淺談PCS—915母線保護

【摘要】母線故障是電氣故障中最嚴重的故障之一，母聯開關作為母線的連接元件，如果母線發生失靈或發生故障將對保護的動作邏輯產生很大影響。而這類故障發生的概率雖然較小，但一旦發生必將給系統的穩定性帶來極為嚴重的影響。PCS-915是新一代母線保護措施，本文就PCS-915在變電站的保護作用加以介紹，并就其雙失靈情況進行簡單的分析。

【關鍵詞】PCS-915；母線保護；母聯失靈

1.引言

RCS-915系列母線保護是南京南瑞繼保電氣有限公司的一款主流產品，在變電站繼電保護現場已經成功應用近十年時間，積累了豐富的實際應用經驗。而PCS-915母線保護則是在此基礎上研發出的全新一代母線保護。它繼承了RCS-915系列母線保護的所有優點，并在保護原理方面有了進一步的創新和改進，同時人機接口方面更加友好，全面支持新一代的數字化變電站的應用要求。

但是在測試中，我們發現PCS-915在雙失靈（先支路斷路器失靈、后母聯失靈）的情況下，沒有對母聯失靈做出判別，是為雙失靈功能缺失，沒有及時跳開另一條母線，導致故障持續發展。對此，下面以PCS-915NS型母線保護裝置為例，淺談其雙失靈功能的缺失。

2.PCS-915母線保護原理

2.1 硬件的工作原理

本裝置是以南瑞繼保的先進的UAPC平臺研制為基礎進行研發的，UAPC平臺具有以下諸多優點：①硬件的軟件模塊化使得通用靈活，且具有強大的擴展能力。②具備良好的性能，安全可靠且抗干擾能力顯著。③具有能夠進行數字化、網絡化管理的接口本裝置基于南瑞繼保先進的UAPC平臺研制，UAPC平臺的主要特點是：硬件軟件模塊化，通用靈活，具有很強的擴展能力，高性能、高可靠性、高抗干擾能力，支持數字化、網絡化的接口。

裝置硬件原理如圖1所示。

2.2 軟件的工作原理

系統主程序能夠按照固定的周期不斷相應外部中斷，同時在相關的中斷服務程序中進行模擬量的采集與過濾，并采集開采量、自檢裝置硬件是否正常、檢查外部異常情況、計算啟動邏輯等，最后根據是否滿足啟動條件而進入正常程序運行或使得正常程序的運行發生故障。

正常的運行程序在自檢裝置時，裝置不正常就會發出警告信號，這種信號通常分為兩種，一種是異常運行報警，這時裝置不會立即閉鎖，而是通知檢修人員進行相應處理；另一種是閉鎖報警信號，這種信號發出的同時系統會立即自動將裝置閉鎖并保護退出。

故障計算程序負責各種保護算法計算的運行和跳閘邏輯的判斷。裝置的啟動和DSP的保護兩者的故障計算程序是各自獨立運行的，只有當兩者同時判斷故障出現時，裝置才會作出相應的反應。

3.變電站母線失靈保護的要求

2012年發布的《南方電網220kV母線保護技術規范》對母線失靈做出以下的要求：“對于運行中變電站220kV電壓等級采用各間隔判別斷路器失靈的情況”、“失靈保護應有失靈跟跳本間隔、跳母聯（分段）斷路器和跳相鄰斷路器的功能”。其對于開關量輸入和開關量輸出的部分關于失靈的要求摘錄如表1所示。

PCS-915NS型母線保護裝置設有母線差動保護、母聯（分段）過流保護、母聯（分段）非全相保護、母聯死區保護、母聯（分段）失靈保護、啟動分段失靈保護及斷路器失靈保護功能。適用于各種電壓等級的雙母四分段主接線，母線上允許所接的線路與元件數最多為24個（包括母聯/分段），并可滿足有母聯兼旁路運行方式主接線系統的要求。

