微機型母線保護分析與應(yīng)用

康 毅 陳紅藝

（三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443002）

0 引言

母線承擔著匯集電能和分配電能的作用，其重要性在電力系統(tǒng)中不言而喻。母線故障是一種非常嚴重的故障，如不能及時切除，將會損壞眾多電力設(shè)備并且破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，甚至造成全廠或全站停電，危害極大。隨著計算機技術(shù)在繼電保護領(lǐng)域的發(fā)展，微機型母線保護以其方便的調(diào)試維護、良好的保護性能在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用［1］。合理使用微機型母線保護的各項功能，處理好保護裝置在使用中可能遇到的問題，能使微機型母線保護充分發(fā)揮其在電力系統(tǒng)中的作用，減少母線故障對系統(tǒng)的沖擊。

1 微機型母線保護有關(guān)功能的使用

1.1 母聯(lián)死區(qū)保護

當母線發(fā)生死區(qū)故障，即故障點在母聯(lián)斷路器與母聯(lián)CT之間時，如圖1中A點所示，需要靠死區(qū)保護動作切除故障，以彌補母線差動保護保護范圍的不足。

圖1 母聯(lián)死區(qū)故障

1.1.1 死區(qū)保護動作邏輯

A點發(fā)生故障時，Ⅰ母小差保護判故障發(fā)生在區(qū)內(nèi)，Ⅱ母小差保護判故障發(fā)生在區(qū)外，此時Ⅰ母小差雖然動作跳開Ⅰ母所連斷路器及母聯(lián)斷路器，但故障點仍可從Ⅱ母獲得故障電流，故障仍然存在。針對此種情況，可對Ⅰ母小差保護動作后的母聯(lián)斷路器開關(guān)位置進行判斷，若母聯(lián)斷路器處于跳閘狀態(tài)且仍有較大電流流過母聯(lián)CT，經(jīng)過一個較短延時（主要考慮主、輔接點的動作時序，一般為50ms）封母聯(lián)CT，破壞Ⅱ母小差的電流平衡，Ⅱ母小差動作斷開Ⅱ母所連的斷路器，可達到切除故障的目的。

1.1.2 死區(qū)保護的改進方案

當發(fā)生如圖1中A點所示的死區(qū)故障時，真正需要斷開的是Ⅱ母小差保護范圍內(nèi)的所有斷路器，而實際上保護首先跳開Ⅰ母，并經(jīng)延時后最后將2條母線上所連的斷路器全部跳開，從而擴大了停電范圍。為了解決這個問題，出現(xiàn)了一種配置雙CT的改進方案［2］，使保護動作更滿足選擇性的要求。

圖2為死區(qū)保護改進方案，該方案在母聯(lián)兩側(cè)各配置一組CT，其中CT1接入Ⅰ母小差回路，CT2接入Ⅱ母小差回路。在A點或B點發(fā)生死區(qū)故障時，可只跳開相應(yīng)斷路器切除故障。例如當A點發(fā)生故障時，大差和2條母線的小差全部動作，保護判定發(fā)生死區(qū)故障，首先斷開母聯(lián)斷路器并封CT1和CT2。封閉2個母聯(lián)CT后，Ⅰ母小差不動作，大差和Ⅱ母小差動作，切除Ⅱ母上所連斷路器，從而隔離故障。該方案的優(yōu)點是不需要將2條母線全部切除，減小斷路器跳閘范圍；缺點在于增加了成本與二次回路的復(fù)雜性。

圖2 死區(qū)保護改進方案圖

1.2 母聯(lián)失靈保護

當母線并列運行時在母線上發(fā)生故障，若母聯(lián)斷路器由于操作機構(gòu)回路異常等原因造成跳閘不成功，母聯(lián)失靈保護將根據(jù)故障母線保護動作信息和斷路器拒動信息判斷母聯(lián)斷路器跳閘失靈，動作跳開2條母線上的所有元件。

母聯(lián)失靈保護是為了防止故障長時間無法切除造成母線上的貴重設(shè)備損壞等而配置，一般只應(yīng)由母線差動保護、母聯(lián)充電保護或外部的啟動母聯(lián)失靈開入時啟動。母聯(lián)斷路器是否真正發(fā)生拒動需要一段延時才能確認，該延時應(yīng)大于斷路器最大的跳閘動作時間及滅弧時間，并且留有裕度，一般推薦范圍是150～300ms。母聯(lián)失靈保護的跳閘邏輯與死區(qū)保護類似：跳母聯(lián)斷路器并經(jīng)延時確認后，大差比率制動元件仍動作且母聯(lián)CT電流大于失靈電流整定值，經(jīng)封母聯(lián)CT和復(fù)合電壓閉鎖后2條母線所連接的斷路器全部跳閘。

