母線死區(qū)故障保護邏輯的改進

馬騰飛，路學(xué)剛

(云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011)

母線死區(qū)故障保護邏輯的改進

馬騰飛，路學(xué)剛

(云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011)

介紹雙母接線中母聯(lián)帶單側(cè)CT和雙側(cè)CT兩種情況下，發(fā)生母線故障和母聯(lián)死區(qū)故障時的保護邏輯進行了闡述，指出傳統(tǒng)保護邏輯的優(yōu)缺點。針對現(xiàn)有母聯(lián)配置雙CT情況下發(fā)生死區(qū)故障依然要跳兩條母線的問題，對母線死區(qū)保護的邏輯進行改進，改進邏輯在死區(qū)故障時僅切除一條母線，較傳統(tǒng)邏輯有較大優(yōu)越性。

雙母線;母聯(lián);差動保護;死區(qū)故障

0 前言

母線是輸變電設(shè)備中最為重要的元件之一，母線起著匯集和分配電能的作用，母線發(fā)生故障將造成非常嚴重的后果，因此考慮到系統(tǒng)運行和操作的可靠性，國內(nèi)110～220 kV母線大都采用雙母線接線方式，在母聯(lián)斷路器兩側(cè)裝設(shè)一組或兩組CT［1－2］。盡管現(xiàn)代微機保護技術(shù)已經(jīng)相當成熟，但母線微機保護中仍有一大難點，那就是在母聯(lián)斷路器和母聯(lián)CT之間發(fā)生故障時，母差動作跳故障母線以及母聯(lián)斷路器后，故障依然存在，還要跳另一條母線，保護不能正確有選擇性地切除故障母線，這種故障稱為“死區(qū)故障”［3］。現(xiàn)有母線微機保護的保護原理采用帶比率制動特性的差動保護，并針對死區(qū)保護設(shè)置了相應(yīng)的保護邏輯。

文中首先介紹帶比率制動特性的差動保護原理，對母聯(lián)帶單側(cè)CT和雙側(cè)CT情況下的母線故障和死區(qū)故障保護動作邏輯進行了分析，指出現(xiàn)有保護邏輯的優(yōu)缺點，最后對母聯(lián)配置雙CT時的死區(qū)保護邏輯進行了改進。

1 比率制動差動保護原理

母線主保護常采用比率制動差動保護，設(shè)置大差及各段母線小差，大差計算除母聯(lián) (或分段)外母線上所有元件構(gòu)成的差流和制動電流，小差計算每段母線上所有元件 (包括母聯(lián)或分段)構(gòu)成的差流和制動電流。大差作為啟動元件，用以區(qū)分母線發(fā)生區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障，小差作為故障母線的選擇元件，判別故障處于哪段母線上。大差、小差均采用帶有比率制動特性的電流差動算法，其動作方程為［4］:

式 (1)中，Id為差動電流，Ir為制動電流，I0為差動電流門檻，K為比率制動系數(shù)。當大差和某段小差都滿足判據(jù)時，判為母線內(nèi)部故障，母差保護動作，跳開相應(yīng)母線上的所有斷路器。對于雙母接線母聯(lián)配置雙CT，大差與小差的保護范圍如圖1所示。

圖1 雙母線大差、小差保護范圍

2 雙母線保護原理

雙母線的主保護、失靈以及死區(qū)保護邏輯如圖2所示，各段母線的小差經(jīng)復(fù)壓閉鎖，如小差和大差同時滿足時保護出口跳故障母線;母聯(lián)配置單側(cè)CT發(fā)生死區(qū)故障時，先跳故障母線和母聯(lián)斷路器，通過確認母聯(lián)斷路器位置在分位，經(jīng)延時后封母聯(lián)CT，使母聯(lián)CT電流不計入小差，破壞另一條母線的小差電流平衡，跳此母線，切除故障，實現(xiàn)死區(qū)保護。母聯(lián)配置雙側(cè)CT發(fā)生死區(qū)故障時，兩條母線的小差均動作，直接跳兩條母線。

