淺談如何保護變電站10kV母線

摘要：在10kV變電站的日常管理和電力供應(yīng)工作中，母線的管理和保護是十分重要的內(nèi)容，只有采取有效的保護措施，才能使母線的故障發(fā)生率降至最低，保證母線回路中所有供電設(shè)備的正常運行。文章根據(jù)母線運行特征和電力供應(yīng)要求制定合理的母線保護方案，采用先進、有效的母線保護手段，使變電站的供電管理工作取得更加長足的進步。

關(guān)鍵詞：變電站；10kV母線；母線保護；日常管理；電力供應(yīng)；供電設(shè)備 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM773 文章編號：1009-2374（2016）14-0131-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.066

隨著我國國民經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展和電力事業(yè)的日益進步，各類變電站的建設(shè)速度和管理水平在全國各地都保持著迅猛增長的態(tài)勢。然而，與電力供應(yīng)事業(yè)蓬勃發(fā)展的現(xiàn)狀相矛盾的卻是我國變電站母線管理和保護工作水平的落后，這嚴重制約了電力供應(yīng)事業(yè)的進一步發(fā)展。為了使變電站母線保護工作水平和電力供應(yīng)事業(yè)發(fā)展水平得到有效提高，我們應(yīng)當高度重視母線保護技術(shù)和手段的學(xué)習(xí)、引進，采用最先進的科學(xué)技術(shù)理念和保護措施，提升母線保護水平和供電管理水平。

1 變電站母線保護概述

母線是變電站的重要設(shè)備之一，又被稱為匯流排，在整個電力運輸和配送中起著十分關(guān)鍵的作用，因此，母線保護是變電站繼電保護的重要組成部分。母線故障在電力供應(yīng)中屬于非常嚴重的故障，直接影響了所有母線連接設(shè)備的安全可靠運行，容易導(dǎo)致大面積的停電事故和用電設(shè)備損壞事故，將對電力系統(tǒng)產(chǎn)生極為不利的影響。母線保護措施和手段必須具備劃分內(nèi)部故障和外部故障的功能，并能確定具體的故障段落，從而立即采取短路故障切除措施，將電力供應(yīng)中斷帶來的損失降到最小。在變電站的電力供應(yīng)系統(tǒng)中，母線的主要功能是將電能進行匯合和分配，當流進母線的電流等于從母線流出的電流時，母線處于正常運行情況，也就是差流為零。當流進母線的電流與從母線流出的電流不相等，也就是差流不為零時，則可判斷變電站的電力供應(yīng)發(fā)生了故障。如不能及時解決母線故障，則會造成母線回路內(nèi)的所有電力設(shè)備受到不良影響，導(dǎo)致整個電力供應(yīng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題，而在變電站采取母線保護措施的目的就是保證差流一直維持在零的狀態(tài)。

2 變電站10kV母線保護工作基本要求

變電站的10kV母線具有短路水平高、影響范圍大的特點，10kV母線故障主要是由設(shè)備老化、操作失誤、自然災(zāi)害等引起的，當電力供應(yīng)系統(tǒng)和設(shè)備受到?jīng)_擊后，絕緣子對地放電，母線回路中產(chǎn)生單相接地故障，隨后短路電弧發(fā)生位移，母線故障轉(zhuǎn)為兩相或三相接地短路。在進行變電站10kV母線保護方案設(shè)計過程中，應(yīng)當充分考慮到保護措施的穩(wěn)定性和可靠性，有效防止拒動、誤動等情況的發(fā)生。當變電站10kV母線發(fā)生拒動故障時，必須對進線端采取后備過流的操作來消除故障，給電力供應(yīng)和變電管理造成了麻煩，而誤動現(xiàn)象則會直接導(dǎo)致變電站的電力供應(yīng)不穩(wěn)定或中斷，直接影響電力供應(yīng)的安全性和有效性。在母線保護裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)置上，應(yīng)當秉著簡單、方便的設(shè)計原則，盡量避免一次性增加過多的電力設(shè)備和裝置，使電力保護操作和電力供應(yīng)改造工作的實施得以順利進行。母線保護方式的設(shè)置應(yīng)當盡量不受到電力運行工作的制約或影響，保證電源進線切換、電力元件運行、微機保護等工作流程都能充分適應(yīng)母線連接方式的改變。

