刀閘輔助觸點異常對母差保護的影響與防范措施

范艷華

（山西魯晉王曲發電有限責任公司，山西 長治 047500）

通常，當母線內部出現故障時，要求快速正確切除故障，當外區出現故障時，則會要求其不要誤觸。多數220kV變電站的主出線方式均為雙母線方式，此種方式調度十分靈活，母線中的線路、旁路均要在母線上進行切換。因此，為防止母差保護的可靠性，必須使其能夠正確識別母線運行方式，從此角度看，刀閘輔助觸點是否正常直接影響母差保護動作是否可靠。

1 刀閘輔助觸點異常的類型

以最常見的220kV變電站為例。由于變電站制造年限各不相同，部分變電站連接母線的刀閘觸點難以反映實際運行情況，極有可能出現來回抖動、黏連以及接觸不良的情況，這便會使得母線差動保護對電流進行計算時出現錯誤判斷，進而影響到其保護的可靠性。就變電站目前運行情況而言，其輔助觸點異常可大體分為三種情形，分別是接觸不良，觸點黏連以及觸點抖動。接觸不良指的是刀閘觸點處于閉合狀態，其觸點開入狀態值應當為1，但觸點開入顯示值仍為0。觸點黏連指的是刀閘觸點處于斷開狀態時其狀態值應當為0，但觸點開入顯示值仍為1。觸點抖動，此類情形指的是觸點顯示值在0與1間持續翻轉（1代表刀閘閉合，0代表刀閘開斷）。

1.1 接觸不良

假設電力系統某支路單元運行狀態正常，若此時刀閘輔助接點出現接觸不良的情況，即刀閘觸點處于閉合狀態，其觸點開入狀態值應當為1，但觸點開入顯示值仍為0，此時，途經該支路的電源便不會進入電流差回路。若該支路對側、電源側為此條支路提供電源，此條支路發生故障時，便極易引發母線差動保護。若該條支路的負荷較小或不存在負荷，便不會引發母線差動保護的現象。

當該條支路的刀閘處于閉合狀態，但由于接觸不良現象，其保護裝置便不會處于互聯狀態。而保護裝置選擇故障母線的依據是對小差電流進行判斷，這便會直接影響母差電流保護的敏感性，使其難以在預定時間內對故障母線進行切除，進而無法縮小事故范圍。

1.2 觸點黏連

當電力系統運行維護人員進行倒母線后，若母線連接刀閘本該為斷開狀態，由于觸點黏連現象，使得與之相連的保護裝置判斷其仍舊為互聯狀態。此時，此部分發生區內故障，保護裝置便無法有效判斷出現故障的母線，極有可能同時切斷兩條母線，將事故范圍擴大兩倍，進而影響到電力系統的穩定運行。

除上述情況外，當運維工作人員對支路開關進行檢修時，母線相連刀閘本應處于斷開狀態，由于觸點黏連現象，與保護裝置互連的某組刀閘仍然顯示閉合。雖然此情況并不會對母線差動保護產生影響，但當該支路檢修完畢進入運行后，運維工作人員將另外一組刀閘調整至閉合狀態時，保護裝置便會識別與此兩組刀閘相連的母線為互聯狀態，若發生故障，保護裝置便會同時對其進行切除，擴大事故波及范圍。

1.3 觸點抖動

由于電力系統運維次數較為頻繁，觸點黏連現象基本上不會出現。但如果刀閘出現接觸不良現象，或者相關設備運行時間較長，長時間未對其進行維護。那么，當區內故障出現時，刀閘觸點便會出現抖動現象，如果其在保護裝置處的運行狀態與實際狀態存在差異，將會引發上文1.1與1.2兩者的任意一種。

經過對刀閘觸點異常類型的分析可得知，若刀閘實際運行狀態與保護裝置相連的節點位置存在差異，極為容易出現母差保護誤動甚至拒動，進而增大事故范圍。因此，刀閘觸點的正常運行與母差保護動作存在直接影響。當前電力系統中所使用的保護裝置基本均帶有刀閘自檢的功能，能夠及時發現刀閘當前實際運行狀態，以此保證母線差動保護的可靠性。

