徐立平
三河发电有限责任公司 河北廊坊 065201
摘要：升压站是发电厂将电能送入电网的中转机构，在发电厂中的位置及其重要，一旦升压站出现事故时，不严重时有会影响发电厂内机组的正常运行和升压站对外的供电，严重时不但会使发电厂停止对外供电，而且更会使电厂发生厂用电全失的重大事故。
关键词：母差保护；母联开关；出线断路器；发变组出口断路器；启备变高压侧断路器
1引言
在几年前春季曾经发生过因化学系统的水管路崩开，水直接浇到母线上，使一段母线发生差动保护动作跳闸，导致该母线上所连接的所有开关都跳闸。所产生的后果是使一条出线跳闸和一台发电机组跳闸，产生的后台非常严重。在夏季的大风或强降雨时，也经查会发生出线保护的重合闸动作，有时会发生一条出线跳闸事故，这时电厂的运行和检修人员会立即进行处理并尽快恢复跳闸出线的运行。
2对升压站保护的分析
我厂一期升压站是采用双母线带母联的运行方式，升压站由四母线、五母线、母联断路器、两个发变组出口断路器、启备变高压侧断路器和两条出线断路器组成。升压站的母差保护所采用的保护屏是四方的CSC-150和南瑞的BP-2B。
2.1对升压站母差保护的分析
四方的CSC-150和南瑞的BP-2B的保护逻辑基本是一样的，逻辑图如下：
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（双母线方式下的母差保护逻辑）
由面的逻辑可知，当母线发生故障时，通过大差启动元件、I或II母小差选择元件和I或II母线电压闭锁元件共同完成。大差、小差的启动元件都是采用分相式快速比率制动式电流差动保护原理和虚拟比相式电流突变量保护原理，快速虚拟比相式电流突变量保护仅在故障开始时投入，然后改用比率制动式电流差动保护。
比率制动式电流差动保护原理是母线在正常工作或其保护范围外部故障时所有流入及流出母线的电流之和为零即差动电流为零，而在内部故障情况下所有流入及流出母线的电流之和不再为零即差动电流不为零。基于这种前提，差动保护可以正确的区分母线内部和外部故障。
电压闭锁采用的是复合电压闭锁，相应的逻辑图如下：
（CSC-150装置复合电压闭锁逻辑）
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（BP-2B装置复合电压闭锁逻辑）
上面逻辑中的Ua、Ub、Uc是升压站母线三相相电压；Uab、Ubc、Uca是升压站母线三相线电压；Upzd是相低电压动作值；Uset是线低电压动作值；U2是负序电压；U2zd和U2set是负序电压动作值；3U0是零序电压；U0zd和U0set是零序电压动作值。
从上面的两个逻辑图可以看出相低电压、线低电压、负序电压或零序电压，只要有一个满足动作值要求，复合电压闭锁就开放。
2.2对升压站各断路器TA断线的分析
升压站除母联断路器外，其它断路器发生TA断线时的逻辑图如下：
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（母联断路器除外的其它断路器TA断线逻辑图）
从上面的逻辑图可以看出，母联断路器除外的其它断路器TA断线的判别分为两段即告警段和闭锁段。告警段差动电流越限定值低于闭锁段差动电流越限定值。告警段和闭锁段都是延时10S发信号，判断断路器TA断线是按相闭锁保护装置的，断路器TA断线消失后，自动解除闭锁。
母联断路器发生TA断线时的逻辑图如下：
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（母联断路器TA断线逻辑图）
从上面的逻辑图可以看出，当母联断路器发生TA断线后，只告警不闭锁保护装置，但发生故障时只能区分是区内还是区外故障，而失去对故障母线的选择性。
综上所述，当升压站内的任意一个断路器发生TA断线后，要立即处理，防止由于断路器TA断线而造成事故的扩大。
2.3对升压站死区保护的分析
升压站只要采用双母线带母联的方式，就都存在死区，死区的保护逻辑图如下：
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（双母线死区保护逻辑图）