4.PCS-915母聯失靈保護原理

母聯失靈保護動作需要以下三個條件同時滿足：

（1）母差保護動作跳一母（二母）；充電保護動作；外部啟動母聯失靈投入且同時有開入；投母聯過流啟動母聯失靈且母聯過流保護動作。（此四個條件任意一個滿足即可）

（2）母聯A、B、C相電流任意一相大于母聯失靈定值。

（3）一母（二母）電壓閉鎖開放。

如圖1所示，可見在母聯為合位的狀態下，一母小差和二母小差都將母聯電流計算在內。以一母為例，無論是一母區內或區外故障時，當母線大差達到門檻值啟動母差，一母小差達到門檻值且一母（二母）母線電壓閉鎖開放，將啟動母差跳一母（二母）。

5.變電站中的應用

PCS-915系列的母線保護裝置所采用的是面向間隔對象的母線保護設計。而由于這種方式的的采用，裝置能夠便捷的與各種特殊主接線方式相適應匹配，例如某些系統中的特殊接線方式（圖3所示）。這種方式與傳統的雙母單分段主接線方式主要的不同之處在于特殊開關B2的存在，這個特殊開關由多種功能可以分別作為分段、母聯1、母聯2開關。同時B2之路上串聯限流電抗器，用于檢修母線的充電。而對于該保護在差動回路中的位置必須根據其刀閘位置的組合關系來加以確定。

對于大型的變電站尤其是高電壓等級的變電站，大多存在：①電纜消耗量大。②因電流互感器二次電纜過長而導致電流互感器負擔重。③跳閘電纜的長度過長使得電磁的兼容出現問題等。對與此類的問題的解決可以通過選擇分布式母線保護來加以解決。根據變電站的實際情況，既可以選擇按照每個間隔來配置母線子站來便于間隔檢修，也可以根據現場的間隔布置情況使用多個間隔使用一個子站來降低母線保護的整體成本。在實現分布式母線通信環節的同時提高整個保護系統的安全可靠性。

在電力系統中，通常母線的主接線方式會隨系統容量增加而發生改變。例如在一起工程中采用雙母單分段主接線方式，在二期工程中采用雙分母雙分段主接線方式。在二期工程的改造過程中因母線保護二次回路的改造工作量十分巨大，需要將大量的電源、開入開出電纜以及電壓等由一面母線保護屏改接變為兩面母線保護屏，正如圖4所示（改圖僅為電流回路的改造示意圖）。

采用PCS-915系列分布式母線保護方式可以使得改造過程中關于二次回路的改造工作量大幅減少，如圖5所示，母線各從機的間隔接入情況可根據改造后的開斷點進行分配，在雙母單分段接線方式下母線主機接入所有從機；而在二期改造成雙母雙分段后，所有原從機的二次回路中的電纜都可以不用移動，只要安上一個新的母線主機，同時改變從機與主機之間的光纖連接方式即可。而當母線主機的保護方式均為雙母雙分段時，上述的分布式母線方案的提出可以減少主接線改變時母線改造所引起的二次回路的改造工作量，母線保護實際使用中沒有分布式安裝的需求，即分布式母線主機與從機可以集中安裝。

6.存在問題及原因分析

當出線1A點發生故障，斷路器SK1發生拒動，母差保護延時跟跳SK2，再延時200ms失靈跳母聯SK2，此時SK2也發生拒動，故障電流仍然存在，母聯失靈動作跳開一母及二母上所有開關。但在實際試驗中，當SK2也失靈時，PCS-915保護只是判斷為一母失靈，跳開一母上所有開關，但是由于SK1、SK2均失靈拒動，致使故障電流一直存在，將依靠二母上支路的遠后備保護來切除故障，無疑會對系統造成很大的影響。存在這種動作誤區是因為在判別母聯失靈時需要失靈電流大于母聯過電流動作定值。發生連續開關失靈時，故障點在一母的出線上，母聯合位、TWJ為1。

7.結束語

PCS-915母線保護繼承了其之前系列中母線保護設備中的先進技術手段，可以廣泛的應用于各種電壓等級的常規變電站中的不同主接線方式。但對于層的數字化處理還有很多工作需要完善，在國際市場中對此類的保護提出很多新的需求，例如支路死區保護、按支路配置的反時限過流保等，這些都有待進一步的研究開發。

參考文獻

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