范成金

(水電十局安裝分局，四川 都江堰，611830)

電工技術(shù)

老撾Nam Khan 2水電站繼電保護系統(tǒng)的配置和選型特點

范成金

(水電十局安裝分局，四川 都江堰，611830)

本文詳述了老撾Nam Khan 2水電站繼電保護系統(tǒng)的設(shè)計配置和裝置選型的特點。

繼電保護 配置和選型 Nam Khan 2水電站

1 工程概況

Nam Khan 2水電站位于老撾Luang Probang(瑯勃拉邦)東南約30km的Nam Khan河上，是Nam Khan河規(guī)劃三個梯級電站中的第2級。電站至下游湄公河(匯入口)河道長約68km，距省城瑯勃拉邦公路約56km，距首都萬象約396km。電站水庫具有年調(diào)節(jié)性能，是以發(fā)電為主的工程。電站內(nèi)裝設(shè)有2臺機組，單機容量為65MW，總裝機容量為130MW，多年平均發(fā)電量為5.58億kW·h，年利用小時數(shù)為4294h，保證出為43.3MW，為引水式地面廠房。電站對外交通從瑯勃拉邦市經(jīng)13#國道接將修設(shè)的沿河左岸永久公路到達本電站。電站以115kV一級電壓出線兩回接入老撾北部樞紐Louang Prabang 2變電站。

本電站繼電保護系統(tǒng)采用數(shù)字式微機保護裝置，主要為發(fā)電機、主變壓器、勵磁變、廠用變、115kV母線、11kV線路等配備繼電保護。線路保護、母線保護、故障錄波裝置集中布置在繼保室，發(fā)電機保護、主變保護布置在機旁，廠用變保護布置在廠變高壓側(cè)開關(guān)柜內(nèi)。

每套保護裝置的繼電器為模塊化設(shè)計，具有通用數(shù)據(jù)總線，該總線帶數(shù)字信號處理和至各主要傳感器(如CT,PT等)的接口，可實現(xiàn)核心保護系統(tǒng)的冗余配置，設(shè)置冗余的微處理器熱備用運行。各裝置的保護功能在軟件庫中存儲，通過帶串口的PC可以修改和補充該軟件庫，使用另一個帶串口的打印機，也可以記錄該軟件庫的內(nèi)容。軟件均為英文版。

保護裝置帶有獨立的保護功能，也可以多個模塊共同實現(xiàn)一個保護功能。每個裝置都是一個獨立的單元，帶有獨立的接口、獨立的處理器、獨立的I/O，并帶有獨立的可編程串口、自監(jiān)測設(shè)備、事件/報警/跳閘繼電器以及事件和故障記錄記憶。

保護裝置具備2路RS485串口和1路以太網(wǎng)接口。1路RS485串口與計算機監(jiān)控系統(tǒng)通信，向其傳送報頭信息；另1路RS485串口或以太網(wǎng)接口，和繼電保護及故障信息管理系統(tǒng)通信，通信規(guī)約為IEC60870-5-103。各保護裝置的GPS同步時鐘對時，由計算機監(jiān)控系統(tǒng)的GPS裝置統(tǒng)一提供。

電站元件保護、線路保護的配置，符合老撾業(yè)主技術(shù)要求和GB14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》以及《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》等有關(guān)規(guī)定。

2 發(fā)電機保護

2.1 發(fā)電機(含勵磁變)保護系統(tǒng)配置

發(fā)電機(含勵磁變)保護采用微機型保護裝置，單重化配置，主保護與后備保護采用獨立裝置實現(xiàn)。其保護系統(tǒng)配置包括：(1)縱聯(lián)差動保護(87G)；(2)橫差保護；(3)100%定子繞組單相接地保護(64S)；(4)低電壓啟動過電流保護(帶電流記憶、能延時返回、PT斷線閉鎖)(51V)；(5)轉(zhuǎn)子表層負序過負荷保護(46)；(6)定子繞組過負荷保護(49S)；(7)逆功率保護(32)；(8)發(fā)電機定子繞組過電壓保護(59)；(9)軸電流保護；(10)發(fā)電機定子繞組過/低頻保護；(11)發(fā)電機勵磁繞組一點接地保護(64R)；(12)發(fā)電機失磁保護(帶PT斷線閉鎖)(40)；(13)勵磁變電流速斷保護(50ET)；(14)勵磁變過電流保護(51ET)。

