母線保護使用母聯位置繼電器時的相關問題探討

王啟盛

（湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙，410004）

0 引言

母線是電力系統中的一個重要組成元件，母線保護能否正確動作對于電力系統的安全、穩定運行具有重要意義。母線保護的誤動和拒動都將造成嚴重的后果，母線保護誤動將造成大面積的停電；母線保護拒動將可能造成電力設備的損壞甚至系統的瓦解[1]。

目前微機型母線保護[2,3,4,5]在現場應用越來越普及，現場運行經驗表明，微機型母線保護在軟硬件設計方面并非足夠完善，微機型母線保護裝置誤動或拒動時有發生。因此對可能導致保護誤動或拒動的動作行為進行深入分析成為提高電網穩定水平的當務之急。

母聯位置繼電器在母線保護中起著關鍵性的作用，應用在母線保護的很多保護邏輯中。對其使用不當將可能導致裝置的保護邏輯不嚴謹。

1 母線差動保護中關于母聯電流的計算問題

1.1 母線差動保護原理

母線差動保護的基本原則是基爾霍夫電流定律。理想情況下，當正常運行或保護范圍外發生故障時，流入母線和流出母線的電流相等，差電流等于零；當保護范圍內故障時，差電流等于故障電流。實際工程中，考慮到 TA傳變誤差、TA飽和等因素的影響，差動繼電器的動作電流通常按躲開外部故障時產生的最大不平衡電流整定。

圖1所示為雙母線接線方式。其中：G11、G12、G21、G22、G31、G32、G41、G42為各支路單元隔離開關的輔助觸點。GM1、GM2為母聯單元隔離開關的輔助觸點。

圖1 母線差動保護計算示意圖

支路TA同極性端在母線側，母聯斷路器TA的同極性端在Ⅰ母側。用高電平“1”表示觸點閉合，低電平“0”表示觸點斷開。保護裝置差動電流的計算可表示為式(1-1)～(1-3)。

式（1-1）表示大差電流的計算，大差不用考慮刀閘位置，對于雙母線接線方式，大差是由除母聯斷路器以外的母線所有其余支路電流構成，其作用是區分母線內還是母線外故障。式（1-2）、（1-3）分別表示Ⅰ母、Ⅱ母小差電流的計算，小差是由該母線所相連的全部支路電流構成，包括與該條母線相關的母聯斷路器電流。其作用是區分該條母線內故障還是該條母線外故障，作為故障母線的選擇元件。

1.2 差動保護中關于母聯電流的計算問題

從差動電流的計算公式中可以發現，對于母聯斷路器電流的計算只采集了母聯合位繼電器HWJML。在通常情況下GM1、GM2一般在合位，僅通過采集斷路器位置就可以判斷出母聯的運行方式。但是母聯斷路器并非總處在正常運行方式或熱備用方式。例如在母聯斷路器處于檢修狀態下，檢修工作期間可能分合母聯斷路器。假設這時有高壓試驗人員對母聯TA進行試驗。

這時，差流計算會出現以下情況：

（1）如果母聯斷路器在檢修中處于合位時，那么HWJML=1；

（2）如果在高壓試驗中有電流流過母聯TA一次側，其二次側會感應出電流；或者此時對 TA進行變比試驗，同樣可能讓TA二次側出現電流。按照差動電流的計算公式（1-2）、（1-3），這時候的母聯電流會參與小差計算，但是它并非反映運行實際的一次電流，因此將導致差流計算出現錯誤。

如果在此時Ⅰ母發生故障，由于差流計算出錯，會使Ⅰ母差動元件的靈敏度受到影響。若母聯感應電流與Ⅰ母其他單元的電流和方向相反，可能會使Ⅰ母差保護拒動，還會使正常運行的Ⅱ母誤動。

由上面的分析可以看出，差動保護中對母聯單元電流計算時只采集母聯HWJML是不合理的。

1.3 解決方案

為了防止母差保護誤動，有兩種解決方案。

（1）在母線保護裝置加裝母聯檢修壓板。當母聯單元檢修時此壓板投入，不管母聯斷路器位置如何，母聯電流不參與差流計算。目前RCS-915型母線保護裝置就采取了這種方法。

（2）修改差動電流算法如式（1-4）～（1-6）所示。

新的算法使母聯電流參與計算時不僅取決于母聯斷路器位置，還與母聯單元隔離開關位置相關。這樣，當母聯單元處于檢修狀態時，由于兩側隔離開關斷開，GM1=0、GM2=0，母聯電流不再參加差流計算，從而從根本上解決了問題。

2 大差比率制動系數的自動調整

2.1 大差比率制動系數

圖2 大差比率制動系數的自動調整

在圖2中，參與大差計算的電流為I1～I4；參與Ⅰ母小差計算的電流為I2、I4及IML；參與Ⅱ母小差元件的電流為I1、I3及IML。當母聯斷路器在合閘位置時，Ⅰ母發生短路故障，各個電流都流向Ⅰ母。在各個電流都是同相位的情況下Ⅰ母小差元件的差動電流為母小差元件的制動電流也為，兩者之比為1。大差元件的差動電流與制動電流與Ⅰ母小差相同，兩者之比也為1。

為保證母聯斷路器斷開時母差保護的動作靈敏度，通常保護裝置會自動降低大差元件的比率制動系數。比率差動元件的比率制動系數K有高低兩個定值，可自行整定。當母聯開關處于合閘位置時，比率差動元件采用比率制動系數高值，而當母聯開關處于分閘位置，即母線分列運行時，比率差動元件自動轉換為比率制動系數低值。

