盧松陽(yáng)
(姚孟發(fā)電有限責(zé)任公司,河南 平頂山 467099)
作為變電站和電廠電能分配和匯總的重要元件,母線是否能夠安全可靠的運(yùn)行,直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的供電可靠性和電能質(zhì)量.當(dāng)母線發(fā)生故障上,母差保護(hù)能夠根據(jù)各個(gè)元件或各側(cè)的電流互感器來(lái)對(duì)故障進(jìn)行判別,從而啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作元件,跳開(kāi)母線上的所有斷路器,最大限度地縮小停電范圍并降低停電損失[1]58-60.
母差保護(hù)的基本原理,就是根據(jù)各個(gè)元件或者各側(cè)的電流互感器,按照差接法接線,正常運(yùn)行以及保護(hù)范圍以外故障時(shí)差電流等于零,保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)差電流等于故障電流,來(lái)對(duì)母線故障進(jìn)行判斷,從而通過(guò)啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作元件來(lái)跳開(kāi)母線上的所有斷路器,確保將停電范圍縮至最小.目前所使用的母差保護(hù),從元器件構(gòu)成上大致可以分為以下幾種(見(jiàn)圖1):
LXB整流型母差保護(hù):此種母差保護(hù)的選擇元件為電流相位比較繼電器,當(dāng)母線發(fā)生故障時(shí),電流相位比較繼電器會(huì)對(duì)總差電流和聯(lián)絡(luò)斷路器電流間的相位關(guān)系進(jìn)行比較,通過(guò)比較結(jié)果來(lái)分析故障發(fā)生的部位,并對(duì)故障母線進(jìn)行切除.LXB整流型母差保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單,能夠適應(yīng)一次系統(tǒng)的倒閘操作;母聯(lián)TA為單側(cè)設(shè)置的情況下,當(dāng)TA和母聯(lián)間發(fā)生故障時(shí),不能快速切除發(fā)生故障的母線;動(dòng)作的時(shí)間較長(zhǎng),當(dāng)雙母線分裂運(yùn)行時(shí)將失去動(dòng)作的選擇性.
圖1 母差保護(hù)的類型
電磁型固定連接母差保護(hù):電磁型固定連接母差保護(hù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和適應(yīng)一次系統(tǒng)倒閘操作的優(yōu)點(diǎn),曾經(jīng)在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用.在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中,電磁型固定連接母差保護(hù)的缺點(diǎn)也暴露無(wú)遺,主要包括:母線發(fā)生故障時(shí)可能因一次短路電流過(guò)大而引發(fā)電流互感器的嚴(yán)重飽和,從而導(dǎo)致母差保護(hù)拒動(dòng);當(dāng)線路附近發(fā)生近區(qū)短路故障時(shí),故障電流過(guò)大會(huì)引發(fā)電流互感器的嚴(yán)重飽和,從而導(dǎo)致母差保護(hù)拒動(dòng);當(dāng)母線開(kāi)關(guān)和電流互感器間發(fā)生故障時(shí),容易造成非故障母線的誤切除;在運(yùn)行操作過(guò)程中,存在多次的二次切換,因此非常容易發(fā)生誤操作事件;只有一個(gè)失靈保護(hù)的啟動(dòng)回路,因此失靈保護(hù)不可靠.
中阻抗型集成電路母差保護(hù):中阻抗型集成電路母差保護(hù)以電流瞬時(shí)值作為測(cè)量比較,當(dāng)母線發(fā)生故障時(shí),能夠在10ms內(nèi)進(jìn)行母線故障的切除,缺點(diǎn)是必須使用輔助電流互感器且保護(hù)整定的計(jì)算比較復(fù)雜.
微機(jī)型母差保護(hù):相較于其他類型的母差保護(hù),微機(jī)型母差保護(hù)具有如下優(yōu)勢(shì):微機(jī)型母差保護(hù)具有自檢功能,能夠極大地提高系統(tǒng)的可靠性;通過(guò)微機(jī)的計(jì)算能力和智能作用,微機(jī)型母差保護(hù)可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的動(dòng)作判據(jù);微機(jī)型母差保護(hù)不需要設(shè)置輔助的電流互感器;微機(jī)型母差保護(hù)不需要公共的差電流回路,而是通過(guò)軟件計(jì)算來(lái)合成制動(dòng)電流和差動(dòng)電流,從而大大簡(jiǎn)化交流二次回路[2]31-33.
