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水电站主要电气设备保护配置及特点
摘要: 由于水XXX电站接入系统方式较特殊，因而对电站主要电气设备保护配置要求亦较高。

介绍了清江水布垭水电站发变组（包括高压厂用变、励磁变）保护、550kV开关站保护（包括母线、断路器、线路）及自动装置的配置、功能及特点。

重点叙述了电站继电保护系统为适应一次系统较为特殊的接线方式所采取的应对措施。

随着各项设计方案的具体落实，电站各主要电气设备的安全稳定运行将得到有力的保证。

关键词: 机组;母线;断路器;线路;保护;功能;特点;水布垭水利
枢纽
中图分类号: TV734 文献标识码: A
1 概述
水布垭水电站总装机容量4×400MW，在电网中主要承担调峰、调频及事故备用的任务。

电站的主要电气设备分别布置在地下主厂房和地面315m高程500kV变电站内。

地下主厂房布置水轮发电机等电气设备;变电站管理楼1层布置4组主变压器，2层布置GIS配电装置，楼顶布置500kV出线设备。

电站采用500kV电压接入系统，出线2回，送至约5km 远的500kV渔峡开关站。

发电机和变压器的组合方式为单元接线，变压器高压侧装设500kV断路器，两组单元接线组成联合单元接线，并在两组联合单元接线之间设连接跨条（跨条上装2组隔离开关）。

由于电站单机容量大，500kV系统接线特殊，配置可靠性高、灵敏度好、动作快速及选择性能优异的电气主设备保护系统是确保电站安全运行乃至电力系统稳定的首要条件。

为此，在主设备的保护配置方面，必须严格遵守现行的有关保护规程和防事故措施，充分借鉴目前国内已建或在建大型水电站的成功经验或成果;保护装置的选型应经过严格的招/投标和专家评审;在保护装置选型招标过程中，功能齐全、合理，运行经验成熟、可靠，分别为发变组、500kV母线/断路器/线路度身订做的各个保护装置应运而生。

2 机组保护
2.1 保护配置
发电机和变压器组采用单元接线方式接入500kV系统，每台机组需要保护的电气设备有发电机、主变压器、厂用变压器和励磁变压器。

为提高厂用电系统的可靠性，2、3号发电机机端设有发电机出口断路器（GCB）。

机组保护装置由奥地利维奥机电设备有限公司生产制造。

每台发变组（含高压厂用变压器和励磁变压器）按双重化原则配置保护，共设2
块电气量保护盘，每块盘配置完整的主保护及后备保护，能反应被保护设备的各种电气故障及异常状态，2块电气量保护盘的配置如表1、表2。

另设1块非电量保护盘，实现的保护功能如表3。

2块电气量保护盘的下列配置完全相同。

2.2 功能特点
除了数字式保护所具有的自检、容错、顺序记录及故障录波、时钟同步、通信接口等基本功能外，本套保护系统还具有以下较为鲜明的特点:
（1）保护盘A由5套（编号A1～A5）规格型号完全相同的紧凑型数字式继电器系统DRS-COMPACT2和1套（编号A6）多功能数字式保护继
电器DRS（LIGHT构成完整的电气量保护;保护盘B由5套（编号B1～B5）规格型号完全相同的紧凑型数字式继电器系统DRS-COMPACT2构成完整
的电气量保护。

它们经各自的通信接口注入不同的功能软件实现以上相应的保护功能。

整台机组的2块电气量保护盘所用到的10个数字式继电器中，有9个的规格型号完全相同，极大地方便了运行和维护，减少了购买备品备件的费用。

（2）DRS-COMPACT2装置为一个集成式的机箱，包括了所有的外围设备，诸如开关量输入板（光电隔离板）、中央处理器板、报警及跳闸模板、模拟量输入处理板、直流逆变电源板、液晶显示面板、信号灯标签
板等。

某一子系统的部分软件或硬件故障均不影响该系统其他部分的正常工作，增加了整个保护系统的可靠性。

（3）2块电气量保护盘的跳闸或报警输出以及盘上各种信号灯的指示，均可由用户通过软件矩阵自由定义，极大地增加了实现各种逻辑功能的灵活性，简化了现场调试工作量，有效地减少了各种继电器的使用，相应增加了整个保护系统的可靠性。

（4）其中一套定子接地保护（64G）采用外部注入低频交流电源原理，可以探测包括发电机中性点在内的定子绕组的全部接地故障，即使
在发电机停机时依然有效。

（5）励磁绕组一点接地保护（64E）采用外部注入低频方波方式，通过高阻值电阻对称耦合到励磁回路，能有效地消除转子对地电容的影响，具有较高的灵敏度。

（6）对于非电量保护，为防止继电器接点抖动引起断路器误动，对主变温度过高跳闸输出回路，用主变温度报警接点进行闭锁;对主变冷却器全停跳闸输出回路，用电流盘据进行闭锁。

3 500kV开关站保护
500kV开关站采用单母线分段接线形式，为节省投资，仅在4台主变的高压侧装设断路器，母联回路及2回出线均不设断路器，代之以隔离开关，以满足设备检修时电气隔离的要求。

除了严格执行相关规范，还要根据上述较为特殊的接线方式统筹相关保护之间、保护与断路器操作回路之间以及2台断路器重合闸之间的关系，确保各保护装置各司其职，
动作无误。

