智能变电站扩建双母双分二次作业风险辨识及安全措施分析

张韶光,张岩坡,张 旭,王 乐,崔宇杭

(国网河北省电力有限公司超高压分公司,河北 石家庄 050071)

0 引言

2015-2019 年,河北省南部电网新建500 k V 智能变电站8座,220 k V 侧设计为双母线双分段(简称“双母双分”)接线方式,但一期工程220 k V 侧均建为双母线接线。随着电网需求提升,变电站需将双母线接线扩建为双母双分接线方式[1-2]。

前期建设的智能变电站在开展扩建工作时,限于技术水平、施工安全调试经验等因素影响,多采用全站停电的改造模式,这给电网运行、维护造成巨大压力[3]。近年来已有专家学者针对智能变电站安全措施技术进行了研究,文献[4-5]针对保护检验工作,按照不同停电设备类型,制定了二次安全措施方案,文献[4]有效解决了安全措施实施误闭锁保护、安全措施冗余操作繁琐、频繁拔光纤导致光口损坏等问题,文献[5]研究了安全措施的可视化技术,但均未针对扩建等工作进一步分析。二次作业贯穿工程始末,工序错综复杂,作业风险集中交织,光纤链路牵一发动全身,工序安排不合理、风险辨识不到位,都可能引起运行设备误动等风险。因此,制定完善的安全措施是完成扩建的前提和保障。

本文以河北省南部电网首次在智能变电站实施由双母线接线扩建为双母双分接线为例,对作业内容进行风险辨识,并提出安全防御措施,为后续及类似工程提供参考。

1 工程概况

1.1 扩建前基本情况

某500 k V 智能变电站220 k V 侧为双母线接线,仅在A 段配置了母联201断路器,B段上没有配置母联断路器;分段203、204断路器运行时为合位,仅作为导线使用,故障时不跳闸。1号、2号母线的A、B两段均已分别配置电压互感器,本期无需扩建,主接线见图1。

该站220 k V 母线配置了SV 采样、GOOSE跳闸的母线保护;现场分段203和204断路器的二次电流在进入合并单元前短封,未接入母线保护;母线保护中203、204的间隔接收软压板,跳闸GOOSE发送软压板,203、204的失灵GOOSE 接收软压板6个压板均在退出状态;203、204断路器的控制电源空气断路器在运行中处于断开状态。A 段母联201断路器配置了SV 采样、GOOSE 跳闸的断路器保护,2号和3号主变压器配置了常规电缆采样、GOOSE跳闸的变压器保护。本文涉及的各类保护装置及智能终端均为双套配置。

1.2 扩建期间设备状态

本期工程需在B段母线扩建母联202断路器及相关二次设备,将原有母线保护作为A 段母线保护(简称“原母线保护”),再扩建两套B 段母线保护,并完善203、204断路器的相关电流、跳闸、启动失灵等二次回路,将203、204 断路器激活。在扩建期间,B段母线全停,分段203、204断路器转冷备用,3号主变压器中压侧213断路器转冷备用,但3号主变压器的高低压侧运行,A 段母线及其出线均正常运行,见图2。

图2 扩建期间一次设备状态

2 关键作业工序内容和风险点

停电设备之间的二次回路传动和修改可以随时进行,而停电设备和运行设备之间的二次回路则需要将运行设备的保护短暂退出后方能传动。假如停电设备和运行设备之间的二次回路传动完毕后,运行设备保护已经投入,此时若发现新设备存在问题需要变动配置文件,则要面临运行设备再次退保护的尴尬局面。为此,必须将与运行设备相关传动放在最后。

B段出线间隔的线路保护和智能终端接收原母线保护的相关虚端子,而扩建双母双分后,B 段出线间隔的线路保护和智能终端将接收扩建的B段母线保护的相关虚端子。因此,B 段出线间隔的线路保护和智能终端均需修改配置文件。各出线间隔的合并单元接收的设备和虚端子没有变化,因此无需变更合并单元的配置文件。

203、204断路器冷备用期间,220 k V A 段和B段母线已经隔离,3号主变压器发生故障时,不应再跳201断路器。因此3号主变压器保护未退出前,为避免3号主变压器有故障误跳201断路器,必须断开3号主变压器保护与201智能终端之间的关联。

原双母线接线中,3号主变压器保护接收原母线保护虚端子信息,而扩建双母双分后,需修改为接收B段母线保护虚端子。3号主变压器中压侧后备保护动作应由跳母联201断路器改为跳B段母联202断路器。因此,3号主变压器保护和201智能终端的配置文件均需要修改。鉴于3号主变压器保护和201 智能终端的虚端子不同步删除时,201智能终端会报“接收3 号主变压器保护GOOSE断链”告警。为不影响信号监视,方案制定为3号主变压器保护和201智能终端逐套同步退出并修改配置文件。

扩建前,原母线保护接收3号主变压器保护的启动失灵虚端子,扩建后不再接收;另外,原母线保护需增加接收B 段母线保护启动失灵虚端子,因此原母线保护的配置文件需要修改。

综上所述,B 段母线全停期间的作业工序是首先扩建202相关一二次设备、扩建B 段母线保护、修改B段出线间隔的线路保护和智能终端配置文件,传动全部虚端子,新设备之间的二次回路传动正确后,再逐套退出3号主变压器保护、201智能终端和原母线保护,更改配置文件并传动。

