利用短路电流校验母差保护极性的新方法

牛利涛，汪成根，牛洪涛

（1.西安热工研究院有限公司，西安 710032；2.江苏省电力公司电力科学研究院，南京 211103；3.江西江联国际工程有限公司，南昌330000）

0 引言

电厂通常的做法是在老厂原有升压站基础上扩建启动备用变压器（启备变）间隔和机组间隔，以满足新机组并网发电和启动备用电源的需要。在新机组正式投产前，厂用电一般由启备变提供。根据《继电保护及电网安全自动装置检验条例》的规定，母差保护在新接入设备之后和启备变差动保护在正式投运之前，必须用一次电流校验，以判断新接入的电流回路的接线是否紧固、极性是否正确以及变比设置是否合理。由于500kV升压站的短路电流较大，电流互感器（TA）的变比为3 000∶1或4 000∶1，使得新投入的启备变间隔，无法用环流来校验母差保护电流回路的正确性。加上启备变的容量有限，尤其是倒送电期间难以组织大量的负荷，这就对利用启备变的负荷电流校验母差保护和启备变差动保护，造成了较大困难。

能否利用一次电流校验母差保护和启备变差动保护的接线状况，是升压站扩建和厂用受电经常遇见的问题，关系到电网的安全和工程进度。因此，利用短路电流校验母差保护极性的新做法，值得去探索和总结。

1 校验难点及存在问题

1.1 传统校验方法

校验差动保护电流回路正确性的传统做法，目前有5种。

1）集中组织负荷（如组织大量辅机），利用负荷电流校验差动保护电流回路的正确性［1］。

2）利用电动机的启动电流录波数据，校验差动保护电流回路的正确性。

3）使用一次通流的办法校验差动保护电流回路的正确性［2］。

4）提供临时负载校验差动保护电流回路的正确性（如提供临时电抗器或电容器组作为负载）。

5）利用环流校验母差保护极性的正确性。

1.2 校验难点及存在问题

现以浙能凤台电厂为例，一期工程建设2台600MW燃煤机组，升压站为500kV等级，有2个3／2接线完整串，设计2条500kV线路送出；二期工程扩建2台660MW超临界燃煤机组，在原来500kV升压站的基础上扩建1个3／2完整串和1个启备变间隔，用以满足机组并网和启动备用电源的需要。

该厂Ⅰ母母差保护和启备变差动保护电流回路校验时，启备变间隔用于母差保护的TA变比为2 000∶1，启备变容量为50MVA，高压侧的额定电流通过计算为57.7A，新建电厂在启备变倒送电时期，厂用负荷为15%，由此得到启备变间隔的电流约为9A；考虑到此时的启备变间隔的变比，二次电流为4～5mA，电流幅值太小，不能满足母线保护装置校验差流的需要。虽然钳形表可以勉强测到回路电流的幅值，但在机组安装初期，厂用负荷主要是生活、施工负荷。这些负荷波动大，三相电流不平衡，电流中存在大量的谐波含量，对保护校验带来较大的困难。

在新建电厂施工初期，由于安装、土建和设备到货等方面的原因，大容量辅机还不具备试转条件，组织大量的负荷不现实；提供临时负载，需要提供额外的电抗器组，租赁临时负荷的费用较大，采购供货需要一定的周期，并且属于一次性使用，不太经济［3］；一次通流的方法可以满足中小型变压器差动保护校验的需要，由于启备变的变比较大、容量较大，一般的升流器或者380V电源无法满足试验的需要；大容量的升流器往往比较笨重，运输和移动不便，现场寻找也不太方便。

文献［4］提出用电动机的启动电流校验差动保护的极性和相位，不失为一种好办法，但是以凤台电厂最大的电机（电动给水泵）为例，尽管启动电流可以达到额定电流的5～7倍，从理论上讲可以采取录波的方法校验启备变差动保护的极性，但此时的电流幅值对于母差保护校验仍偏小，并且电动机的启动电流衰减很快，这更增加了校验成功的难度。

2 利用短路电流进行校验

2.1 试验方法的提出

为了解决保护回路正确性校验问题，结合电厂的实际情况。由调试单位牵头，经业主、安装、设计单位共同研究，提出了利用2号600MW发电机作为短路试验电源，分别在500kV升压站和启备变低压侧设置短路点，利用短路电流校验差动保护电流回路的极性配置和变比设置是否合理的试验方法。

2.2 试验方法

短路点设K1至K6，共6个，短路试验接线图如图1所示。

图1 短路试验接线图

试验分为两部分进行。首先进行升压站内的短路试验，分别利用500027及503327地刀作为短路点，即K1、K2点，校验Ⅰ母母差保护新接入电流回路的正确性；再进行启备变低压侧的短路试验，在500027及503327地刀上加装一组辅助短路线，校验启备变差动保护电流回路的正确性。其中，K3、K4、K5、K6点采用短路小车作为短路装置。

3 试验前的危险点排查及措施

3.1 短路点开路会引起过电压

短路点开路会引起过电压，造成一次设备的损害。预防措施主要有4项。

1）保证短路装置的容量足够大 K1、K2点短路装置，采用接地刀闸加装辅助短路线方式；K3、K4、K5、K6点短路装置，采用短路小车方式，容量按照试验短路电流的1.5倍考虑；所有通过短路电流的刀闸和断路器，在短路试验时均退出动力电源或者控制电源，防止在试验过程中因误操作造成一次系统开路。

