內蒙古電網220 kV母線失靈保護完善化改造分析

解紅剛，楊建中，武占國，劉洵宇，張 毅

（1.內蒙古超高壓供電局，內蒙古 呼和浩特 010080；2.內蒙古電力（集團）有限責任公司，內蒙古 呼和浩特 010020）

0 引言

目前內蒙古電網主網以及其他省市500 kV變電站的220 kV 系統母線大多為雙母線雙分段結構，按照國家電網有限公司《關于印發十八項電網重大反事故措施（修訂版）的通知》［1］以及國家能源局《防止電力生產事故的二十五項重點要求》［2］的規定，220 kV 及以上電壓等級線路、變壓器、母線、高壓電抗器、串聯電容器補償裝置等輸變電設備的保護應按雙重化配置，同時須完善失靈回路［1-3］。于曉蕾、申定輝對斷路器失靈啟動回路的重新設計進行分析從設計源頭降低失靈風險［4］。

以某變電站220 kV 母線為例，對保護更換及完善失靈回路過程中主要間隔（線路、主變壓器間隔）的更換思路以及失靈互啟回路的不同原理、手合接點的正確使用進行分析探討，為提高變電站運行的安全穩定性提供參考。

1 失靈保護改造

某500 kV 變電站220 kV 系統母線為雙母線雙分段方式，兩條母線上有線路間隔7 個，主變壓器間隔2 個，母聯斷路器（分段）間隔3 個，共計12 個220 kV 間隔，該母線結構在國內常規變電站中具有典型代表性。該變電站220 kV線路保護組屏方式采用三面屏設計即兩面線路保護屏外加一面輔助保護屏，母線差動保護為兩面屏，其中只有一套母線差動保護配合線路輔助保護屏具有失靈功能，另一套母線差動保護不具備失靈保護功能。

每面母線差動保護屏及對應的線路（主變壓器）保護回路改動所需工期為7 天，先更換不具備失靈保護的母線保護，使其失靈保護完善后，再對另一套母線差動保護進行更換，兩面母線差動保護屏更換共需14天。

1.1 線路間隔

線路間隔改造過程以一次設備不停電二次輪退保護的方式進行。首先，將與不具有失靈功能的母線差動保護相對應的線路保護到輔助屏之間的啟動失靈回路拆除，將啟動失靈的回路接到新更換的母線差動保護屏上；其次，將另一套線路保護啟動失靈回路拆除，接至新換母線差動保護屏上，同時將輔助屏上原相關啟動母線差動保護的失靈回路和壓板拆除。改造前，線路輔助保護屏失靈電流判據通過斷路器保護裝置實現，而目前很多變電站斷路器三相不一致功能仍由保護裝置實現，因此進行雙失靈改造后，輔助保護屏電流回路不能拆除。

1.2 主變壓器間隔

主變壓器間隔改造與線路間隔改造一樣通過輪退保護的方式進行。原主變壓器間隔失靈功能通過主變壓器保護C 屏的斷路器失靈裝置實現，由斷路器失靈裝置滿足判據后輸出至一套母線差動保護屏。主變壓器間隔失靈改造流程基本與線路間隔改造相同，但一些具體的功能回路不同。主變壓器間隔改造需要考慮主變壓器保護本身功能特點，主變壓器中壓側斷路器失靈聯跳三側斷路器的各廠家邏輯不同，因此失靈完善改造過程中，主變壓器保護也要相應升級以滿足《關于印發十八項電網重大反事故措施（修訂版）的通知》要求。因中壓側失靈回路變動，主變壓器高壓側失靈聯跳回路也要做相應調整。于興林、李慧敏對主變壓器高壓側斷路器失靈聯跳主變壓器三側斷路器進行優化分析［5］。

2 失靈互啟

目前華北地區以及南方電網失靈互啟功能均采用分段斷路器的失靈功能實現，由分段斷路器的保護裝置電流判據與操作箱的永跳繼電器（TJR）接點形成“與”邏輯同時啟動四套母線差動保護的失靈保護，如圖1所示。