圖2 母線主保護、死區(qū)保護邏輯

2.1 雙母線母聯(lián)配單側(cè)CT時的保護

圖3 雙母線母聯(lián)配單側(cè)CT故障示意圖

雙母線母聯(lián)配置單側(cè)CT時的接線如圖3所示，母線保護會遇到下面三種故障:

1)母線出線k1點發(fā)生故障，對于母線保護來說為區(qū)外故障，母線保護不動作。

2)Ⅰ母k2點發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，大差動作，Ⅰ母小差動作，Ⅱ母小差不動作，母線保護瞬時跳母聯(lián)斷路器和Ⅰ母，故障切除。

3)母聯(lián)和母聯(lián)CT之間k3點發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，大差動作，對Ⅱ母小差來說為區(qū)外故障，Ⅱ母小差不動作;對Ⅰ母小差來說為區(qū)內(nèi)故障，Ⅰ母小差動作，保護瞬時跳開母聯(lián)和Ⅰ母上連接的所有斷路器。但此時Ⅱ母依然向故障點供給短路電流，實際上故障并沒有切除，針對這種情況，保護在母聯(lián)跳后經(jīng)整定延時檢測母聯(lián)斷路器的位置，若母聯(lián)處于跳位，則母聯(lián)CT電流不計入Ⅰ、Ⅱ母小差計算，Ⅱ母小差的電流平衡被破壞，產(chǎn)生了差流，使Ⅱ母小差動作，最終切除故障。若沒有把母聯(lián)的位置信號引入保護裝置，或者保護沒有識別到母聯(lián)的位置，則保護自動按母聯(lián)失靈來處理，經(jīng)延時跳Ⅱ母。

2.2 雙母線母聯(lián)配雙側(cè)CT時保護

雙母線母聯(lián)配置雙側(cè)CT時的接線如圖4所示，CT1的極性與Ⅰ母元件一致，CT2的極性與Ⅱ母元件一致，母聯(lián)CT1電流計入Ⅰ母小差，母聯(lián)CT2電流計入Ⅱ母小差。

圖4 雙母線母聯(lián)配雙側(cè)CT故障示意圖

以Ⅰ母區(qū)內(nèi)外故障和死區(qū)故障為例，保護動作邏輯為:

1)母線出線k1點發(fā)生故障，對于母線保護來說為區(qū)外故障，母線保護不動作。

2)Ⅰ母k2點發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，大差動作，Ⅰ母小差動作，Ⅱ母小差不動作，母線保護瞬時跳母聯(lián)斷路器和Ⅰ母，故障切除。

3)母聯(lián)和母聯(lián)CT之間k3或k4點發(fā)生死區(qū)故障，大差動作，由于母聯(lián)雙CT交叉配置，根據(jù)差動保護的原理可知，對于Ⅰ母小差和Ⅱ母小差來說均為區(qū)內(nèi)故障，Ⅰ、Ⅱ母小差均動作，瞬時跳開母聯(lián)斷路器和Ⅰ、Ⅱ母上連接的所有元件。

2.3 對傳統(tǒng)雙母線保護原理

母聯(lián)配單側(cè)CT時節(jié)省了一組CT，裝置接線簡單，但發(fā)生死區(qū)故障時，Ⅰ、Ⅱ母上所有元件都被切除，擴大了停電范圍，這是母聯(lián)配單側(cè)CT時保護的最大缺點。

母聯(lián)配雙側(cè)CT時，同母聯(lián)配單側(cè)CT一樣，發(fā)生死區(qū)故障時，傳統(tǒng)母線保護將Ⅰ、Ⅱ母上所有元件全都切除，停電范圍依然被擴大，僅僅是不需要延時，能夠瞬時切除故障。下面提出一種改進的母線死區(qū)保護邏輯，母聯(lián)配雙CT時，發(fā)生死區(qū)故障，僅切除一條母線，另一條母線繼續(xù)運行，縮小停電范圍。

