關于500?kV斷路器就地化保護檢修模式探討

崔運光，趙 俊，張 帆，吳 馳，紀 潔

(國網江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京 210000)

0 引言

針對智能變電站在實際運行中暴露的諸多問題，國內眾多繼電保護專家提出建設以繼電保護裝置就地化為典型特征的第三代智能變電站。繼電保護裝置貼近一次設備就地布置，通過減少電纜敷設長度及中間環節，可提升繼電保護的速動性和可靠性；基于接口標準化設計，可實現保護裝置的工廠化調試、模塊化安裝和更換式檢修，減少了一次設備停電時間，二次設備安裝、調試和檢修時間；通過一體化設計，可實現繼電保護裝置的小型化、集成化，減少設備類型及設備數量，降低整體設備缺陷率；保護間信息交互標準化，可不依賴SCD (substation configuration description，全站系統配置文件)文件，減少保護誤動或拒動的風險。

1 就地化保護的總體特征

1.1 保護就地化

保護裝置采用小型化、高防護、低功耗設計，實現就地化安裝，貼近一次設備，縮短電流電壓以及跳合閘等信號的傳輸距離，保障主保護的獨立性和速動性。就地化保護裝置采樣和跳閘二次回路采用電纜直接聯系，降低配置文件的復雜程度，提高配置的自動化和標準化水平。

1.2 元件保護專網化

為保證保護的獨立性和可靠性，設置全站保護裝置專用通信網絡(簡稱保護專網)。保護專網由SV，GOOSE，MMS三網合一，全站按A，B套裝置分別冗余配置。元件保護分散采集各間隔數據，裝置間通過光纖直連，形成高可靠無縫冗余的內部專用雙向雙環網，保護功能及二次回路不受變電站SCD文件變動的影響。

1.3 信息共享化

就地化繼電保護智能管理單元集中管理全站保護設備，作為保護與變電站監控的接口，采用標準通信協議，實現保護與變電站監控之間的信息交互。

就地化保護裝置采用標準連接器后，能夠實現保護裝置的工廠化調試、模塊化安裝和更換式檢修，因此保護裝置的功能驗證均可在調試中心完成，檢修人員在變電站只需進行該保護裝置與相鄰設備間二次回路的驗證以及整組傳動試驗。原本變電站內保護屏柜均布置于保護室內，而就地化保護裝置轉移至戶外一次設備旁，取消了保護裝置人機交互界面，保護裝置狀態查看、運行操作、壓板投退、定值整定以及置檢修、信號復歸等一系列功能由保護室內的智能管理單元實現，單臺智能管理單元上集中了數套就地化保護裝置的操作管理功能，這要求檢修人員首先熟悉智能管理單元的使用方法。無論何種類型的保護裝置，檢修人員必須在戶外進行調試，同時需要檢修人員在室內智能管理單元查看相應的模擬量、開入開出、變位以及保護動作等情況，勢必會導致現場作業安全風險增大。

2 500 kV斷路器保護就地化配置方案

500 kV斷路器保護就地化目前存在按串雙重化配置、按斷路器單套配置以及按斷路器雙套配置三種配置應用方案。

2.1 按串雙重化配置

500 kV二分之三接線串內三臺斷路器的保護功能全部集成在一臺裝置內部，實現串內完整的三個斷路器保護，包括各斷路器失靈保護、死區保護、重合閘、三相不一致、充電過流保護等功能，配置如圖1所示。采用模擬量電纜采樣，采集三個斷路器電流互感器電流、兩個間隔電壓。通過保護專網以GOOSE形式發送啟失靈信號給本側線路保護、母線保護和主變保護，通過線路保護通道發送遠傳信號。雙套斷路器串保護通過電纜相互閉鎖重合閘（三重方式）。

2.2 按斷路器雙套配置

按斷路器雙套配置實現單個斷路器的失靈保護、死區保護、重合閘、三相不一致、充電過流保護等功能，配置如圖2所示。斷路器保護采用模擬量電纜采樣，采集本斷路器電流和線路電壓、同期電壓。通過保護專網以GOOSE形式發送啟失靈信號給本側線路保護、母線保護和主變保護，通過線路保護通道發送遠傳信號；失靈聯跳相鄰斷路器可通過電纜直接跳相鄰斷路器或通過GOOSE組網跳相鄰斷路器。按斷路器雙套配置的方案，與現階段江蘇境內500 kV智能變電站斷路器保護配置特點類似，因此檢修作業模式不會發生原則性變化。

2.3 按斷路器單套配置

按斷路器單套配置的斷路器保護配置原則上基本與按斷路器雙套配置的情況一致，但為滿足保護裝置數據信息同時上送至保護專網A和B，需要增加安全隔離裝置，配置如圖3所示，這增加了數據傳輸的中間環節，對于實現繼電保護快速性不利。雖然安全隔離裝置可保持保護專網間的獨立性，但仍然存在裝置故障導致A，B網數據互通的風險。從運行安全性的角度不建議大規模推廣按斷路器單套配置的方案。

