余 幽 林

(四川大唐國(guó)際甘孜水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 康定　626001)

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CSC-121A數(shù)字式綜合重合閘及斷路器輔助保護(hù)裝置在黃金坪水電站中的應(yīng)用

余 幽 林

(四川大唐國(guó)際甘孜水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 康定626001)

摘要：從裝置的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理、系統(tǒng)特性與特點(diǎn)等方面對(duì)四方公司出品的 CSC-121A綜合重合閘及斷路器輔助保護(hù)裝置進(jìn)行了介紹,可供電力系統(tǒng)元件數(shù)字式繼電保護(hù)裝置的研制開(kāi)發(fā)單位與使用單位參考,介紹了該裝置在黃金坪水電站保護(hù)中的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：黃金坪水電站；綜合重合閘及斷路器；輔助保護(hù)裝置；硬件結(jié)構(gòu)；工作原理

1概述

CSC-121A數(shù)字式綜合重合閘及斷路器輔助保護(hù)裝置是由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字式保護(hù)裝置，主要適用于220 kV及以上電壓等級(jí)的一個(gè)半斷路器接線方式。該裝置包括綜合重合閘、失靈保護(hù)、死區(qū)保護(hù)、充電保護(hù)、三相不一致保護(hù)等功能元件，可以滿足一個(gè)半斷路器接線中綜合重合閘和斷路器輔助保護(hù)按斷路器裝設(shè)的要求。

2該裝置的硬件配置

CSC-121A數(shù)字式綜合重合閘及斷路器輔助保護(hù)裝置采用功能模塊設(shè)計(jì)思想，不同的產(chǎn)品由相同的各功能組件按需要組合配置，實(shí)現(xiàn)功能模塊的標(biāo)準(zhǔn)化。采用帶有鎖緊裝置的插拔式功能組件，包括交流插件、CPU插件、管理插件、開(kāi)入插件1、開(kāi)入插件2、開(kāi)出插件1、開(kāi)出插件2、開(kāi)出插件3、電源插件，另外在裝置面板上配有人機(jī)接口組件。

2.1交流插件

交流插件共設(shè)置四個(gè)交流電流變換器和四個(gè)交流電壓變換器，分別為IA、IB、IC、3I0、UⅡXA、UⅡXB、UⅡXC、UⅠX。

(1)保護(hù)相電流變換器有兩種類型：額定輸入電流為5 A，線性范圍為100 mA～150 A；額定輸入電流為1 A，線性范圍為50 mA～30 A；

(2)交流電壓僅供綜合重合閘檢無(wú)壓或檢同期用，每路均可接額定值57.74 V，也可接100 V。

2.2CPU插件

CPU插件簡(jiǎn)化原理圖見(jiàn)圖1。

圖1　CPU插件簡(jiǎn)化原理圖

CPU插件由MCU與DSP合一的32位單片機(jī)組成，具有保持總線不出芯片的優(yōu)點(diǎn)，程序完全在片內(nèi)運(yùn)行，內(nèi)存Flash為1M字節(jié)，RAM為64 K字節(jié)。該插件為裝置的核心插件，能夠完成斷路器保護(hù)功能、A/D變換、軟硬件自檢等。保護(hù)模擬量?jī)?nèi)有Ia和IaR、Ib和IbR等，其區(qū)別是同一路模擬量有兩路A/D采集以做備份和A/D自檢，IaR、IbR后綴大寫字母“R”的模擬量起備用和自檢作用。

2.3管理插件

管理插件也叫通信插件，其原理見(jiàn)圖2。

圖2　管理插件原理圖

管理插件是裝置的管理和通信插件，為承接保護(hù)裝置與外界通信及交換信息的管理插件，如與面板、PC調(diào)試軟件、監(jiān)控后臺(tái)、工程師站、遠(yuǎn)動(dòng)、打印機(jī)等的聯(lián)系，根據(jù)保護(hù)的配置組織上送遙測(cè)、遙信、SOE、事件報(bào)文和錄波信息等。管理板有兩路LON網(wǎng)口、兩路RS485口和兩路高速的電以太網(wǎng)接口，可根據(jù)需要設(shè)置以滿足不同監(jiān)控和遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的要求。另外，管理板上設(shè)置有GPS對(duì)時(shí)功能，可滿足網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)、脈沖對(duì)時(shí)、IRIG-B碼對(duì)時(shí)方式的要求，還配有串行打印口。 2.4開(kāi)入插件

