈保護由新母差實現，舊間隔的開關失靈由舊母差實現。新、舊母差同時運行組成一套完整的母差保護。假設已改造間隔1，2，則各相關回路如表1所示。

表1 方案一改造期間母差保護二次回路聯系情況

當母線發生故障時，新舊2套母差同時動作，切除故障母線上所有間隔。

當間隔1開關失靈時，則間隔1開關保護啟動新母差，利用GOOSE切除所在母線所有間隔同時啟動遠跳。

若間隔3開關失靈時，則間隔3開關保護啟動老母差，利用原有回路切除所在母線所有間隔同時啟動遠跳。

（3）各間隔都已改造完成后，第2套母差保護具備完整功能，再改造第1套母差。此時各間隔再輪停一輪進行改造，拆除原有母差保護的全部回路，接入新的第1套母差保護，最終完成雙重化母差保護的改造。

整個改造期間相當于只有1套母差保護運行，新舊母差保護一起組成一套完整的母差保護。該方案中新配置的母差保護可以不用保留常規的開入開出功能，設備得到了簡化，并解決了新配置保護與舊回路之間的配合問題。

2.2 方案二

采用支持數字化和常規開關量的混合型母差保護，或具備常規開入開出插件的數字式母差保護，該方案基本與常規的母差保護改造相同。步驟如下：

（1）母差保護先改造1套，第1遍輪停，通過過渡電纜將各間隔電流和失靈保護開入等接至母差保護模擬開入開出板。

（2）改造線路保護，改完1路拆除原來過渡電纜，接入GOOSE網絡，實現失靈保護和跳閘等。

（3）最后改造另一套母差保護。

改造過程中需敷設新母差至原斷路器保護柜和操作箱的過渡電纜，在對應間隔改造時拆除。

該方案中每段母線的2套母差保護同時進行改造，保證母差保護改造完成后，每段母線有2套母差保護的保障。施工過渡過程相對較短，施工作業集中，安全有保障，系統可靠性較高。但新母差需要保留常規開入開出功能，增加了母差保護裝置的復雜性和設備投資，也存在過渡電纜的消耗。

2.3 方案三

調整一次運行方式，以適應母差保護改造，改造期間考慮單母線運行。雙母線接線母差保護可將母聯開關、分段開關停役。將改造后間隔與未改造間隔安排在不同母線運行，步驟如下：

（1）先將新的2套母差保護同時安裝就位，并將2條母線分列運行。將原有間隔均倒閘到Ⅰ母上，騰空Ⅱ母。

（2）將未改造的間隔均倒閘到Ⅰ母上，每改造完1個間隔（包括相應的間隔保護和開關保護改造）就倒閘到Ⅱ母上，并與新母差保護接口。

這樣實際上Ⅰ母由舊母差保護保障，Ⅱ母由新母差保護保障，兩者共存而互不交叉，如圖2所示。

圖2 方案三的母差保護二次回路聯系

（3）待所有間隔改造完成后，舊母差保護退出運行，一次接線恢復正常。

該方案僅適用于雙母接線的母差保護，每段母線的2套母差保護同時進行改造，保證母線運行時，有雙母線保護的保障。新配置的母差保護可以不用保留常規的開入開出功能，設備得到了簡化，從而解決了新配置保護與舊回路之間的配合問題，但改造施工期間一次系統的接線靈活性受到了一定的限制。

2.4 各方案比較

上述3種方案各有優缺點，針對一次接線形式和現場安全等要求的不同，可以選擇不同的改造方案，這3種方案在安全風險、可操作性、經濟性等方面的比較見表2。

表2 各方案的比較

3種方案都可以保證在母差保護數字化改造期間不失去保護功能，改造方案的選擇可根據變電站的一次接線和二次設備的狀況靈活選取。

3 結語

針對更換母差保護后回路改造的課題，提出了3種不同的方案，并對方案的實施做了具體分析和比較，方案一適用于一次運行方式要求高、出線多、且對投資敏感的工程；方案二適用于一次運行方式要求高、出線較少、且對投資不敏感的工程；而方案三僅適用于雙母接線，對于一次運行方式靈活性要求不高的變電站。

母差保護的數字化跳閘方式改造后，并未實現保護的完全數字化，隨著非常規互感器的應用成熟，如何結合模擬量回路的改造實現保護的全數字化將是下階段研究的重點。

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