2.2 發(fā)電機保護裝置選型

發(fā)電機保護采用長園深瑞公司的PRS-785微機發(fā)變組保護裝置，由兩面屏(P1、P2)組成。P1為成套發(fā)變組電量保護屏，包括PRS-785微機發(fā)變組保護裝置；P2包括失靈/非全相保護裝置(PRS-723)、斷路器操作箱(WBC-11或PRS-789)、非電量保護裝置(PRS-761)及信息管理機等。其主要性能特點如下：

2.2.1 高性能的硬件平臺。保護CPU采用先進的32位浮點DSP處理器，保證計算速度和精度；管理CPU采用32位RICS芯片，運行實時操作系統(tǒng)，技術(shù)先進可靠，便于維護和升級，具有很強的兼容性。

2.2.2 高性能的數(shù)字算法。裝置采樣率為每周波24點，采用頻率跟蹤、全周傅氏算法，在較高采樣率的前提下，保證在故障全過程對所有繼電器的實時計算，使得裝置具有很高的固有可靠性和及時動作速度。

2.2.3 完備的保護配置。裝置配備了多判據(jù)協(xié)同的差動主保護、匝間主保護、失磁保護和3W定子接地保護，配備了多段多時限的相間后備保護、接地后備保護，還配備了過激磁、失步、起停機、誤上電、斷口閃爍、軸電流等保護。保護種類齊全，可滿足各型發(fā)變組保護需求。

2.2.4 雙重化的起動元件。裝置的兩塊保護DSP板“與”門起動，所有的起動元件在每塊DSP板中獨立計算，動作后開放相應的出口繼電器正電源。同時，針對不同的保護用不同的起動元件，各保護動作元件只有在兩塊DSP板上相應的起動元件都動作后才能出口跳閘，徹底消除由于硬件原因引起的誤動。

2.2.5 完善的穩(wěn)態(tài)差動保護。本裝置穩(wěn)態(tài)差動保護由差動電流速斷保護和比率差動保護組成。比率差動動作特性采用二折線或三折線，并帶TA斷線閉鎖、TA飽和閉鎖、勵磁涌流閉鎖和過激磁閉鎖功能。

2.2.6 獨特的采樣值差動。采樣值差動本身具備識別勵磁涌流和外部故障TA飽和的能力，對于變壓器保護不需要另外附加勵磁涌流判據(jù)，同時其數(shù)據(jù)窗為小于一個周波的短窗，故可以實現(xiàn)大多數(shù)發(fā)電機、變壓器內(nèi)部故障的快速切除。

2.2.7 先進的TA飽和閉鎖技術(shù)。采用“時差原理”實現(xiàn)TA飽和閉鎖功能，既保證裝置在區(qū)外故障TA深度飽和時不誤動，也保證區(qū)內(nèi)故障TA嚴重飽和時不誤閉鎖。

2.2.8 完備的TA斷線、短路閉鎖與報警功能。采用可靠的TA斷線和短路閉鎖功能，保證裝置在TA斷線、短路及交流采樣回路故障時不誤動。

2.2.9 突變量原理的匝間保護。裝置設(shè)有3套基于突變量原理的發(fā)電機匝間保護，它們不受正常工況下穩(wěn)態(tài)不平衡電量影響，是匝間保護的靈敏段和速動段；帶突變量負序方向閉鎖，且每次啟動過程中僅投入40ms，確?？煽啃?；與常規(guī)穩(wěn)態(tài)量原理的匝間保護相協(xié)同，很好地滿足保護快速性、靈敏性和可靠性要求。

2.2.10 自跟蹤原理的定子接地保護。裝置設(shè)有完備的100%發(fā)電機定子接地保護，其中的自跟蹤型三次諧波接地保護，能實時跟蹤發(fā)電機組的工況變化，自動調(diào)整參數(shù)，靈敏性和可靠性均大大提高，完全滿足大型機組定子接地保護的性能要求。