在進(jìn)行220kV變電站母差保護(hù)雙重技改時(shí),改造后的母差保護(hù)在保護(hù)裝置規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi),對(duì)于母線故障要進(jìn)行及時(shí)切除,不應(yīng)該拒絕動(dòng)作;在任何不該發(fā)生動(dòng)作的情況下,改造后的母差保護(hù)絕對(duì)不能發(fā)生誤動(dòng)作.母差保護(hù)的可靠性來(lái)源于保護(hù)不誤動(dòng)和保護(hù)不拒動(dòng)這兩個(gè)部分,由于這兩個(gè)部分所采取的措施通常是相互矛盾的,因此在改造時(shí)需要尤為重視.
在進(jìn)行220kV變電站母差保護(hù)雙重技改時(shí),改造后的母差保護(hù)除了能夠?qū)?nèi)部短路和外部短路進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分,還要能夠在多種運(yùn)行工況下對(duì)故障母線組進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分.母線上連接的變壓器、線路和發(fā)電器等元件,在運(yùn)行中經(jīng)常需要在兩條以上的母線,因此通過(guò)合理的措施能夠確保母線保護(hù)具有良好的選擇性[3]34-36.
在進(jìn)行220kV變電站母差保護(hù)雙重技改時(shí),改造后的母差保護(hù)對(duì)于保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí),要具備迅速反應(yīng)的能力,即不論短路點(diǎn)的類型和位置如何,只要在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生內(nèi)部故障時(shí),母差保護(hù)都能夠迅速作出反應(yīng),以便及時(shí)地切除故障點(diǎn).
在進(jìn)行220kV變電站母差保護(hù)雙重技改時(shí),改造后的母差保護(hù)要能夠?qū)收线M(jìn)行快速切除,從而減少用戶在電壓降低時(shí)的工作時(shí)間,降低故障元件的損壞程度.
本文以某220kV變電站為研究對(duì)象,對(duì)其母差保護(hù)雙重技改進(jìn)行探究.該220kV變電站投運(yùn)二十余年,其接線方式為雙母線帶旁路母線,原有一套R(shí)ADSS/S型中阻抗型集成電路母差保護(hù),在使用過(guò)程中由于不具備事件記錄和故障錄波的功能,極大地增加了故障檢修和運(yùn)行維護(hù)的難度,因此對(duì)其進(jìn)行雙重技改[4]110-113.改造后的該220kV變電站母具備兩套微機(jī)型母差保護(hù)裝置,它們分別是BP-2B型微機(jī)型母差保護(hù)和RCS-915AB型母差保護(hù),現(xiàn)就該220kV變電站母差保護(hù)雙重技改過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行闡述:
問(wèn)題1:母差保護(hù)在母聯(lián)分位時(shí)產(chǎn)生拒動(dòng)現(xiàn)象.當(dāng)該220kV變電站雙母線運(yùn)行時(shí),為了防止在母聯(lián)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的情況下發(fā)生弱電源側(cè)母線的故障,其具備的BP-2B型微機(jī)型母差保護(hù)和RCS-915AB型母差保護(hù)大差比率元件的比率制動(dòng)系數(shù)應(yīng)該使用低值.但在改造試驗(yàn)過(guò)程中,這兩套母差保護(hù)在母聯(lián)分位時(shí)產(chǎn)生了不該有的拒動(dòng)現(xiàn)象,這意味著雖然BP-2B型微機(jī)型母差保護(hù)和RCS-915AB型母差保護(hù)可以依靠故障分量比率差動(dòng)來(lái)可靠切除暫態(tài)的轉(zhuǎn)換性故障,但是卻不能切除穩(wěn)態(tài)故障[5]94-95.基于此,當(dāng)母聯(lián)開(kāi)關(guān)分裂運(yùn)行時(shí),BP-2B型微機(jī)型母差保護(hù)和RCS-915AB型母差保護(hù)可以獨(dú)立判斷,退出大差比率制動(dòng)系數(shù),僅以小差比例制動(dòng)系數(shù)來(lái)分別作為正、副母線各自啟動(dòng)和動(dòng)作的判據(jù),從而消除拒動(dòng)現(xiàn)象.