設(shè)置了兩個(gè)開(kāi)入插件。插件1主要接入裝置保護(hù)壓板和有關(guān)重合閘的開(kāi)入量；插件2主要接入有關(guān)功能需要的跳位和跳閘信號(hào)開(kāi)入量。該插件可提供弱電和強(qiáng)電兩種開(kāi)入。在沒(méi)有特殊要求的情況下，所有開(kāi)入均按弱電開(kāi)入配置，開(kāi)入插件對(duì)各路開(kāi)入回路進(jìn)行實(shí)時(shí)自檢。

2.5開(kāi)出插件

該裝置設(shè)置了三個(gè)開(kāi)出插件，用于輸出失靈跳閘、合閘出口、跳閘出口及信號(hào)觸點(diǎn)等。

開(kāi)出插件1其跳閘出口均針對(duì)本斷路器的出口。失靈瞬跳功能驅(qū)動(dòng)該插件各分相跳出口；過(guò)流保護(hù)動(dòng)作驅(qū)動(dòng)兩個(gè)過(guò)流保護(hù)出口觸點(diǎn)及分相跳出口。

開(kāi)出插件2為組合插件，其開(kāi)出端子接后加速觸點(diǎn)分為Ⅰ側(cè)、Ⅱ側(cè)。注意：此Ⅰ、Ⅱ側(cè)需要與跳閘信號(hào)的Ⅰ、Ⅱ側(cè)和接入電壓的Ⅰ、Ⅱ側(cè)統(tǒng)一。溝通三跳觸點(diǎn)為常閉觸點(diǎn)。其開(kāi)出端子接輸出重合閘出口觸點(diǎn)、溝通三跳觸點(diǎn)和一些信號(hào)觸點(diǎn)。所有信號(hào)觸點(diǎn)均保持和非保持輸出。溝通三跳亦為常閉觸點(diǎn)。

開(kāi)出插件3端子為失靈保護(hù)出口及跳閘信號(hào)，失靈保護(hù)出口為開(kāi)關(guān)失靈后跳相關(guān)斷路器的失靈保護(hù)跳閘出口。

2.6電源插件

該裝置的電源插件采用開(kāi)關(guān)電源，該插件輸入直流220 V或110 V，輸出5組電源，可提供兩路+24 V及±12 V、+5 V電源，但只有開(kāi)入24 V經(jīng)端子輸出。兩組+24 V作開(kāi)入、開(kāi)出板電源；±12 V作模擬量用電源；+5 V作CPU邏輯用電源。

3工作原理

保護(hù)CPU軟件包括主程序、采樣中斷程序和故障處理中斷程序。

正常工作時(shí)運(yùn)行主程序，主程序完成裝置的硬件自檢、投切壓板、固化定值、上送報(bào)告等功能。每隔一個(gè)采樣間隔時(shí)間執(zhí)行一次采樣中斷程序，進(jìn)行電氣量的采集、錄波、突變量啟動(dòng)判別等。故障處理中斷也是每隔固定時(shí)間執(zhí)行一次，完成保護(hù)邏輯、TA異常判別等。若有異常發(fā)生則發(fā)出相應(yīng)的告警信號(hào)和報(bào)文。TA斷線檢測(cè)方法為當(dāng)零序電流大于零序電流啟動(dòng)值且持續(xù)12 s，則判斷為TA斷線，并告警。

對(duì)于普通告警，發(fā)出信號(hào)提示運(yùn)行人員注意檢查處理。對(duì)于危及保護(hù)安全和可靠性的嚴(yán)重告警在發(fā)出信號(hào)的同時(shí)閉鎖保護(hù)出口。發(fā)生故障時(shí)，在故障處理中斷時(shí)完成相應(yīng)的保護(hù)功能，直到整組復(fù)歸、返回正常運(yùn)行的程序。

4CSC-121A數(shù)字式綜合重合閘及斷路器輔助保護(hù)裝置在黃金坪水電站中的應(yīng)用

黃金坪水電站為新投產(chǎn)電站，采用單機(jī)單元接線方式，主變高壓側(cè)均無(wú)斷路器，#1、#2，#3、#4主變分別共用500 kV母線斷路器，500 kV母線為三角形接線方式。全廠共設(shè)置了3臺(tái)500 kV斷路器，每臺(tái)斷路器配置一套CSC-121A數(shù)字式綜合重合閘及斷路器輔助保護(hù)裝置。500 kV母線斷路器配置了以下保護(hù)功能：

* 失靈保護(hù)

* 死區(qū)保護(hù)

* 充電保護(hù)

* 重合閘

* 三相不一致保護(hù)

