對雙母線微機母線差動保護裝置的分析與故障處理

丁強強

（湖南省電力公司懷化辰溪電力局，湖南 懷化 419500）

隨著科技的不斷發展，微機母線保護也被大量應用，其種類越來越多，但是其應用的主要原理還是沒有太多的變化，大多還是采用完全電流差動原理構成的母線差動保護。母線差動保護為分相式比率差動，分別由各自的CPU板完成保護邏輯判別和跳閘出口。差動回路包括母線大差回路和各段母線小差回路，母線大差為除母聯或分段開關以外的所有支路電流構成的差動回路，某段母線小差為該段母線上所連接的所有支路（包括母聯或分段）電流構成的差動回路，大差用于判斷母線區內或區外故障，小差用于選擇故障母線。只要母線連接支路數量不變，大差回路電流不受母線運行方式變化的影響，而小差回路電流則要根據各支路刀閘位置進行實時分配。

1、雙母線同時運行時的母線保護原理

在電廠以及變電所需要的高壓母線上，為了提高供電可靠性，一般采用雙母線運行的方式。母線差動保護的動作原理建立在基爾霍夫電流定律的基礎上，把母線視為一個節點，比較各支路電流瞬時值的正、負，即相位。為提高保護靈敏度，采用綜合判據。

目前在市局的220千伏等級變電站的母線上都已配置了雙重微機母線差動保護來作為母線的主保護。雖然微機母線保護的構成比較復雜，但其基本工作原理仍然可以用普通繼電器構成的母線保護進行描述。其接線原理如圖1所示。

根據圖1分析，電流差動保護原理接線圖由三組組成。第一組由L1、L2、母聯及差動繼電器KD1組成；第二組由L3、L4、母聯及差動繼電器KD2組成；第三組由所有線路、母聯及差動繼電器KD3組成，作為整個保護起動元件。Ⅰ和Ⅱ母線各接二回出線（QF1、QF2和QF3、QF4），母聯 QF5合上。KD1、KD2分別為Ⅰ母和Ⅱ母的小差動繼電器，KD3為大差動繼電器。其中全部出線的TA二次回路（即L1～L4）與大差動繼電器KD3構成大差動回路；Ⅰ母所屬的出線L1、L2及繼電器KD1與母聯QF5構成Ⅰ母小差動；Ⅱ母所屬的出線L3、L4及繼電器KD2與母聯QF5構成Ⅱ母的小差動。大差動用來判斷全站是否存在母線短路，而小差動則用來判斷故障在哪段母線。

2、差動保護功能調適

2.1 模擬母線區外故障。條件：不加母線電壓，使“差動開放”燈亮。任選同一條母線上的兩個變比相同的元件，在這兩個元件的電流回路里同時加入單相電流（同一相），電流大小相等（1-10A）方向相反。此時觀察面板顯示中：這條母線的大差電流和小差電流應等于零。這條母線差動保護不應動作。

圖1 雙母線同時運行時元件固定連接的電流差動保護原理接線圖

圖2 當元件固定連接保護區外短路

圖3 內部短路

圖4 固定連接破壞，且外部短路

2.2 模擬母線區內故障。條件：不加母線電壓，使“差動開放”燈亮。 任選一段母線上的一個元件，在該元件的電流回路中施加任意相電流，電流值大于差動門檻定值時；母線差動保護應瞬時動作，切除母聯及該元件所在母線上的所有元件，母線差動動作信號燈亮。

圖5 固定連接破壞，內部短路

2.3 模擬雙母線倒閘操作過程中母線區內故障。條件：不加母線電壓，使“差動開放”燈亮。任選一條母線上的一個元件，合上該元件的Ⅰ母隔離開關及Ⅱ母隔離開關。在該元件的電流回路中施加單相電流，電流值大于差動門檻定值；母線差動保護應瞬時動作，切除母聯及母線上所有的支路元件，Ⅰ母、Ⅱ母差動動作信號燈點亮。

2.4 復合電壓閉鎖在Ⅰ母PT二次回路中。任選該段母線上的一個元件，在其電流回路中加載單相電流，電流值大于差動門檻定值，此時Ⅰ段母線差動保護不會動作。若電壓回路中不加電壓，也就是說只要在母線失壓的情況下，便滿足了差動保護開放的先題條件。

2.5 CT斷線告警及閉鎖

差動保護。在兩段母線PT二次回路加載正常三相對稱電壓，任選一段母線上的一個元件在其電流回路中加載單相電流，電流值大于CT斷線門檻值，大于差動門檻定值。母線差動保護不會動作，經延時，裝置報“CT斷線告警”信號，保持加載電流不變，將母線電壓降至0V，此時母線差動保護還是不會動作。

根據上圖2～圖5可知：（1）固定連接未破壞，區外短路故障時，保護不起動；內部故障時保護動作具有選擇性；（2）固定連接破壞，外部短路故障時，保護不會誤動；（3）固定連接破壞，且內部發生短路故障時，保護將失去選擇性。

3、微機母線保護在不同主接線方式下實現方案

3.1 差動回路及出口邏輯表示方法的假設

在微機母線保護差動回路的計算和出口回路的動作邏輯都與刀閘位置有著密切關系，為了下面表述的方便，我們用表示N單元Ⅰ母刀閘位置，用表示N單元Ⅱ母刀閘位置，其值為0或1（0表示刀閘分，1表示刀閘合），用表示母聯的運行狀態，其值為0或1（0表示母聯分，1表示母聯合），用表示N單元的電流數字量，表示母聯的電流數字量，表示N單元的動作情況（0表示動作，1表示不動作）。分別表示Ⅰ母和Ⅱ母的故障情況（0表示不故障，1表示故障），出線單元在這里我們把它都看成可倒單元。

3.2 雙母線接線方式

雙母線接線方式是比較常見的一次接線方式。也是一種比較典型的一次接線方式。在微機母線保護中，對正常的出線單元通過刀閘輔助接點的判斷來確定本單元的電流處于哪一差動回路，出口回路也是通過刀閘輔助接點來判斷是否處在故障母線。在雙母線中，母聯是特殊單元，通過對母聯電流互感器的極性的特殊約定，母聯可以作為Ⅰ母的單元也可以作為Ⅱ母的單元。假定母聯極性與Ⅱ母單元極性相同，我們可以通過一定的表達式來表示電流回路電流和出口回路的動作邏輯。

結語

為保證電力變壓器等重要電力元件的安全穩定運行，保證快速切除故障，懷化電網220KV母線裝設了母差保護，隨著大容量變壓器在電網中逐步推廣，流變變比的更新要求迫切，應用能夠靈活調整流變變比不一致的微機母差保護勢在必行。

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