我厂升压站保护的死区是在母联断路器和母联电流互感器之间，如果这个位置发生故障，保护会判断是四母线发生故障（保护无法区分死区位置和母联断路器至四母线隔离开关这段位置），跳开四母线上的所以断路器包括母联开关，这时故障仍没有切除，五母线保护也直接跳闸。从上面分析我们知道升压内最严重的故障位置即死区故障，会使两条母线都跳闸。
3对升压站内出线断路器保护的分析
我厂的两条出线分别是三北一线和三北二线，两条三北线保护屏都是由RCS-931(RCS纵联差动保护屏)、PSL603-G(PSL纵联差动保护屏)、RCS-923C（线路保护辅助控制屏）组成，它们共同对三北线路进行保护，出线保护由电流差动保护、距离保护、零序保护和重合闸保护组成。
3.1对升压站内出线保护中的电流差动保护的分析
出线保护的电流差动保护由稳态I段相差动动作方程、稳态II段相差动动作方程、零序I段差动动作方程、零序II段相差动动作方程。差动保护是当区外发生故障时保护不动作，当区内发生故障时保护动作。出线保护中引入零序差动动作方程的原因是提高差动保护的灵敏性，因为相差动动作方程引用的是相电流，该电流在正常运行时就是已经有很大的电流，如果发生故障时过渡电阻很大，将使故障相相电流增大不明显，有可能使相差动动作方程条件不满足，而出线在正常运行时零序电流为零，而在故障时零序电流会从无突变至一个值，使零序差动动作方程满足条件。稳态I段和零序I段动作方程是无延时的；而稳态II段和零序II段动作方程是有一定延时的，并且不启动重合闸，因为已经延时了故障还没有消除这时如果启动重合闸成功的概率很小，而且会造成断路器的二次冲击。
差动保护如果要动作本侧和对侧必须同时都检测到有故障并且故障的电流值最低也要达到保护启动值，并经两侧反复验证三次都正确后两侧互发差动允许信号，当故障电流值已达到保护动作值时，该相的差动保护动作。当本侧断路器由其它保护将断路器跳开后也会向对侧发差动允许信号，让对侧差动保护正常动作。
当发生一相TA断线时，发生TA断线相差动不能动作，未发生TA断线相差动均可正常动作，例如，A相发生TA断线，这时B或C相发生故障差动保护依然可以正常动作，但这时A相TA已断线所以A相差动保护不会动作。
3.2对升压站内出线保护中的距离保护的分析
出线保护的距离保护由三段式距离保护构成，距离I段为速跳，距离II、III、都有延时。距离保护是由距离保护继电器的动作完成的，距离保护继电器是通过计算阻抗的比相方程，当方程满足条件时距离保护继电器动作，即通过比较工作电压和极化电压的相位，如果比较后相位的角度在正负90度之间，距离继电器动作。升压站内的距离保护的方向是从本侧出线的电流互感器指向对侧的，即故障位于保护区的反方向上，则无需进行比较和测量，直接判为区外故障而不动作。简单的说距离保护I段是保护本线路的80%左右；距离保护II段是保护本线路的全长和下级线路的一部分；距离保护III段是保护本线路和下级线路的全长，再保护下下级线路的一部分。
3.3对升压站内出线保护中的零序保护的分析
出线保护的零序保护由四段保护构成，零序I段为速跳，零序II、III、IV都有延时，而且零序动作的前提是发生故障的地点是保护的正方向，并通过自产零序（是由保护装置内部通过逻辑电路或程序计算将三相电流向量叠加而成）和外接零序元件（由CT直接形成的）确认确实有零序电流存在，并且零序电流的数值已达到保护动作值。零序I、II、III段的保护范围和距离保护一样，零序IV作为三段的后备保护。
3.4对升压站内出线保护中的重合闸保护的分析
只有出线保护屏PSL603G内在正常时投入重合闸并且只投入单重，投入单重的原因第一个是调度要求我厂重合闸只投入单重，第二个是线路在发生的故障中80%以上都是单相故障，如果是其它故障，在一般情况下也是由单相故障引起的。
在发生差动I段动作、距离I段动作或零序I段动作时都会启动重合闸，重合闸启动后故障相的断路器（本侧和对侧同时跳闸）跳开，延时0.6秒后故障相的断路器（本侧和对侧同时跳闸）再重新合入，如果断路器合闸后故障消失，正常重合闸成功，线路继续正常运行，如果断路器合闸后故障仍存在，保护屏内启动永跳继电器，使断路器的三相同时永久跳开。当两相和三相跳闸信号发出时直接跳三相断路器，手动合闸时如果出现故障不启动重合闸并且加速三相断路器跳闸，有延时的保护不启动重合闸如稳态电流差动II段、零序电流差动II段、零序II、III、IV段保护、距离II、III段保护。