2.2.11 完善的事故分析功能。裝置具有完善的記錄，包括保護事件記錄、啟動記錄、錄波記錄、保護投退記錄、裝置運行記錄、裝置操作記錄、開入記錄、自檢記錄和閉鎖記錄等。事件記錄分類存儲，每種保存最新的128次記錄，錄波記錄保存最新48次錄波數(shù)據(jù)。裝置還具有保護邏輯透明化分析功能，對保護的主要動作邏輯行為有詳細的記錄，能動態(tài)再現(xiàn)保護動作流程。

2.2.12 完美的人機界面。正常時，液晶顯示時間、發(fā)變組的主接線及差流大小。鍵盤操作簡單，采用菜單方式，僅有八個按鍵，易于學習掌握。人機對話中所有的菜單均為簡體漢字，打印的報告也為簡體漢字，使用方便。

2.2.13 強大的通信功能。裝置內(nèi)部數(shù)據(jù)通信采用電流環(huán)接口，不同功能模塊隔離供電，保證裝置部分模塊發(fā)生故障時不會影響其他模塊的正常工作。裝置對外提供的通信接口有：三個TCP/IP以太網(wǎng)接口，三個RS485口，一個串行打印口，一路GPS接口(差分輸入或有源節(jié)點輸入)。通信規(guī)約采用電力行業(yè)標準——IEC60870-5-103規(guī)約。

3 主變壓器保護

主變保護采用微機型保護裝置，保護采用單重化配置，主保護與后備保護采用獨立裝置實現(xiàn)。

3.1 主變壓器保護系統(tǒng)配置

主變壓器保護系統(tǒng)配置包括：(1)縱差保護(87MT)；(2)負序電流及低電壓啟動的過電流保護；(3)主變壓器零序過電流保護(51N-MT)；(4)主變低壓側(cè)零序過電壓保護(59N)；(5)主變壓器三相過電流保護(51MT)；(6)主變壓器過激磁保護(24MT)；(7)主變壓器過負荷保護；(8)主變壓器過流(啟動冷卻系統(tǒng))保護；(9)斷路器失靈保護(50BF)；(10)主變壓器重瓦斯保護(96.Tr)；(11)主變壓器輕瓦斯保護(96.Ala)；(12)主變壓器油面溫度保護(26O)；(13)主變壓器線圈溫度保護(26W)；(14)主變壓器壓力釋放裝置動作保護；(15)主變壓器油位異常保護；(16)主變壓器冷卻系統(tǒng)故障保護。

3.2 主變壓器保護裝置選型

主變壓器保護采用長園深瑞公司的ISA-300G系列保護裝置組成，包括ISA-387G變壓器差動保護裝置、ISA-388G變壓器后備保護裝置、ISA-361G非電量保護裝置、ISA-389G通用輔助裝置(電壓切換箱)、PRS-723變壓器失靈啟動及輔助保護裝置等。集成了保護、測控、事故記錄、低頻減載、遠動等各種自動化功能，既可分散放置在間隔層，又可集中組屏安裝，所有單元功能獨立，通過現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。通訊功能強大，支持雙網(wǎng)熱備用組網(wǎng)模式。其主要性能特點如下：

3.2.1 硬件平臺采用32位浮點DSP和16位高精度AD采樣，運算與邏輯功能強大。

3.2.2 分層分布式結(jié)構(gòu)，多CPU的并行處理方式提高可靠性；單元化設(shè)計、模塊化結(jié)構(gòu)，可擴充性強。

3.2.3 大屏幕漢字液晶顯示、直觀友好的界面菜單、完備的過程記錄、信息詳細直觀，操作、調(diào)試方便。并可經(jīng)訂貨注明選擇超大屏幕的彩色液晶，支持黃、綠、紅顯示矢量圖，更加直觀全面。

3.2.4 裝置具有保護段配置和出口配置功能，充分利用微機保護的優(yōu)點，極大地方便用戶的使用。

3.2.5 模擬回路采用高精度、寬范圍器件，無幅值、相位調(diào)整電路。由軟件功能調(diào)幅、調(diào)相，回路簡單可靠、無零漂，調(diào)試維護工作量低。

