220 kV母線保護系統中母聯、分段開關典型死區保護分析

鄒 瑜，陳宏元，李凡紅，陳 勇

(四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610041)

母線是變電站連接變壓器等電氣設備和相應配電設備的重要電氣元件，它承擔著匯集、分配和傳送電能的重要責任。因此，母線保護也尤其重要，它必須在短時間內快速判斷故障區域，選擇性地跳開部分斷路器，盡快地使系統與故障點隔離，且盡可能減小事故影響范圍。目前國內220 kV母線差動保護已基本微機化，電流是判斷母線是否故障的最重要判據，保護裝置通過各間隔電流互感器獲取電流量按區域進行矢量合計算，再加之其他的輔助判據進行綜合判斷來確定母線故障區間，在故障時通過作用于斷路器跳閘的方式來隔離故障。由于電流互感器與斷路器是兩個設備，在它們之間發生故障時會使母差保護裝置產生誤判，雖然裝置中的死區保護邏輯最終可以切除故障點且死區故障的概率極低，但隨著電網的日趨復雜，電力系統的穩定可靠運行變得愈加重要，在死區故障發生時繼電保護的選擇性和速動性將會大打折扣。這里就220 kV母線保護系統中母聯、分段開關典型死區故障存在的問題進行探討，提出針對性的建議，在一定程度上能夠大大降低此類故障的事故影響范圍。

1 母聯、分段死區保護邏輯分析(以雙母線接線方式為例)

下面以雙母線接線方式的南瑞繼保RCS915系列保護裝置(其母聯TA極性指向I母)為例，對目前母差保護裝置死區故障的動作行為進行分析。其母聯開關和母聯TA之間發生故障時的示意圖如圖1所示。

圖1 母聯死區故障示意圖

為了便于分析，圖1僅表示出母聯、Ⅰ母及Ⅱ母分支，母線各線路分支的TA極性指向線路，而母聯的TA極性指向母線，各母小差計算公式如式(1)所示。

當出現上述故障時，根據母差保護動作邏輯:大差元件啟動，同時由于Ⅱ母小差也將滿足動作條件，在復壓條件開放的條件下，母差將動作跳開母聯及Ⅱ母上所有支路，其動作邏輯如圖2所示。當其跳開后故障點依然存在，保護必須通過啟動死區邏輯才能隔離故障點，其動作邏輯如圖3所示。

圖2 RCS915系列母差主保護邏輯框圖(以Ⅰ母為例)

由于Ⅰ母小差和Ⅱ母小差在母聯間隔采集的電流量均來自同一TA，此TA靠近Ⅰ母側，在母聯斷路器處于合閘狀態下，母聯開關與TA之間發生故障時，由于Ⅱ母小差比差元件動作且其余條件均滿足，所以保護裝置將無時限跳開Ⅱ母上所有斷路器(包括母聯斷路器)，跳開后故障依然存在，此時大差比差元件與Ⅱ母小差比差元件仍然動作，母聯開關TWJ置1，通過死區保護邏輯判據跳開Ⅰ母上所有斷路器，故障點被隔離。在母聯斷路器處于分閘狀態時，母聯TA電流不計入小差計算，發生死區故障時母差保護會正確選擇故障母線。

由此看出:在母聯合位死區發生時，理想情況是切除母聯和Ⅰ母上所有間隔的斷路器即可，而不用切除Ⅱ母，但是現在的母差保護邏輯卻先切除Ⅱ母，后切除了Ⅰ母上所有間隔的斷路器，使母聯兩側的兩段母線全部失壓。

圖3 母聯死區保護邏輯框圖

故障點的切除時間是在Ⅱ母差動跳閘后經死區保護判據并延時出口跳閘的。也就是說從故障發生到故障隔離的時間為:Ⅱ母差動出口時間+母聯開關位置輔助接點閉合時間+死區動作延時+開關動作滅弧時間。其中母聯死區動作延時定值，應大于母聯開關TWJ動作與主觸頭滅弧之間的時間差，以防止母聯TWJ開入先于開關滅弧動作而導致母聯死區保護誤動作，即母聯開關位置輔助接點閉合時間+死區動作延時時間＞開關動作滅弧時間。