1.3 母聯(lián)充電保護的應(yīng)用

母聯(lián)充電保護是在新母線或完成檢修的母線投運前，用額定電壓通過母聯(lián)斷路器對該母線進行充電試驗時投入的。一旦充電時新投運母線上發(fā)生故障，充電保護可瞬時動作斷開母聯(lián)斷路器，避免故障范圍擴大，保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。母聯(lián)充電保護的配置有2種方案：一種是母線差動保護中配置的母聯(lián)充電保護，另一種是單獨配置專用母聯(lián)充電保護。2種配置情況中的母聯(lián)充電保護與母線差動保護、母線失靈保護的配合上存在一些差異。

1.3.1 母差保護退出時的使用

與母線差動保護（母差保護）公用的母聯(lián)充電保護包含在母線保護裝置中，與母差保護共用一組電源。當母差保護因需要校驗等原因退出時，母聯(lián)充電保護也無法使用。專用的母聯(lián)充電保護有獨立的電源，不受母差保護運行狀態(tài)的影響。在母線保護退出時，仍可以利用母聯(lián)充電保護對充電過程進行保護，使用更具靈活性。

針對在母差保護退出的情況下可繼續(xù)使用的特點，專用的母聯(lián)充電保護能有一種非正常的使用方法：當母線保護檢修或接入新間隔需要長時間退出時，通過長時間投入單獨配置的母聯(lián)充電保護，充當母線保護的后備保護。實際上，這種使用方法并不能提高電網(wǎng)的安全可靠性，反而會造成區(qū)外故障誤動和整定復(fù)雜的問題［3］，一般情況下，并不建議采用這種方法。

1.3.2 關(guān)于充電時閉鎖母差保護

母線保護中含有的充電保護一般有可整定的控制字“投充電閉鎖母差”，可通過設(shè)置保護控制字相關(guān)項來選擇是否需要在充電保護投入期間閉鎖母線差動保護，控制字設(shè)置為1時，保護裝置根據(jù)母聯(lián)斷路器跳位繼電器的狀態(tài)和母線電流電壓變化情況啟動充電保護，充電保護開放期間閉鎖母線保護差動300ms；對于專用的母線充電保護裝置實現(xiàn)閉鎖母差，需要引入母聯(lián)斷路器的手合觸點作為母線保護裝置的外部閉鎖母差開入［4］。當“投外部閉鎖母差保護”控制字設(shè)置為1且檢測到手合觸點開入后，閉鎖母差保護。若此開入保持1 s不返回，母差保護的閉鎖將被自動解除，并報“閉鎖母差開入異?！?。

在傳統(tǒng)習慣中，在充電保護投入短時閉鎖母差保護是為了避免被充電設(shè)備故障時由于母聯(lián)開關(guān)位置輔助觸點不能及時切換母聯(lián)電流，造成差動保護誤動切除正常運行母線上的元件。近些年來，輔助觸點的動作速度已經(jīng)能夠滿足及時切換要求，有些新推出的保護版本中已經(jīng)省略了閉鎖母差功能，同時在一些地區(qū)也出現(xiàn)了充電保護投入時不閉鎖母差保護的工作方式。

1.3.3 母聯(lián)斷路器啟動失靈功能

非單獨配置的母聯(lián)充電保護與母聯(lián)失靈保護共同配置在同一個母線保護裝置內(nèi)，當母聯(lián)斷路器發(fā)生拒動時能夠直接啟動失靈保護。獨立的母聯(lián)充電保護與母線保護是獨立組屏的2套設(shè)備，早期配置的專用母聯(lián)充電保護沒有啟動失靈功能，主要是為了簡化二次回路。近年來，新投運的專用母聯(lián)充電保護裝置通過將母聯(lián)斷路器操作箱的斷路器拒動信號傳至母線保護裝置，從而增加了相對應(yīng)的外部啟動母聯(lián)失靈的開入。

2 微機型母線保護使用中應(yīng)注意的問題

2.1 刀閘位置對母線保護的影響及解決措施

微機型母差保護是通過引入母線刀閘輔助接點來判別母線運行方式。母線刀閘有時會出現(xiàn)輔助接點接觸不良、接點粘連、接點抖動等問題，可能致使保護出現(xiàn)切除故障范圍擴大或誤動［5］。為了防止上述后果發(fā)生，可以對保護采用硬件和軟件2個方面進行改進，以使保護能正確識別母線的運行方式。

在硬件方面采取同時引入常開、常閉2對輔助接點的方式來判別母線刀閘位置，以增強引入環(huán)節(jié)的可靠性。實現(xiàn)此方法需要額外增加開入通道和電纜，而且不能解決由于刀閘輔助接點本身的損壞而造成的錯誤，所以一般不采用這種方法。

