智能變電站擴建雙母雙分二次作業風險辨識及安全措施分析

張韶光,張巖坡,張 旭,王 樂,崔宇杭

(國網河北省電力有限公司超高壓分公司,河北 石家莊 050071)

0 引言

2015-2019 年,河北省南部電網新建500 k V 智能變電站8座,220 k V 側設計為雙母線雙分段(簡稱“雙母雙分”)接線方式,但一期工程220 k V 側均建為雙母線接線。隨著電網需求提升,變電站需將雙母線接線擴建為雙母雙分接線方式[1-2]。

前期建設的智能變電站在開展擴建工作時,限于技術水平、施工安全調試經驗等因素影響,多采用全站停電的改造模式,這給電網運行、維護造成巨大壓力[3]。近年來已有專家學者針對智能變電站安全措施技術進行了研究,文獻[4-5]針對保護檢驗工作,按照不同停電設備類型,制定了二次安全措施方案,文獻[4]有效解決了安全措施實施誤閉鎖保護、安全措施冗余操作繁瑣、頻繁拔光纖導致光口損壞等問題,文獻[5]研究了安全措施的可視化技術,但均未針對擴建等工作進一步分析。二次作業貫穿工程始末,工序錯綜復雜,作業風險集中交織,光纖鏈路牽一發動全身,工序安排不合理、風險辨識不到位,都可能引起運行設備誤動等風險。因此,制定完善的安全措施是完成擴建的前提和保障。

本文以河北省南部電網首次在智能變電站實施由雙母線接線擴建為雙母雙分接線為例,對作業內容進行風險辨識,并提出安全防御措施,為后續及類似工程提供參考。

1 工程概況

1.1 擴建前基本情況

某500 k V 智能變電站220 k V 側為雙母線接線,僅在A 段配置了母聯201斷路器,B段上沒有配置母聯斷路器;分段203、204斷路器運行時為合位,僅作為導線使用,故障時不跳閘。1號、2號母線的A、B兩段均已分別配置電壓互感器,本期無需擴建,主接線見圖1。

該站220 k V 母線配置了SV 采樣、GOOSE跳閘的母線保護;現場分段203和204斷路器的二次電流在進入合并單元前短封,未接入母線保護;母線保護中203、204的間隔接收軟壓板,跳閘GOOSE發送軟壓板,203、204的失靈GOOSE 接收軟壓板6個壓板均在退出狀態;203、204斷路器的控制電源空氣斷路器在運行中處于斷開狀態。A 段母聯201斷路器配置了SV 采樣、GOOSE 跳閘的斷路器保護,2號和3號主變壓器配置了常規電纜采樣、GOOSE跳閘的變壓器保護。本文涉及的各類保護裝置及智能終端均為雙套配置。

1.2 擴建期間設備狀態

本期工程需在B段母線擴建母聯202斷路器及相關二次設備,將原有母線保護作為A 段母線保護(簡稱“原母線保護”),再擴建兩套B 段母線保護,并完善203、204斷路器的相關電流、跳閘、啟動失靈等二次回路,將203、204 斷路器激活。在擴建期間,B段母線全停,分段203、204斷路器轉冷備用,3號主變壓器中壓側213斷路器轉冷備用,但3號主變壓器的高低壓側運行,A 段母線及其出線均正常運行,見圖2。

圖2 擴建期間一次設備狀態

2 關鍵作業工序內容和風險點

停電設備之間的二次回路傳動和修改可以隨時進行,而停電設備和運行設備之間的二次回路則需要將運行設備的保護短暫退出后方能傳動。假如停電設備和運行設備之間的二次回路傳動完畢后,運行設備保護已經投入,此時若發現新設備存在問題需要變動配置文件,則要面臨運行設備再次退保護的尷尬局面。為此,必須將與運行設備相關傳動放在最后。

B段出線間隔的線路保護和智能終端接收原母線保護的相關虛端子,而擴建雙母雙分后,B 段出線間隔的線路保護和智能終端將接收擴建的B段母線保護的相關虛端子。因此,B 段出線間隔的線路保護和智能終端均需修改配置文件。各出線間隔的合并單元接收的設備和虛端子沒有變化,因此無需變更合并單元的配置文件。

203、204斷路器冷備用期間,220 k V A 段和B段母線已經隔離,3號主變壓器發生故障時,不應再跳201斷路器。因此3號主變壓器保護未退出前,為避免3號主變壓器有故障誤跳201斷路器,必須斷開3號主變壓器保護與201智能終端之間的關聯。

原雙母線接線中,3號主變壓器保護接收原母線保護虛端子信息,而擴建雙母雙分后,需修改為接收B段母線保護虛端子。3號主變壓器中壓側后備保護動作應由跳母聯201斷路器改為跳B段母聯202斷路器。因此,3號主變壓器保護和201智能終端的配置文件均需要修改。鑒于3號主變壓器保護和201 智能終端的虛端子不同步刪除時,201智能終端會報“接收3 號主變壓器保護GOOSE斷鏈”告警。為不影響信號監視,方案制定為3號主變壓器保護和201智能終端逐套同步退出并修改配置文件。

擴建前,原母線保護接收3號主變壓器保護的啟動失靈虛端子,擴建后不再接收;另外,原母線保護需增加接收B 段母線保護啟動失靈虛端子,因此原母線保護的配置文件需要修改。

綜上所述,B 段母線全停期間的作業工序是首先擴建202相關一二次設備、擴建B 段母線保護、修改B段出線間隔的線路保護和智能終端配置文件,傳動全部虛端子,新設備之間的二次回路傳動正確后,再逐套退出3號主變壓器保護、201智能終端和原母線保護,更改配置文件并傳動。