問(wèn)題2:母聯(lián)開(kāi)關(guān)和隔離開(kāi)關(guān)位置不對(duì)應(yīng)的分析.如果母聯(lián)開(kāi)關(guān)在合位而投了分列壓板,將會(huì)產(chǎn)生如下后果:2號(hào)母線發(fā)生故障時(shí),母聯(lián)開(kāi)關(guān)失靈動(dòng)作跳開(kāi)1號(hào)母線,直接動(dòng)作于兩條母線的母差保護(hù);如果由2號(hào)母線引發(fā)區(qū)內(nèi)故障,那么將會(huì)引發(fā)兩條母線的母差保護(hù)一起動(dòng)作;區(qū)外故障時(shí),母差保護(hù)將拒動(dòng);母聯(lián)開(kāi)關(guān)死區(qū),母差保護(hù)動(dòng)作不正確時(shí),兩條母線同時(shí)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作.如果母聯(lián)開(kāi)關(guān)在分為,而投了互聯(lián)壓板,那么將會(huì)產(chǎn)生如下后果:區(qū)內(nèi)任何故障都將引發(fā)兩條母線的母差保護(hù)一起動(dòng)作;區(qū)外故障時(shí),兩條母線的母差保護(hù)拒動(dòng).而隔離開(kāi)關(guān)的位置,可以對(duì)母線運(yùn)行的方式進(jìn)行判斷,并且確定各個(gè)元件所連接的母線.綜上所述,母聯(lián)開(kāi)關(guān)和隔離開(kāi)關(guān)的位置是否正確,將直接影響到兩條母線的母差保護(hù)是否能夠正確動(dòng)作,因此在調(diào)試時(shí)要尤為重視.
問(wèn)題3:主變壓器保護(hù)動(dòng)作解失靈復(fù)壓閉鎖的分析.從BP-2B型微機(jī)型母差保護(hù)和RCS-915AB型母差保護(hù)所采用的方式看,選擇BP-2B型微機(jī)型母差保護(hù)更加能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的需求.當(dāng)主變壓器保護(hù)動(dòng)作時(shí),如果系統(tǒng)選用的是RCS-915AB型母差保護(hù),那么所在母線的失靈電壓閉鎖將被解除,如果發(fā)生近端故障或電源線路重載的情況,那么將會(huì)引發(fā)失靈保護(hù)的誤動(dòng);此外,當(dāng)RCS-915AB型母差保護(hù)主變壓器保護(hù)動(dòng)作解除失靈電壓閉鎖開(kāi)入超過(guò)1s時(shí),將會(huì)退出解除失靈電壓閉鎖功能.
問(wèn)題4:刀閘和開(kāi)關(guān)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的接引.在改造過(guò)程中,如果開(kāi)關(guān)站所預(yù)留的敷設(shè)電纜的金屬管道已經(jīng)生銹或腐蝕,那么將會(huì)增加新電纜施工的難度,此時(shí)可以利用現(xiàn)有電纜的備用芯接引狀態(tài)輔助接點(diǎn).在展開(kāi)此項(xiàng)工作時(shí),需要施工人員認(rèn)真核對(duì)開(kāi)關(guān)圖紙,找出可以利用的備用電纜芯[6]85-87;施工人員還可以到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行查找,因?yàn)橛行﹤溆秒娎|芯并沒(méi)有在圖紙上進(jìn)行標(biāo)注,可以通過(guò)兩端對(duì)線的方式來(lái)確定所找到的備用電纜芯是否可用.
問(wèn)題5:舊母差保護(hù)誤動(dòng)作的防止措施.由于舊母差保護(hù)處于運(yùn)行之中,因此在停電改造期間必須采用專用短接線短接的方式對(duì)舊母差電流回路進(jìn)行處理,嚴(yán)禁舊母差保護(hù)的任何工作,避免在停電改造過(guò)程中因差動(dòng)回路電流不平衡而導(dǎo)致舊母差保護(hù)的任何動(dòng)作.
問(wèn)題6:保護(hù)傳動(dòng)或試驗(yàn)時(shí)的注意事項(xiàng).在保護(hù)傳動(dòng)或試驗(yàn)時(shí),要退出母差屏內(nèi)對(duì)其他線路保護(hù)有影響的壓板,避免造成其他線路的誤動(dòng).
為了避免母差保護(hù)拒動(dòng)而危及電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行,對(duì)220kV變電站母差保護(hù)進(jìn)行雙重技改勢(shì)在必行[7]59-62.從前文的分析可以看出,220kV變電站母差保護(hù)是一項(xiàng)技術(shù)復(fù)雜且涉及范圍較廣的工作,其是否能夠順利實(shí)施直接影響著供電可靠性和安全性.隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,微機(jī)型母差保護(hù)在電力系統(tǒng)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,筆者期望通過(guò)本文的探討,能夠?yàn)橥幸约拔C(jī)型母差保護(hù)的推廣提供一些有益的參考.
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