4对升压站内发变组出口断路器保护的分析
我厂一期的发变组保护是由三个保护屏组成的，其中两块屏按两套完整的电气量保护配置（南瑞RCS-985装置），第三块屏配置非电量保护（南瑞RCS-974装置）、操作回路装置。发变组是由发电机、主变压器、高厂变、热网变、励磁变组成的，其中任何一个保护如果启动跳闸时都会使发变组出口断路器跳开。
4.1对发变组保护中的发电机保护分析
发电机保护在发变组保护中占有最重要的位置，也是发变组保护中占有最多的，下面就对各个保护进行简单的介绍。
发电机差动保护：可以简单的理解当发电机定子发生故障时保护启动，跳开发变组出口断路器，而发电机定子之外的故障该保护不启动。
发电机相间后备保护：当发电机定子相间发生短路故障时保护启动，跳开发变组出口断路器。
发电机定子接地零序电压保护：是由发电机中性点零序基波电压保护构成，基波零序电压保护范围是从发电机机端到中性点85～95％即故障越靠近机端保护灵敏度就越高，该保护启动时动作于发变组出口断路器。
定子接地三次谐波电压保护：该保护只保护发电机中性点25％左右的定子范围（即故障越靠近中性点保护灵敏度就越高)，该保护只发报警。
发电机定子对称过负荷保护：该保护是由反时限过负荷保护构成，是防止发电机定子由于过热而发生损坏，该保护启动时动作于发变组出口断路器。
发电机定子负序过负荷保护：该保护是由反时限负序过负荷保护构成，当电力系统中发生不对称短路或在正常运行情况下出现三相负荷不平衡时，在发电机定子绕组中都会出现负序电流。此电流在发电机气隙中将建立的负序旋转磁场相对于转子是2倍的同步转速，将会在转子绕组上感应出100Hz的倍频电流，如果负序电流过大，就可能会造成转子绕组过热损坏，该保护启动时动作于发变组出口断路器。
发电机失磁保护：对于我厂的大型发电机一旦发生失磁就立即解列发变组，如果不及时解列发变组会产生很大危害，如失磁后发电机会从电网吸收很大的无功来建立自身磁场，会对电网电压和临机都会产生很大影响；失磁后发电机转速会在同步转速上下晃动，会在转子上产生差频电流使转子容易过热损坏；失磁后发电机会发生周期性摆动，电磁转矩的周期性变化产生的作用力会传至发电机轴、基座等处威胁发电机的安全；失磁后发电机机端处漏磁会增加会造成此处的铁芯过热，由于以上这些原因，所以一旦发生失磁应立即解列发变组。
发电机失步保护：当发电机发生振荡时，运行人员应立即手动快速增加发电机励磁电流并快速降低机组电负荷，以免进入失步区间造成发电机跳闸，失步如果不及时跳闸不仅会对发电机造成损伤，而且会对所连接的电网造成不良影响，所以一旦发生失步保护瞬间动作跳闸。
发电机过电压保护：发电机机端电压过高会对发电机绕组绝缘造成危险，所以一旦发电机机端电压过高应立即跳闸。
发电机过激磁保护：当发电机发生过激磁时会使发电机的铁芯处于饱和状态，从而造成铁芯过热，发电机送出的电能波形会发生畸变，造成供电质量的严重下降。所以当发生过激磁严重时要立即解列发电机。
发电机逆功率保护：该保护的作用是当汽轮机主汽门全部关闭后，如果这时发电机主开关还在合闸位，发电机就会从电网吸收有功，使发电机变为电动机使滞留在低压缸内的蒸汽与高速旋转的叶片特别是末级叶片会产生大量的热量，容易使末级叶片受损，这时要立即解列发电机。
发电机频率保护：当发电机频率低至一定值时延时跳闸，频率高时只动作于信号不跳闸。
4.2对发变组保护中的主变保护分析
主变保护在发变组保护中占有重要位置，地位仅次于发电机保护，下面就对各个保护进行简单的介绍。
主变差动保护：当主变发生电气量故障时该保护启动，跳开发变组出口断路器。
主变高压侧后备保护：该保护主要是由主变复压过流保护构成，过流保护分两段，过流I段由复合电压闭锁、过流Ⅱ段不经复合电压闭锁，过流I段延时2.5S跳母联，过流Ⅱ段延时3S动作于发变组全停、启动失灵。
主变接地零序保护：该保护是由主变零序过流保护构成，延时4.5S跳母联，延时5S动作于发变组全停、启动失灵。
主变间隙零序保护：该保护是由零序过压和间隙零序过流保护构成，保护动作于发变组出口断路器。
主变重瓦斯保护：当主变内部发生故障时，主变内部的绕组会放电，内部的油会受热膨胀并通过瓦斯继电器流向油枕，当油通过瓦斯继电器流速达一定值（1.3m/s）时启动重瓦斯保护并动作于发变组出口断路器。