2 刀閘輔助觸點異常對母差保護產生的影響

從上述對觸點異常類型的分析可以發現，電力系統中母線差動保護是否能夠在區內故障出現時進行正確動作會直接影響整個電網運行的穩定性。若母線出現區外故障時，母線差動保護不需要采取動作，當出現區內故障時，母線差動保護需要采取動作，在預定時間內對故障母線進行判斷，并有針對性地切除故障，以此確保電力系統運行的穩定性。

由于雙母線的連接形式較為方便，電力系統能夠從負荷特點的角度出發，以實際情況為準互相切換母線，整體調度較為靈活，所以此種連接方式多在變電站中使用。在母線切換過程中，母差保護相關裝置也必須對切換后的母線進行判斷，隨著運行方式的改變而變換，對電流差動與跳閘回路進行調整。從此處便可看出，在電力系統實際運行中，母差保護是否可以對一次系統的運行方式進行正確識別，會直接影響到其動作的正確性，而判斷一次系統的運行方式則要通過刀閘輔助觸點進行判斷。所以，其觸點是否正確是影響母差保護動作的核心因素。

3 刀閘輔助觸點異常對母差保護產生影響的防范措施

根據上文對刀閘輔助觸點異常類型與對母差保護產生影響的分析，得知刀閘觸點會直接導致母線差動保護的不可靠。為避免此情況的出現，采取有針對性的措施是極為必要的，本文便以某地區220kV變電站為例，從硬件方面與軟件方面入手，說明防止母差保護誤動的具體措施。

3.1 A變電站簡介

該變電站電壓等級為220kV，為降壓變電站，南側為彰武水庫，北側為依安林公路。此變電站中10kV部分使用單母線接線形式，出線方式為兩回出線。110kV部分則采用雙母帶旁母形式進行連接，出線方式為十回出線。220kV部分則是采用雙母線接線形式，出線方式為四回出線。由上述變電站的接線方式與接線形式可發現，此變電站的運維較為復雜，且難度較高。隨著經濟的飛速發展，人們對電能供應的要求越來越高，為確保電網運行的可靠性與穩定性，對此變電站的母線保護問題加強研究具有極強的現實意義。該變電站所配備的保護有瓦斯、差動、零序、間隙、非全相等，后備保護有閉鎖過流等。從此變電站的職能來看，其擔負著所在區域聯網與500kV系統下灌任務，并承擔周圍居民的日常用電，屬于樞紐變電站，若發生大面積停電便會對所在區域造成難以預估的損失。為確保其安全運行，消除刀閘觸點異常尤為必要，下文便從硬件、軟件兩方面入手對防范措施進行說明。

3.2 硬件方面

該變電站為保證相應保護裝置能夠識別刀閘實際運行狀態，放棄了傳統一對接點的方法，采用兩對接點方法，使得保護裝置在對刀閘位置進行識別時，對兩對接點進行判斷，以此提高保護裝置對刀閘真實運行狀態的識別。雖然此種方法在實際施工時，會增加電纜數量，增大工作人員的勞動強度，提高保護裝置的計算量，但其識別準確性會有顯著提升。因此，為最大限度降低大面積事故的發生，此變電站采取了此種方式。具體配置方式如下。

3.2.1 配置方式

根據相關規程要求，若變電站電壓等級在220kV或以上，則必須配備兩套母線。該變電站采用的則是型號為WMZ-41與RCS-915母線保護裝置。并在110kV設置了型號為WMH-800的微機保護裝置，其具體參數如下。

