高壩洲電廠220 kV開關站母線保護裝置改造

許重慶，劉 政

(湖北清江水電開發有限責任公司，湖北 宜昌 443300)

高壩洲電廠開關站主接線方式為單母線的擴大橋型接線，如圖1。具體接線方式為：發電機與主變壓器采用一機一變的單元接線方式，1、2、3號主變壓器高壓側裝設斷路器，1、3號發電機出口裝設隔離刀閘，2號發電機組出口裝設隔離刀閘及斷路器。

220 kV高壓配電裝置為敞開式戶外配電裝置，共有3條母線，均為單母線；3條母線通過高24開關、高25開關相連。其中高柑一回線及高柑二回線均配置了高頻線路保護和光纖差動保護，Ⅱ母配置的母線保護裝置為本文的所講內容。

1 母線保護裝置改造的必要性

高壩洲電廠220 kV開關站Ⅱ母BP-2B母差保護裝置自2003年投產運行至今已有10多年，保護裝置元器件老化嚴重，電纜絕緣不好，且保護裝置內部線已出現多處改動，保護所用CT二次側接地不規范[1]，不符合《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》的規定，無法保證Ⅱ母長周期安全可靠運行。

2015年，利用開關站Ⅱ母母線停電檢修期間對Ⅱ母BP-2B微機母線保護裝置進行更換，將BP-2B型母線差動保護裝置更換為長園深圳南瑞BP-2CA-G型，新裝置保護對象仍為高壩洲電廠220 kV開關站Ⅱ母。BP-2CA-G母線差動保護裝置在功能上可以實現母線差動保護、斷路器失靈保護、母聯失靈保護、母聯死區保護、CT斷線判別功能及PT斷線判別功能。在母線區內發生各種故障時正確動作，在各種類型區外故障時不誤動[2]。

2 BP-2CA-G母線保護的原理與功能

2.1 差動保護啟動元件

1)和電流突變量判據。當任一相的和電流突變量大于突變量門檻時，該相啟動元件動作。其表達式為

Δir>ΔIdset

(1)

式中：Δir為和電流瞬時值比前一周波的突變量；ΔIdset為突變量門檻值，為0.5In。

2)差電流越限判據。當任一相的差電流大于差動保護啟動電流定值時，該相啟動元件動作。其表達式為

Id>Idset

(2)

式中：Id為分相大差動電流；Idset為差動保護啟動電流定值。

3)啟動元件返回判據。啟動元件一旦動作后自動展寬20 ms，再根據啟動元件返回判據決定該元件何時返回。當任一相差電流小于差動保護啟動電流定值的95%，且各支路的該相相電流均小于1.2倍的額定電流時，該相啟動元件返回。其表達式為

(3)

式中：Id為分相大差動電流；Idset為差動保護啟動電流定值；Ij為各支路相電流；In為額定電流。

2.2 復式比率差動判據

復式比率差動判據的動作方程如下

(4)

式中：Idset為差動保護啟動電流定值；Kr為復式比率系數(制動系數)定值。

復式比率差動判據相對于傳統的比率制動判據，由于在制動量的計算中引入了差電流，使其在母線區外故障時有極強的制動特性，在母線區內故障時無制動，因此能更明確地區分區外故障和區內故障(見圖2)。

圖2 復式比率差動元件動作特性

2.3 電壓閉鎖元件

在裝置的硬件回路中，差動保護和斷路器失靈保護的出口接點均經復合電壓閉鎖。電壓閉鎖元件的動作表達式為

(5)

式中：Ua、Ub、Uc為母線相電壓；3U0為母線三倍零序電壓；U2為母線負序電壓(相電壓)；Uset、U0set、U2set分別為各序電壓閉鎖定值。其中，差動電壓閉鎖定值由裝置內部固化：Uset=0.7Un，Un為相電壓額定值；U0set固定為6 V；U2set固定為4 V。

三個判據中的任何一個被滿足，該段母線的電壓閉鎖元件就會動作，稱為復合電壓元件動作。如母線電壓正常，則閉鎖元件返回。本元件瞬時動作，動作后自動展寬20 ms再返回。

由于靈敏度不同，差動元件和失靈元件的電壓判據獨立。

2.4 故障母線選擇邏輯

對于固定連接式不分段母線，如我廠這種單母線主接線，由于各個支路固定連接在一段母線上，不在母線段之間切換，因此大差電流既是區內故障判別元件，也是故障母線選擇元件。

2.5 斷路器失靈保護

1)失靈復合電壓元件。斷路器失靈保護動作出口，經相應母線的失靈復合電壓元件閉鎖(見圖3)。

2)電流檢測元件。線路支路采用相電流、零序電流(或負序電流)“與門”邏輯；變壓器支路采用相電流、零序電流、負序電流“或門”邏輯。所有支路共用“失靈零序電流定值”、“失靈負序電流定值”。在線路支路出現三相跳閘后三相失靈時，采用和電流突變啟動邏輯。和電流突變門檻為0.1In+浮動門檻，浮動門檻隨系統和電流變化逐步自動調整。

圖3 斷路器失靈保護

線路失靈相電流判據采用裝置內部有流門檻值(0.04In)，各變壓器支路共用“失靈相電流定值”。

本次改造將線路支路(高柑一回線和高柑二回線)設置了單相和三相跳閘啟動失靈開入回路，變壓器支路由3號機發變三跳啟動失靈開入回路。保護裝置檢測到“斷路器失靈開入”長期誤開入，發“運行異常”告警信號，同時閉鎖該失靈開入，不影響本支路其他失靈開入及其他支路失靈開入。

3 設備運行情況

自2015年母線保護裝置改造完工后設備運行良好,不僅滿足了湖北省電力調度通信中心的要求(母線差動微機保護的失靈保護必須經過電壓閉鎖)[3]，而且符合《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》的規定，保護所用CT二次側接地問題[4]。新裝置運行穩定，應用情況良好，能滿足清江高壩洲水電廠的母線保護要求,保證了Ⅱ母長期安全可靠運行。