3 變電站10kV母線保護方案

3.1 差動保護措施

母線差動保護是變電站10kV母線區(qū)內(nèi)故障的主要保護模式，當母線發(fā)生故障時，進出的電流平衡被打破，通過對電力平衡情況和電流相位一致情況的判斷就能及時發(fā)現(xiàn)供電故障。一旦發(fā)現(xiàn)母線出現(xiàn)故障，供電系統(tǒng)立即啟動保護動作元件，將母線上的所有斷路器都斷開。當兩根母線同時運行時，保護裝置有針對性地將母聯(lián)開關(guān)和與發(fā)生故障的母線有聯(lián)系的進出線路斷路器斷開，使電力供應(yīng)停止的范圍縮小到最低限度。

在任意一組母線經(jīng)檢修后重新投入使用之前，利用母聯(lián)斷路器對該母線進行充電實驗，并使其進入母聯(lián)充電保護模式，一旦母線發(fā)生故障，即可對母聯(lián)采取充電保護措施，將故障切除。當母聯(lián)斷路器的斷開狀態(tài)變?yōu)殚]合狀態(tài)或流經(jīng)的電流大于0.2A時，則開放充電保護，并維持300ms。如果此時的母聯(lián)電流大于充電保護整定電流，則將母聯(lián)切除。母聯(lián)的電流保護可分為三段，任意一段通過修改控制字均可作為充電保護，如果充電保護控制字退出，則可進行一般性的電流保護。當任意一相母聯(lián)電流大于電流整定值時，將母聯(lián)開關(guān)斷開。

在母線差動保護體系向母聯(lián)發(fā)出跳閘命令后，經(jīng)過整定延時操作，如母聯(lián)電流仍大于母聯(lián)失靈電流定值，則將母線欠壓閉鎖，切除母線連接的所有元件。當母線所連接的元件經(jīng)跳閘整定后母聯(lián)電流仍大于失靈電流值，則立即斷開母聯(lián)斷路器和所有與母線連接的元件的斷路器。為了避免出現(xiàn)主變壓器的內(nèi)部故障，復(fù)合電壓元件的不啟動有可能導(dǎo)致母線保護拒動，這時可通過投退控制字的方式將對應(yīng)線路變?yōu)橹罚妇€故障的進一步影響。當雙母線同時運行、母聯(lián)處于合位時，發(fā)生母聯(lián)死區(qū)側(cè)母線小差動作，將母聯(lián)開關(guān)斷開，如果母聯(lián)電流大于母聯(lián)失靈電流，再延時100ms將母聯(lián)電流退出小差計算，經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖后將母聯(lián)死區(qū)側(cè)母線迅速切除。當雙母線同時運行、母聯(lián)處于分位時，發(fā)生母聯(lián)死區(qū)故障，如果母聯(lián)電流大于母聯(lián)失靈電流，則延時100ms將母聯(lián)電流退出小差計算，經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖后將母聯(lián)死區(qū)側(cè)母線切除。

3.2 快速保護措施

快速保護是指當變電站10kV母線發(fā)生故障時，先將母線分段的電閘斷開，再將主變的10kV電閘斷開，然后按實施時間的長短設(shè)定，并對復(fù)合電壓和復(fù)合電流進行閉

鎖操作，使有條件跳分段和主變低壓側(cè)得到快速保護。

復(fù)合電流閉鎖快速保護由主變變低10kV母線側(cè)后備保護裝置和10kV母線出線保護裝置中的電流閉鎖裝置發(fā)出作用，當10kV母線出現(xiàn)相間短路現(xiàn)象時，閉鎖元件能及時發(fā)現(xiàn)故障并予以處理，同時流進主變變低開關(guān)的電流陡然增大，適當閉鎖元件發(fā)出閉鎖信號，10kV母線保護回路獲取信號后將10kV母線閉鎖，形成快速保護作用。當將10kV母線快速保護設(shè)備設(shè)為投入控制字，且10kV母線分段開關(guān)位于斷開位置使，表明10kV母線出現(xiàn)故障，閉鎖元件做出動作、發(fā)出信號，10kV母線快速保護系統(tǒng)將主變開關(guān)延時斷開，10kV母線閉鎖元件閉鎖自投，分段開關(guān)設(shè)置投入控制字，閉鎖10kV母線快速保護電流。當10kV母線的電容器、電抗器等啟動操作時，閉鎖電流返回，解除對母線區(qū)域的閉鎖。

