刀閘輔助觸點(diǎn)異常對(duì)母差保護(hù)的影響與防范措施

范艷華

（山西魯晉王曲發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 047500）

通常，當(dāng)母線內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，要求快速正確切除故障，當(dāng)外區(qū)出現(xiàn)故障時(shí)，則會(huì)要求其不要誤觸。多數(shù)220kV變電站的主出線方式均為雙母線方式，此種方式調(diào)度十分靈活，母線中的線路、旁路均要在母線上進(jìn)行切換。因此，為防止母差保護(hù)的可靠性，必須使其能夠正確識(shí)別母線運(yùn)行方式，從此角度看，刀閘輔助觸點(diǎn)是否正常直接影響母差保護(hù)動(dòng)作是否可靠。

1 刀閘輔助觸點(diǎn)異常的類型

以最常見的220kV變電站為例。由于變電站制造年限各不相同，部分變電站連接母線的刀閘觸點(diǎn)難以反映實(shí)際運(yùn)行情況，極有可能出現(xiàn)來(lái)回抖動(dòng)、黏連以及接觸不良的情況，這便會(huì)使得母線差動(dòng)保護(hù)對(duì)電流進(jìn)行計(jì)算時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤判斷，進(jìn)而影響到其保護(hù)的可靠性。就變電站目前運(yùn)行情況而言，其輔助觸點(diǎn)異?？纱篌w分為三種情形，分別是接觸不良，觸點(diǎn)黏連以及觸點(diǎn)抖動(dòng)。接觸不良指的是刀閘觸點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，其觸點(diǎn)開入狀態(tài)值應(yīng)當(dāng)為1，但觸點(diǎn)開入顯示值仍為0。觸點(diǎn)黏連指的是刀閘觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)時(shí)其狀態(tài)值應(yīng)當(dāng)為0，但觸點(diǎn)開入顯示值仍為1。觸點(diǎn)抖動(dòng)，此類情形指的是觸點(diǎn)顯示值在0與1間持續(xù)翻轉(zhuǎn)（1代表刀閘閉合，0代表刀閘開斷）。

1.1 接觸不良

假設(shè)電力系統(tǒng)某支路單元運(yùn)行狀態(tài)正常，若此時(shí)刀閘輔助接點(diǎn)出現(xiàn)接觸不良的情況，即刀閘觸點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，其觸點(diǎn)開入狀態(tài)值應(yīng)當(dāng)為1，但觸點(diǎn)開入顯示值仍為0，此時(shí)，途經(jīng)該支路的電源便不會(huì)進(jìn)入電流差回路。若該支路對(duì)側(cè)、電源側(cè)為此條支路提供電源，此條支路發(fā)生故障時(shí)，便極易引發(fā)母線差動(dòng)保護(hù)。若該條支路的負(fù)荷較小或不存在負(fù)荷，便不會(huì)引發(fā)母線差動(dòng)保護(hù)的現(xiàn)象。

當(dāng)該條支路的刀閘處于閉合狀態(tài)，但由于接觸不良現(xiàn)象，其保護(hù)裝置便不會(huì)處于互聯(lián)狀態(tài)。而保護(hù)裝置選擇故障母線的依據(jù)是對(duì)小差電流進(jìn)行判斷，這便會(huì)直接影響母差電流保護(hù)的敏感性，使其難以在預(yù)定時(shí)間內(nèi)對(duì)故障母線進(jìn)行切除，進(jìn)而無(wú)法縮小事故范圍。

1.2 觸點(diǎn)黏連

當(dāng)電力系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行倒母線后，若母線連接刀閘本該為斷開狀態(tài)，由于觸點(diǎn)黏連現(xiàn)象，使得與之相連的保護(hù)裝置判斷其仍舊為互聯(lián)狀態(tài)。此時(shí)，此部分發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，保護(hù)裝置便無(wú)法有效判斷出現(xiàn)故障的母線，極有可能同時(shí)切斷兩條母線，將事故范圍擴(kuò)大兩倍，進(jìn)而影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

除上述情況外，當(dāng)運(yùn)維工作人員對(duì)支路開關(guān)進(jìn)行檢修時(shí)，母線相連刀閘本應(yīng)處于斷開狀態(tài)，由于觸點(diǎn)黏連現(xiàn)象，與保護(hù)裝置互連的某組刀閘仍然顯示閉合。雖然此情況并不會(huì)對(duì)母線差動(dòng)保護(hù)產(chǎn)生影響，但當(dāng)該支路檢修完畢進(jìn)入運(yùn)行后，運(yùn)維工作人員將另外一組刀閘調(diào)整至閉合狀態(tài)時(shí)，保護(hù)裝置便會(huì)識(shí)別與此兩組刀閘相連的母線為互聯(lián)狀態(tài)，若發(fā)生故障，保護(hù)裝置便會(huì)同時(shí)對(duì)其進(jìn)行切除，擴(kuò)大事故波及范圍。

