斷路器失靈保護和母線保護的運行情況及安全舉措分析

內蒙古蒙能建設工程監理有限責任公司 程 雷

失靈動作保護與母線差動保護非常相似，所以通常也被稱之為母線的后備保護。斷路器失靈保護借助故障設備的保護動作信息同未進行任何動作的斷路器電流信息進行對接，從而在極短時間范圍內對斷路器失靈作出精準判別，可在極短的時間范圍內將故障設備與廠內其它相關的斷路器切斷，盡可能縮減停電范圍，確保電網處于穩定、安全的運行狀態，將故障影響降到最低限度，避免產生整個電網系統停止運行的現象。

1 失靈保護分析

1.1 斷路器失靈保護的基本工作原理

斷路器失靈保護主要是指當電氣設備產生故障時，繼電保護動作發出但斷路器未執行，通過故障設備保護動作信息與斷路器電流信息共同組成對斷路器失靈的精準判定，可在極短時間范圍內將故障設備與其它支路連接斷路器隔離，縮小影響范圍，提高電網運行安全穩定性[1]。斷路器拒絕執行動作是電網產生故障、斷路器失靈兩種故障同時產生的一種雙重故障，可結合實際情況降低其保護需求，但必須要能夠實現將故障切除的目的。現代化環境之下，斷路器失靈保護實質上是一種后備保護方式，在多個領域均得到了廣泛應用。

失靈保護是由多個部分共同構成，如電壓閉鎖元件、保護動作與電流信息共同組成的啟動回路等。其中啟動回路是核心模塊，其與失靈保護功能能否發揮相應的效用存在直接關聯，必須要確保其安全可靠性，必須要進行雙重判別，避免單一條件判定導致斷路器產生失靈，或由于保護觸點出現異常狀況、延誤等誤動作而發生意外狀況[2]。對于啟動回路來講，其是由兩大部分組成，其一是啟動元件、其二是判別元件，這兩個元件共同組成“與邏輯”，啟動元件在具體動作的過程之中，既可運用瞬間返回時的出口跳閘繼電器觸點，同時還可運用與出口跳閘繼電器并聯的中間繼電器觸點，如觸點動作沒有進行復位，則代表熔斷器發生失靈。

判別元件主要是通過各種形式對故障是否消除進行判定。現階段主要應用“有流”判別形式，一般通過相電流或零序電流進行判定。當進行保護動作后回路之中仍存在一定的電流，由此表明故障并未徹底消除。在斷路器失靈保護中時間元件是重要的中間環節，為避免單一時間元件故障導致失靈保護發生誤動狀況，時間元件須與啟動回路共同動作，從而形成“與邏輯”，然后再將出口繼電器啟動[3]。失靈保護的電壓閉鎖通常由母線低電壓、負序電壓、零序電壓繼電器組成，如果失靈保護、母差保護在同一時間內共同運用跳閘回路，那么其將會共同運動電壓閉鎖元件。

1.2 斷路器失靈保護的基本構成及其作用

時間元件是斷路器失靈保護過程中的一個中間環節，如變電站采取雙母線接線方式，那么可在一個斷路器內設定一個時間元件，或采取多個斷路器共同設定一個時間元件的方式。通常情每一條母線均需設定一個較為特殊的時間元件，即具備兩段延時特征，這兩段延時所發揮的功用也不相同，短延時主要是跳母線聯絡斷路器，長延時主要跳其它斷路器。如果變電站運用3/2接線方式，各斷路器僅需設定一個時間元件，其中短延時主要跳躍本斷路器、長延時主要跳過拒動斷路器有關的斷路器[4]。為避免單一時間元件故障導致失靈保護產生誤動，時間元件須與啟動回路共同動作，構成“與邏輯”，然后再將出口繼電器啟動。另外，如果變電站采取3/2接線方式，那么一般不會設定電壓閉鎖。

1.3 斷路器失靈保護的配置與應用范圍

《繼電保護和安全自動裝置規程》中明確指出，220～500kV的電網系統均需加裝斷路器失靈保護，通常情況下一些相對比較重要的110kV電力系統也需加裝斷路器失靈保護。現階段綜合自動化系統變電站均應用了微機型保護裝置，其具備一系列突出優點，如靈敏度相對較高、可靠性高等，并擁有非常豐富的硬件系統資源，軟件集成度也相對較高，接線設計非常簡單，使保護動作的安全可靠性得到顯著提升。

通常國內廠家會按照一席接線狀況將失靈保護裝置細化為兩種類型：其一適合應用在3/2接線方式的斷路器失靈保護裝置；其二適合應用于單母線接線方式、雙母線接線方式的保護裝置，其中在第二種接線方式中，斷路器失靈保護跳閘對象、母線差動保護跳閘對象完全相同，但相較于母線差動保護在工作原理、動作判別等方面存在較大差異，因此在該種接線條件下斷路器失靈保護所通常是一種后備保護方式[5]。若電力系統運用3/2接線形式，那須在每一臺斷路器上加裝保護裝置，國內廠家在進行設計加工過程中通常會把失靈保護、三相不一致、重合閘等多種保護形式全部集成于保護裝置中，而在工程設計方面通常會把線路保護單獨組屏處理，然后再把斷路器輔助保護、操作箱再進行單獨組屏。

2 母線保護分析

2.1 母線保護的基本原理和優勢

母線保護實質上就是通過電流差動原理實現保護功能，基爾霍夫定律是其主要理論依據。在母線系統中存在多條支路，其中差動電路實質上是流入電流、流出母線電路相加之后的矢量和。當系統處于正常運行條件時，流入故障點的電流將會產生重大變化，如果大于母差保護設定的動作電流值，那么母差保護將會進行相應的動作。