3.3 數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)保護措施

數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用10kV母線的綜合保護和網(wǎng)絡(luò)保護裝置對電力供應(yīng)系統(tǒng)予以保護，10kV母線回路中的綜合胃鏡保護裝置在母線接入數(shù)字通訊接口，并配備10kV母線保護服務(wù)流程程序，利用Profibus等技術(shù)手段實現(xiàn)10kV母線的通信綜合保護自動化網(wǎng)絡(luò)功能，加強變電站電力供應(yīng)有效性和穩(wěn)定性。

為了加強變電站10kV母線數(shù)字網(wǎng)絡(luò)保護技術(shù)的應(yīng)用效果，利用數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)將測量數(shù)據(jù)、監(jiān)測情況、控制命令高等傳至數(shù)字信號控制臺。同時建立數(shù)字信號和監(jiān)測信號傳輸通道，將變電站綜合系統(tǒng)中的繼電保護功能延伸至10kV母線數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)保護系統(tǒng)。

當10kV母線保護管理單元發(fā)出詢問信號時，電源進線端斷路器斷開，各個回路的斷路器也同時斷開，電力供應(yīng)保護元件接收信號后也做出綜合保護反應(yīng)，發(fā)出跳閘命令。10kV母線數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)保護系統(tǒng)中，母線保護管理單元是各類故障處理和命令信號的收集中心，并向回路中的各個設(shè)備發(fā)出處理指令，通過斷開開關(guān)燈方式切除10kV母線故障。

3.4 電弧光傳感技術(shù)保護措施

當10kV母線出現(xiàn)故障時，保護動作在100ms內(nèi)產(chǎn)生，斷路器斷開，將母線故障切除。當電弧光設(shè)備檢測到弧光的產(chǎn)生和電流流量的增加時，發(fā)出跳閘命令信號，電弧光傳感器將該信號傳給動作單元，動作單元檢測到信號后又接著發(fā)出跳閘信號，使10kV母線斷路器斷開。電弧光傳感系統(tǒng)的主單元由電流檢測系統(tǒng)和斷路器檢測系統(tǒng)構(gòu)成，當10kV母線出現(xiàn)短路情況時，電流和弧光傳感器發(fā)出信號，主單元收集到信號后予以分辨和處理，并發(fā)出10kV母線回路開關(guān)斷開命令，將母線故障切除。弧光傳感器位于變電站10kV母線控制系統(tǒng)中，是一種光感應(yīng)元件，在接收故障信號后發(fā)出強光，并將其轉(zhuǎn)化為命令信號傳至回路及其中的各部件，從而及時將短路故障消除。

10kV母線電弧光傳感保護系統(tǒng)中的輔助單元在弧光傳感器發(fā)出信號后收集命令信息，并將其傳給主單元，主單元則在儀器顯示屏上顯示輔助單元和傳感器設(shè)備的信號編號，從而實現(xiàn)命令信號的準確傳輸和處理。

4 結(jié)語

總的來說，隨著科學(xué)技術(shù)手段日新月異的發(fā)展和我國電力供應(yīng)事業(yè)的不斷進步，變電站管理工作和母線保護工作正發(fā)揮著越來越重要的作用。各級電力供應(yīng)部門和變電站有關(guān)管理人員應(yīng)當予以母線保護工作應(yīng)有的重視，學(xué)習(xí)和引進國內(nèi)外的先進母線保護理念和手段，制定合理的母線保護制度、方案，積極吸引、培養(yǎng)業(yè)內(nèi)優(yōu)秀人才，加強差動保護、快速保護、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)保護、電弧光傳感技術(shù)保護工作系統(tǒng)，使我國的變電站母線保護工作水平得以顯著提高，為我國的電力供應(yīng)事業(yè)發(fā)展、各項基礎(chǔ)建設(shè)和居民生活、工作用電提供有力保障和先決條件。

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作者簡介：林忠福（1979-），男，福建莆田人，國家新聞出版廣電總局824臺工程師，研究方向：電力自動化。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）