1.3 觸點(diǎn)抖動(dòng)

由于電力系統(tǒng)運(yùn)維次數(shù)較為頻繁，觸點(diǎn)黏連現(xiàn)象基本上不會(huì)出現(xiàn)。但如果刀閘出現(xiàn)接觸不良現(xiàn)象，或者相關(guān)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間未對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。那么，當(dāng)區(qū)內(nèi)故障出現(xiàn)時(shí)，刀閘觸點(diǎn)便會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象，如果其在保護(hù)裝置處的運(yùn)行狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)存在差異，將會(huì)引發(fā)上文1.1與1.2兩者的任意一種。

經(jīng)過(guò)對(duì)刀閘觸點(diǎn)異常類型的分析可得知，若刀閘實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)與保護(hù)裝置相連的節(jié)點(diǎn)位置存在差異，極為容易出現(xiàn)母差保護(hù)誤動(dòng)甚至拒動(dòng)，進(jìn)而增大事故范圍。因此，刀閘觸點(diǎn)的正常運(yùn)行與母差保護(hù)動(dòng)作存在直接影響。當(dāng)前電力系統(tǒng)中所使用的保護(hù)裝置基本均帶有刀閘自檢的功能，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)刀閘當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，以此保證母線差動(dòng)保護(hù)的可靠性。

2 刀閘輔助觸點(diǎn)異常對(duì)母差保護(hù)產(chǎn)生的影響

從上述對(duì)觸點(diǎn)異常類型的分析可以發(fā)現(xiàn)，電力系統(tǒng)中母線差動(dòng)保護(hù)是否能夠在區(qū)內(nèi)故障出現(xiàn)時(shí)進(jìn)行正確動(dòng)作會(huì)直接影響整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。若母線出現(xiàn)區(qū)外故障時(shí)，母線差動(dòng)保護(hù)不需要采取動(dòng)作，當(dāng)出現(xiàn)區(qū)內(nèi)故障時(shí)，母線差動(dòng)保護(hù)需要采取動(dòng)作，在預(yù)定時(shí)間內(nèi)對(duì)故障母線進(jìn)行判斷，并有針對(duì)性地切除故障，以此確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

由于雙母線的連接形式較為方便，電力系統(tǒng)能夠從負(fù)荷特點(diǎn)的角度出發(fā)，以實(shí)際情況為準(zhǔn)互相切換母線，整體調(diào)度較為靈活，所以此種連接方式多在變電站中使用。在母線切換過(guò)程中，母差保護(hù)相關(guān)裝置也必須對(duì)切換后的母線進(jìn)行判斷，隨著運(yùn)行方式的改變而變換，對(duì)電流差動(dòng)與跳閘回路進(jìn)行調(diào)整。從此處便可看出，在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，母差保護(hù)是否可以對(duì)一次系統(tǒng)的運(yùn)行方式進(jìn)行正確識(shí)別，會(huì)直接影響到其動(dòng)作的正確性，而判斷一次系統(tǒng)的運(yùn)行方式則要通過(guò)刀閘輔助觸點(diǎn)進(jìn)行判斷。所以，其觸點(diǎn)是否正確是影響母差保護(hù)動(dòng)作的核心因素。

3 刀閘輔助觸點(diǎn)異常對(duì)母差保護(hù)產(chǎn)生影響的防范措施

根據(jù)上文對(duì)刀閘輔助觸點(diǎn)異常類型與對(duì)母差保護(hù)產(chǎn)生影響的分析，得知刀閘觸點(diǎn)會(huì)直接導(dǎo)致母線差動(dòng)保護(hù)的不可靠。為避免此情況的出現(xiàn)，采取有針對(duì)性的措施是極為必要的，本文便以某地區(qū)220kV變電站為例，從硬件方面與軟件方面入手，說(shuō)明防止母差保護(hù)誤動(dòng)的具體措施。

