李能文

(四川松林河流域开发有限公司，四川 雅安 625400)

0 引言

大金坪水电站位于四川省雅安市石棉县境内的松林河上，是一座湾坝河、洪坝河联合引水式电站。电站装设3台43 MW混流式水轮发电机组，总装机容量129 MW，2007年3台机组相继并网发电。1号发电机采用发变组单元接线，2号、3号发电机采用扩大发变组单元接线，汇流至220 kV单母线上，经金石线送出至石棉变电站并入四川电网运行。220 kV 1号变压器容量为63 MVA，保护均采用南瑞微机保护装置，国产化、双重化配置。

1 1号变压器保护改造的必要性

大金坪水电站1号发电机和1号变压器为发变组单元接线，发电机出口和变压器高压侧均有一台断路器。1号发电机保护为南瑞继保RCS-985GW，RCS-985R两套保护装置及操作箱，安装于1号发电机机旁屏柜处。1号变压器保护为2套南瑞继保RCS-985T电量保护装置、1套RCS-974型非电量保护装置，另外配置有分相操作箱及厂高变保护装置，分别安装于继保室1号变压器2面微机保护屏内。发电机保护和变压器保护二次回路完全独立，保护装置完全独立，变压器保护可单独进行改造。

大金坪水电站220 kV 1号变压器保护2007年投入运行，已运行13年，状态尚可，但存在以下问题：一是近段时间由于主要电子元器件逐渐老化，采样精度超标，故障率攀升，可靠性下降；二是双重化配置的变压器保护均采用南瑞保护装置，不满足“双重化配置的保护装置须采用不同厂家”[1]的要求；三是保护和安全自动装置发生故障或异常，制造厂家不再提供技术支持及备品备件。根据《继电保护和安全自动装置运行管理规程》“微机继电保护装置的使用年限一般不低于12年，对于运行不稳定、工作环境恶劣的微机保护装置可根据运行情况适当缩短使用年限”的规定，因此在2021年3月大金坪水电站全停电检修期间，对1号变压器保护进行了改造。考虑到1号发电机保护装置状态较变压器保护装置要好，以及资金投入、停电时间短、施工范围大等问题，1号发电机保护装置计划在下一年进行改造。

在技术改造前，应明确保护改造的目标，充分考虑安全、生产、质量、环境等的必要性，技术上的可行性和经济上的合理性，应进行必要的论证，并按公司规定履行审批手续。

2 1号变压器保护改造策略

对大金坪1号变压器原有保护装置存在缺陷、电网继电保护的运行条件、不可靠因素等全方位进行分析，为制定、设计变压器保护打下技术数据基础，形成可行性报告，对行业内继电保护设备厂家进行调研、考察，择优选定设备厂家，通过技术交流、研讨确定设计方案、保护装置选型、技术参数。

电量保护需采用不同继电保护装置厂家、双重化配置、主后一体化的方案。充分考虑合理的电流互感器配置和二次绕组分配，消除主保护死区[1]，两套电量保护电流取自不同组别电流互感器，主、后备保护共用一组电流互感器。电压回路尽量采用不同的电压互感器或互相独立的绕组。保护出口对应断路器不同的跳闸线圈。两套保护装置的直流电源取自不同蓄电池组连接的直流母线段。优先通过保护装置自身实现相关保护功能，尽可能减少外部输入量，以降低对相关回路和设备的依赖。优化回路设计，在确保可靠实现保护装置功能的前提下，尽可能减少装置间的连线。保护装置应配置与外部授时源的对时接口。

从整个系统统筹考虑继电保护的发展变化，严格执行继电保护专业管理部门制定的有关继电保护装置选型管理规定与配置原则，同时也要综合考虑设备经济、技术、安全、环境和质量风险，以继电保护可靠性、速动性、选择性、灵敏性为基本原则，优先选用原理成熟、技术先进、制造质量可靠，并在国内有成功运行经验的保护装置。满足国网公司《变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范》《发电机变压器组保护装置通用技术条件》《继电保护及安全自动装置技术规程》及《南方电网大型发电机及发变组保护技术规范》等标准的技术规范要求。

