單母分段接線方式下母線故障的保護分析

李躍軍

(太原供電分公司，山西 太原 030009)

單母分段接線方式下母線故障的保護分析

李躍軍

(太原供電分公司，山西 太原 030009)

通過介紹110 kV變電站單母分段接線方式及其備用電源自動投入邏輯，分析了沒有母差保護情況下母線故障會導致全部負荷失電的后果，提出并分析了3種解決方案，得出分段開關保護沒有可操作性，用進線保護閉鎖備自投在實踐中受變壓器勵磁涌流的影響可靠性差，母差保護是一種較為理想的解決方案。

單母分段接線；備自投；母差保護；勵磁涌流

在110 kV電網中的終端變電站或者沒有穿越功率流過的變電站中，主要采用的接線方式為橋形接線和單母分段接線方式，并且配置備用電源自動投入(以下簡稱“備自投”)裝置來提高系統供電可靠性。橋形接線的繼電保護配置中，母線被包含在主變的差動保護范圍內，母線故障可以被快速隔離，在備自投裝置的配合下，能自動快速恢復供電；在單母分段接線的繼電保護配置中，母線不在主變的差動保護范圍內，而且大多數變電站沒有配置母差保護，母線故障只能依靠電源對側的線路保護動作來隔離，當備自投裝置動作恢復供電后，母線故障依舊存在，從而導致全站失電。本文主要探討單母分段接線方式下為母線配置保護的幾種方法。

1 單母分段接線及其備自投邏輯

圖1 單母分段接線

單母分段接線方式見圖1，有3種運行方式：①兩路進線131、132各帶一段母線運行，110 kV母聯130斷路器熱備用，此時備自投方式為橋開關備自投。②進線131線路帶兩段母線運行，進線132斷路器熱備用，此時備自投方式為進線L2備自投。③進線132線路帶兩段母線運行，進線131斷路器熱備用，此時備自投方式為進線L1備自投。上述3種運行方式與內橋接線的3種運行方式極為相似。單母分段接線備自投的動作邏輯為：

(1)進線備自投邏輯(以備進線L2為例)：充電完成后，A母、B母均失壓，在備用線路L2有電壓、橋斷路器130在合位的情況下跳開工作線路斷路器131、合備用線路斷路器132，取工作線路L1電流作為該線路失壓的閉鎖判據，防止PT斷線時備自投裝置誤動。

(2)橋開關備自投邏輯(以A母失壓為例)：充電完成后，A段母線失壓，在B段母線有壓的情況下，跳開131，合上130，取工作線路L1電流作為母線失電的閉鎖判據，防止PT斷線時誤動。

2 單母分段接線方式下母線故障時存在的問題

對于110 kV單母分段這種簡單接線方式，一般作為終端變電站，其母線不配置母差保護，主變差動保護范圍為從主變高壓側斷路器的電流互感器到主變低壓側斷路器的電流互感器，如圖1中，1號主變差動保護的保護范圍為101斷路器CT到主變本體和低壓側斷路器CT到主變本體。所以，單母分段接線中母線不在主變保護范圍內，母線故障依靠對側線路保護來隔離故障。此時備自投不會閉鎖仍然會動作，如圖1中，110 kV A段母線故障，此時故障不在主變保護范圍內，兩臺主變保護均不會動作，也不會去閉鎖備自投。而母線沒有配置保護，故障必須依靠線路對側保護動作隔離故障。當運行方式為方式①時，線路對側隔離故障后，滿足進線備自投邏輯的條件跳開131斷路器后合上130斷路器，從而合于故障元件。當運行方式為方式②時，線路對側隔離故障后滿足備自投動作條件，跳開131斷路器后合上132斷路器，從而合于故障元件。當運行方式為方式③時，線路對側隔離故障后滿足備自投動作條件，跳開132斷路器后合上131斷路器，從而合于故障元件。

3 解決方法

3.1 在分段開關上配置保護

當運行方式為方式②或③時，若為分段開關配置保護，當分段開關后段母線故障時，用分段開關隔離故障，就能保住分段開關前的母線和變壓器繼續運行,從而減小全站失電的概率。但是實際上由于母線距離太短，低壓側負荷又很大，在保護定值上很難滿足靈敏度的要求，所以在分段上實際只配置有充電保護。

