對(duì)雙母線微機(jī)母線差動(dòng)保護(hù)裝置的分析與故障處理

丁強(qiáng)強(qiáng)

（湖南省電力公司懷化辰溪電力局，湖南 懷化 419500）

隨著科技的不斷發(fā)展，微機(jī)母線保護(hù)也被大量應(yīng)用，其種類越來(lái)越多，但是其應(yīng)用的主要原理還是沒(méi)有太多的變化，大多還是采用完全電流差動(dòng)原理構(gòu)成的母線差動(dòng)保護(hù)。母線差動(dòng)保護(hù)為分相式比率差動(dòng)，分別由各自的CPU板完成保護(hù)邏輯判別和跳閘出口。差動(dòng)回路包括母線大差回路和各段母線小差回路，母線大差為除母聯(lián)或分段開(kāi)關(guān)以外的所有支路電流構(gòu)成的差動(dòng)回路，某段母線小差為該段母線上所連接的所有支路（包括母聯(lián)或分段）電流構(gòu)成的差動(dòng)回路，大差用于判斷母線區(qū)內(nèi)或區(qū)外故障，小差用于選擇故障母線。只要母線連接支路數(shù)量不變，大差回路電流不受母線運(yùn)行方式變化的影響，而小差回路電流則要根據(jù)各支路刀閘位置進(jìn)行實(shí)時(shí)分配。

1、雙母線同時(shí)運(yùn)行時(shí)的母線保護(hù)原理

在電廠以及變電所需要的高壓母線上，為了提高供電可靠性，一般采用雙母線運(yùn)行的方式。母線差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作原理建立在基爾霍夫電流定律的基礎(chǔ)上，把母線視為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，比較各支路電流瞬時(shí)值的正、負(fù)，即相位。為提高保護(hù)靈敏度，采用綜合判據(jù)。

目前在市局的220千伏等級(jí)變電站的母線上都已配置了雙重微機(jī)母線差動(dòng)保護(hù)來(lái)作為母線的主保護(hù)。雖然微機(jī)母線保護(hù)的構(gòu)成比較復(fù)雜，但其基本工作原理仍然可以用普通繼電器構(gòu)成的母線保護(hù)進(jìn)行描述。其接線原理如圖1所示。

根據(jù)圖1分析，電流差動(dòng)保護(hù)原理接線圖由三組組成。第一組由L1、L2、母聯(lián)及差動(dòng)繼電器KD1組成；第二組由L3、L4、母聯(lián)及差動(dòng)繼電器KD2組成；第三組由所有線路、母聯(lián)及差動(dòng)繼電器KD3組成，作為整個(gè)保護(hù)起動(dòng)元件。Ⅰ和Ⅱ母線各接二回出線（QF1、QF2和QF3、QF4），母聯(lián) QF5合上。KD1、KD2分別為Ⅰ母和Ⅱ母的小差動(dòng)繼電器，KD3為大差動(dòng)繼電器。其中全部出線的TA二次回路（即L1～L4）與大差動(dòng)繼電器KD3構(gòu)成大差動(dòng)回路；Ⅰ母所屬的出線L1、L2及繼電器KD1與母聯(lián)QF5構(gòu)成Ⅰ母小差動(dòng)；Ⅱ母所屬的出線L3、L4及繼電器KD2與母聯(lián)QF5構(gòu)成Ⅱ母的小差動(dòng)。大差動(dòng)用來(lái)判斷全站是否存在母線短路，而小差動(dòng)則用來(lái)判斷故障在哪段母線。

2、差動(dòng)保護(hù)功能調(diào)適

2.1 模擬母線區(qū)外故障。條件：不加母線電壓，使“差動(dòng)開(kāi)放”燈亮。任選同一條母線上的兩個(gè)變比相同的元件，在這兩個(gè)元件的電流回路里同時(shí)加入單相電流（同一相），電流大小相等（1-10A）方向相反。此時(shí)觀察面板顯示中：這條母線的大差電流和小差電流應(yīng)等于零。這條母線差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作。

圖1 雙母線同時(shí)運(yùn)行時(shí)元件固定連接的電流差動(dòng)保護(hù)原理接線圖

圖2 當(dāng)元件固定連接保護(hù)區(qū)外短路

圖3 內(nèi)部短路

圖4 固定連接破壞，且外部短路

2.2 模擬母線區(qū)內(nèi)故障。條件：不加母線電壓，使“差動(dòng)開(kāi)放”燈亮。 任選一段母線上的一個(gè)元件，在該元件的電流回路中施加任意相電流，電流值大于差動(dòng)門檻定值時(shí)；母線差動(dòng)保護(hù)應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作，切除母聯(lián)及該元件所在母線上的所有元件，母線差動(dòng)動(dòng)作信號(hào)燈亮。