3 檢修作業模式變化的研究

3.1 現階段500 kV斷路器保護檢修作業模式

目前江蘇境內已投運的500 kV常規變電站斷路器保護按斷路器單套配置，智能變電站斷路器保護按斷路器雙套配置，以滿足智能變電站雙網的配置要求。二次檢修主要包含保護校驗、技改擴建、緊急消缺以及基建驗收四大類工作，除部分緊急消缺及母線保護不停電校驗外，其余工作均需結合一次設備停電檢修或申請相關一次設備停電。

3.1.1 保護校驗

除母線保護校驗外，線路及主變保護校驗均會配套對其兩側的斷路器保護進行校驗。待一次設備停電，運維人員執行安全措施并許可工作后，二次檢修人員方可開始保護校驗的工作。執行二次安措，將停運設備與運行設備進行隔離，現場對該保護裝置的外觀、保護功能、二次回路、后臺信號進行校驗，并進行整組傳動試驗。500 kV各類型保護校驗范圍及時間如表1所示。

表1 500 kV各類型保護校驗范圍及時間

3.1.2 技改擴建

變電站擴建工程一般是配合一次設備擴建新增相應的保護及自動化裝置，主要分為擴建完整串、擴建不完整串以及不完整串擴為完整串三類。前兩類擴建工程在基建及新設備驗收階段無需停電，搭接試驗階段需申請輪停母線保護，對于不完整串擴為完整串，不同之處在于基建階段還需申請陪停相鄰斷路器。

變電站二次技改工程一般是對保護及自動化裝置進行更換升級，相應一次設備配合停電。由于目前電網中運行的保護裝置新老混雜，很多變電站已經多次改造，因此技改工程情況相對復雜，不具備一定的規律性，每次需更換的保護裝置需視現場實際情況而定。與保護校驗類似，斷路器保護會結合相應的線路保護、主變保護一并進行更換。與擴建工程類似，更換后的新裝置在搭接試驗階段，也需要申請輪停母線保護或相鄰斷路器。

3.1.3 緊急消缺

對于變電站內雙重化配置的保護裝置，緊急消缺工作無需申請一次設備停電，而只需申請停用該套保護裝置。待現場缺陷消除后，將保護裝置投入運行。涉及保護裝置本身故障時，更換相應板卡。對于常規變電站單套配置的斷路器保護，由于不允許一次設備無保護運行，因此需停一次斷路器配合消缺工作。

3.1.4 基建驗收

大檢修體系下，江蘇檢修公司負責500 kV基建工程的竣工預驗收工作，二次檢修專業對新建部分涉及的保護及自動化裝置、相關二次回路、施工工藝、各項資料進行驗收，確保新建部分具備啟動投運條件。500 kV各類型保護驗收時間如表2所示。

3.2 按串配置斷路器保護檢修模式

按串配置的斷路器保護將整串三個斷路器保護功能及斷路器間的二次回路集成在一套保護裝置中，裝置設置一個檢修軟壓板，投入后整套保護裝置也就是三個斷路器保護功能模塊均轉變為檢修態；分別設置三個功能投入軟壓板對應三個斷路器保護功能模塊，退出后單個斷路器保護模塊被屏蔽，不參與邏輯運算，單個斷路器之間的啟失靈及失靈聯跳回路由裝置內部邏輯實現。針對斷路器串保護的特點，應拋開傳統斷路器保護運維檢修的思維模式，將串內三臺斷路器視為整體。結合就地化保護工廠化調試和更換式檢修的特點，斷路器串保護的二次檢修模式也將發生一系列的改變。

表2 500 kV各類型保護驗收時間

3.2.1 保護校驗

以某變電站500 kV完整線-變串(第X串)某條線路停電檢修為例，一次停電設備包括該線路以及兩側50X2，50X3斷路器，如圖4所示，二次檢修需對該線路保護及兩側斷路器保護進行保護校驗的工作。由于50X1斷路器不停電，在就地化保護更換式檢修模式下，需在停電期間申請輪停A，B兩套斷路器串保護，以避免50X1斷路器無保護運行。

保護校驗工作需分為A，B兩個階段進行，A階段校驗A套線路保護及A套斷路器串保護，B階段校驗B套線路保護及B套斷路器串保護。A套斷路器串保護停用后，由運維人員退出斷路器串保護操作箱上的50X1跳合閘出口硬壓板，退出邊斷路器失靈啟動母差；退出50X1，50X2失靈聯跳X號主變出口軟壓板，投入裝置檢修軟壓板。相關電流電壓回路二次安措由二次檢修人員執行，更換保護裝置后，無需校驗保護裝置功能及斷路器間回路，需驗證50X2，50X3斷路器保護模塊與A套線路保護間二次回路，進行整組傳動試驗，核對后臺信號。A套斷路器串保護和A套線路保護校驗完成后，將A套斷路器串保護改為運行，停用B套斷路器串保護，并按同樣的原則進行B階段保護校驗。在保護校驗過程中，需要確保斷路器串保護更換后，50X1斷路器功能模塊的工程配置未發生變化；同時與運維人員核對保護定值時，建議核對該斷路器串保護內的所有定值項。