本次工程工期为8天,作业期间的二次设备状态、关键作业内容和对应的风险点见表1。

表1 作业期间二次设备状态、关键作业内容和风险点

3 智能变电站安全措施三道防线

该工程涉及多个厂家,现场人员结构复杂、运行方式多次变换、安全措施隐蔽性强。隔离方式单一或安全措施执行不完善,均有安全隔离措施失效导致运行设备误动的风险[6-9]。

智能变电站安全措施一般通过三道防线防护,包括投入检修硬压板、退出保护发送端或接收端软压板、断开光纤链路或硬压板[10-12]。前两者分别依托检修机制和报文阻隔实现,称为软隔离,后者通过断开硬回路形成明显断开点进行物理隔离,称为硬隔离,断开压板、连片或光纤等均可以看做硬隔离措施,是最直观最有效的措施。通过软硬兼施,多措并行,从技术层面增加安全保障,确保运行与检修设备彻底隔离。

常规变电站的安全措施布置完毕后,一般可以贯穿工程始末。智能变电站则不同,在传动过程中,各项安全措施都可能变动,如开展检修不一致测试时,会临时退出检修硬压板;开展断链测试时,会临时恢复光纤;开展压板唯一性测试时,会临时投入涉及安全措施的压板。因此,在一道措施失效时,需要保证其他措施在有效状态。

3.1 利用检修机制隔离

智能变电站检修压板属于硬压板,检修压板投入时,相应装置发出的SV/GOOSE 报文均会带有检修品质标识,如果两侧装置检修状态一致,则对此报文作有效处理,否则作无效处理[13 14]。

3.2 利用软压板隔离

文献[15]中要求,除母线保护和变压器保护设置GOOSE 接收软压板外,其他装置仅设置GOOSE发送软压板。

在采用软压板布置安全措施时,退出发送端软压板,在母线或主变压器保护侧,还应退出接收端软压板,做到双向隔离。

3.3 利用明显断开点的硬隔离

直采直跳回路采用光纤点对点连接,断开接收端或发送端光纤即可实现硬隔离,本文不再赘述。本文重点探讨组网回路的隔离方法。

在断开组网光纤前,需合理规划停电设备网络孤岛。原则是将停电设备全部圈入网络孤岛范围内,既能防止对运行设备产生影响,又能营造便利的工作条件。

以本工程为例,构建的网络孤岛见图3。

图3 硬隔离措施构建的网络孤岛

1)断开A、B段中心交换机的级联光纤,实现3号主变压器保护与运行的原母线保护和201智能终端的物理隔离;

2)断开运行的3号主变压器保护在B段中心交换机上的组网光纤,实现B 段母线保护与运行的3号主变压器保护的物理隔离;

3)203、204保护原在A 段交换机上组网,临时将分段203、204间隔的组网光纤从A 段中心交换机上拆除,并接在B 段中心交换机上,实现203、204保护与运行A 段母线保护的物理隔离,并便于B段母线和3号主变压器保护与203、204保护相关二次回路传动。

在3号主变压器保护退出开展传动工作前,将3号主变压器保护中压侧组网回路恢复,在原母线保护退出,开展传动工作前,将A、B 段中心交换机的级联光纤恢复即可。

3号主变压器保护、原母线保护退出接入时,安全措施的变化情况见表2。

表2 运行设备接入过程中安全措施的变化

结合智能变电站安全措施三道防线,得出本工程的安全措施,见表3。仅以单套保护或单套网络为例,另一套相同。

表3 作业风险点及安全措施

4 智能变电站配置文件的三比对法

该工程作业量大、配置文件版本多,为避免出现错下装、漏下装、版本错乱等情况。首次对配置文件开展三比对法,见图4。

图4 配置文件三比对法

1)全站SCD 文件制成后与原SCD 文件开展虚回路变更前后的离线第1次比对,并生成离线比对报告,确保虚回路新增、删减、变动情况与实际相符;

2)召出原装置内CID/CCD文件与新CID/CCD文件第2次比对,确认虚回路变更满足预期要求;

3)新CID/CCD 文件下装到装置后再召出与原装置内CID/CCD 文件第3次比对,确认下装版本正确。

5 结论及建议

本文重点研究了硬隔离措施构建停电设备网络孤岛的方法,既确保了运行与检修设备彻底隔离,又能创造安全可控的施工、验收环境。鉴于智能变电站虚回路存在隐蔽性,加之本次工程需频繁变更配置文件,创新性地开展配置文件三比对法,保障了配置文件正确性,提高了传动正确率。

在工程中后期,基建设备和运行设备传动工作交织,安全措施随之变化,在主变压器保护和母差保护轮退期间,将前期布置的网络孤岛逐步恢复,并在作业指导书中详细记录,使工作有条不紊的开展,有效分解现场安全措施管控难度,本扩建工程已顺利完成,运行良好。本文形成了可复制、能推广、成体系的典型智能变电站改扩建工程经验,可有效提升工程质量,为今后智能变电站母线扩建项目提供参考。

虽研究了智能变电站扩建双母双分的安全措施布置方案,但仍建议未来建设的500 k V 变电站初期工程220 k V 侧直接建设为双母双分接线,以降低扩建工程带来的电网风险和技术难度。