2 改進的措施建議

近兩年新建的變電站一次設備大多采用室外GIS布置，GIS設備一般在斷路器兩側均裝有電流互感器，即將母聯開關兩側電流互感器均接入母差保護裝置，其故障示意圖如圖4所示，其中TAⅠ接入Ⅰ母小差進行計算，而TAⅡ接入Ⅱ母小差進行計算，并且兩小差同樣都加入復合電壓閉鎖功能(電壓取自220 kV母線TV)，各母線小差計算公式如式(2)所示。合位死區故障時，應先使母聯斷路器跳開并封鎖兩組母聯TA(不計入小差計算)，再次進行差流計算來選擇故障母線(仍然加入復合電壓閉鎖邏輯)。即當A點故障時，先跳開母聯斷路器后，兩組母聯TA不再計入各自小差進行計算，Ⅱ母上電壓恢復正常且無小差電流;Ⅰ母復合電壓開放且小差比差動作，跳開Ⅰ母上所有間隔的斷路器，將系統與故障點隔離。

圖4 雙TA時的母聯死區故障示意圖

為了區分死區和其他區間故障，必須讓裝置在故障發生時就鎖定故障區間，可以加入圖4中TAⅠ與TAⅡ之間是否有差流的一些判據來區分故障區間，主要判據如下。

(大差啟動)AND(母聯開關合位且TAⅠ與TAⅡ之間有差流)AND(Ⅰ、Ⅱ母小差均有差流)AND(兩段母線復壓條件均開放)=母聯TAⅠ與TAⅡ之間死區發生故障

(大差啟動)AND(母聯開關合位且TAⅠ與TAⅡ之間無差流)AND(Ⅰ母小差有差流)AND(Ⅰ母復壓條件開放)=Ⅰ母發生故障

圖5 雙TA時的母聯死區邏輯示意圖(I母為例)

若判斷為死區故障，則先跳開母聯開關后再判斷故障區間來選擇母線，母聯開關跳開后，兩段小差均封鎖母聯TA電流分別進行差流計算，選擇死區故障點(此時選擇母線是需要一個延時，與目前的母差死區保護時間要求一致，防止母聯TWJ開入先于開關滅弧動作而導致另一段正常母線誤動作，延時整定值應大于開關滅弧時間與輔助接點動作之間的差值);若判斷為非死區的其余區間故障(如B點故障)，則不提前跳開母聯開關，按照原有的母差邏輯模式執行但小差計算較之于傳統小差計算略微差異，如式(2)所示。其邏輯流程如圖5所示。

與目前的母差保護裝置相比較，在非死區故障區間短路時，多加入了一個判母聯兩個TA之間差流的邏輯判據，在時間上與大差、小差同時進行邏輯判斷，保護出口時間與目前的母差保護出口時間沒有大的差別;在死區故障時，故障切除時間為:判死區故障母聯開關出口時間+母聯開關位置輔助接點閉合時間+選擇死區故障點延時+開關動作滅弧時間，死區故障切除時間與目前的母差死區故障動作時間沒有大的差別。

3 改進措施的優劣勢

改進措施的優勢:在母聯、分段分位與合位死區發生故障時能夠正確地判斷故障區間，杜絕了保護裝置在合位死區故障時誤跳一段非故障母線的情況，且在各區間故障的動作時間與目前保護裝置相當。

改進措施的劣勢:增大了死區區間范圍;增大了保護裝置的運算量和復雜程度;在母聯開關只有一組TA的情況下需增加一組互感器設備成本。

4 結論

通過以上分析研究，對母聯、分段死區故障提出了有針對性的解決方法，即在母聯、分段開關兩側各安裝一組TA并引入母差保護裝置，通過兩組TA之間差流計算來區分死區故障和一般區間故障。在死區故障的時候不會錯誤地動作非故障母線段，有效降低了事故影響范圍。

［1］朱聲石.高壓電網繼電保護原理與技術［M］.北京:中國電力出版社，1995.

［2］南瑞繼保股份有限公司.RCS-915系列母線差動保護裝置說明［M］.