該失靈互啟方式不能滿足更換電流互感器以及其他需要倒母線的特殊運行操作方式的需求，因此內蒙古電網要求對于220 kV 側采用雙母線雙分接線的變電站，220 kV母線保護應具備Ⅰ/Ⅱ母線和Ⅲ/Ⅳ母線失靈互啟的功能，以保證分段失靈回路的完整性。

2.1 失靈互啟原理

以某公司PCS-915SA-G 母線差動保護裝置為例，失靈互啟的動作條件為：母線差動保護動作不返回，且分段存在電流大于0.04IN（IN為額定電流）。若兩個條件都滿足，則啟動另一套PCS-915SA-G 的分段失靈保護，邏輯如圖2所示［6］。

當啟動分段失靈開入接點動作，經整定延時相應的分段電流仍然大于母聯斷路器分段失靈電流定值時，分段失靈保護經相應母線電壓閉鎖后，延時母聯斷路器分段失靈時間切除母聯斷路器開關及相應母線上所有連接元件，如圖3所示。

圖3 分段失靈保護邏輯

2.2 特殊運行方式

倒母線過程中避免帶負荷拉、合隔離開關會將母聯斷路器的操作電源拉開。對220 kV雙母線雙分段接線方式，假如母聯斷路器1 電流互感器因為氫氣超標或者其他原因需要更換時，需要斷開母聯斷路器1（ML1）并進行倒母線充電，而此時避免帶負荷拉、合隔離開關會將分段斷路器1（FD1）、分段斷路器2（FD2）、母聯斷路器2（ML2）操作電源斷開，如圖4所示。

圖4 雙母線雙分段

如果此時Ⅰ母線上發生區內故障，而失靈互啟采用分段斷路器失靈功能，Ⅰ母線差動保護會斷開該母線上所有連接元件，而分段斷路器1 因為操作電源失電分段斷路器1 不會斷開且操作箱無法為母線差動保護提供TJR 開入，母線失靈保護不會動作，Ⅲ母線是區外故障，Ⅲ母線差動保護不會動作，故障無法切除。采用Ⅰ/Ⅱ母線和Ⅲ/Ⅳ母線之間失靈互啟的功能則可將故障切除，避免事故擴大。

3 手合繼電器接點

手合繼電器（SHJ）接點用于母聯斷路器分段斷路器充電時發生充電至死區故障時邏輯判據，以某公司BP-2CS 型母線差動保護裝置為例，通過SHJ 接點變位，確定故障類型是充電故障而非普通的母聯斷路器死區故障，邏輯如圖5所示。

充電至死區故障僅發生在電流互感器靠近待檢修母線需要充電側、母線分段斷路器靠近充電母線側，故障如圖6 所示。故障發生時，電流互感器沒有電流流過，無法通過啟動充電保護來閉鎖差動保護并切除母聯斷路器開關，通過充電至死區邏輯差動保護切除運行母線。靠近電流互感器母線給另一側母線充電時不存在充電至死區的邏輯，母聯分段斷路器死區保護可以切除故障，因此對于母線差動保護的SHJ 接點引入，只需考慮電流互感器靠近母線側的保護，對于雙母線雙分段系統分段斷路器操作箱只需提供2 個SHJ 接點給母線差動保護，無須通過擴展接點可為母線差動保護提供4 個SHJ接點。

圖5 充電至死區邏輯

圖6 故障情況

4 結語

母線失靈完善化改造涉及整個220 kV間隔以及主變壓器中壓側和高壓側的相關回路，涉及面廣、危險點多，改造之前多次核對現場，對整個過程進行模擬推演。對于通過分段斷路器失靈實現失靈互啟功能的變電站，在特殊運行方式時也可以通過退保護出口來避免故障范圍擴大，但不便于現場運行人員操作。通過母線差動保護之間的失靈互啟保證了回路的獨立性、完整性，在提高變電站運行安全穩定性的同時便于現場運行人員操作。