母線保護及變壓器啟失靈分析及其整定計算

摘 要：母線保護是電力系統繼電保護裝置中非常重要的一種保護，其可靠運行直接影響到電力系統的安全、穩定。本文主要分析了母線保護的作用、原理，并通過唐山電網220kV系統中母線保護的實際應用，闡述了母線差動保護及其中變壓器啟失靈保護的整定計算方法。

關鍵詞：母線保護 整定計算 方法

中圖分類號：TM773 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（b）-0124-01

目前，唐山電網220 kV的母線保護均為雙重保護，各種型號的微機母線保護約有70多套。母線保護正確的整定及動作對于整個系統及設備的安全運行起著越來越重要的作用。

1 母線保護的作用

母線保護涉及主變、線路、母聯等多個開關，所以母線保護是電力系統繼電保護裝置中的一個重要設備，電力系統的安全依賴于其穩定可靠的運行。在《繼電保護和安全自動裝置技術規程》中規定對于220 kV高壓電網母線保護的裝設應遵循能快速有選擇地切除故障母線的原則[1]。

2 母線保護的原理

母線差動保護裝置進行判斷和動作的依據是基爾霍夫電流定律，即：把母線看作一個節點，在任一時刻，流入該節點的電流之和恒等于流出該節點的電流之和。假設母線上各引出線的電流互感器變比相同，二次側同極性端連接在一起，如圖1所示。按此接線當在正常運行以及母線外部故障時，流過繼電器的總電流為零。如果母線發生故障，流過繼電器的總電流將不為零，據此，母線保護可以采用比較電流是否平衡及比較電流相位是否一致的原理，有些保護將兩種原理結合，一旦保護判別出母線發生故障，將立即啟動保護的動作元件。

3 母線保護的整定計算

3.1 電流及電壓元件的整定計算

（1）比率差動元件的比率差動門坎按包括檢修方式、異常方式等各種運行方式中的最小運行方式下，當母線發生故障時，計算流過母線的最小短路電流，按靈敏度Km≥4整定，得出數值，同時由于電流互感器實際使用時存在誤差，并且當母線外部短路時，保護裝置中有可能出現不平衡電流，所以要保證選擇性，差動保護的啟動電流必須躲開最大不平衡電流，以防止CT斷線時母線差動保護誤動[2]。

（2）低電壓閉鎖元件，以電流判據為主的差動元件，可以用電壓閉鎖元件來配合，提高保護整體的可靠性。復合電壓閉鎖元件包括母線線電壓（相間電壓），母線三倍零序電壓及母線負序電壓。其動作表達式為：

Uab Uset （1）

3U0 U0set （2）

U2 U2set （3）

以上三個判據中任意一個滿足，則該段母線電壓閉鎖元件動作，開放差動保護。Uset按母線發生對稱短路時有足夠靈敏度整定，靈敏度Km≥1.5，并且保證母線正常最低運行電壓下不動作，而在故障切除后能可靠返回，一般取U1=70 V/線；U0set按母線發生不對稱短路時有足夠靈敏度整定，靈敏度Km≥4，并且應躲過母線正常運行時產生的最大不平衡電壓中的零序分量，一般取3U0=6V；U2set按母線發生不對稱短路時有足夠靈敏度整定，靈敏度Km≥4，并且應躲過母線正常運行時產生的最大不平衡電壓中的負序分量，一般取U2=4V/相[3]。

3.2 變壓器啟失靈的整定計算

母差保護中斷路器失靈保護的作用是：當母線所連接的某一元件上發生故障時，其元件本身保護動作而該連接元件的斷路器發生拒動情況時，作為近后備保護的保護裝置向母聯或分段斷路器及同一母線上的所有斷路器發送跳閘命令，以盡快切除故障，避免事故范圍的擴大[4]。

對于變壓器保護，依據國家電力調度通信中心文件《國網公司十八項電網重大反事故措施》要求220 kV變壓器的斷路器失靈時應啟動斷路器失靈保護，以降低故障時對變壓器的短路沖擊。

對于變壓器220 kV側相電流判別元件按以下原則整定。

按包括檢修方式、異常方式等各種運行方式中的最小運行方式下，變壓器單臺運行時，低壓側兩相短路時，靈敏度Km≥1.3整定，同時盡可能的躲過變壓器最大負荷電流，且可靠系數不小于1.1倍。對于母差保護中變壓器失靈保護單元，一般不判別負序及零序電流。

對于電壓元件，低電壓一般按躲過正常最低運行電壓整定，保證母線發生對稱故障時有足夠的靈敏度Km≥1.5，且保證切除故障后能可靠返回，取U1=70V/線。負序及零序電壓元件，按可靠躲過正常運行時的最大不平衡電壓整定，并保證母線發生不對稱故障時有足夠的靈敏度Km≥4，一般取3U0=6V、U2=4V/相。如考慮到主變低壓側故障高壓側開關失靈時，高壓側母線的電壓閉鎖靈敏度有可能不夠，也可選擇變壓器支路跳閘時失靈保護不經電壓閉鎖。

對于失靈保護出口延時，一般以較短時限動作于跳開母聯或分段斷路器，該時間定值應大于斷路器動作時間和保護返回時間之和，再考慮一定的時間裕度，該延時一般整定為0.25 s；斷路器失靈啟動后以較長時限動作于跳開與拒動斷路器連接在同一母線上的所有斷路器。該時間定值應在先跳母聯或分段的前提下，加上母聯或分段斷路器動作時間和保護返回時間之和，再考慮一定的時間裕度。斷路器失靈保護的動作時間應在保證斷路器失靈保護動作選擇性的前提下盡量縮短，該延時一般整定為0.5 s[4]。

4 結語

目前唐山地區電網中使用了多種型號的微機母線保護，不同類型的母線保護，其基本原理類似。所以分析母線保護的基本原理，研究母線保護的整定計算方法，對于更好地發揮各種類型微機母線保護的性能起著重要的作用。

參考文獻

[1]DL 400-91.中華人民共和國行業標準.繼電保護和安全自動裝置技術規程[Z].1991.

[2]國家電力公司電力自動化研究所.BP-2B微機母線保護裝置[M].2011.

[3]南京南瑞繼保電氣有限公司.RCS-915A微機母線保護裝置（V2.3）[M].2011.

[4]國電南京自動化股份有限公司.SG B750數字式母線保護裝置：國網版[M].2010.