母聯(lián)開關死區(qū)故障的母線保護動作行為分析

白 瑞，馬振國，張 悅

（國網山西省電力公司電力科學研究院，山西 太原 030001）

對于含有母聯(lián)開關元件的母線保護來說，由于母聯(lián)開關在一次系統(tǒng)中所起的特殊聯(lián)絡作用，母聯(lián)電流在母線保護中不僅要根據運行方式來判斷是否參與差流運算，而且還要參與死區(qū)等復雜故障的邏輯判別。母聯(lián)電流使用上的這種復雜性，常常使得人們對死區(qū)故障邏輯的理解存在很大差異，在現(xiàn)場多次發(fā)現(xiàn)測試人員對死區(qū)故障邏輯試驗思路含糊以及母聯(lián)電流互感器CT（Current Transform）使用不當造成設計失誤的情況。

1 母聯(lián)電流在母線保護中的應用

1.1 母線保護動作原理

目前，含有母聯(lián)元件的母線保護裝置，其原理均是以兩條母線上所有元件的“和電流”（不含母聯(lián)電流）形成“大差電流”來判別區(qū)內、區(qū)外故障；而以每條母線上所有元件的“和電流”（含母聯(lián)電流）形成“小差電流”來選擇故障母線進行工作，當大差元件和對應母線的小差元件動作時，母線保護就有選擇地切除故障母線。由此可見，母聯(lián)電流在參與各條母線“小差”運算以及反應母線運行狀態(tài)方面起著重要的作用。

1.2 母聯(lián)電流在死區(qū)邏輯中的應用

由于母聯(lián)CT配置的特殊性以及死區(qū)形式的多樣性，母線保護中設有專門的死區(qū)故障邏輯。所謂死區(qū)故障就是指斷路器和CT之間的故障。母線保護正是利用母聯(lián)電流并結合母線運行狀態(tài)來對各種死區(qū)故障進行判別的。母聯(lián)死區(qū)故障形式一般有合位死區(qū)、分位死區(qū)、充電死區(qū)3種情況。

2 母聯(lián)死區(qū)故障及動作行為分析

2.1 單側CT安裝情況

母聯(lián)開關處只有1組CT時，它有2種安裝位置，1種是安裝在靠近Ⅰ母線側（CT1），另一種是安裝在靠近Ⅱ母線側（CT2），如圖1所示（CT應有兩個保護級的二次繞組才可實現(xiàn)雙重化的母線保護配置）。以CT2情況進行分析，然后對CT1、CT2兩種情況進行闡述。

圖1 雙母線接線母聯(lián)CT安裝位置圖

2.1.1 合位死區(qū)及動作行為分析

2.1.1.1 合位死區(qū)邏輯

合位死區(qū)就是母聯(lián)斷路器為合位，兩條母線并列運行過程中，斷路器與CT2之間發(fā)生的故障（F2），如圖1所示。此故障對于Ⅰ母線是區(qū)內；對于Ⅱ母線是區(qū)外，母線保護動作跳母聯(lián)開關和Ⅰ母線元件后，F(xiàn)2故障仍然存在。為了解決這一問題，母差保護中設計了合位死區(qū)邏輯，如圖2所示。

邏輯過程是：在母線保護發(fā)出母線跳閘命令且母聯(lián)斷路器已跳開，但母聯(lián)CT2仍然有電流，且大差元件及小差元件不返回的情況下，經150 ms延時后判定為死區(qū)故障，此時母聯(lián)電流要退出小差計算，由母線保護發(fā)出跳閘命令切除死區(qū)故障。

圖2 母聯(lián)合位死區(qū)保護邏輯圖

2.1.1.2 合位死區(qū)動作行為分析

對于單側CT的情況，CT安裝靠近Ⅰ母側還是Ⅱ母線側，最終切除死區(qū)故障的效果是相同的，即Ⅰ母線、Ⅱ母線元件全部切除，但兩種CT安裝位置下的保護動作行為過程有所不同。

發(fā)生在CT2的死區(qū)故障（F2） 時，此故障對于Ⅰ母線是區(qū)內，對于Ⅱ母線是區(qū)外，母差保護是先跳Ⅰ母線和母聯(lián)斷路器，延時150 ms判定為死區(qū)故障后，再跳Ⅱ母元件。

發(fā)生在CT1的死區(qū)故障（F1） 時，此故障對于Ⅱ母線是區(qū)內，對于Ⅰ母線是區(qū)外，母差保護是先跳Ⅱ母線和母聯(lián)斷路器，延時150 ms判定為死區(qū)故障后，再跳Ⅰ母線元件。

2.1.2 分位死區(qū)及動作行為分析

2.1.2.1 分位死區(qū)邏輯

分位死區(qū)就是母聯(lián)斷路器為分位，兩條母線分列運行過程中，斷路器與CT2之間發(fā)生的故障，如圖1所示。此故障對于Ⅱ母線是區(qū)外，因此按常規(guī)情況母線保護是不能動作的。為了切除此故障，母差保護中設計了分位死區(qū)邏輯，如圖3所示。

邏輯過程是：母線正常運行時，母聯(lián)斷路器分列運行壓板投入且母聯(lián)斷路器位置為跳位，再結合母聯(lián)無流，裝置判定該斷路器處于分列運行狀態(tài)，此時母聯(lián)電流就退出小差計算。如果此時發(fā)生死區(qū)故障母聯(lián)電流突然出現(xiàn)時，仍有400 ms退出小差的時間，保證可靠切除死區(qū)故障。