3 改進的母線死區(qū)保護邏輯

3.1母聯(lián)小差

圖5 雙母線母聯(lián)配雙CT故障電流

式 (2)中IdM為母聯(lián)小差差流，IrM為母聯(lián)小差制動電流，KM為比率制動系數(shù)，為了防止母聯(lián)小差誤動且有足夠靈敏度，取KM為0.3，I0取為與母差電流門檻一致。

3.2 母線死區(qū)保護邏輯的改進

母聯(lián)配置雙CT時，利用母聯(lián)小差判據(jù)，對傳統(tǒng)母線保護及死區(qū)保護邏輯進行改進，如圖6所示。

圖中各段母線小差出口要經(jīng)1 ms延時是為了確保死區(qū)故障時母聯(lián)小差先將母聯(lián)斷路器跳開，否則若小差先動作，則會直接跳兩條母線。

圖6 改進的母線主保護、死區(qū)保護邏輯

當Ⅰ母發(fā)生故障時，大差動作，母聯(lián)小差不動作，Ⅰ母小差動作，Ⅰ母小差經(jīng)1 ms延時后跳Ⅰ母上所有元件和母聯(lián)斷路器。當死區(qū)故障時，大差、小差以及母聯(lián)小差均同時動作，母聯(lián)先被跳開，母聯(lián)小差閉鎖小差出口，兩母線均不會跳，經(jīng)延時封母聯(lián)CT后，母聯(lián)小差與非故障母線的小差不再動作，小差不再被閉鎖，故障母線的小差出口跳相應(yīng)母線上所有元件。由此實現(xiàn)了死區(qū)故障時，保護僅跳一條母線即可切除故障，縮小了停電范圍，較傳統(tǒng)母線保護有較大優(yōu)越性，雖然在母線故障時，小差出口增加了延時，但換來的是死區(qū)故障時保全一條母線，意義更為重大。

4 結(jié)束語

傳統(tǒng)母線差動保護不管母聯(lián)配置單CT還是雙CT，發(fā)生死區(qū)故障時，保護都將兩條母線跳開，擴大了停電范圍。在分析了傳統(tǒng)母線差動保護的原理后，針對母聯(lián)配置雙CT的情況提出死區(qū)保護的改進邏輯，改進邏輯對于死區(qū)故障僅需跳一段母線即可切除故障，縮小了停電范圍，較傳統(tǒng)保護邏輯有較大優(yōu)越性。

［1］ 王春生，等.母線保護［M］.北京:中國電力出版社，1997.

［2］ 楊奇遜.微機繼電保護基礎(chǔ)［M］.北京:水利電力出版社，1988.

［3］ 劉偉平.母線保護死區(qū)問題的探討 ［J］.繼電器，2004，32(15):59－61.

［4］ 李文升，郭常利.母線保護中母聯(lián)失靈及死區(qū)問題分析［J］.東北電力技術(shù)，2007，5:35－38.

Im provement of Busbar Protection Logic on Dead Zone Fault of Busbar

MA Tengfei，LU Xuegang
(Yunnan Electric Power Dispatching Center，Kunming 650011，China)

This paper describes differential protection logic on busbar and dead zone faultwhen coupler has one or two CTs，aswell as their advantages and limitations.To counter the problem that protectionmust trip two busbars on dead zone faultwhen coupler has two CTs，an improved protection logic on dead zone fault is proposed.The improved protection logic just trips one busbar on dead zone fault，which hasmore advantages than the traditional logic.

duplicate busbar;coupler;differential protection;dead zone fault

TM73

B

1006－7345(2015)04－0075－03

2015－03－19

馬騰飛 (1985)，男，助理工程師，云南電力調(diào)度控制中心，研究方向為電網(wǎng)調(diào)度運行與控制 (e－mail)sjtucat@qq.com。

路學(xué)剛 (1989)，男，助理工程師，云南電力調(diào)度控制中心，研究方向為電網(wǎng)調(diào)度運行與繼電保護。