3.2.6 以高可靠性工業(yè)級器件為主體，采用自動監(jiān)測、補償技術(shù)提高硬件電路穩(wěn)定性、可靠性。

3.2.7 封閉、加強型單元機箱，多層屏蔽等抗振動、強干擾設(shè)計，特別適應于惡劣環(huán)境。4U半層機箱可分散安裝于開關(guān)柜上運行。

3.2.8 大容量的故障錄波記錄。裝置可記錄最近16次故障錄波數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的保護啟動、出口、返回情況，分別采用一段、兩段或三段記錄格式。該格式可保證記錄保護啟動前后各兩周波、出口前兩周波、出口后一周波、返回前兩周波和返回后一周波的數(shù)據(jù)。這三種格式至多記錄10個周波數(shù)據(jù)。

3.2.9 完善的事件記錄。保護動作、電流越限、遙信變位、開關(guān)遙控、保護啟動、裝置運行、自檢及閉鎖保護等都有記錄，每種記錄分類存儲，各存儲最近99次記錄。

4 115kV母線保護

115kV母線采用微機型保護裝置，全廠設(shè)置一套獨立的保護裝置，保護采用單重化配置。

4.1 母線保護系統(tǒng)配置

母線保護系統(tǒng)配置包括：(1)微機型帶比例制動特性的母線電流差動保護(帶復合電壓閉鎖、CT斷線閉鎖及告警、PT斷線告警功能(87B.Pro)；(2)斷路器失靈保護(50BF.B.Pro)；(3)過電流保護(51BC.Pro)。

4.2 母線保護裝置選型

母線保護采用長園深瑞公司的BP-2C微機母線保護裝置，可以實現(xiàn)母線差動保護、斷路器失靈保護、母聯(lián)失靈保護、母聯(lián)死區(qū)保護、CT斷線判別功能及PT斷線判別功能。其中，差動保護與斷路器失靈保護可經(jīng)硬壓板、軟壓板分別選擇投退。其主要性能特點如下：

4.2.1 快速、高靈敏復式比率差動保護，整組動作時間小于15ms。

4.2.2 裝置具有兩個保護CPU及管理CPU三個獨立的CPU系統(tǒng)，保護CPU采用先進的32位浮點DSP處理器，A/D轉(zhuǎn)換采用16位高速A/D芯片，采樣頻率達到48點/周波，全面保證計算速度及精度。管理CPU采用32位RISC芯片，運行實時操作系統(tǒng)，技術(shù)先進可靠，便于維護和升級，具有很強的兼容性。

4.2.3 基于暫態(tài)飽和全程測量的可變特性差動算法，抗飽和能力強。

4.2.4 保護元件和閉鎖元件完全獨立，閉鎖回路可靠。

4.2.5 CT變比可按照實際變比現(xiàn)場整定。

4.2.6 母線運行方式自適應，自動糾正刀閘輔助接點的錯誤。

4.2.7 保護邏輯透明化分析功能。

4.2.8 通信規(guī)約采用電力行業(yè)標準IEC60870-5-103規(guī)約或IEC61850通訊規(guī)約。

4.2.9 大屏幕漢字液晶顯示、直觀友好的界面菜單。

4.2.10 自適應接收GPS方式，秒脈沖、分脈沖及IRIG-B三種校時方式自適應判別。

5 廠用變保護

5.1 10kV廠用變保護測控配置

廠用變保護測控配置包括：(1)限時電流速斷(50ST)；(2)過電流保護(51ST)；(3)過負荷保護(51.1ST)；(4)低壓側(cè)零序過電流保護(51N-ST)；(5)廠用變溫度保護。

5.2 廠用變保護裝置選型

廠用變保護采用長園深瑞公司的ISA-381G裝置，實現(xiàn)廠用變的保護、測控、操作等功能。

6 115kV線路保護

南坎2水電站至LuangPrabang 2變電站的兩回115kV線路，均采用單套光纖差動保護裝置，保護通道采用2M復用光纖通道。

6.1 115kV線路保護配置

保護配置包括：(1)光纖差動保護(87L)；(2)距離保護(21/21N)；(3)定時限和及反時限方向過流保護(67/67N)；(4)斷路器失靈啟動出口(50BF)；(5)自動重合閘(79)；(6)PT斷線過流保護；(7)三相不一致保護。

