500 kV變電站智能化改造中母差改造方案研究

裘愉濤， 潘成程， 張 勇，劉永杰， 邢佳磊

（1.國網浙江省電力公司，杭州 310007；2.國網浙江省電力公司檢修分公司，杭州 311232）

500 kV變電站智能化改造中母差改造方案研究

裘愉濤1， 潘成程2， 張 勇2，劉永杰2， 邢佳磊2

（1.國網浙江省電力公司，杭州 310007；2.國網浙江省電力公司檢修分公司，杭州 311232）

由于運行年份較長，500 kV變電站面臨二次設備整體老化等問題，常規變電站二次設備的智能化改造勢在必行。以金華500 kV雙龍變分階段停電智能化改造為例，詳細介紹了采用過渡接口裝置解決智能化改造過程中的母差保護改造難點問題，為變電站二次設備智能化改造提供了典型經驗和成功案例。

改造；母差保護；分階段停電；過渡接口裝置

0 引言

500 kV常規變電站由于運行年份較長，二次設備整體老化，需要進行整體智能化改造。由于500 kV變電站一般作為樞紐站承擔著較大負荷，因此采取全站改造的停電方案幾乎不可行，比較符合實際的方式是采取分階段停電改造方式[1-2]。

分階段停電改造過程中的難點體現在500 kV母線差動（簡稱母差）保護和220 kV母差保護的改造上。作為變電站的重要公用保護設備，母差保護涉及眾多間隔。選擇合適的母差保護改造方案，對減少全站停電時間、提高運行可靠性至關重要[3-8]。以500 kV金華雙龍庫智能化改造為例，詳細介紹母差保護改造的方案選取和具體改造流程，解決了新老母差保護改造中信息流過路問題。

1 母差保護改造方案比較

1.1 方案1

先改造母差保護，再進行間隔保護改造。

采用該方案，首先需停一次母線，對母差保護進行改造，母差保護改造完后采用GOOSE（面向通用對象的變電站事件）轉模擬開關量的過渡接口裝置完成新母差和原斷路器機構和原斷路器保護的接口，然后對間隔進行逐一停電改造，每個間隔改造完成后脫離過渡接口裝置，并與新母差保護完成接口試驗。

1.2 方案2

先改造間隔保護，再進行母差保護改造。

采用該方案，首先對間隔進行輪流停電改造，每改造完成1個間隔后，采用模擬量轉GOOSE裝置完成新間隔與老母差保護的接口，同時考慮到老母差無失靈電流判別裝置，需要對每個新間隔加裝電流判別裝置。當所有間隔改造完成后，使母線停電完成新母差改造和新母差與其余間隔接口試驗，并退出電流判別裝置。

2 母差保護改造方案選擇

2.1 500 kV母差保護改造方案

500 kV系統采用3/2接線方式，該一次接線方式下只要間隔出線采用2個斷路器同時供電，則停役1條母線對線路和主變壓器（簡稱主變）供電不受影響。

500 kV母差保護改造，如采用方案1，即先進行母差保護改造，新母差保護和原斷路器保護的回路通過母差過渡裝置進行連接和接口，則在改造過程中所有出線只需停役1次，間隔停役時完成改造后分別輪停2套新母差保護進行接入即完成該間隔保護的全部改造工作。如采用方案2，先進行間隔改造，間隔改造后由于老母差保護和新斷路器保護均無失靈電流判別功能，需要在每個邊斷路器保護后新增1個失靈電流判別裝置，還需要通過過渡接口裝置完成斷路器保護和老母差保護的接口試驗，當所有間隔保護完成改造后對新母差保護進行改造，母差保護改造后完成傳動試驗。2種方案均只需對間隔線路和主變進行1次停電，但方案2需要新增失靈電流判別裝置，因此選擇方案1。