本次工程工期為8天,作業期間的二次設備狀態、關鍵作業內容和對應的風險點見表1。

表1 作業期間二次設備狀態、關鍵作業內容和風險點

3 智能變電站安全措施三道防線

該工程涉及多個廠家,現場人員結構復雜、運行方式多次變換、安全措施隱蔽性強。隔離方式單一或安全措施執行不完善,均有安全隔離措施失效導致運行設備誤動的風險[6-9]。

智能變電站安全措施一般通過三道防線防護,包括投入檢修硬壓板、退出保護發送端或接收端軟壓板、斷開光纖鏈路或硬壓板[10-12]。前兩者分別依托檢修機制和報文阻隔實現,稱為軟隔離,后者通過斷開硬回路形成明顯斷開點進行物理隔離,稱為硬隔離,斷開壓板、連片或光纖等均可以看做硬隔離措施,是最直觀最有效的措施。通過軟硬兼施,多措并行,從技術層面增加安全保障,確保運行與檢修設備徹底隔離。

常規變電站的安全措施布置完畢后,一般可以貫穿工程始末。智能變電站則不同,在傳動過程中,各項安全措施都可能變動,如開展檢修不一致測試時,會臨時退出檢修硬壓板;開展斷鏈測試時,會臨時恢復光纖;開展壓板唯一性測試時,會臨時投入涉及安全措施的壓板。因此,在一道措施失效時,需要保證其他措施在有效狀態。

3.1 利用檢修機制隔離

智能變電站檢修壓板屬于硬壓板,檢修壓板投入時,相應裝置發出的SV/GOOSE 報文均會帶有檢修品質標識,如果兩側裝置檢修狀態一致,則對此報文作有效處理,否則作無效處理[13 14]。

3.2 利用軟壓板隔離

文獻[15]中要求,除母線保護和變壓器保護設置GOOSE 接收軟壓板外,其他裝置僅設置GOOSE發送軟壓板。

在采用軟壓板布置安全措施時,退出發送端軟壓板,在母線或主變壓器保護側,還應退出接收端軟壓板,做到雙向隔離。

3.3 利用明顯斷開點的硬隔離

直采直跳回路采用光纖點對點連接,斷開接收端或發送端光纖即可實現硬隔離,本文不再贅述。本文重點探討組網回路的隔離方法。

在斷開組網光纖前,需合理規劃停電設備網絡孤島。原則是將停電設備全部圈入網絡孤島范圍內,既能防止對運行設備產生影響,又能營造便利的工作條件。

以本工程為例,構建的網絡孤島見圖3。

圖3 硬隔離措施構建的網絡孤島

1)斷開A、B段中心交換機的級聯光纖,實現3號主變壓器保護與運行的原母線保護和201智能終端的物理隔離;

2)斷開運行的3號主變壓器保護在B段中心交換機上的組網光纖,實現B 段母線保護與運行的3號主變壓器保護的物理隔離;

3)203、204保護原在A 段交換機上組網,臨時將分段203、204間隔的組網光纖從A 段中心交換機上拆除,并接在B 段中心交換機上,實現203、204保護與運行A 段母線保護的物理隔離,并便于B段母線和3號主變壓器保護與203、204保護相關二次回路傳動。

在3號主變壓器保護退出開展傳動工作前,將3號主變壓器保護中壓側組網回路恢復,在原母線保護退出,開展傳動工作前,將A、B 段中心交換機的級聯光纖恢復即可。

3號主變壓器保護、原母線保護退出接入時,安全措施的變化情況見表2。

表2 運行設備接入過程中安全措施的變化

結合智能變電站安全措施三道防線,得出本工程的安全措施,見表3。僅以單套保護或單套網絡為例,另一套相同。

表3 作業風險點及安全措施

4 智能變電站配置文件的三比對法

該工程作業量大、配置文件版本多,為避免出現錯下裝、漏下裝、版本錯亂等情況。首次對配置文件開展三比對法,見圖4。

圖4 配置文件三比對法

1)全站SCD 文件制成后與原SCD 文件開展虛回路變更前后的離線第1次比對,并生成離線比對報告,確保虛回路新增、刪減、變動情況與實際相符;

2)召出原裝置內CID/CCD文件與新CID/CCD文件第2次比對,確認虛回路變更滿足預期要求;

3)新CID/CCD 文件下裝到裝置后再召出與原裝置內CID/CCD 文件第3次比對,確認下裝版本正確。

5 結論及建議

本文重點研究了硬隔離措施構建停電設備網絡孤島的方法,既確保了運行與檢修設備徹底隔離,又能創造安全可控的施工、驗收環境。鑒于智能變電站虛回路存在隱蔽性,加之本次工程需頻繁變更配置文件,創新性地開展配置文件三比對法,保障了配置文件正確性,提高了傳動正確率。

在工程中后期,基建設備和運行設備傳動工作交織,安全措施隨之變化,在主變壓器保護和母差保護輪退期間,將前期布置的網絡孤島逐步恢復,并在作業指導書中詳細記錄,使工作有條不紊的開展,有效分解現場安全措施管控難度,本擴建工程已順利完成,運行良好。本文形成了可復制、能推廣、成體系的典型智能變電站改擴建工程經驗,可有效提升工程質量,為今后智能變電站母線擴建項目提供參考。

雖研究了智能變電站擴建雙母雙分的安全措施布置方案,但仍建議未來建設的500 k V 變電站初期工程220 k V 側直接建設為雙母雙分接線,以降低擴建工程帶來的電網風險和技術難度。