大金坪1号变压器保护组屏设计的最终方案是采购许继一套变压器电量保护装置WFB-802A/G、南瑞一套变压器非电量保护装置PCS-974A/G及打印机组合为A屏；采购南瑞一套电量保护装置PCS-985TW、一套厂高变保护装置PCS-9642C、一台分相操作箱CZX-12G及打印机组合为B屏。两面屏由南瑞继保电气有限公司负责制造、设备安装和屏内配线。组屏、接线完成后对保护装置各项功能进行静态调试，保证其能满足现场的实际需要。操作回路和非电量保护装置独立组屏，同时也充分考虑了运行和检修时的安全性，确保能够采取有效的防继电保护“三误”措施[1]。

3 改造提升保护装置性能

技术改造后，大金坪1号变压器保护A屏电量保护装置WFB-802A/G采用许继电气新一代32位基于PowerPC的通用硬件平台，软、硬件模块化，逻辑开发可视化设计，可灵活配置，满足智能化发电厂发展的要求。1号变压器B屏电量保护装置PCS-985TW及非电量保护装置PCS-974A/G，是南瑞继保公司在积累了丰富的运行经验基础上，结合最新的计算机技术和用户日益复杂的应用需求研发的新型变压器保护装置。变压器保护装置具有以下特点。

(1) 保护装置采用双CPU启动、跳闸异步并行处理技术，实现了基于整体背板回路的“启动+动作”的跳闸出口方式，可靠防止因单一元器件损坏或者异常造成保护误动的问题。

(2) 采用保护装置双重化、保护配置双重化、保护原理双重化可靠防止单一装置异常造成保护拒动的问题。

(3) 采用具有变特性区的比率差动保护、高灵敏工频变化量差动保护，提高了内部故障检测的灵敏度。

(4) 采用具有专利技术的虚拟制动TA饱和判据，可靠防止区外故障导致差动保护误动作，区外故障CT饱和转区内故障差动保护快速可靠动作。

(5) 采用了一种新发明的断路器非全相保护控制方法及装置，可靠实现断路器非全相保护，同时解决了当发生电流检测故障或断线时非全相保护存在误动风险影响电网正常运行的问题。

(6) 实现了基于差动电流和有功功率方向的变压器保护CT极性自适应检测技术，防止因CT极性和保护方向错误导致的变压器保护不正确动作。

(7) 实现程序模块化、可视化设计，可灵活配置，适用于各种容量、各种电压等级和各种类型的变压器组。

(8) 装置采用高性能32位微处理器加双DSP硬件结构，保证装置在每一个采样间隔对所有继电器进行实时计算，装置具备高性能、高可靠性。

(9) 装置支持数字化接口和IEC 61850通信规约，基于GOOSE信号的变压器保护采用光纤GOOSE信号，能够提高开入、开出信号的抗干扰能力，特别能提高主变高压侧开关远距离跳闸的抗干扰能力，提高保护装置的可靠性，满足智能化发电厂发展的要求。

(10) 对装置自身的各种元器件进行了全方位、连续性监视和自检，在装置自身元器件及软件运行发生异常时瞬时闭锁保护，防止保护在装置状态异常时发生异常动作行为。

(11) 将大容量连续存储技术应用到保护装置中，一次电网故障序号下能够记录10段录波，每段录波长度1 s，为保护行为分析提供了大数据背景下高度透明的“黑匣子”。

通过科技创新，继电保护装置在硬件平台、计算能力、抗干扰能力、判据性能、实时通信、人机交互、事件记录、调试维护等方面具备了优越的性能，进一步提高了保护装置的可靠性，全力保障了电站、电网设备安全运行。

4 变压器保护改造需要重点解决的问题

大金坪1号变压器保护改造工作包括立项、计划审批、设备规划、设备选型、设备招投标、设备采购、设备的监造、设备安装调试与验收、人员培训、技术资料归档、总结与评价等各个环节[6]。变压器保护改造时需要变压器单元全部停电，为了使技改设备按计划如期并网运行，缩短电站变压器停电时间，提高工作效率，保障电站经济效益，保护改造时需要重点解决以下问题。