在上述保護(hù)功能中保護(hù)CT均取自斷路器CT，用于保護(hù)啟動(dòng)判別，其中保護(hù)啟動(dòng)判別有電流突變量啟動(dòng)、零序電流啟動(dòng)、負(fù)序電流啟動(dòng)，任一啟動(dòng)元件啟動(dòng)后能夠開(kāi)放整組保護(hù)裝置的正電源，從而有效地提高了保護(hù)動(dòng)作的可靠性；同時(shí)亦用于保護(hù)出口判別。保護(hù)PT則取自母線電壓和線路電壓，主要用于重合閘。

失靈保護(hù)主要應(yīng)用于本斷路器失靈，分為三個(gè)階段：保護(hù)跳閘瞬時(shí)重跳、線路保護(hù)單跳延時(shí)三跳、開(kāi)關(guān)失靈延時(shí)跳相關(guān)斷路器。當(dāng)失靈保護(hù)啟動(dòng)后，收到單相跳閘命令且相應(yīng)電流大于失靈高定值，則瞬時(shí)重跳本斷路器該相。裝置設(shè)置三跳回路用以提供單跳延時(shí)跳三相的功能從而形成瞬時(shí)重跳、延時(shí)三跳本斷路器、延時(shí)三跳相關(guān)斷路器。兩種三跳方式在整定時(shí)間上有一定的配合，三跳本斷路器整定時(shí)限小于延時(shí)三跳相關(guān)斷路器。失靈保護(hù)采用該方式，能夠更好地作用于失靈斷路器，縮小故障范圍。

充電保護(hù)主要為母線充電時(shí)提供保護(hù)功能，其原理為相過(guò)流保護(hù)，分為兩段。其中Ⅰ段可選擇長(zhǎng)期投入或短時(shí)投入，Ⅱ段則為長(zhǎng)期投入方式。黃金坪水電站Ⅰ、Ⅱ段均為長(zhǎng)期投入方式，Ⅰ段整定值較大、Ⅱ段整定時(shí)間較長(zhǎng)，能夠很好地防止保護(hù)誤動(dòng)。

死區(qū)保護(hù)則充分保護(hù)了斷路器和CT之間的范圍，避免了在保護(hù)范圍上存在死區(qū)，進(jìn)而提高了保護(hù)的靈敏性。

重合閘有三種檢定方式，即：檢同期、檢無(wú)壓、非同期，黃金坪水電站采用非同期重合方式，不經(jīng)檢定同期條件和無(wú)壓條件，雖然重合時(shí)可能對(duì)系統(tǒng)造成沖擊，但是能夠更快地進(jìn)行重合閘，進(jìn)而減少對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備的影響。另外，重合閘方式為單相重合閘，能夠很好地避免單相動(dòng)作時(shí)三相跳閘或重合，進(jìn)而減小了故障影響范圍。

三相不一致保護(hù)可經(jīng)零序電流、負(fù)序電流和三相跳位不一致開(kāi)放，還可經(jīng)重合閘啟動(dòng)閉鎖。當(dāng)有三相跳位不一致輔助觸點(diǎn)開(kāi)入且單相重合閘閉鎖時(shí)，電流元件啟動(dòng)則保護(hù)開(kāi)出。黃金坪水電站GIS匯控柜也帶有三相不一致保護(hù)，可與斷路器輔助保護(hù)相配合，能夠更加可靠地出口三相不一致保護(hù)。

5結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)安裝調(diào)試和三個(gè)多月的運(yùn)行，充分感受到四方公司出品的CSC-121A數(shù)字式綜合重合閘及斷路器輔助保護(hù)裝置運(yùn)行可靠、無(wú)故障率。鑒于該保護(hù)裝置為成熟產(chǎn)品，故在調(diào)試和使用時(shí)均非常方便，其保護(hù)邏輯判斷的嚴(yán)密性和全面性充分保證了故障時(shí)能可靠動(dòng)作、非故障時(shí)不誤動(dòng)。

此外，該保護(hù)裝置具有完整的事件記錄，可保存動(dòng)作報(bào)告、告警報(bào)告、啟動(dòng)報(bào)告和操作記錄不少于2 000條，停電不丟失。大容量的故障錄波、兼容COMTRADE格式、儲(chǔ)存容量達(dá)4 Mbyte、全過(guò)程記錄故障、可以保存不少于24次錄波、可選擇數(shù)據(jù)或圖形方式等功能為事故分析提供了有利的幫助。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

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余幽林(1991-)，男，四川廣安人，助理工程師，學(xué)士，從事水電工程建設(shè)技術(shù)與管理工作.

作者簡(jiǎn)介:

文章編號(hào):1001-2184(2016)02-0019-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV7;TV735

收稿日期:2015-12-31