2.2 220 kV母差保護改造方案

500 kV變電站的220 kV母線一般采取雙母雙分段形式，部分老變電站還采用雙母雙分段帶旁母形式，母差保護雙重化配置為主，部分老站采用單母差保護。

對220 kV母差保護改造，如采用方案1，則需要先分段停役母線進行電壓回路接入，然后，將220 kV間隔輪停通過過渡接口裝置進行其他回路接入，再經過較長一段時間的間隔輪停完成間隔保護改造和接口傳動試驗。如采用方案2，先進行間隔輪停改造，改造后通過臨時電流判別裝置和過渡接口裝置與老母差保護進行連接，當所有間隔改造完成后輪停間隔進行母差保護改造。2種改造方案均需要對間隔輪停3次（分別接入2套母差），同時需要倒母線進行電壓回路接入。由于220 kV母線不能無母差保護運行，因此母差保護改造需分套進行，即結合方案1和方案2，先改造1套母差保護，待該套母差保護全部間隔改造好后復役，同時對間隔保護進行改造后接入新老2套母差保護，其中接入老母差保護采用過渡接口裝置和臨時電流判別裝置，當所有間隔改造完成后，對母線進行正副母倒母，完成電壓回路接入新母差，之后對新母差保護進行投運，新母差投運后再次輪停間隔以及倒母，對另一套母差保護改造，最終全部完成220 kV母差改造工作。該種方案所有間隔只需輪停2次，減少了停電時間。

3 500 kV母差保護改造流程

500 kV母差保護雙套改造為同步進行，且2套母差保護改造類似，因此這里只描述“一母一套母差保護”改造流程。按照方案1先進行母差保護改造再進行間隔保護改造。500 kV母差保護的二次回路主要分4類，如圖1所示。

圖1 常規站500 kV母差保護二次回路

第1類是母差保護與斷路器保護間的相互啟失靈回路，分別是母差保護動作起邊斷路器失靈和邊斷路器失靈起母差保護；第2類是母差保護跳閘回路；第3類是母差保護的電流回路，需要與變斷路器電流端子箱搭接；第4類是母差保護的信號回路和故錄回路。

500 kV母差保護的改造流程分為準備階段、開始階段、過渡階段和結束階段。

（1）在準備階段，不需要一次設備停電。僅完成新母差保護的調試以及新母差保護和母差過渡接口屏的光纖連接。為方便結束階段過渡接口裝置退役，過渡接口裝置通過GOOSE交換機獲得新母差保護發送的GOOSE控制塊，并將其轉換成模擬信號觸發繼電器接點閉合。

（2）在開始階段，需將500 kV母線和其邊斷路器改檢修狀態，此時完成老母差裝置的拆除工作；完成老母差保護與原TA（電流互感器）端子箱的電流回路拆除、完成老母差保護的信號回路和故錄回路拆除，同時，為方便過渡階段新母差保護與原邊斷路器保護以及邊斷路器機構的電纜連接，避免新放臨時長電纜，保留老母差保護屏柜以及老母差保護與原斷路器機構和原斷路器保護的二次回路。在完成二次回路的拆除和保留工作后，將過渡接口裝置和老母差屏保留的二次回路搭接，完成新母差保護和原斷路器機構以及原斷路器保護的接口試驗，在接口試驗正確后完成新母差保護信號回路和故錄回路的搭接和驗證。此時新母差保護改造完成，新母差保護和原間隔二次回路的聯系除電流回路外，均通過過渡接口裝置完成，如圖2所示（虛線表示GOOSE回路）。

圖2 500 kV新母差改造后過渡二次回路

（3）在過渡階段，分批對間隔設備進行停電改造，間隔保護改造完成后輪停新母差保護進行與智能終端和新斷路器保護的二次回路搭接以及接口試驗。

（4）在結束階段，當所有間隔保護改造完成后，母差過渡接口裝置即可退役，退役時拆除過渡接口裝置與交換機的光纜即可，此時所有間隔完成改造，母差保護與其他裝置回路聯系如圖3所示。

4 220 kV母差保護改造流程

結合方案1和方案2對220 kV母差保護進行改造。220 kV母差保護的二次回路主要分5類，如圖4所示。

圖3 500 kV新母差最終二次回路

圖4 常規站220 kV母差保護二次回路

第1類是母差保護與間隔保護間的相互啟失靈回路，分別是母差動作閉重和啟線路遠跳、線路保護動作啟母差失靈；第2類是母差與間隔端子箱的跳閘和閘刀位置回路；第3類是母差的電流回路，需要與變斷路器電流端子箱搭接；第4類是母差的信號回路和故錄回路；第5類是母差保護和壓變端子箱之間的電壓回路。