4.3对发变组保护中的高厂变保护分析
高厂变保护在发变组保护中也占有重要位置，下面就对各个保护进行简单的介绍。
高厂变差动保护：当高厂变发生电气量故障时该保护启动，跳开发变组出口断路器。
高厂变高压侧后备保护：该保护主要由高压侧过流I段和过流Ⅱ段保护组成，过流I段保护与分支过流保护配合（分支过流保护动作时间为0.8S小于高压侧过流保护），用于切除变压器及低压母线的金属性短路故障，过流Ⅱ段保护以较小动作电流，较长动作时间动作，用于切除变压器内部及外部的非金属性短路故障，保护动作于发变组出口断路器。
高厂变分支后备保护：该保护是由分支过流I段和零序过流I、II段保护组成，过流I段保护动作时跳分支并闭锁快切，零序过流I保护动作时跳A分支并启动快切，零序过流II保护动作时跳开发变组出口断路器。
高厂变重瓦斯保护：当高厂变内部发生故障时，高厂变内部的绕组会放电，内部的油会受热膨胀并通过瓦斯继电器流向油枕，当油通过瓦斯继电器流速达一定值（1.3m/s）时启动重瓦斯保护并动作于发变组出口断路器。
4.4对发变组保护中的热网变保护分析
热网变保护在发变组保护中也占有一席之地，下面就对各个保护进行简单的介绍。
热网变差动保护：当热网变发生电气量故障时该保护启动，跳开发变组出口断路器。
热网变高压侧后备保护：该保护主要由高压侧过流I段并经复合电压闭锁保护组成，保护动作于发变组出口断路器。
热网变低压侧后备保护：该保护由过流I、II段和零序过流I、II段保护组成，过流I、II段和零序过流I段保护动作时都是跳开热网变低压侧开关，零序过流II段保护动作时跳开发变组出口断路器。
4.5对发变组保护中的励磁变保护分析
励磁变保护在发变组保护中也有一定位置，下面就对各个保护进行简单的介绍。
励磁变后备保护：该保护由高压侧的两段过流保护和低压侧的过负荷保护构成，高压侧两段过流保护都动作于发变组出口断路器，定时限低压侧的过负荷保护动作后只发报警，反时限低压侧的过负荷保护动作于发变组出口断路器。
5对升压站内启备变高压侧断路器保护的分析
在机组启停和备用时都是由启备变为机组提供电能的，特别是在机组启动过程中它的作用更为明显，下面就对各个保护进行简单的介绍。
启备变差动保护：当启备变发生电气量故障时该保护启动，跳开启备变高压侧和低压侧所有断路器。
启备变高压侧过流保护：该保护用于外部相间短路引起的变压器过电流和变压器内部相间短路的后备保护，保护动作于启备变高压侧和低压侧所有断路器。
启备变高压侧零序过流保护：该保护动作于启备变高压侧和低压侧所有断路器。
启备变220kV侧间隙过流保护：该保护所用的电流量取自启备变高压侧零序CT，保护动作于启备变高压侧和低压侧所有断路器。
启备变220kV侧间隙过压保护：该保护所用的电压量取自启备变高压侧PT，保护动作于启备变高压侧和低压侧所有断路器。
启备变低压侧分支零序过流保护：该保护所用的电流量取自启备变低压侧零序CT，该保护启动后1.1秒跳低压侧故障分支开关，再过0.6秒保护动作于启备变高压侧和低压侧所有断路器。
启备变高压侧断路器非全相保护：该保护是当就地开关三相不一致信号传至保护屏内，再经负序电流进行闭锁，所用的电流量取自启备变高压侧CT，保护动作于启备变高压侧和低压侧所有断路器。
启备变断路器失灵保护：该保护的作用是一旦发生启备变高压侧断路器的某一相或几相分闸失败，并经复合电流闭锁，失灵保护立即启动尽快切除该断路器所在的母线上的所有断路器。
启备变重瓦斯保护：当启备变内部发生故障时，启备变内部的绕组会放电，内部的油会受热膨胀并通过瓦斯继电器流向油枕，当油通过瓦斯继电器流速达一定值（1.3m/s）时启动重瓦斯保护并动作于启备变高压侧和低压侧所有断路器。
6结论
升压内的所有设备如断路器、母线、隔离开关，在平时的巡检中都要仔细的检查，特别是在异常天气更要增加检查次数，如发现任何问题如隔离开关发生闪络、断路器的油压或气压异常等都要第一时间向上级领导汇报。母差保护屏、出线保护屏、发变组保护屏和启备变保护屏也都要加强巡检，一旦发现有异常报警应及时汇报相关领导和相关电气专业人员。总之与升压站有关的任何故障出现都要立即进行处理，把故障所带来的危害尽量减少至最小。
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