3.1 A變電站簡(jiǎn)介

該變電站電壓等級(jí)為220kV，為降壓變電站，南側(cè)為彰武水庫(kù)，北側(cè)為依安林公路。此變電站中10kV部分使用單母線接線形式，出線方式為兩回出線。110kV部分則采用雙母帶旁母形式進(jìn)行連接，出線方式為十回出線。220kV部分則是采用雙母線接線形式，出線方式為四回出線。由上述變電站的接線方式與接線形式可發(fā)現(xiàn)，此變電站的運(yùn)維較為復(fù)雜，且難度較高。隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們對(duì)電能供應(yīng)的要求越來(lái)越高，為確保電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性，對(duì)此變電站的母線保護(hù)問題加強(qiáng)研究具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。該變電站所配備的保護(hù)有瓦斯、差動(dòng)、零序、間隙、非全相等，后備保護(hù)有閉鎖過(guò)流等。從此變電站的職能來(lái)看，其擔(dān)負(fù)著所在區(qū)域聯(lián)網(wǎng)與500kV系統(tǒng)下灌任務(wù)，并承擔(dān)周圍居民的日常用電，屬于樞紐變電站，若發(fā)生大面積停電便會(huì)對(duì)所在區(qū)域造成難以預(yù)估的損失。為確保其安全運(yùn)行，消除刀閘觸點(diǎn)異常尤為必要，下文便從硬件、軟件兩方面入手對(duì)防范措施進(jìn)行說(shuō)明。

3.2 硬件方面

該變電站為保證相應(yīng)保護(hù)裝置能夠識(shí)別刀閘實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，放棄了傳統(tǒng)一對(duì)接點(diǎn)的方法，采用兩對(duì)接點(diǎn)方法，使得保護(hù)裝置在對(duì)刀閘位置進(jìn)行識(shí)別時(shí)，對(duì)兩對(duì)接點(diǎn)進(jìn)行判斷，以此提高保護(hù)裝置對(duì)刀閘真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)的識(shí)別。雖然此種方法在實(shí)際施工時(shí)，會(huì)增加電纜數(shù)量，增大工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高保護(hù)裝置的計(jì)算量，但其識(shí)別準(zhǔn)確性會(huì)有顯著提升。因此，為最大限度降低大面積事故的發(fā)生，此變電站采取了此種方式。具體配置方式如下。

3.2.1 配置方式

根據(jù)相關(guān)規(guī)程要求，若變電站電壓等級(jí)在220kV或以上，則必須配備兩套母線。該變電站采用的則是型號(hào)為WMZ-41與RCS-915母線保護(hù)裝置。并在110kV設(shè)置了型號(hào)為WMH-800的微機(jī)保護(hù)裝置，其具體參數(shù)如下。

該微機(jī)保護(hù)裝置的芯片型號(hào)為TMS330C33XDSP，其制作工藝為六層印刷版，采用16位轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，機(jī)箱為6U機(jī)箱，插件可靠性極高，接插極為靈活，這些均為該保護(hù)裝置的靈活運(yùn)行打下了良好的基礎(chǔ)。此裝置是專門為母線保護(hù)設(shè)計(jì)的，主要應(yīng)用于電壓等級(jí)在500kV以下的各類接線形式母差保護(hù)。該裝置具有分項(xiàng)瞬時(shí)值差動(dòng)保護(hù)、閉鎖、分段母聯(lián)充電保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、非全相保護(hù)、失靈保護(hù)、死區(qū)保護(hù)、斷線告警、斷線閉鎖等，并有自動(dòng)識(shí)別、CT識(shí)別、CT變比、電壓電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示、開關(guān)量監(jiān)測(cè)、故障報(bào)告打印、事件報(bào)告打印等功能，從此可看出，該保護(hù)裝置的自檢功能十分完善。

WMH-800作為成熟的保護(hù)裝置，可通過(guò)隔離器件對(duì)刀閘開關(guān)量進(jìn)行隔離，并采用可靠性極高的插件連接至端子排，以此最大限度減少多余的配線，提高了保護(hù)裝置的穩(wěn)定性。為避免其內(nèi)部電路受到外界影響，可采用光隔離方法隔離強(qiáng)電與弱電，提高其抗干擾能力。其具體連接方式為從人機(jī)接口出發(fā)，下方分別經(jīng)連接電壓閉鎖、C相差動(dòng)保護(hù)、B相差動(dòng)保護(hù)以及A相差動(dòng)保護(hù)，此便是其邏輯組織關(guān)系。該裝置會(huì)對(duì)ABC三相進(jìn)行分別采樣，并將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再進(jìn)行命令開出，最大限度降低故障出現(xiàn)的概率。若三相同時(shí)出現(xiàn)故障，電壓閉鎖作為獨(dú)立單元可對(duì)電壓進(jìn)行采樣，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后對(duì)閉鎖條件進(jìn)行判斷，進(jìn)而開出命令。通過(guò)此四個(gè)單元的配合，可以在完成保護(hù)功能的情況下有效防止母差保護(hù)誤動(dòng)情況的出現(xiàn)。此部分中人機(jī)接口功能則是對(duì)所有保護(hù)單元進(jìn)行綜合管理，使保護(hù)單元能夠順利發(fā)送各類信息，為運(yùn)維管理人員提供操作性較強(qiáng)的人機(jī)界面。