圖3 母聯(lián)分位死區(qū)保護邏輯圖

2.1.2.2 分位死區(qū)動作行為分析

當發(fā)生CT2的死區(qū)故障（F2） 時，母線保護只切除Ⅱ母線元件，Ⅰ母線元件正常運行。當發(fā)生CT1的死區(qū)故障（F1）時，母線保護只切除Ⅰ母線元件，Ⅱ母線元件正常運行。

2.1.3 充電死區(qū)及動作行為分析

2.1.3.1 充電死區(qū)閉鎖邏輯

充電死區(qū)就是指利用母聯(lián)斷路器進行充電過程中，發(fā)生在斷路器與CT2之間的故障。充電前狀態(tài)應該是Ⅰ母線正常運行，Ⅱ母線是不帶電的空母線。當Ⅰ母線向Ⅱ母線充電同時發(fā)生死區(qū)故障情況時，為了防止母線保護將運行的Ⅰ母線誤切除，設計了充電死區(qū)閉鎖差動保護邏輯，如圖4所示。

邏輯過程是：由操作箱（智能終端）提供的手合觸點和母聯(lián)CT“有無電流”的判別，作為母線保護判斷母聯(lián)充電并進入充電邏輯的依據；充電邏輯有效時間為手合觸點由“0”變?yōu)椤?”后的1 s內，1 s后恢復為正常運行母線保護邏輯；母線保護在充電邏輯有效時間內，如滿足動作條件，瞬時跳母聯(lián)斷路器；如300 ms后，母聯(lián)斷路器仍沒有跳開，開放母差保護跳運行母線。

2.1.3.2 充電死區(qū)動作行為分析

a）為了清楚說明此邏輯的作用，特對充電到死區(qū)、區(qū)內、區(qū)外3個過程進行分析比較。

b）對于CT2安裝情況，當有大差電流而母聯(lián)無電流時，這是充電到F2死區(qū)故障情況，此時充電保護無法動作，只能通過充電死區(qū)閉鎖邏輯瞬時閉鎖差動保護，且同時跳母聯(lián)開關，如果故障在300 ms后仍沒有切除就跳運行Ⅰ母線元件。

c）當有大差電流且母聯(lián)有電流時，這是充電到Ⅱ母線上故障情況，此時大差元件和Ⅱ母線小差元件動作（充電保護也動作），瞬時跳母聯(lián)開關，Ⅰ母線仍然可以正常運行。

圖4 充電閉鎖母線差動邏輯圖

d）當無大差電流而母聯(lián)有電流時，這是充電到支路上的故障，此時大差元件、小差元件均不動作，此故障由充電保護切除。

e）此邏輯僅適用于斷路器側母線向CT側母線充電的情況，反之充電則是屬于合位死區(qū)邏輯范疇。

f）同理，對于CT1死區(qū)故障情況的動作行為與CT2死區(qū)故障同對應。

2.2 雙側CT安裝情況

母聯(lián)開關處有2組CT時，一般2組CT安裝在母聯(lián)開關的兩側（常見于GIS設備中），如圖1所示。此種情況一般是每側CT只有1個保護級二次繞組，而繼電保護要求母線元件必須雙重化配置，這樣2套保護的母聯(lián)電流就分別取自不同的CT二次繞組。為了分析方便假如第一套保護采用了CT1，而第二套保護采用了CT2。

2.2.1 合位死區(qū)及動作行為分析

當發(fā)生F2故障時，2套保護的獨立表現(xiàn)是：對于第一套保護，此故障屬于Ⅰ母線小差區(qū)外，Ⅱ母線小差區(qū)內，不判為合位死區(qū)，第一套保護瞬跳母聯(lián)和Ⅱ母線元件；對于第二套保護，由前可知，此故障屬于Ⅰ母線小差區(qū)內，Ⅱ母線小差區(qū)外，母線保護是跳Ⅰ母線元件和母聯(lián)，此時保護不需經150 ms延時判死區(qū)，死區(qū)故障就已經切除了。

2.2.2 分位死區(qū)及動作行為分析

當發(fā)生F2故障時，2套保護的獨立表現(xiàn)是：第一套保護不動作，第二套保護判為分位死區(qū)故障跳Ⅱ母線元件。對于F1故障時，動作行為與F2故障同對應。

2.2.3 充電死區(qū)及動作行為分析

當Ⅰ母線向Ⅱ母線充電發(fā)生F2故障時，2套保護的獨立表現(xiàn)是：第一套母線保護內的充電保護動作跳母聯(lián)，Ⅰ母線正常運行；第二套母線保護判為充電死區(qū)故障只跳母聯(lián)，Ⅰ母線正常運行。對于Ⅱ母線向Ⅰ母線充電發(fā)生F1故障時行為與此類同對應。

綜上所述，由于2套保護采用了不同安裝位置的CT電流，所以2套保護的動作行為出現(xiàn)了不一致的情況。雖然死區(qū)故障可以切除，但動作行為不是真正意義上繼電保護雙重化配置要求的結果。另外在實際的事故中，會對事故分析造成干擾，引起誤導錯判現(xiàn)象的發(fā)生。

3 結論

死區(qū)保護是母線保護中附帶的一個保護功能，在實際測試中容易被忽視，但母線保護是一個涉及多間隔的保護設備，在現(xiàn)場測試中不應忽視任何一個保護邏輯，應該充分理解和掌握母聯(lián)死區(qū)故障邏輯中的相互配合關系，理清各種死區(qū)故障的動作行為過程，避免出現(xiàn)試驗中的隨意性。另外，在母聯(lián)CT設計時，應要求一次設備廠家配有足夠數(shù)量的保護級二次繞組，以滿足2套母線保護電流的正常取用，真正實現(xiàn)保護雙重化配置的原則要求。