圖5 固定連接破壞，內(nèi)部短路

2.3 模擬雙母線倒閘操作過(guò)程中母線區(qū)內(nèi)故障。條件：不加母線電壓，使“差動(dòng)開(kāi)放”燈亮。任選一條母線上的一個(gè)元件，合上該元件的Ⅰ母隔離開(kāi)關(guān)及Ⅱ母隔離開(kāi)關(guān)。在該元件的電流回路中施加單相電流，電流值大于差動(dòng)門檻定值；母線差動(dòng)保護(hù)應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作，切除母聯(lián)及母線上所有的支路元件，Ⅰ母、Ⅱ母差動(dòng)動(dòng)作信號(hào)燈點(diǎn)亮。

2.4 復(fù)合電壓閉鎖在Ⅰ母PT二次回路中。任選該段母線上的一個(gè)元件，在其電流回路中加載單相電流，電流值大于差動(dòng)門檻定值，此時(shí)Ⅰ段母線差動(dòng)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。若電壓回路中不加電壓，也就是說(shuō)只要在母線失壓的情況下，便滿足了差動(dòng)保護(hù)開(kāi)放的先題條件。

2.5 CT斷線告警及閉鎖

差動(dòng)保護(hù)。在兩段母線PT二次回路加載正常三相對(duì)稱電壓，任選一段母線上的一個(gè)元件在其電流回路中加載單相電流，電流值大于CT斷線門檻值，大于差動(dòng)門檻定值。母線差動(dòng)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，經(jīng)延時(shí)，裝置報(bào)“CT斷線告警”信號(hào)，保持加載電流不變，將母線電壓降至0V，此時(shí)母線差動(dòng)保護(hù)還是不會(huì)動(dòng)作。

根據(jù)上圖2～圖5可知：（1）固定連接未破壞，區(qū)外短路故障時(shí)，保護(hù)不起動(dòng)；內(nèi)部故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作具有選擇性；（2）固定連接破壞，外部短路故障時(shí)，保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)；（3）固定連接破壞，且內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)將失去選擇性。

3、微機(jī)母線保護(hù)在不同主接線方式下實(shí)現(xiàn)方案

3.1 差動(dòng)回路及出口邏輯表示方法的假設(shè)

在微機(jī)母線保護(hù)差動(dòng)回路的計(jì)算和出口回路的動(dòng)作邏輯都與刀閘位置有著密切關(guān)系，為了下面表述的方便，我們用表示N單元Ⅰ母刀閘位置，用表示N單元Ⅱ母刀閘位置，其值為0或1（0表示刀閘分，1表示刀閘合），用表示母聯(lián)的運(yùn)行狀態(tài)，其值為0或1（0表示母聯(lián)分，1表示母聯(lián)合），用表示N單元的電流數(shù)字量，表示母聯(lián)的電流數(shù)字量，表示N單元的動(dòng)作情況（0表示動(dòng)作，1表示不動(dòng)作）。分別表示Ⅰ母和Ⅱ母的故障情況（0表示不故障，1表示故障），出線單元在這里我們把它都看成可倒單元。

3.2 雙母線接線方式

雙母線接線方式是比較常見(jiàn)的一次接線方式。也是一種比較典型的一次接線方式。在微機(jī)母線保護(hù)中，對(duì)正常的出線單元通過(guò)刀閘輔助接點(diǎn)的判斷來(lái)確定本單元的電流處于哪一差動(dòng)回路，出口回路也是通過(guò)刀閘輔助接點(diǎn)來(lái)判斷是否處在故障母線。在雙母線中，母聯(lián)是特殊單元，通過(guò)對(duì)母聯(lián)電流互感器的極性的特殊約定，母聯(lián)可以作為Ⅰ母的單元也可以作為Ⅱ母的單元。假定母聯(lián)極性與Ⅱ母單元極性相同，我們可以通過(guò)一定的表達(dá)式來(lái)表示電流回路電流和出口回路的動(dòng)作邏輯。

結(jié)語(yǔ)

為保證電力變壓器等重要電力元件的安全穩(wěn)定運(yùn)行，保證快速切除故障，懷化電網(wǎng)220KV母線裝設(shè)了母差保護(hù)，隨著大容量變壓器在電網(wǎng)中逐步推廣，流變變比的更新要求迫切，應(yīng)用能夠靈活調(diào)整流變變比不一致的微機(jī)母差保護(hù)勢(shì)在必行。

[1]周曉龍，王攀峰，田盈等.淺談雙母雙分段母線保護(hù)配置中的若干問(wèn)題[J].繼電器，2004，32(8).

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[3]柳潤(rùn).變壓器差動(dòng)保護(hù)原理及裝置的研究[D].華中科技大學(xué).2004.