6.2 115kV線路保護裝置選型

線路保護裝置選用長園深瑞公司生產(chǎn)的線路成套保護裝置。

6.2.1 PRS-753D微機線路成套保護裝置，主要適用于110kV及以下電壓等級、無需選相跳閘的輸電線路保護。裝置以分相電流差動元件為全線速動的主保護，并配有零序電流差動元件的后備差動段。裝置集成了全套的距離及零序保護，包括三段式相間距離、三段式接地距離保護和四段零序電流方向保護，并配有三相一次自動重合閘功能。裝置還自帶跳合閘操作回路和電壓切換回路。

裝置內(nèi)置光通信板，以光接口的方式對外通信，傳輸保護用電流數(shù)據(jù)及開關(guān)量信息。同時，裝置還可通過獨立的外置光通信轉(zhuǎn)換裝置與電站PCM設(shè)備的復接，實現(xiàn)長距離線路的縱差保護。

其主要性能特點如下：

(1)高性能的硬件平臺。裝置具有主保護CPU、后備保護CPU及管理CPU三個獨立的CPU系統(tǒng)，保護CPU采用先進的32位浮點DSP處理器，A/D轉(zhuǎn)換采用16位高速A/D芯片，全面保證計算速度及精度；管理CPU采用32位RISC芯片，運行實時操作系統(tǒng)，技術(shù)先進可靠，便于維護和升級，具有很強的兼容性；

(2)獨立的啟動元件。裝置的兩個保護CPU板具有獨立的起動元件，兩個起動元件均動作時整套保護裝置才能出口，保護安全性高；

(3)單元化設(shè)計、模塊化結(jié)構(gòu)，可擴充性強；

(4)大屏幕漢字彩色液晶顯示、直觀友好的界面菜單、完備的過程記錄，信息詳細直觀，操作調(diào)試方便；

(5)封閉、加強型單元機箱，多層屏蔽等抗振動、抗強干擾設(shè)計；

(6)裝置的通信方式采用64kbps或2Mbps高速數(shù)據(jù)同步通信方式?？刹捎脤Ｓ霉饫w通道，或通過標準64k端口復接PCM終端設(shè)備(PCM微波或PCM光纖)。不論采用專用光纖還是復用PCM設(shè)備，裝置內(nèi)部的通信口出入都是采用光纖傳輸方式；

(7)具備通信誤碼檢測、通道自動監(jiān)測、通道故障自動閉鎖和通道恢復延時開放差動保護的功能；

(8)主差保護具有對TA斷線和外部故障TA飽和的自動檢測和閉鎖功能，可由控制字選擇閉鎖差動和零差保護。整套裝置的動作特性受線路兩端不同TA特性和TA飽和的影響小，在穿越性故障下不會誤動；

(9)1組遠跳及2組遠傳開入接點，可經(jīng)由數(shù)字通信通道傳送跳閘量開關(guān)信號，實現(xiàn)遠方跳閘及信號的遠傳功能；

(10)雙端數(shù)據(jù)測距功能。

(11)不受振蕩影響，在系統(tǒng)振蕩(無故障)時可靠不誤動，在振蕩中又發(fā)生故障時仍能保持保護動作的快速性與選擇性；

(12)不受弱饋側(cè)安裝的影響，具備在弱電源側(cè)的正確保護功能；

(13)在手動和自動合閘時差動保護一直投入，且后備保護配有合閘于故障保護，可快速切除全線各種故障；

(14)TV斷線時，差動保護一直投入；后備保護可投入緊急狀態(tài)保護，確保裝置性能；

(15)完善的事故分析功能：包括保護事件記錄、故障起動記錄、故障錄波記錄、保護投退記錄、裝置運行記錄、開入記錄以及自檢記錄和閉鎖記錄等。事件記錄分類存儲，每種保存最新的128次記錄；錄波記錄保存最新48次錄波數(shù)據(jù)，可再現(xiàn)故障情況以及故障時保護裝置的動作行為。