220 kV母差保護的改造流程分為準備階段、開始階段、過渡階段和結束階段。

（1）在準備階段，不需要一次設備停電，僅完成新母差保護的調試，同時完成母差過渡接口裝置和臨時過流判別裝置調試。由于220 kV母差保護失靈電流判別在常規站由線路保護實現，智能站由母差保護實現，因此改造后的間隔保護和老母差保護搭接時需要先串接一個臨時過流裝置，再通過過渡接口裝置和老母差保護區連接。

（2）在開始階段，首先退役第1套老母差保護，然后將第一套新母差保護立屏完成，完成新母差保護的信號回路和故錄回路的搭接，此時220 kV系統在改造階段采用單母差保護。

（3）在過渡階段，分批對間隔設備進行停電改造，改造過程中保留原間隔保護屏位和外回路以方便與老母差保護回路搭接。在間隔停電的過程中，完成電流回路和新母差保護的搭接，間隔保護改造完成后第1套線路保護與新母差保護完成保護間二次回路搭接和接口試驗，同時在第2套線路保護后面串接臨時過流判別裝置，再通過母差過渡接口完成與老母差保護二次回路搭接和接口試驗（此時短時停役老母差保護），搭接完成后老母差保護復役，新母差保護待所有間隔改造結束后復役，如圖5所示。

圖5 220 kV新母差改造后過渡二次回路

（4）在結束階段，當所有間隔保護改造完成后，倒母線對新母差保護進行電壓回路接入后新母差保護投運，此時將第2套新母差保護立屏完成信號回路和故錄回路二次回路搭接，再次輪停間隔完成電流回路、跳閘回路、閘刀回路、保護間互啟失靈回路搭接和接口試驗，并同時退役臨時過流判別裝置，當所有間隔再次輪停接入新母差后，倒母線對第2套新母差保護進行電壓回路接入，過渡接口裝置隨著老母差保護一起退役，此時第2套新母差保護投運，完成220 kV母差保護改造，改造后系統二次回路如圖6所示。

5 結語

運行年份較長的500 kV變電站面臨站內二次設備老化嚴重、備品備件準備困難的問題，常規變電站二次設備的智能化改造勢在必行。此次金華500 kV雙龍變電站分階段智能化改造為全國范圍內的500 kV變電站二次智能化改造積累了典型經驗。隨著網絡技術的不斷完善，智能變電站的大規模建設和改造將極大地提高電力系統運維檢修的可靠性。

圖6 220 kV新母差最終二次回路

[1]馮正偉，楊鑫，何祥文.500 kV常規變電站智能化改造方案的探討[J].浙江電力，2015，34（2）∶20-23.

[2]丁峰，陸承宇，阮黎翔，等.變電站監控系統智能化改造過渡方式研究[J].浙江電力，2015，34（6）∶20-23.

[3]Q/GDW 396-2009 IEC 61850工程繼電保護應用模型[S].北京：中國電力出版社，2010.

[4]裘愉濤，杜浩良.傳統500 kV繼電保護智能化改造方案[J].電力自動化設備，2011，31（11）∶143-148.

[5]陳安偉，樂全明，張宗益，等.500 kV變電站智能化改造的關鍵技術[J].電力系統自動化，2011，35（18）∶47-50.

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[7]丁書文，王成.智能變電站應用GOOSE技術存在的問題及策略[J].電工技術，2012（9）∶29-30.

[8]黃新波，賀霞，王霄寬，等.智能變電站的關鍵技術及應用實例[J].電力建設，2012，33（10）∶29-33.

（本文編輯：趙曉明）

Research on Retrofitting Program of Bus Differential Protection in Intelligent Transformation of 500 kV Substation

QIU Yutao1，PAN Chengcheng2，ZHANG Yong2，LIU Yongjie2，XING Jialei2
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310007，China；2.State Grid Zhejiang Maintenance Branch Company，Hangzhou 311232，China）

With the ageing of the entire secondary equipment in 500 kV substation that runs long for a long time，intelligent transformation of secondary equipment in traditional substation must be conducted.Taking phased intelligent transformation with power cut of 500 kV Shuanglong substation in Jinhua as an example, the paper introduces treatment of difficulties in bus differential protection transformation through transition interface device，providing typical experience and successful case for intelligent transformation of secondary equipment in substations.

retrofit；bus differential protection；phased power-cut；transition interface device

TM773+.4

B

1007-1881（2017）02-0022-04

2016-12-01

裘愉濤（1967），男，高級工程師，長期從事繼電保護工作。