2）调整对励磁系统的控制方式 设置励磁调节装置为手动模式下的“定角度”控制方式，确认励磁控制给定在最小位置。每次增磁操作的调节脉宽为最小，设定励磁电流上限为额定励磁电流的40%；在灭磁开关柜上临时装设事故按钮，用于紧急状况下手动跳灭磁开关。

3）修改过电压定值和0s跳开关 临时修改发电机定子过电压的定值为0.3倍的额定电压，0s跳灭磁开关。

4）做好试验前的准备工作 为了防止短路点长时间过流，在短路试验前要备齐所有需要的图纸和资料；绘制好记录表格；提前熟悉需要测量的部件位置；提前给通信设备充好电，备齐备用电池，尤其要保持测量人员和励磁工作人员的通信畅通，力争在最短时间内完成相关保护的校验工作，用以减少短路点的发热。

3.2 短路试验时2号发电机会超速

短路试验时2号发电机的并网开关5021需要合闸，并网开关合闸后自动控制系统（DEH）中的“并网加初负荷逻辑”会自动增加进汽量，而此时机组实际处于脱网状态，会造成机组超速。为此，需要采取双保险，一是临时解除并网开关送给DEH的并网信号；二是解除热工控制中“并网后带5%初负荷”的逻辑。

3.3 母差保护屏要落实安全措施

K1、K2点短路试验时，5033断路器间隔TA有电流，此时5033断路器间隔和500kVⅡ母分属不同的系统，5033间隔电流接入Ⅱ母母差保护会引起母差保护误动，因此需要做好隔离措施［5］。在K1短路点一定要注意对5033断路器间隔接入Ⅱ母母差保护的两组电流回路，做好母差保护屏的两项安全措施。

1）使用钳形电流表测量Ⅱ母母差保护Ⅰ屏和Ⅱ屏的各个间隔电流的大小，明确应短接5033间隔母差保护的三相电流端子。

2）在端子外侧短接5033间隔母差保护用的三相电流端子后，断开A相、B相、C相电流端子滑块。试验结束后恢复接线。

3.4 防止5033断路器失灵保护误动

K1、K2点短路试验时，5033断路器间隔TA有电流，会造成失灵保护误动，启动母差失灵保护动作［6］。凤台电厂的母差保护采用ABB公司生产的REB670型母线保护，该保护的启动失灵回路不设母线低电压判据，一旦断路器失灵保护误动，启动母差失灵保护动作与跳母线上的所有断路器。

因此，在K1、K2点进行短路试验时，不仅要把5033断路器失灵保护压板退出，而且还要把5033断路器失灵保护启动Ⅰ母线差动保护压板退出，并用胶布封死。

4 试验过程

4.1 校验I母母差保护电流回路的正确性

2号发电机缓缓增磁，升2号主变高压侧电流约为360A时，测得启备变5000间隔电流约为200A，5031间隔电流约为160A，检查Ⅰ母母差保护Ⅰ屏、Ⅱ屏差动保护各间隔电流，记录差流和制动电流。以Ⅰ母母差保护Ⅰ屏为例，检查结果正确，数据汇总如表1所示。

表1 短路试验时母差保护采样

4.2 校验启备变差动保护电流回路的正确性

2号发电机缓缓增磁，升2号主变高压侧电流约为23A时，测得启备变5000间隔电流约为23A，启备变低压侧3A、3B、4A和4B分支电流约为500A，检查启备变保护A屏、B屏差动保护电流，校验差动保护电流回路极性和变比设置是否合理。

以保护A屏为例，检查结果正确，数据汇总如表2所示。

表2 短路试验时启备变差动采样

4.3 运行数据及结论

短路试验结束后，进行500kV升压站第3串和启备变受电，差动保护可靠投入，运行良好。运行后的数据汇总如表3和表4所示。

表3 运行时母差保护运行数据

表4 运行时启备变运行数据

运行后的差动保护数据再次表明，利用短路试验校验母差保护和启备变差动保护电流回路正确性的方法是可行的，达到了预期的目标。

5 结论

针对500kV升压站新建启备变间隔后，母差保护电流回路校验的难点，提出了利用老厂的调停机组作为试验电源，在升压站和启备变低压侧分别设置短路点，利用短路电流校验差动保护电流回路正确性的新方法。新方法的优点主要有2点：一是可充分利用现场已有设备，不需要额外购置大型升流器、电缆和临时负荷，节省了开支；二是短路电源容量足够大，能够提供足够大的短路电流满足差动保护校验的需要。

现场试验数据分析表明：新方法能可靠校验母差保护和启备变差动保护电流回路正确性，为500kV升压站第3串和启备变受电提供了技术支持，为扩建机组分部试运和并网发电争取了宝贵时间。

［1］易浩波，陈贤德，李刚.用一次升流方法校验线路差动保护［J］.湖南电力，2013，33（3）：42－46.

［2］罗平.一种新的差动回路通电试验方法［J］.继电器，2005，33（12）：75－78.

［3］叶金明，杜成峰，陈全明.电厂倒送电期间保护带负荷校验方案探讨［J］.华东电力，2012，40（10）：158－159.

［4］兀鹏越，张文斌，等.利用电动机启动电流检查差动保护接线的新方法［J］.电力建设，2007，28（9）：70－74.

［5］刘辉乐，林国松.500kV变电站主变母差改造方案［J］.华东电力，2011，39（4）：659－662.

［6］徐峰，于艳莉.500kV变电站更换母差保护后的回路改造方案探讨［J］.浙江电力，2012，43（3）：9－12.