6.2.2 ISA-311GA/B微機線路成套保護裝置為微機實現(xiàn)的數(shù)字式高壓線路快速保護裝置，適用于110kV及以下電壓等級、中性點直接接地的線路。

ISA-311GA/B微機線路成套保護裝置，能同各種通道通信設(shè)備(繼電保護專用收發(fā)信機、光纖通訊設(shè)備等)接口構(gòu)成全線速動的縱聯(lián)保護，若縱聯(lián)保護采用光纖通道，裝置可內(nèi)置光通訊板。主要性能特點如下：

(1)硬件平臺采用32位浮點DSP和16位高精度A/D采樣，運算與邏輯功能強大；

(2)單元化設(shè)計、模塊化結(jié)構(gòu)，可擴充性強；

(3)大屏幕漢字彩色液晶顯示、直觀友好的界面菜單、完備的過程記錄，信息詳細直觀，操作調(diào)試方便；

(4)以高可靠性工業(yè)級器件為主體，采用自動監(jiān)測、補償技術(shù)提高硬件電路穩(wěn)定性、可靠性；

(5)封閉、加強型單元機箱，多層屏蔽等抗振動、抗強干擾設(shè)計；

(6)裝置包含由超范圍距離方向和零序方向元件構(gòu)成的全線速動縱聯(lián)保護，動作速度快，全線速斷時間小于30ms；

(7)裝置的兩個CPU板具有獨立的起動元件，兩個起動元件均動作時整套保護裝置才能出口，保護安全性高；

(8)不受振蕩影響，在系統(tǒng)振蕩(無故障)時可靠不誤動，在振蕩中又發(fā)生故障時仍能保持保護動作的快速性與選擇性；

(9)不受弱饋側(cè)安裝的影響，具備在弱電源側(cè)的正確保護功能；

(10)在手動和自動合閘時，有合閘于故障保護快速切除全線各種故障；

(11)在TV斷線時可投入可靠的緊急狀態(tài)保護，確保裝置性能；

(12)完善的事故分析功能，包括保護動作事件記錄、故障起動記錄、故障錄波記錄、裝置運行記錄、開入變位記錄，及裝置自檢記錄和閉鎖記錄等，可再現(xiàn)故障情況及故障時保護裝置的動作行為。裝置可保存最新的128次動作事件記錄和48次錄波記錄。

6.2.3 PRS-789系列操作繼電器裝置與各類保護配合，完成跳合閘操作、電壓切換、電壓并列、重動等功能。主要性能特點如下：

(1)裝置為標準4U(整層)機箱，結(jié)構(gòu)為模件組合式，背板出線采用接插連接方式。裝置具有可靠性高、使用靈活方便等特點；

(2)三相操作插件帶壓力閉鎖回路，有三組位置信號輸出，并有控回斷線和事故音響輸出，帶防跳回路并可在外端子短接取消；

(3)電壓并列回路具有10路電壓并列功能；

(4)電壓切換回路具有8路電壓切換功能，若需切換的電壓多于8路，可采用多塊電壓切換插件的方式實現(xiàn)；

(5)裝置采用了進口全密封、高阻抗、小功耗繼電器，大大降低了裝置的功耗和發(fā)熱狀況；

(6)能夠自適應各種跳合閘保持電流。

7 結(jié)語

7.1 老撾南坎二水電站是一個EPC項目，整個電站繼電保護系統(tǒng)配置方案選擇、設(shè)備選型配置，除充分滿足老撾業(yè)主技術(shù)規(guī)范外，還應考慮整套配置的經(jīng)濟合理性。

7.2 全部繼電保護設(shè)備都是國內(nèi)招標，系統(tǒng)設(shè)計充分借鑒了我國水電站繼電保護設(shè)計的經(jīng)驗。

7.3 設(shè)備選項中硬件靈活的組態(tài)，易于實現(xiàn)冗余及復雜配置，做到繼電保護信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，保護、控制、數(shù)據(jù)通訊一體化。

7.4 由于老撾電力系統(tǒng)體制與我國不同，設(shè)計范圍和邊界條件和國內(nèi)水電站設(shè)計還有一定區(qū)別，需認真研究。

■

TM588

B

2095-1809(2016)02-0091-05