在電力系統中，與母線相連的各個支路電流互感器通常會參照同名相、同極性與保護裝置進行對接，接入母線保護裝置的電流互感器特性必須保持一致，且電流互感器變化也應保持一致，如變比不統一，將會根據裝置間的差異，可根據基準變化折算法、自適應法等來調節變比，從而確保正常運行過程中流入母線、流出母線的電流完全相同[6]。如果母線保護范圍設備產生異常狀況，母線故障電源支路將會結合實際狀況，向故障點提供短路電流，將不同支路的短路電流相加便可以得出故障電流，該電流要遠高于母差保護電流，當產生故障時，母差保護動作將會在短時間內快速動作，將其與母線相連接支路的斷路器直接切斷，從而實現運行設備、故障母線直接隔離的目的。

母線保護裝置所設定的功能包括多種，如母聯死區保護、母線差動保護等，目前“六統一”母線保護、“非六統一”母線保護的功能不存任何差異，在母線保護原理方面并不存在較大差異[7]。隨著技術的不斷完善，母線保護功能的功能也不斷豐富，母線保護設備可對母聯是否處在充電狀態進行自動識別，如果死區故障進行合閘，那么便可達到瞬時跳母聯的效果，并不會對處于運行狀態中的母線產生影響。在具體應用的過程之中，“差電流”、“和電流”均不是由模擬電流回路中獲取，而是依據電流采樣值進行運算求出。利用對母線上不同支路中的CT電流值結合母線保護裝置求出，因此CT是否可以獲取較為精準的電流信息是母線保護正確動作的一個重要要素。

2.2 母線保護的技術原則

其一，斷路器或者隔離封閉鎖回路輔助觸點的選取。對于斷路器或者隔離開封閉鎖回路來講，其不可以運用重動繼電器，而是結合實際情況，選取斷路器或者隔離開關的輔助觸點；其二，電流互感器選擇要求。現階段，電磁式電流互感器并非一個簡單的非線性元件，其屬于一個重要的鐵芯元件，若一次電流相對較大，那么其內部的直流分量也會漸漸增加，如果鐵芯還剩余磁，那么二次負載電阻將會增加，而工作點也會直接進入至磁化曲線之中，如此一來，將會造成電流互感器出現異常，出現誤判，致使母線差動保護動作相對比較緩慢[8]。由于可能存在電力互感器飽和等問題，所以必須要對高壓母線保護時的電感器選擇做出精準分析，主要是由于母線故障時，一般所產生的電流較大，極易出現短路的狀況，同時如果外部產生嚴重故障，那么電力互感器也會存在一定的差異，雖然母線兩側均選取了性能基本相似的電流互感器，但是其在飽和度方面存在一定的差別[9]。

3 斷路器失靈保護和母線保護的安全舉措分析

其一，斷路器失靈保護的安全舉措。為使動作可靠性得到進一步提升，只有同時滿足下列條件才可確保斷路器失靈保護進行動作：一是故障線路或設備保護可在極短時間范圍內復歸的繼電器在進行相應動作之后不會發生返回；二是對于沒有斷開的判別元件，可直接應用在短時間內進行復歸的相電流元件[10]。相電流判別元件的定值須結合實際情況，在確保線路末端不存在任何故障的條件下具備較強的靈敏度，要盡可能根據大于負荷電流進行整定處理，基于此，斷路器失靈保護應采取下列幾種安全舉措：

首先，非電量保護并不能直接啟動斷路器失靈保護，由于非電量保護節點動作、返回時間均相對較慢，啟動失靈保護的可靠性相對較差，所以在進行非電量保護動作過程中，電流并不會在短時間內快速增加，并不能達到失靈啟動電流值，所以在此種條件下失靈保護并不會直接啟動；其次，后備保護也不能直接啟動失靈保護，如借助后備保護啟動跳閘程序來實現直接啟動失靈保護的目的，那么如果后備保護發生異常將會導致失靈保護發生誤動作，進而造成事態影響增大；最后，輔助保護不可以直接作為失靈保護，例如，若把主變冷卻器全停保護直接作為變壓器的輔助保護，那么如果此保護發生動作，保護接點并不會瞬時動作，只有當冷卻器工作或備用電源恢復后才可以使保護接點發生相應的動作，因此該類保護不可直接作為失靈保護的氣動[11]。

其二，母線保護運行中的安全舉措。不同的變電站所應用的母線保護設備型號存在較大差異，且配置方面也各不相同，在具體運用過程中所實現的功能也不同，所以必須采取下列幾點安全舉措：

首先，必須明確母線保護裝置軟件的版本信息，如果廠家不同母線保護裝置的版本信息也存在一定差異，所以無論是在保護功能方面還是硬件配置、軟件結構方面均存在一定的差異；其次，要結合實際情況對CT變比進行整定處理，與CT變比進行對接后，不同生產廠家具有完全不同的整定方式，一般主要包括兩種類型：一是根據母線差動保護電力定值進行折算，其中基準變比為1。二是根據實際變比進行整定處理，具體的裝置主要是依據實際CT變比進行這三處理；再次，當進行倒母線操作過程中，為確保操作過程中母線產生故障可在短時間內快速切除，在把母聯斷路器控制電源保險摘除前，應把母線保護定制設定為單母線運行模式；最后，如果母線保護產生異常，那必須立即采取應急處理措施，對母線保護動作情況進行詳細記錄，以便后續進行處理。

總之，隨著科學技術水平的提升，各類保護裝置的安全穩定性、可靠性均會得到顯著提升，斷路器失靈保護的瞬時跟跳功能、斷路器斷開功能等均是為了提高電力系統的安全穩定性。而母線保護在輸電配電方面發揮著至關重要的作用，因此必須要高度重視母線保護，從而使電力系統穩定、安全運行。