2.2 母聯TWJ對比率制動系數調整的影響

母聯開關TWJ對比率差動元件的比率制動系數是采用高值還是低值有著直接的影響。對RCS-915型母線保護來說，只要有母聯開關的TWJ 開入，就認為母線處于分列運行方式，比率差動元件的比率制動系數就采用低值；對BP-2B型母線保護來說，只要母聯TWJ常開輔助觸點開入為“0”，常閉輔助觸點開入為“1”，比率差動元件的比率制動系數就采用低值。對SG B750型母線保護來說，由于大差固定為低值0.3，故不存在該問題。

對于前兩種將比率制動系數進行自動調整的母線保護來說，應當考慮到的是，母聯開關斷開時，還有可能是一條母線停電，另一條母線在運行的情況。例如，在檢修某母線刀閘的時候。這時仍然將大差比率制動系數由高值0.5降至低值0.3，提高了大差元件的靈敏度，但這樣做只會增加母線保護誤動的幾率。

2.3 解決方案

為了避免上述情況造成母線保護誤動，有必要正確分辨母線的分列運行方式。可以試想添加另外一個變量以提高判據的完整性。

分析發現，可以引入母線電壓變量，將母線電壓與母聯TWJ結合即可正確分辨雙母線運行方式。當母聯開關處于斷位，并且兩條母線均有電壓時，定義為母線分列運行方式；當母聯開關處于斷位，而只有一條母線有電壓時，定義為停一條母線運行方式。在母線分列運行方式，大差轉換為低值；在停一條母線運行方式，大差保持為高值。經過改造判據之后，能有效防止由于籠統地將比率制動系數降低造成的母線誤動。

3 死區保護

3.1 雙母并列運行時母聯死區故障

圖3 死區故障

如圖3-1所示，事故前雙母并列運行。若TA與母聯斷路器間死區發生故障，其動作過程如下：故障發生，大差和Ⅱ母小差同時動作跳開Ⅱ母上各連接元件和母聯斷路器。由于Ⅰ母母線保護不動，短路故障依然存在。故把母聯斷路器和母聯TA之間稱作死區。這種短路故障只能依靠母聯失靈保護帶較長的延時跳開Ⅰ母各斷路器才能被切除。為了縮短切除時間，專設了母聯死區保護。

母聯死區保護的動作條件是：①母線差動保護發過Ⅱ母的跳令；②母聯斷路器已跳開；③母聯TA任一相仍有電流；④大差元件與Ⅱ母小差元件動作后一直不返回。

3.2 雙母分列運行時母聯死區故障

雙母分列運行方式時，當發生死區故障后，為了避免母差保護跳開Ⅱ母各斷路器繼而造成兩條母線全部都被切除的嚴重后果。采取當兩母線都有電壓時，根據母聯開關TWJ位置封鎖母聯TA。此時母聯斷路器電流不再計入小差。再出現死區故障時，大差及Ⅰ母小差都能動作跳Ⅰ母上的各斷路器，而由于Ⅱ母小差不動，Ⅱ母就不會被誤切除了。

3.3 存在的問題

在實際運行中，開關二次輔助回路經常會因為接觸不良、觸點粘連等原因造成二次輔助觸點未變位的情況。若母聯開關在分位，而二次輔助觸點未變位，即TWJ 開入仍為0 的情況。由圖2可知，母聯電流仍計入小差電流，死區保護不滿足動作條件。若發生死區故障，大差有差流，Ⅰ母母差差流為0，Ⅱ母母差有差流，但由于母聯開關在分位，Ⅱ母電壓正常，Ⅱ母復合電壓閉鎖條件并不滿足，Ⅱ母母差保護拒絕動作，延長了切除故障母線的時間，給電力設備的安全和系統的穩定運行造成危害。

3.4 解決方案

分析可知，母差保護誤跳非故障母線的原因是二次輔助觸點異常或未正確變位，導致TWJ開入為0 ，母聯電流沒有退出小差電流計算，而復合電壓閉鎖條件不滿足造成Ⅱ母母差保護拒絕動作延時切除故障母線的后果。

針對這一問題，參考SG B750數字式母線保護裝置的死區保護邏輯，采用分列壓板和母聯TWJ相結合的方式[2]。在倒閘操作的時候，由運行人員投入分列壓板，以便保護裝置正確區分母線分列運行方式，從而有效地防止保護拒動，提高裝置的可靠性。

4 小結

本文針對母聯HWJ/TWJ在母差保護邏輯的使用過程中，可能出現的問題進行了全面的分析和探討。

（1）母線差動保護中，對于母聯單元電流的計算，僅僅使用母聯HWJ是不夠的。應當考慮到母聯單位檢修對差動電流計算的影響。可以通過配置母聯檢修壓板、修改差動電流算法來完善保護邏輯。

（2）雙母線保護中，母線分列運行時為了適應保護靈敏度的要求，自動降低大差比率制動系數。但是應當考慮到一條母線運行、一條母線檢修的運行方式不應該降低大差比率制動系數。

（3）在死區保護中，當母聯TWJ觸點粘連時，將導致保護裝置無法辨認出死區故障，從而死區保護無法正確動作。通過將母聯TWJ與分列壓板相結合，可以優化保護動作邏輯。

[1]國家電力調度通信中心.國家電網公司繼電保護培訓教材[M].北京：中國電力出版社，2009

[2]國電南京自動化股份有限公司.SG B750數字式母線保護裝置技術說明書[R].2010

[3]南瑞繼保電氣有限公司.RCS-915CD(CT)型微機母線保護裝置技術和使用說明書[R].2006

[4]深圳南瑞科技有限公司.BP-2B微機母線保護裝置技術說明書[R].2006

[5]許繼電氣股份有限公司.許繼電氣WMH-800A母線保護裝置使用說明書[R].2007