該微機保護裝置的芯片型號為TMS330C33XDSP，其制作工藝為六層印刷版，采用16位轉換器對模擬量進行轉換，機箱為6U機箱，插件可靠性極高，接插極為靈活，這些均為該保護裝置的靈活運行打下了良好的基礎。此裝置是專門為母線保護設計的，主要應用于電壓等級在500kV以下的各類接線形式母差保護。該裝置具有分項瞬時值差動保護、閉鎖、分段母聯充電保護、過流保護、非全相保護、失靈保護、死區保護、斷線告警、斷線閉鎖等，并有自動識別、CT識別、CT變比、電壓電流實時監測顯示、開關量監測、故障報告打印、事件報告打印等功能，從此可看出，該保護裝置的自檢功能十分完善。

WMH-800作為成熟的保護裝置，可通過隔離器件對刀閘開關量進行隔離，并采用可靠性極高的插件連接至端子排，以此最大限度減少多余的配線，提高了保護裝置的穩定性。為避免其內部電路受到外界影響，可采用光隔離方法隔離強電與弱電，提高其抗干擾能力。其具體連接方式為從人機接口出發，下方分別經連接電壓閉鎖、C相差動保護、B相差動保護以及A相差動保護，此便是其邏輯組織關系。該裝置會對ABC三相進行分別采樣，并將模擬量轉換為數字量，再進行命令開出，最大限度降低故障出現的概率。若三相同時出現故障，電壓閉鎖作為獨立單元可對電壓進行采樣，將模擬量轉換為數字量后對閉鎖條件進行判斷，進而開出命令。通過此四個單元的配合，可以在完成保護功能的情況下有效防止母差保護誤動情況的出現。此部分中人機接口功能則是對所有保護單元進行綜合管理，使保護單元能夠順利發送各類信息，為運維管理人員提供操作性較強的人機界面。

3.2.2 刀閘觸點識別

本文第一部分與第二部分分析了刀閘誤觸對母差保護所產生的影響。當母線出現區外故障時，由于電流互感器的存在，勵磁電流會有一定程度的增加，使得電流互感器處于飽和狀態。這也是不能通過變電站二次電流難以反映一次電流值的主要原因，此時，保護裝置便極易存在差動電流，對保護裝置的動作產生影響。從上述可得知，在變電站中設置電流互感器的飽和判斷是極為必要的。而WMH-800裝置的飽和檢測方法是根據差動電流的顯示時間對其識別。當區外故障發生時，互感器飽和，在故障出現與差電流出現時間內，一次與二次電流能夠處于正確傳變，呈現的也是線性關系，若差電流顯示時間與查回路出現的時間一致，則代表為正常故障，便會觸發保護動作，切除故障母線。而對刀閘觸點的識別方法則是采用電流平衡法進行。當電力系統處于正常運行狀態時，母線自身大小差是處于平衡狀態的，此時，便可以使用電流對觸點的運行方式進行校核。若發現大小差不平衡，則觸發異常告警，若是檢測到刀閘雙跨時也會觸發告警信號，提示運維工作人員對其進行注意，及時采取相應措施。

3.3 軟件方面

該裝置所采用的軟件為廠家自帶。當該裝置投入運行后，微機會自動對所有采樣點的大小差瞬時值進行計算。若無區內故障發生時，則會利用支路電流進行檢測，判斷各個支路的運行狀態，并將運行正常的支路納入待選集。對待選集的排列組合是該裝置軟件中的重點，其算法應當能夠快速進行收斂，以最快速度計算出平衡小差。當前較為常用的算法有窮舉、回溯以及遞歸，由于回溯運算量較大，窮舉適用范圍較小，因此，該裝置采用了遞歸算法，具體如圖1。

圖1 遞歸算法流程

在刀閘觸點自檢方面，若支路單元在裝置中顯示處于閉合狀態，但經過檢測后不存在電流，或該支路單元在裝置中處于開斷狀態，但經過檢測后存在電流。該軟件便會發出開入異常命令，點亮告警燈，提醒運維工作人員。

4 結語

綜上所述，刀閘輔助觸點若處于異常狀態，會直接影響母差保護裝置的運作，因此，加強對刀閘觸點的檢測是十分必要的。本文以某地區變電站為例，從硬件、軟件方面說明了WMH-800保護裝置在變電站中的應用方法，此裝置可有效提高母差保護運行的可靠性。