500 kV变电站智能化改造中母差改造方案研究

裘愉涛， 潘成程， 张 勇，刘永杰， 邢佳磊

（1.国网浙江省电力公司，杭州 310007；2.国网浙江省电力公司检修分公司，杭州 311232）

500 kV变电站智能化改造中母差改造方案研究

裘愉涛1， 潘成程2， 张 勇2，刘永杰2， 邢佳磊2

（1.国网浙江省电力公司，杭州 310007；2.国网浙江省电力公司检修分公司，杭州 311232）

由于运行年份较长，500 kV变电站面临二次设备整体老化等问题，常规变电站二次设备的智能化改造势在必行。以金华500 kV双龙变分阶段停电智能化改造为例，详细介绍了采用过渡接口装置解决智能化改造过程中的母差保护改造难点问题，为变电站二次设备智能化改造提供了典型经验和成功案例。

改造；母差保护；分阶段停电；过渡接口装置

0 引言

500 kV常规变电站由于运行年份较长，二次设备整体老化，需要进行整体智能化改造。由于500 kV变电站一般作为枢纽站承担着较大负荷，因此采取全站改造的停电方案几乎不可行，比较符合实际的方式是采取分阶段停电改造方式[1-2]。

分阶段停电改造过程中的难点体现在500 kV母线差动（简称母差）保护和220 kV母差保护的改造上。作为变电站的重要公用保护设备，母差保护涉及众多间隔。选择合适的母差保护改造方案，对减少全站停电时间、提高运行可靠性至关重要[3-8]。以500 kV金华双龙库智能化改造为例，详细介绍母差保护改造的方案选取和具体改造流程，解决了新老母差保护改造中信息流过路问题。

1 母差保护改造方案比较

1.1 方案1

先改造母差保护，再进行间隔保护改造。

采用该方案，首先需停一次母线，对母差保护进行改造，母差保护改造完后采用GOOSE（面向通用对象的变电站事件）转模拟开关量的过渡接口装置完成新母差和原断路器机构和原断路器保护的接口，然后对间隔进行逐一停电改造，每个间隔改造完成后脱离过渡接口装置，并与新母差保护完成接口试验。

1.2 方案2

先改造间隔保护，再进行母差保护改造。

采用该方案，首先对间隔进行轮流停电改造，每改造完成1个间隔后，采用模拟量转GOOSE装置完成新间隔与老母差保护的接口，同时考虑到老母差无失灵电流判别装置，需要对每个新间隔加装电流判别装置。当所有间隔改造完成后，使母线停电完成新母差改造和新母差与其余间隔接口试验，并退出电流判别装置。

2 母差保护改造方案选择

2.1 500 kV母差保护改造方案

500 kV系统采用3/2接线方式，该一次接线方式下只要间隔出线采用2个断路器同时供电，则停役1条母线对线路和主变压器（简称主变）供电不受影响。

500 kV母差保护改造，如采用方案1，即先进行母差保护改造，新母差保护和原断路器保护的回路通过母差过渡装置进行连接和接口，则在改造过程中所有出线只需停役1次，间隔停役时完成改造后分别轮停2套新母差保护进行接入即完成该间隔保护的全部改造工作。如采用方案2，先进行间隔改造，间隔改造后由于老母差保护和新断路器保护均无失灵电流判别功能，需要在每个边断路器保护后新增1个失灵电流判别装置，还需要通过过渡接口装置完成断路器保护和老母差保护的接口试验，当所有间隔保护完成改造后对新母差保护进行改造，母差保护改造后完成传动试验。2种方案均只需对间隔线路和主变进行1次停电，但方案2需要新增失灵电流判别装置，因此选择方案1。

