220 kV變電站母線保護改造方案探討

郭林杰

(廣東電網公司佛山供電局，廣東 佛山 528200)

220 kV變電站母線保護改造方案探討

郭林杰

(廣東電網公司佛山供電局，廣東 佛山 528200)

目前，南網一些220 kV變電站由于運行時間比較久，出現了設備老化、部分母線保護設備超期服役的現象，根據統計數據，從2012年至今，這些220 kV變電站母線保護設備的故障率在不斷增高。現根據母線保護的原理，分析了現行微機母線保護和原始母線保護的優缺點，并根據母線保護改造的實際施工過程，總結出母線保護改造的最優方法和實際施工過程中的注意事項。

220 kV變電站；母線保護；差動保護；母差

0 引言

母線是指選用導電性能比較好的材料制成的，用于傳輸電能的裝置，它具有匯集和分配電能的作用。在電力系統中，母線是最重要的裝置之一，如果母線發生故障，將是電力系統中最為嚴重的故障，因為它將影響到其他電力設備的安全運行，更嚴重的還會導致一些關鍵設備的損壞停運，造成大面積的停電事故，對整個電網的運行造成很大的危害。隨著電力技術的不斷發展，電網電壓不斷提高，人們對母線運行的安全性要求也越來越高，對母線保護的快速性、靈敏性、可靠性和選擇性也提出了更高的要求。

220 kV變電站中母線的主保護一般都是采用差動保護，并采用TA斷線和復合電壓2種方式進行閉鎖；同時還設立一些輔助的保護，主要包括短路失靈保護、母聯死區保護、母聯失靈保護、母聯過流保護和母線充電保護。

根據國家標準GB14285—2006《繼電保護及安全自動裝置技術規程》的要求，220 kV變電站母線上的保護要能有選擇性地切斷任意一組母線，而不影響其他母線的正常運行。

1 220 kV變電站傳統母線保護的現狀

某些變電站由于建造得比較早，母線保護都是采用普通的電子式的差動保護，即比率制動式母差保護，這種保護方式利用輔助接點來控制繼電器從而切斷故障母線回路，輔助接點和繼電器的狀態監測依靠的是普通的指示燈，但無法判斷輔助接點和控制繼電器是否存在故障現象。因此，這種保護存在一定的安全隱患。

2 現行微機母線保護的特點及原理

隨著繼電保護技術的不斷發展，母線保護已經逐漸脫離了原始的保護控制方式，微機化已經成為母線保護發展的普遍趨勢。微機型母線保護和傳統型母線保護相比有以下幾點優勢：

(1) 微機母線保護裝置可以通過調整系數來對TA進行整定，并且微機母線保護裝置對TA保護具有獨特的判據；

(2) 微機母線保護裝置有不同的接口形式，可以通過不同的通信方式與后臺對接，實現對母線保護和母線控制裝置的遙信和遙控；

(3) 微機母線保護裝置利用了微型計算機強大的計算能力，來實現比率制動特性的電流瞬時值的精確計算，確保母線差動保護的及時性和有效性。

根據KCL定律，母線系統在正常工作的狀態下時，其流入和流出電流的向量和是0，即∑I=0，當母線系統中出現故障時，∑I=∑IK，其中IK是短路故障電流，這時母線上的母差保護裝置動作，就可以有選擇性地切斷故障電流。其實母線差動保護裝置的保護范圍是固定的，即母線和連接在母線上的電氣設備，具體如圖1所示。

圖1 母線差動保護的范圍

母線的差動回路包括大差回路和小差回路，大差回路是指母聯線路中除了母聯開關和分段開關外所有支路電流構成的差動回路；小差回路是指該段母線所連接的包括母聯和分段斷路器的所有支路電流構成的差動回路。微機型母線差動保護是由能夠反映出單相故障和相間故障的分相式比率差動元件構成，目前110 kV母線系統基本上都采用雙母線形式，雙母線的差動保護就包括大差動保護回路和小差動保護回路。其中大差用于判斷母線區域內和區域外的故障，小差用于故障母線的選擇。

為了確保母線保護系統的安全性和準確性，根據標準要求220 kV以上的母線保護系統均采用雙冗余的方式配置保護裝置(圖2)，即每條母線上均采用2套母線保護裝置。母線保護裝置采用雙冗余的方式，可以在母線保護檢修時或母線保護出現故障時，減少繼電保護的誤動作，提高供電的可靠性。母線保護采用雙冗余方式配置，要遵循以下幾點原則：