(1) 电站应在保护装置改造实施前，至少提前一周向变压器定值整定单位提供本年度四川220 kV及500 kV电力系统继电保护整定方案中大金坪220 kV母线最新等值阻抗，一次主接线图(带CT变比和PT变比、保护配置)，变压器参数，厂家提供的保护装置技术说明书，装置定值内容、格式等变压器定值计算相关资料；做好1号变压器的继电保护定值整定计算、校核及与系统保护的配合关系。整定单位出具正式定值通知单签字盖章件，经电站继电保护专业技术人员审核正确后签字盖公司行政章，对定值单实行双签字双盖章，确保定值正确；正式定值通知单和电站签字盖章后的现场打印装置定值清单一并报调度电源中心处审核通过、备案；最后在网源管理平台填报定值和相关资料，并完成签字审核。另外还需向继保处报送更新后的电站信息汇总表、二次设备信息汇总表设备台账管理资料。线下备案和线上备案必须全部提交完成并通过审核，才能进入相关新设备投运流程。

(2) 所有保护用电流回路在投入运行前，除应在负荷电流满足电流互感器精度和测量表计精度的条件下测定变比、极性以及电流和电压回路相位关系正确外，还必须测量各中性线的不平衡电流或电压，以保证保护装置和二次回路接线的正确性。

(3) 新保护装置必须满足网络安全规定方可接入二次设备在线监视与分析系统。保护装置通过电站保信子站与调度保信主站、四方备站、泽鑫备站联调合格，核对上送的模拟量、开关量信号。

(4) 按定值通知单整定1号变压器保护定值，并对所有保护进行合格检验。进行所有保护整组试验时，应按规程要求把各套保护装置串接在一起进行，按相关规程要求，检验同一间隔内所有保护之间的相互配合关系，并模拟故障检查保护与硬(软)压板的唯一对应关系，避免有寄生回路存在。失灵判据由两套母线保护实现，整个站内所有支路的启失灵都应满足一一对应原则。

(5) 及时通知继电保护专项技术监督单位入场，开展继电保护入网投运前的继电保护技术监督工作，通过检查及时发现继电保护方面存在的各种隐患并消除，防止继电保护事故的发生，保证入网设备的安全，提高电网的安全运行水平。及时提供1号变压器继电保护专项检查报告，报调度继保处审核、备案。

(6) 完成改造后的1号变压器保护装置通过公司三级验收合格。在保护装置投运时认真编写继电保护启动方案，做好事故预想，确保变压器故障能够可靠切除。在一次设备送电后，对保护装置进行相量检查确保幅值、相位正确无误。

为了尽量缩短停电时间，确保项目质量，需要充分做好前期准备工作。熟悉图纸及厂家说明书、现场环境、安装及调试工作内容，做好危险点分析和预控。编制1号变压器保护装置改造项目《工作方案》《标准化作业指导书》《疫情防控方案》《应急预案》《质检卡》及工作票、二次工作安全措施票。人员配置合理、充足，安排2名继电保护专业技术人员和2名二次专业配线工入场施工，加强现场人员相互沟通，保证保护装置改造工作的顺利推进，避免多个工作面交叉作业带来的风险。过程管理到位，严格按照质检点要求进行监理和验收。

大金坪1号变压器保护改造于2021-03-20开工，24日顺利竣工，工期为5天，项目评价为优秀，并按计划如期投入运行。

5 结论

上述改造采用了满足国家电网规程、标准、反措要求的新型变压器保护装置，构建了可靠性、速动性、选择性、灵敏性更好的变压器保护，满足现场运行条件和电网安全运行规定，达到了预期目标。结合上述实践，研究了变压器保护技术改造的必要性、改造策略、技术创新及保护改造需要解决的重点问题，以期对电力系统设备保护改造提供借鉴。