0 引言

电厂的二次保护设备是对电厂的一次设备包括发变组、母线、线路等进行监测、调控、保护^[1]，二次保护的核心装置采用继电保护装置，其基本任务是自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免遭破坏，保证无故障部分迅速恢复正常运行，同时反映电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件动作于发信号、减负荷或跳闸^[2]。丰镇电厂是自行设计、施工、安装、调试和管理的火力厂，承担着内蒙古电网调频、调荷、调峰及电力外送华北电网的重要任务，其设备运行稳定可靠与否将对电网造成直接影响。该厂继电保护装置大多是由单个的电磁型继电器与其附属设备组成，可靠性和灵敏性较低，因此需对其老式保护进行改造^[3]。

1 改造方案

丰镇电厂500 kV主接线采用1个半断路器接线方式，有2个完整串和1个不完整串（见图 1）。此次技术改造包括8套500 kV断路器保护、10套短引线保护和3套线路保护装置。具体改造方案如下。

（1）将丰镇电厂5011、5012、5013、5031、5032、5041、5042、5043失灵、重合闸保护屏及操作回路进行整屏更换为PCS-921A型断路器保护及CZX-22G型操作箱，共配置8面断路器保护屏，其中，断路器保护包含失灵、重合闸、充电、死区保护功能，开关操作部分由原电磁继电器组成的接口屏改为微机操作箱实现。

（2）将5011/5012、5012/5013、5031/5032、5041/ 5042、5042/5043短引线保护进行整屏更换，由电磁继电器型更换为PCS-922A型短引线保护，按双重化配置10套短引线保护，组5面短引线保护屏柜。

（3）丰镇电厂升压站至500 kV丰泉变电站现有3回220 kV出线，分别为丰厂Ⅰ线，丰厂Ⅱ线，丰厂Ⅲ线。本次技术改造将220 kV丰厂Ⅰ线、丰厂Ⅱ线、丰厂Ⅲ线线路保护装置更换为PRS-753A-G线路保护装置和PCS-931GM线路保护装置，每回出线均按双重化配置2套保护。

2 保护装置调试

通过对短引线保护装置、断路器保护装置、线路保护装置进行一般性检查，采样检查，开入、开出检查，保护定值和功能检验，整组试验（含断路器传动），确认保护装置合格，回路接线正确，具备投运条件。调试过程中，具体检验作业流程如图 2所示。

（1）短引线保护装置保护逻辑检验包括：差动保护校验，主要对差动保护门槛值、比率制动系数及差动保护动作时间进行校验；充电过流保护校验；保护传动断路器校验等。

（2）断路器保护装置保护逻辑检验包括：失灵保护检验，主要对相过流、零序过流、负序过流功能校验；跳本开关及跳相邻开关动作时间及动作逻辑校验，对失灵保护的电流判别元件的动作时间、返回时间进行测试；充电保护检验，包括充电保护Ⅰ段、充电保护Ⅱ段、充电保护零序过流定值及动作时间的校验；死区保护校验等^[4-5]。

（3）线路保护装置保护逻辑检验包括：差动保护校验，主要为突变量差动保护、稳态差动保护、零序差动保护；距离保护定值校验；零序保护定值校验；TV断线过流保护校验；断路器失灵及辅助保护校验。

3 发电机短路试验

发电机零起升流短路试验步骤如下：

（1）500 kV第一串5013开关由冷备用转检修，合上5013-7、5013-27接地刀闸，在5013开关与5013-2刀闸之间加装三相短路线；

（2）5013开关由检修转冷备用，拉开5013-7、5013-27接地刀闸，合5013-1刀闸，合5013开关；

（3）第一串5011、5012开关由检修转运行（5041-6为断开位置）；

（4）第四串5041、5042、5043开关由冷备用转运行；合5号发变组出口5031-6刀闸，第三串5031、5032开关由冷备用转运行；

（5）5号发电机零起升流做短路试验，升流至500 kV系统一次电流为50 A，二次电流为20 mA；

（6）分别在5011/5012短引线保护、5012/5013短引线保护、5041/5042短引线保护、5042/5043短引线保护屏、断路器保护屏，测量保护相量。

在相量测试过程中，若5031、5032开关均为合位，则短路电流通过5032、5043、5042、5041的阻抗值较大，使得短路电流很小，无法进行相量测试。因此，在试验过程中，通过合5031开关（5032在断开位置），测试5031、5011、5012、5013短引线保护相量；通过合5032开关（5031在断开位置），测试5032、5041、5042、5043短引线保护相量。

4 保护相量测试 4.1 短引线保护相量

通过发电机短路试验方法，断路器保护相量及其他短引线保护相角测试按照常规方法，检验短引线保护两侧电流相角差为180°，即两侧差流为零。对5031/5032短引线保护的相角定相，应选取参考点分别进行定相，本文以5013短引线保护L1相电流方向为基准，测试结果见表 1。因5013短引线保护TA极性与实际电流方向相反，5031短引线保护L1相电流与5013短引线保护L1相电流相角差为0°；同理，5032短引线保护L1相电流与5013短引线保护L1相电流相角差为0°。

4.2 母差保护相量

在发电机短路试验过程中，测试母差保护相量，母差保护装置显示结果见表 2。分析试验结果，由于短路点在5013开关与5013-2刀闸之间，因此Ⅱ母存在差流，Ⅱ母母差保护装置差流大小为5013支路的保护电流。根据理论分析，5031和5041支路的合电流应与5011支路电流方向相反，Ⅰ母不应存在差流，而Ⅰ母母差保护装置的L1相和L2相均有差流，利用钳型电流表比较5011、5031、5041支路的电流大小和方向，最终确定5011支路保护TA二次接线L1相与L2相接反。进行相量分析，相量图如图 3所示，电流I_L1、I_L2、I_L3表示流入Ⅰ母电流（5031、5041支路合电流），电流I_L1'、I_L2'、I_L3'表示流出Ⅰ母线电流（5011支路电流），由于I_L1'、I_L3'电流反接，根据余弦定理可得：

通过上述分析，更正母差二次回路U相与V相接线后，测得Ⅰ母母差保护装置差流三相均为0。

5 结语

丰镇电厂通过更换新型线路保护、断路器保护、短引线保护等，并进行保护装置调试及保护相量测试，使二次继电保护改造顺利完成，为电厂升压站的设备稳定运行提供了可靠保障。