3.2 在進線開關上配置保護

當一段母線故障時，線路對側開關保護動作隔離故障后，分段開關備自投應該被閉鎖，一種辦法是在兩個線路上分別增加一套線路保護，配置I段反方向保護，其方向為線路指向母線，當母線故障時線路保護動作開出到備自投裝置，而當線路故障時由于方向為母線指向線路，與保護設置的方向相反，線路保護不會動作。

但是這種反方向保護在實際應用中有可能誤動作。以實際中某變電站一次進線線路上發生的故障為例，運行方式為②，進線對側配置有重合閘，且重合閘時間小于備投動作時間。線路對側距離Ⅰ段動作后，重合閘先動作合閘于故障，后加速動作使進線L1失壓。這時進線L2備自投沒有動作，從而導致全站失電。我們查找原因時發現進線L2備自投沒有動作的原因是被配置在131的反方向保護閉鎖了。當L1線路故障時，閉鎖信號并沒有產生，可是當線路重合時閉鎖信號產生了，原因在于線路重合時2號主變產生的勵磁涌流使131的反方向保護動作。

在變壓器空載合閘或者變壓器外部短路故障被切除端電壓突然恢復時，磁通分量中的直流分量引起鐵芯飽和，此時鐵芯相對磁導率接近于1，變壓器從原方看進去，其勵磁回路相當于是一個空心電感線圈，等效電感降低，在變壓器原邊會產生三相涌流，即勵磁涌流。勵磁涌流的峰值很大，含有很大的非周期分量，使得涌流波形在最初幾個周期內完全偏于時間軸的一側。131保護感覺到的勵磁涌流的方向是不確定的，如果是反方向則誤閉鎖了備自投。

3.3 配置母差保護

母差保護價格昂貴，但是母差保護有母線故障判別能力和故障母線的選擇能力，對于母線故障能快速準確地切除，并且在與備自投的配合上，它可以開出信號去閉鎖分段開關備自投。

在運行方式①下，當110 kV某段母線故障，母差保護動作并閉鎖分段開關備自投，這樣既有效隔離了故障，又能保留住1臺主變，利用低壓側備自投實現對全站負荷持續供電。在運行方式②下，如A母故障，母差動作跳開131、130、101斷路器，這時A、B母均失壓，L2有壓，L1無流，備自投動作合上132，從而恢復2號主變供電；如B母故障，母差動作跳130、132、102斷路器，這時A母仍有壓，備自投動作條件不滿足，1號主變仍在運行，利用低壓側備自投實現對全站負荷持續供電。運行方式③類似方式②。

綜合來看，配置母差保護是一種比較理想的解決方法。

4 結束語

在110 kV變電站中存在為數不少的單母分段接線方式，大多數都沒有配置母差保護，母線故障只能依靠對側開關來隔離，其結果就是全站負荷丟失。本文分析了幾種解決方法，在分段開關上配置保護，其定值在實際運用中無法滿足靈敏度的要求，沒有可操作性；在進線開關上配置保護來閉鎖備自投，在實際運用中會受到主變壓器勵磁涌流的影響而誤動作，可靠性差；母差保護雖然價格昂貴，但是在母線故障判別、故障母線選擇以及與備自投的配合上，都是一種較理想的選擇。

Bus fault protection analysisunder the connectionmodeof a singlemother section

Li Yuejun

Thispaper recommends thewiringmode ofsectionalized singlebussubstation and the doings logic of the reserve power supply automatic connection device in 110 kV transformer.Itwill lose all power loadswhen there a breakdown in the bus if there is notbus differential current protection.Thispaper proposesand analyses three kindsofsolutions.ItHave no effectiveness to installadditional relay protection on the connection switch;Ithasbad dependability to installadditional relay protection on the power switch；It is a satisfactory solution to installbus differential currentprotection.

sectionalized single bus scheme;reserve power supply automatic connection device;bus differential current protection;magnetizing in-rush current

TM 645.11

A

1000-8136(2011)29-0036-02