(1) 2套相同的母線保護裝置電源應取自不同的蓄電池；

(2) 2套母線保護裝置與斷路器的2組跳閘線圈對應時，其保護電源和控制電源應取自同一組直流電源。

圖2 雙冗余母線保護系統

母線微機保護裝置一般都是由3個部分組成，分別是保護系統、閉鎖系統和管理系統。保護系統主要用于母線系統中開關量和模擬量信號的采集，并對采集來的信息進行邏輯判斷，最終輸出控制信號到TJ；閉鎖系統主要完成各電壓量的采集，并根據信息判斷系統的閉鎖信息，輸出到BJ；管理系統主要用于人機交互管理，信息數據記錄、存儲，保護設備與后臺系統的通信管理等。

3 具體的改造施工要求和安全防護措施

220 kV變電站母線保護改造施工相對來說比較復雜，部分還需要進行帶電作業，對人員和設備的要求比較高，需要嚴格的操作管理制度和經驗比較豐富的施工人員才能進行改造施工。施工前需要有完善的施工作業指導書，并由保護設計人員進行交底指導；還需要辦理好相關的操作手續，并做好現場和人員的安全防護措施。

母線保護改造可以分為3個步驟來實施：

(1) 新的母線保護裝置的提前安裝調試；

(2) 原母線保護裝置的拆除和退出；

(3) 新母線保護的安裝調試和投入。

為了節約施工時間，可以將新增的母線保護裝置在變電站中預先分裝好，并做好相應的檢驗和試驗工作。在操作時，尤其是在鋪設電纜的過程中，由于原裝置并沒有停電，所以一定要做好足夠的防護措施，例如接入點小母線為上下2層，之間就需要用絕緣板進行遮蔽；接入的過程中施工人員要戴好絕緣手套，一根一根地接入，每接入一根電纜就要用萬用表進行確認，確保接入無誤后才能進行接下一根線的接入操作；整個施工過程中要確保無短路事故發生，全部完成以后還要用萬用表進行相序的核定。所以在操作之前，要對整個施工過程中的危險源進行梳理，根據以往的經驗，母線保護改造施工中的危險點可以參照表1。

表1 電纜二次線安裝中的危險點

裝置組裝完畢后，要通知母線保護生產廠家的技術人員對設備進行現場校核，一切工作準備完畢后，可以申請停電，進行下一步的操作。下一步操作就是原母線的拆除，拆除前首先要退出原母差保護屏所有保護出口，然后再退出電源裝置，最后才能進行二次線拆除，二次線拆除首先要拆除跳閘回路電纜，拆除過程應在運行人員監護下進行，拆除前要進行校線，經運行人員確認無誤后方可拆除。跳閘回路拆除后再拆除信號回路，包括母線刀閘用于PT切換回路的二次線，同樣拆除前要進行校線，確認無誤后方可拆除。最后拆除的是電流回路，由于母聯回路的CT都處于工作狀態，所以電流回路的拆除工作是比較危險的，拆除前要先用鉗表進行校線，確認無誤后就地將端子箱內CT繞組短接，短接后再用鉗表確認是否有電流，如果無電流，再將電纜拆下，并接入本次新敷設的線路電纜，接入時要確保牢固、可靠，新電纜接入后兩側再用鉗表確認無電流，最后拆除短接線，拆除時分相進行，每拆除一相后用鉗表確認電流，這樣可以達到通流試驗的效果。

二次線拆除后，再拆除保護柜上的小母線，二次線和小母線拆除后，就可以將原母線控制柜拆除并運出變電站，再將新的母線保護裝置二次線接入系統。

母線保護裝置、二次回路經檢驗正確后，具備投入電網運行條件，可以按調度命令投入此保護。但在投入保護前，還是要進行投運前的檢查的。具體如：

(1) 要確定直流工作電源的正確性和穩定性；

(2) 確認裝置的差動保護投入功能在正常的工作狀態；

(3) 確認其他保護功能投入的切換開關位置或壓板與保護定值單要求相符；

(4) 接入各單元電流后，檢查確認各單元電流極性正確，查看電流顯示是否在允許范圍以內。

4 結語

220 kV變電站母線保護對于變電站中各設備的安全運行來說有著非常重大的意義，可以降低設備損壞的風險，降低變電站的運營成本。對于老的變電站來說，母線保護的改造升級可以進一步提升變電站運行的抗風險能力。但母線保護裝置的改造是存在安全隱患的，所以在改造的過程中一定要做好設備的防護和人身的防護，并根據母線保護的基本原理和現行微機保護的原理充分論證改造方案的可行性，做到改造過程中的萬無一失。

[1]周波，李洪波，董永樂.關于母線保護改造中部分問題的探討[J].內蒙古科技與經濟，2010(1)

[2]宋方方.分布式母線保護的研究[D].保定：華北電力大學，2002

2014-06-25

郭林杰(1987—)，男，河南洛陽人，碩士研究生，研究方向：電力系統自動控制。