母線保護在變電站的應用

曹華

【摘?要】經濟的發展，城市化進程的加快，人們對電能的要求也逐漸增加。變電站是電力系統的重要組成部分，一般情況下，變電站中35kV及其以下的電壓等級的母線不會出現穩定性不好的問題，所以沒有母線保護措施，但是由于高壓變電站中系統故障很多，如小動物進入開關柜，操作頻繁、系統布線老化等，容易引起開關柜故障。目前，我國開關柜設計已經達到了成熟水平，母線發生故障的幾率已經大大降低，但是由于個別開關柜母線保護不力而引發的爆炸火災等事故時有發生，帶來不必要的經濟損失、同時危害人的生命安全，因此，加強變電站母線保護措施是急需解決的問題。本文就母線保護在變電站的應用展開探討。

【關鍵詞】母線差動保護;電力系統;電能

引言

母線是變電站至關重要的元件，承擔著交換負荷、轉接潮流的作用，幾乎所有同一電壓等級的元件都要掛在母線上，一旦母線發生故障，如果母線保護不能正確及時的動作，將會導致非常嚴重的后果。因為當母線發生故障的時候，以線路元件為例，本站的線路保護將會判斷為區外故障，所以本站的線路保護本身是不會動作的，這時如果母線保護不動作，就只有等待線路對側的保護的III段保護來動作，時間很長，有可能對設備造成不可修復的損壞，考慮到掛在母線上的元件眾多，其風險呈幾何級的上升，一旦有一個或幾個后備保護沒有正確動作，輕則造成大面積的長時間的停電，重則有可能影響電網的穩定性。所以在變電站里，220千伏及以上電壓等級的母線保護都是雙重配置，保證可以可靠地判斷故障，及時動作，保證母線的安全。

1對母線保護的技術要求

（1）保護可靠性要求高，不允許拒動和誤動。特別是對防止誤動的要求更高，因為拒動的結果是故障還可以靠進線（或分段）的后備過流切除，與目前不配置專用母線快速保護的結果是一樣的，使用單位從心理上還可以接受。但是如果發生誤動，后果很嚴重，直接影響到用戶的供電可靠性，運行單位會產生抵觸，影響到采用該保護的積極性。（2）保護的構成盡可能簡單。不需大量增加一次設備（如電流互感器）和外部電纜，而且施工和改造工作方便。（3）保護不受運行方式的影響，可以自動適應母線上連接元件的改變。如從電源進線切換到分段開關運行，個別或部分元件的投入及退出運行，綜合微機保護的調試和維護修理等情況。（4）保護可以適應安裝在開關柜上的運行條件。

2母線差動保護原理的研究

關于母線保護，要求達到以下標準：（1）靈敏度高，動作迅速。（2）性能良好，無死區，雙母線中兩條母線相繼故障時，能可靠切除。（3）有防止誤動作的可靠措施。（4）運行方式靈活，雙母線上的各元件能任意切換。此外，由于母線保護范圍內，有著非常多的電路數目，外部故障時，故障電流倍數很大，超高壓母線接近電源，直流分量衰減的時間常數大，所以電流互感器發生飽和的概率非常大。為了防止電流互感器飽和使保護誤動，要求保護在故障后幾個毫秒內電流互感器飽和前就能反應。為了符合上述條件，母差動作理論的引入是母線保護構建的基礎。當雙母線無故障運行或者是雙母線以外出現狀況的時候，與母線相連的所有設備，電流的流入量和流出量是相等的。然而當故障發生在母線側上時，與母線相連的所有設備都將產生短路電流并供給故障點，由基爾霍夫電流定律，短路點總電流等于所有支路電流之和，據此判斷保護的動作行為，這就是母線差動保護的基本原理。應用實際的個別系統中，主接線方式是非固定的，這種接線的系統運行方式靈活，但相應的母差保護必須切換其出口回路以及差流回路，使其與運行方式保持一致。為減少人工干預，無論是集成電路抑或是微機母差保護都須引入刀閘輔助接點，據此確定運行方式并切換內部回路。但是此種方法也存在一些問題，因為現有的刀閘輔助接點和接入方式依舊存在一定的誤差。在此前提下，母線差動保護裝置怎樣才能準確無誤地動作就變成了一個難以解決的問題。所以，技術專家做了兩個方向的研究探索：一是將刀閘的常開和常閉接點同時引入，通過對比兩組接點的狀態共同確定刀閘狀態;二是不使用刀閘輔助接點，利用微機的計算功能，計算負荷電流來判別母線運行方式。