2.2 220 kV母差保护改造方案

500 kV变电站的220 kV母线一般采取双母双分段形式，部分老变电站还采用双母双分段带旁母形式，母差保护双重化配置为主，部分老站采用单母差保护。

对220 kV母差保护改造，如采用方案1，则需要先分段停役母线进行电压回路接入，然后，将220 kV间隔轮停通过过渡接口装置进行其他回路接入，再经过较长一段时间的间隔轮停完成间隔保护改造和接口传动试验。如采用方案2，先进行间隔轮停改造，改造后通过临时电流判别装置和过渡接口装置与老母差保护进行连接，当所有间隔改造完成后轮停间隔进行母差保护改造。2种改造方案均需要对间隔轮停3次（分别接入2套母差），同时需要倒母线进行电压回路接入。由于220 kV母线不能无母差保护运行，因此母差保护改造需分套进行，即结合方案1和方案2，先改造1套母差保护，待该套母差保护全部间隔改造好后复役，同时对间隔保护进行改造后接入新老2套母差保护，其中接入老母差保护采用过渡接口装置和临时电流判别装置，当所有间隔改造完成后，对母线进行正副母倒母，完成电压回路接入新母差，之后对新母差保护进行投运，新母差投运后再次轮停间隔以及倒母，对另一套母差保护改造，最终全部完成220 kV母差改造工作。该种方案所有间隔只需轮停2次，减少了停电时间。

3 500 kV母差保护改造流程

500 kV母差保护双套改造为同步进行，且2套母差保护改造类似，因此这里只描述“一母一套母差保护”改造流程。按照方案1先进行母差保护改造再进行间隔保护改造。500 kV母差保护的二次回路主要分4类，如图1所示。

图1 常规站500 kV母差保护二次回路

第1类是母差保护与断路器保护间的相互启失灵回路，分别是母差保护动作起边断路器失灵和边断路器失灵起母差保护；第2类是母差保护跳闸回路；第3类是母差保护的电流回路，需要与变断路器电流端子箱搭接；第4类是母差保护的信号回路和故录回路。

500 kV母差保护的改造流程分为准备阶段、开始阶段、过渡阶段和结束阶段。

（1）在准备阶段，不需要一次设备停电。仅完成新母差保护的调试以及新母差保护和母差过渡接口屏的光纤连接。为方便结束阶段过渡接口装置退役，过渡接口装置通过GOOSE交换机获得新母差保护发送的GOOSE控制块，并将其转换成模拟信号触发继电器接点闭合。

（2）在开始阶段，需将500 kV母线和其边断路器改检修状态，此时完成老母差装置的拆除工作；完成老母差保护与原TA（电流互感器）端子箱的电流回路拆除、完成老母差保护的信号回路和故录回路拆除，同时，为方便过渡阶段新母差保护与原边断路器保护以及边断路器机构的电缆连接，避免新放临时长电缆，保留老母差保护屏柜以及老母差保护与原断路器机构和原断路器保护的二次回路。在完成二次回路的拆除和保留工作后，将过渡接口装置和老母差屏保留的二次回路搭接，完成新母差保护和原断路器机构以及原断路器保护的接口试验，在接口试验正确后完成新母差保护信号回路和故录回路的搭接和验证。此时新母差保护改造完成，新母差保护和原间隔二次回路的联系除电流回路外，均通过过渡接口装置完成，如图2所示（虚线表示GOOSE回路）。

图2 500 kV新母差改造后过渡二次回路

（3）在过渡阶段，分批对间隔设备进行停电改造，间隔保护改造完成后轮停新母差保护进行与智能终端和新断路器保护的二次回路搭接以及接口试验。

（4）在结束阶段，当所有间隔保护改造完成后，母差过渡接口装置即可退役，退役时拆除过渡接口装置与交换机的光缆即可，此时所有间隔完成改造，母差保护与其他装置回路联系如图3所示。

4 220 kV母差保护改造流程

结合方案1和方案2对220 kV母差保护进行改造。220 kV母差保护的二次回路主要分5类，如图4所示。

图3 500 kV新母差最终二次回路

图4 常规站220 kV母差保护二次回路

第1类是母差保护与间隔保护间的相互启失灵回路，分别是母差动作闭重和启线路远跳、线路保护动作启母差失灵；第2类是母差与间隔端子箱的跳闸和闸刀位置回路；第3类是母差的电流回路，需要与变断路器电流端子箱搭接；第4类是母差的信号回路和故录回路；第5类是母差保护和压变端子箱之间的电压回路。