用軟件的解決方法是指一方面將刀閘的輔助接點引入母線保護中，一方面保護通過計算各支路的電流情況來檢驗輔助接點的開入是否正確，并可根據(jù)母線上實際的電流情況糾正錯誤的接點。當保護發(fā)現(xiàn)某條支路出現(xiàn)有負荷電流而輔助接點的開入為分位等輔助接點狀態(tài)與實際情況不一致的情況時，將發(fā)出“開入異?！备婢?，并在錯誤糾正且經(jīng)工作人員確認后告警才能解除。這種方法提高了保護裝置識別母線運行方式的正確率，得到廣泛應(yīng)用。值得注意的是，如有多個刀閘的輔助接點同時發(fā)生故障，裝置可能無法全部修正，必須在“運行方式設(shè)置”菜單中進行強制設(shè)定。

2.2 母聯(lián)開關(guān)位置對母線保護的影響及建議

若母線分列運行時母聯(lián)開關(guān)位置量讀入錯誤，即保護裝置誤判母聯(lián)開關(guān)位置在合位，如果這時發(fā)生母聯(lián)死區(qū)故障，由于母聯(lián)CT不會自動被封，將會造成一條母線的小差滿足動作條件但電壓閉鎖不動作，另一條母線小差不滿足動作條件，從而引起母線保護拒動；若母線并列運行時母聯(lián)開關(guān)位置量開入錯誤，即保護裝置誤判母聯(lián)開關(guān)位置在分位，如果這時母線上發(fā)生故障（非死區(qū)點），由于母聯(lián)CT被封閉，2條母線小差均動作，且電壓閉鎖也均動作，就會造成2條母線連接元件全被切除，引起母線保護誤動。此外，母聯(lián)位置開關(guān)量還作為確定比率差動保護制動系數(shù)的高、低定值和充電保護啟動（使用內(nèi)置充電保護時）的依據(jù)。由以上分析可知，母聯(lián)位置開關(guān)量的正確讀入對母線保護裝置至關(guān)重要。

在微機型母線保護中，有2個開入量可用來表示是母聯(lián)開關(guān)位置：母聯(lián)開關(guān)位置（DL）輔助接點和母聯(lián)開關(guān)位置繼電器（HWJ、TWJ）接點。DL的輔助直接反映開關(guān)的實際位置，但不容易及時察覺；HWJ或TWJ的接點雖不直接反映母聯(lián)斷路器位置，但發(fā)生異常時可通過信號回路較為直觀的發(fā)現(xiàn)。通過以上分析，建議在保護中同時引入DL的常開接點和TWJ接點，以起到相互檢驗的作用。同時，建議在保護屏上增加“母聯(lián)檢修”壓板。在對母聯(lián)斷路器進行檢修前投入該壓板，則檢修時母聯(lián)斷路器的開關(guān)位置開入將被強制置為分位。因此，檢修過程中實際的母聯(lián)斷路器位置狀態(tài)將不會給母線保護對其的讀入造成影響。這樣一來，可以大大減小母線檢修期間母線故障時保護發(fā)生拒動或者誤動的可能性。

3 結(jié)語

微機型母線保護不僅包含母差保護，還包含母聯(lián)失靈保護、母線死區(qū)保護、母聯(lián)充電保護等功能。母聯(lián)失靈保護與死區(qū)保護的跳閘邏輯類似，但死區(qū)保護延時更短，可以加速隔離死區(qū)故障的過程?，F(xiàn)在各個廠家普遍采用的死區(qū)保護方案存在停電范圍過大的缺點，有人提出了一種可以避免2條母線全部切除的方案，但增加了接線的復(fù)雜性。微機型母線保護的母聯(lián)斷路器和刀閘狀態(tài)的正確開入都會對保護的動作產(chǎn)生影響，實際工作中應(yīng)尤其注意，力求將保護誤動或者拒動的可能性降到最低。

［1］楊奇遜，黃少鋒.微型機繼電保護基礎(chǔ)［M］.第3版.中國電力出版社，2007

［2］任立輝，樊文東，程天保，等.母線保護中母聯(lián)死區(qū)故障保護邏輯的研究［J］.繼電器，2006，34（10）：12～14

［3］張?zhí)?，張繼武，劉海洋.母聯(lián)充電保護應(yīng)用分析［J］.繼電器，2007，35（3）：69～72

［4］李新，熊炬，董泉，等.基于母聯(lián)斷路器為跳閘對象的保護方案綜述［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2010（22）：242～246

［5］王鵬程.刀閘輔助觸點狀態(tài)出錯對母差保護的影響［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38（5）：124～126