3專用母線保護方案

3.1采用差動保護方案

目前開關柜中的電流互感器只有2個二次線圈，需要增加一個用于母線保護的二次線圈，但開關柜的空間有限，需要耗費很大的造價才能完成，或者增加開關柜，這樣不具有經濟效益。近年來，隨著需求的增加，具有三個二次線圈的電流互感器出現了，三個二次線圈提高了保護母線的可靠性。該方案結構簡單，節約了設計投資成本，但仍然有以下缺點：二次電纜增加較多，提高了電纜投資的成本，同時需要增加電路閉鎖，否則會出現斷線現象，此外，該方案具有很大的現場工作量，給工作人員帶來了一定的困難和工作復雜度。

3.2利用各開關柜內綜合保護構成的母線快速保護方案

利用各開關柜綜合保護提供的故障信息（硬接點），經匯總后進行綜合分析和邏輯判別，來實現母線短路故障的快速切除。母線故障的快速保護功能“鑲嵌”在進線保護裝置及分段保護裝置內，不以獨立的母線保護裝置形態出現，從而進線保護裝置及分段保護裝置的設計也是非常規范的。如故障發生在母線之外，則必有某一個回路的綜合保護發出閉鎖信號，這樣進線保護（或分段保護）被可靠閉鎖;如果故障發生在母線上，則進線保護接收不到閉鎖信號，經一短延時（該延時主要是為躲開暫態過程，提高保護可靠性，一般小于100ms）后出口跳閘。在母線區域內發生故障時，將快速切除進線斷路器，在用分段斷路器帶母線運行時，保護將快速切除分段斷路器。該方案的特點是在構成上不需要增加和改變TA、TV設備回路，只是在綜合保護上增加構成母線快速接點的配合接點，增加的電纜也不多。其缺點是母線保護依賴于進線保護（或分段保護），保護裝置不獨立。另外，目前的保護還沒有考慮電壓閉鎖條件，保護的可靠性略顯不足。

3.3母差異常問題解決

在確定母差保護互聯狀態的原因后，退出母差保護。在做好所有安措二次側倒換母聯電流互感器極性后，保護裝置強制互聯信號自動退出，保護裝置監測各支路電流及相位正常，大差、小差差流正常符合技術要求。

4變電站母線差動保護異常處理措施

強對同類母線差動保護的運行巡視，不僅要查看各電流通道的有效值，還要打印并分析所有通道的采樣點值，發現異常及時調整零漂系數。發現零漂系數在裝置失電后失效的同類設備盡可能減少裝置電源重啟，裝置失電后必須重新校驗零漂系數，并進行模擬測試，正常后方可投運。短期內無更換計劃應督促裝置生產廠家進行軟、硬件升級，不能升級或升級后不能完成解決問題的裝置應盡快安排整體更換。

結語

綜上所述，在變電站的母線上裝設快速保護很有必要，電力系統現行的保護方案顯然不能滿足快速切除故障的要求，迫切需要采用安全可靠、簡單經濟的新型保護系統，來解決中低壓母線故障的快速切除問題。

參考文獻：

[1]李韶濤，常勝.高壓變電站母線保護的分析和研究[J].電力系統保護與控制，2017，31（8）：30～32.

[2]葉啟明.變電站母線保護的分析和研究[J].大眾用電，2016（3）：29～30.

[3]曹剛.幾種母差保護的簡要分析[J].內蒙古科技與經濟，2016.

[4]丁強強.對雙母線微機母線差動保護裝置的分析與故障處理[J].中國新技術新產品，2017.

（作者單位：深圳供電局有限公司變電管理一所）