220 kV母差保护的改造流程分为准备阶段、开始阶段、过渡阶段和结束阶段。

（1）在准备阶段，不需要一次设备停电，仅完成新母差保护的调试，同时完成母差过渡接口装置和临时过流判别装置调试。由于220 kV母差保护失灵电流判别在常规站由线路保护实现，智能站由母差保护实现，因此改造后的间隔保护和老母差保护搭接时需要先串接一个临时过流装置，再通过过渡接口装置和老母差保护区连接。

（2）在开始阶段，首先退役第1套老母差保护，然后将第一套新母差保护立屏完成，完成新母差保护的信号回路和故录回路的搭接，此时220 kV系统在改造阶段采用单母差保护。

（3）在过渡阶段，分批对间隔设备进行停电改造，改造过程中保留原间隔保护屏位和外回路以方便与老母差保护回路搭接。在间隔停电的过程中，完成电流回路和新母差保护的搭接，间隔保护改造完成后第1套线路保护与新母差保护完成保护间二次回路搭接和接口试验，同时在第2套线路保护后面串接临时过流判别装置，再通过母差过渡接口完成与老母差保护二次回路搭接和接口试验（此时短时停役老母差保护），搭接完成后老母差保护复役，新母差保护待所有间隔改造结束后复役，如图5所示。

图5 220 kV新母差改造后过渡二次回路

（4）在结束阶段，当所有间隔保护改造完成后，倒母线对新母差保护进行电压回路接入后新母差保护投运，此时将第2套新母差保护立屏完成信号回路和故录回路二次回路搭接，再次轮停间隔完成电流回路、跳闸回路、闸刀回路、保护间互启失灵回路搭接和接口试验，并同时退役临时过流判别装置，当所有间隔再次轮停接入新母差后，倒母线对第2套新母差保护进行电压回路接入，过渡接口装置随着老母差保护一起退役，此时第2套新母差保护投运，完成220 kV母差保护改造，改造后系统二次回路如图6所示。

5 结语

运行年份较长的500 kV变电站面临站内二次设备老化严重、备品备件准备困难的问题，常规变电站二次设备的智能化改造势在必行。此次金华500 kV双龙变电站分阶段智能化改造为全国范围内的500 kV变电站二次智能化改造积累了典型经验。随着网络技术的不断完善，智能变电站的大规模建设和改造将极大地提高电力系统运维检修的可靠性。

图6 220 kV新母差最终二次回路

[1]冯正伟，杨鑫，何祥文.500 kV常规变电站智能化改造方案的探讨[J].浙江电力，2015，34（2）∶20-23.

[2]丁峰，陆承宇，阮黎翔，等.变电站监控系统智能化改造过渡方式研究[J].浙江电力，2015，34（6）∶20-23.

[3]Q/GDW 396-2009 IEC 61850工程继电保护应用模型[S].北京：中国电力出版社，2010.

[4]裘愉涛，杜浩良.传统500 kV继电保护智能化改造方案[J].电力自动化设备，2011，31（11）∶143-148.

[5]陈安伟，乐全明，张宗益，等.500 kV变电站智能化改造的关键技术[J].电力系统自动化，2011，35（18）∶47-50.

[6]杜浩良，李有春，盛继光，等.基于IEC 61850标准数字化与传统继电保护的比较[J].电力系统保护与控制.2009，37（24）∶172-176.

[7]丁书文，王成.智能变电站应用GOOSE技术存在的问题及策略[J].电工技术，2012（9）∶29-30.

[8]黄新波，贺霞，王霄宽，等.智能变电站的关键技术及应用实例[J].电力建设，2012，33（10）∶29-33.

（本文编辑：赵晓明）

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

裘愉涛（1967），男，高级工程师，长期从事继电保护工作。