輪停斷路器串保護進行保護校驗，改變了現階段的檢修習慣，對變電站運維檢修人員提出了新的要求，繼而增加了不確定性和安全風險。如需避免斷路器串保護輪停的二次檢修模式，需申請整串全停，即三個斷路器全部停電，對串內兩個間隔的保護裝置進行校驗，但該停電模式涉及設備較多，將會對電網的穩定性提出更高的要求。

對于不完整串的保護校驗工作而言，以不完整串帶線路運行為例(第Y串)，如圖4所示。對于這種情況，不涉及退出運行斷路器的保護功能，因此不需要申請輪停斷路器串保護，可按現階段保護校驗的停電模式進行保護校驗工作。

3.2.2 保護更換

斷路器串保護需更換改造時，如果停電范圍只涉及半串，仍以圖4為例(第X串)，此時需按A，B套斷路器串保護輪停分兩階段進行保護更換工作。與保護校驗檢修模式類似，由運維檢修人員執行相應安全措施。由于就地化保護裝置采用標準連接器，因此現場只需施工單位進行少量的二次電纜拆除搭接工作，可直接由二次檢修人員更換保護裝置，預制電纜在使用壽命范圍內無需更換，由檢修人員驗收新保護間回路并進行整組傳動試驗。同理，對于不完整串更換斷路器串保護時，不涉及退出運行斷路器的保護功能，因此不需要申請輪停斷路器串保護。

保護裝置就地化將極大地改變現有二次技改工程模式，施工單位的角色會被極大地弱化，甚至無需施工單位參與保護裝置改造更換工作。保護相關工作可由檢修人員獨立完成，有助于提高現場安全管控效果，降低作業安全風險，但也給檢修人員提出了更高的技能水平要求。

3.2.3 擴建工程

擴建新串時，與現階段施工與驗收模式類似，由施工單位完成新保護屏柜組立、電纜敷設、新保護調試工作，由檢修人員完成新裝置的驗收工作。需要注意的是對于斷路器串保護，應區分擴建完整串與不完整串時二次虛回路的配置，特別是不完整串中應預留出一個斷路器保護模塊供遠景使用。由于斷路器串保護中三個斷路器保護功能模塊按邊、中、邊依次配置，因此在一期工程時必須確認兩個新建斷路器的實際位置，以免后期擴建時產生混淆。

不完整串擴建成完整串時，無需新上斷路器保護，只需增加相應擴建間隔的元件保護(線路保護、主變保護)，新增的元件保護與斷路器保護進行搭接試驗時，需要申請輪停斷路器串保護。

3.2.4 緊急消缺

對于雙套配置的斷路器串保護，任意一套保護裝置故障，都無需設備停電，只需申請停用該保護，更換上新保護裝置，由檢修人員檢查采樣及功能，確認保護裝置無異常信號后即可將保護投入運行。

4 思考與討論

保護就地化是通過在一次設備區就地布置保護裝置減少變電站占地面積以及二次電纜的用量，提高變電站建設的經濟性；通過工廠化調試、模塊化安裝和更換式檢修來提高檢修作業現場的工作效率。但就地化保護裝置與人機交互界面分離將改變檢修人員現有的工作習慣。根據上述討論情況，以現階段各類型保護裝置檢修工作模式，特別是按串配置斷路器就地化保護時，在某些情況下，將改變現有的運維檢修模式，增加運維檢修人員的操作復雜性，增加檢修作業中的安全風險。因此從運維檢修角度考慮，需通過工程應用進一步探索總結就地化保護的運檢風險和經驗，結合現階段檢修工作的停電習慣，制定最優停電方案。

5 結論

(1) 就地化布置導致保護裝置與人機交互界面分離，檢修作業需兩組人員同時配合進行，增加了作業地點，對檢修作業現場的安全管控提出了更高的要求。

(2) 就地化斷路器保護按斷路器雙套配置與現階段智能變電站斷路器保護配置原則一致，原則上不會改變現有的智能站二次檢修作業模式。

(3) 就地化斷路器保護按串配置會改變保護校驗、改擴建以及緊急消缺工作的二次檢修模式，特定情況下需通過輪停的方式完成斷路器串保護現場檢修作業，增加了運維人員后臺操作以及檢修人員執行二次安措的工作量，對運維檢修人員技能水平提出了更高的要求。