3.1 500kV断路器保护
每个断路器设置1块断路器保护盘，盘内主要配置PRS-721A断路器失灵/自动重合闸综合装置以及分相操作箱。

由于ABB提供的GIS配有较为完善的断路器操作回路，本柜的分相操作箱主要用于断路器位置接点的重复。

由于1、2号机之间及3、4号机之间均为联合单元接线，其重合闸接线具有如下特点:
（1）PRS-721A具有综合重合闸功能。

综合重合闸装置经选择开关可分别实现综合重合闸、单相重合闸、三相重合闸及重合闸停用。

（2）由于1、2号机之间及3、4号机之间均为联合单元接线，在出线故障启动重合闸时，由选择开关事先任意指定其中1台为先重合，在先重合成功后另1台经一定延时△t再发重合指令;若指定先重合的断路器退出运行，则后重合的断路器无需经过前述的△t延时发重合命令。

（3）先重合断路器在重合失败后，有接点输出以闭锁另一断路器的
重合闸启动回路。

（4）机组保护动作、母线差动保护动作、三相不一致动作、失灵保护延时跳闸、手动跳闸、手动合闸、断路器操作压力降低时，均将闭锁重合闸。

（5）由于实际存在3台或4台机经1回出线送电的可能性，为避免线路发生瞬时故障导致4台断路器相继重合给系统带来持续的冲击，同时避免接线过于复杂引起运行、维护不便，任一出线退出运行，均将自动退出与其在同一母线的断路器的重合闸操作。

此外，PRS-721A还有断路器失灵保护及三相不一致保护功能。

失灵保护起动后，瞬时重跳本断路器1次;如不成功，则延时动作于与该断路器在同一母线的另一个断路器的2个跳闸线圈、发远跳令、并动作于同一母线相连的机组的停机;对于接于另一段母线的断路器，则通过启动本段母线的两套保护装置，由这两套母线保护视母联跨条的连接情况，自动实现有关断路器或机组的联切。

3.2 500kV母线保护
500kV开关站的2段单母线各配置两套母线保护装置。

两段母线的第1套保护装置均为深圳南瑞科技有限公司生产的BP-2B型保护装置，两
段母线的第2套保护装置均为国电南京自动化股份有限公司生产的GSGB750型保护装置，每套保护装置各配1块保护盘。

每套母线差动保护的保护范围均为各自范围内的主变高压侧CT至500kV线路CT以及母联跨条CT之间的一段电气设备。

4套保护装置均采用比率制动原理，具有抗CT暂态饱和功能，在外部短路时能可靠不误动。

为确保动作可靠，用母线复合电压元件进行闭锁。

每套保护动作于跳开所保护母线段相连的主变压器高压侧的2台断路器、停机以及启动远方跳闸;在两段单母线的连接跨条处于合闸的情况下，还要动作于相邻段母线的2台断路器、停机以及启动远方跳闸。

每段母线的第1套保护装置均动作于断路器的第1跳闸线圈，第2
套保护均动作于断路器的第2跳闸线圈。

3.3 500kV线路保护
500kV开关站的2回出线各配置两套保护，每套保护均以光纤分相电流差动作为主保护，并配有3段式相间距离保护、接地距离保护和4段接地方向电流保护。

两回线路的第1套保护装置均为南京南瑞继保工程技术有限公司生产的RCS-931A型保护装置以及RCS-925A型数字式故障启动判别装置;
两回线路的第2套保护均为北京四方继保自动化有限公司生产的
CSC-103C型保护装置以及CSC-125A型数字式故障启动判别装置。

远方跳闸采用就地判据，即收到对侧跳闸信号且本侧就地判据动作才允许跳闸。

由于上述保护装置在电力系统应用广泛，性能广为人知，在此不多赘述。

两回线路的第1套保护均动作于所在母线段相连的主变高压侧的2
台断路器的第1跳闸线圈，第2套保护均动作于所在母线段相连的主变高压侧的2台断路器的第2跳闸线圈;在两段单母线的连接跨条处于合闸的情况下，还要动作于相邻段母线2台断路器第1或第2跳闸线圈。

3.4 安全稳定装置
本电站共配有2套安稳装置，各设1块屏，由南京南瑞继保电气有限公司生产制造，主要检测500kV母线的4回进线电流、2回出线电流以及2段500kV母线的电压。

2块屏的交/直流电源、电流回路、电压回路相互独立。

2套安稳装置按事先设定以主、辅方式运行，主机故障或主机通道故障等情况下，辅机将自动切换为主机，并履行如下功能:
（1）500kV线路无故障跳闸时，经高周判别，自动切除有关机组;
（2）在系统频率超出规定的范围时，能自动切机（2轮），每轮切1台，优先切除出力较大机组;
（3）每套安稳装置分别经各自专用光纤通道与渔峡开关站的2套安全稳定装置通信。

在收到系统切机命令，并经本侧装置故障确认后，装置将根据系统运行情况，结合本电站开机信息，按照“最小过切，切机台数较少”的原则自动切除适当数量的机组以保持电力系统的稳定。

除了不间断地向渔峡开关站的2套安全稳定装置传送相关信息外，2套安稳装置通过调度数据网能与网调稳控主站通信。