電力系統低壓母線保護分析探討

摘 要:文章對變電站主變低壓母線和發電廠廠用6kV母線保護的現狀和存在的問題進行了分析，討論了裝設快速母線保護的必要性和可行性，并提出了實現母線快速保護的新方案。

關鍵詞:變電站發電廠低壓廠用母線快速保護

中圖分類號:TP39文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(a)-0077-01

在電力系統中，35kV及以下電壓等級的母線由于沒有穩定問題，一般不要求裝設專用母線保護。但由于變電站的10kV系統出線多、操作頻繁、容易受小動物危害、設備絕緣老化和機械損傷等原因，10kV開關柜故障時有發生[1]。

經運行實踐表明，雖然近年來高壓開關柜的設計制造技術進步很快，10kV母線發生故障的機率大為減少，但仍然有因個別開關柜故障引發整段開關柜“火燒聯營”的事故發生，甚至波及到變壓器，直至造成變壓器的燒毀。

1 低壓側母線保護現狀

1.1 低壓側母線保護的應用現狀

根據國標《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》(GB50062－92):對于發電廠和主要變電所的3～10kV母線及并列運行的雙母線，只要在下列情況下才裝設專用的母線保護:

(1)需要快速而有選擇地切除一段或一組母線上的故障，才能保證發電廠及電力網安全運行和重要負荷的可靠供電時;2)當線路斷路器不允許切除線路電抗器前的短路時。

在變電站的設計中，低壓側母線故障要靠主變壓器低壓側的后備保護來切除。

常見的220kV(110kV)變電站低壓母線，在主變低壓側母線或斷路器發生故障時，要靠變壓器低壓側的過流保護跳開斷路器來切除故障。同樣的問題也存在于發電廠的6kV(10kV)廠用電系統，當中壓廠用電系統發生母線故障時，要靠廠用變壓器或啟動/備用變壓器低壓側的過流后備保護來切除。

目前，我國6kV系統保護的整定原則無具體要求，各電廠整定值大多是參考電網后備保護的原則，一般在1.5～2.0s。確定分支過流動作時間，應首先按變壓器的熱穩定能力確定變壓器的最長允許切除時間。

1.2 對低壓側母線保護的技術要求，主要包括以下幾個方面

(1)保護可靠性要求高，不允許拒動和誤動。特別是對防止誤動的要求更高，如果是發生誤動，后果很嚴重。(2)保護的構成應盡可能簡單。不大量增加一次設備(如電流互感器)和外部電纜，而且施工和改造工作簡單易行。(3)保護不受運行方式的影響，可以自動適應母線上連接元件的改變。(4)保護既可獨立安裝，也可以適應安裝在開關柜上的運行條件。

2 低壓側母線的保護

2.1 采用電流互感器第三個二次線圈構成差動保護的方案

為了解決在35kV、10kV系統發生母線故障時沒有快速保護的問題，最直接的方案就是配置常規的微機母線差動保護，把所有母線段上各回路的電流量引入差動保護裝置。該方案保護可以集中組屏布置在繼電器室內，也可以將保護布置在進線開關柜上。

近幾年，具備三個二次線圈的電流互感器開始出現和應用，這為實現低壓母線短路故障的快速保護創造了有利條件。

但是在實施這一方案時，經常會受到現場條件的限制。該方案的缺點是需增加的二次電纜較多，電纜投資大，現場施工工作量大。而且，如不增加電壓閉鎖回路，在發生TA斷線情況時，保護的可靠性較低。

2.2 利用各開關柜內綜合保護構成的母線快速保護方案

其原理是利用各開關柜綜合保護提供的故障信息(硬接點)，經匯總后進行綜合分析和邏輯判別，來實現低壓側母線短路故障的快速切除。母線故障的快速保護功能“鑲嵌”在進線保護裝置及分段保護裝置內，不以獨立的母線保護裝置形態出現。

出線上的所有單元的瞬時動作接點并聯后接入后備保護裝置，以閉鎖后備保護裝置的母線速斷保護。當故障發生在母線之外，則必有某一個回路的綜合保護發出閉鎖信號，這樣進線保護(或分段保護)被可靠閉鎖;如果故障發生在母線上，則進線保護接收不到閉鎖信號，經一短延時(該延時主要是為躲開暫態過程，提高保護可靠性，一般小于100ms)后出口跳閘。在母線區域內發生故障時，將快速切除進線斷路器，在用分段斷路器帶母線運行時，保護將快速切除分段斷路器。

該方案的特點是在構成上不需要增加和改變TA和TV設備和回路，只是在綜合保護上增加構成母線快速接點的配合接點，增加的電纜也不多。其缺點一是變壓器低壓側并列運行，無法正確選擇故障母線;二是低壓側出線如為有源線路，無法區分母線和線路故障;三是對相繼故障(線路故障轉為母線故障)。因此，此方案可作為220kV及以上變電站中分段運行及無電源出線，且現有TA配置不滿足加裝母差保護要求的低壓側母線的快速保護。

3 發電廠6kV廠用母線保護改進的可行性探討

3.1 為分支增設限時速斷保護的改進方案

(1)根據不同發變組的具體情況，在原有分支過流的基礎上增設一段限時速斷，電流定值按躲開該母線的啟動電流，且6kV母線故障有一定的靈敏度來整定，時限只與6kV負荷開關的電流速斷保護配合，按大于負荷開關速斷保護的動作時間與6kV開關的掉閘時間之和的原則，一般取為0.5～1.0S。(2)將原有的分支過流電流定值按大于最大負荷電流乘以一定的可靠系數重新整定，時間則按躲過6kV大型電動機的啟動時間整定。(3)對于高備變的分支保護，因可能還需要各工作段的備用進線開關配合，所以可將備用進線開關按上述方法改造。

提出這樣的改進方案的出發點在于增加的限時速斷不但可以作為6kV負荷開關的后備保護，而且還可作為廠變出口故障的主保護，以減少廠高變的損壞概率，將原有分支過流整定值放低后，在大多情況下可作為廠低變及高壓電動機的后備保護。

3.2 為6kV母線加裝簡易母線保護

由于廠用6kV母線出線開關數量大，采用常規的電流求和構成的典型母差保護顯然不合理，在不增加各負荷開關TA的情況下，可以只用各負荷開關的原保護動作信號及分支開關的保護動作信號經相應的邏輯電路來實現母線保護的功能。

3.3 為6kV母線加裝弧光保護

該保護利用6kV母線及開關柜內發生故障時必有弧光產生的現象，在每個柜內或幾個柜中裝設一個弧光檢測探頭，當檢測到弧光信號后，經很小的延時斷開分支開關切除故障。為提高保護的抗干擾能力，可用分支過流保護的動作接點加以閉鎖，即在有弧光產生且分支過流繼電器動作時，保護出口斷開分支開關。

4 結語

綜上所述，電力系統低壓側常規的保護方案顯然不能滿足快速切除故障的要求，在變電站的低壓母線和發電廠6kV廠用母線上裝設快速保護是很有必要的，對電力系統的安全穩定優質運行具有非常重要的意義。

參考文獻

[1]劉翠，王志南.10kV變電所母線保護的分析與應用[J].當代化工2010.

[2]董杰，黃生睿，劉全，杜振華，張友.電廠6kV系統級聯保護方案[J].電力系統保護與控制，2010.

[3]范錫普.發電廠電氣部分[M].電力出版社.