3.2.2 刀閘觸點(diǎn)識(shí)別

本文第一部分與第二部分分析了刀閘誤觸對(duì)母差保護(hù)所產(chǎn)生的影響。當(dāng)母線出現(xiàn)區(qū)外故障時(shí)，由于電流互感器的存在，勵(lì)磁電流會(huì)有一定程度的增加，使得電流互感器處于飽和狀態(tài)。這也是不能通過(guò)變電站二次電流難以反映一次電流值的主要原因，此時(shí)，保護(hù)裝置便極易存在差動(dòng)電流，對(duì)保護(hù)裝置的動(dòng)作產(chǎn)生影響。從上述可得知，在變電站中設(shè)置電流互感器的飽和判斷是極為必要的。而WMH-800裝置的飽和檢測(cè)方法是根據(jù)差動(dòng)電流的顯示時(shí)間對(duì)其識(shí)別。當(dāng)區(qū)外故障發(fā)生時(shí)，互感器飽和，在故障出現(xiàn)與差電流出現(xiàn)時(shí)間內(nèi)，一次與二次電流能夠處于正確傳變，呈現(xiàn)的也是線性關(guān)系，若差電流顯示時(shí)間與查回路出現(xiàn)的時(shí)間一致，則代表為正常故障，便會(huì)觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，切除故障母線。而對(duì)刀閘觸點(diǎn)的識(shí)別方法則是采用電流平衡法進(jìn)行。當(dāng)電力系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，母線自身大小差是處于平衡狀態(tài)的，此時(shí)，便可以使用電流對(duì)觸點(diǎn)的運(yùn)行方式進(jìn)行校核。若發(fā)現(xiàn)大小差不平衡，則觸發(fā)異常告警，若是檢測(cè)到刀閘雙跨時(shí)也會(huì)觸發(fā)告警信號(hào)，提示運(yùn)維工作人員對(duì)其進(jìn)行注意，及時(shí)采取相應(yīng)措施。

3.3 軟件方面

該裝置所采用的軟件為廠家自帶。當(dāng)該裝置投入運(yùn)行后，微機(jī)會(huì)自動(dòng)對(duì)所有采樣點(diǎn)的大小差瞬時(shí)值進(jìn)行計(jì)算。若無(wú)區(qū)內(nèi)故障發(fā)生時(shí)，則會(huì)利用支路電流進(jìn)行檢測(cè)，判斷各個(gè)支路的運(yùn)行狀態(tài)，并將運(yùn)行正常的支路納入待選集。對(duì)待選集的排列組合是該裝置軟件中的重點(diǎn)，其算法應(yīng)當(dāng)能夠快速進(jìn)行收斂，以最快速度計(jì)算出平衡小差。當(dāng)前較為常用的算法有窮舉、回溯以及遞歸，由于回溯運(yùn)算量較大，窮舉適用范圍較小，因此，該裝置采用了遞歸算法，具體如圖1。

圖1 遞歸算法流程

在刀閘觸點(diǎn)自檢方面，若支路單元在裝置中顯示處于閉合狀態(tài)，但經(jīng)過(guò)檢測(cè)后不存在電流，或該支路單元在裝置中處于開斷狀態(tài)，但經(jīng)過(guò)檢測(cè)后存在電流。該軟件便會(huì)發(fā)出開入異常命令，點(diǎn)亮告警燈，提醒運(yùn)維工作人員。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，刀閘輔助觸點(diǎn)若處于異常狀態(tài)，會(huì)直接影響母差保護(hù)裝置的運(yùn)作，因此，加強(qiáng)對(duì)刀閘觸點(diǎn)的檢測(cè)是十分必要的。本文以某地區(qū)變電站為例，從硬件、軟件方面說(shuō)明了WMH-800保護(hù)裝置在變電站中的應(yīng)用方法，此裝置可有效提高母差保護(hù)運(yùn)行的可靠性。