微機式母線保護裝置的設計

李松革

摘 要：本文主要論述了適用于35kV及以上電壓等級的母線保護系統，包括單母線、雙母線、單母線分段、雙母線單分段分段及一個半斷路器等多種接線型式的母線保護原理和設計思路，并簡單闡述了當前電力系統母線保護的主要特征。

關鍵詞：母線保護；微機數字式保護；硬件設計

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A

1 引言

母線是分配、傳送和匯集電能的電氣設備，是構成電力系統中不可缺少的重要部分，近年來，隨著無人值班的變電站和變電站自動化技術的迅速發展，為滿足速動性、選擇性的要求，因此對于母線保護裝置的合理有效設計是非常重要的。要適用于Q/GDW 175-2013《變壓器、高壓并聯電抗器和母線保護及輔助裝置標準化設計規范》和Q/GDW 767-2014《10kV～110kV元件保護及輔助裝置標準化設計規范》所要求的母線保護技術規范。

2 概述

微機數字式母線保護具有高性能的通用硬件平臺、模塊化軟件設計、友好的人機界面、諧波監測、負荷錄波、運行過程準確記錄、完善的裝置結構、超強電磁兼容能超強電磁兼容能力、強大通信功能、滿足靈活多變的保護配置。裝置基于IEC61850標準開發，支持常規互感器接入方式，支持直接出口跳閘方式；支持IEC61850協議的站控層接入、間隔層的GOOSE閉鎖互聯和過程層的電子式互感器數字信號接入；可靈活地用于部分或全部采用智能一次設備的變電站，可適用于過程層直采直跳或各種組網方式。現以我公司WMH-500數字母線保護裝置為例，對母線保護裝置的軟硬件構成做簡要的介紹。

3 硬件設計

裝置采用最新一代的軟硬件平臺，具有可靠性高、抗干擾能力強、智能化、網絡化等特點。各種保護裝置的交流輸入、開入/開出、通信接口、人機接口、數據處理、通信處理等原理相同。只需稍加改變輸入輸出，就可實現不同的保護裝置。對于母線連接單元較少的方式，采用集中式（不配置子機）；對于連接單元較多的采用分布式（配置子機）。裝置采用功能模塊化設計思想，配置靈活通用等特性。裝置可直接與當地監控通信，裝置具有多個以太網口。通信規約采用IEC61850、IEC60870-5-103等。

3.1 保護原理設計

3.1.1 母線差動保護。本裝置的母差的起動元件包括電壓工頻變化量、差流變化量和支路電流變化量元件，常規比率差動元件和工頻變化量比率差動元件，根據TA飽和波形特點設置了兩個TA飽和檢測元件，采用首半波同步識別法和諧波制動閉鎖法。相電壓、三倍零序電壓、負序電壓閉鎖元件，當保護條件滿足并延時達到整定值，保護動作。

3.1.2 斷路器失靈保護。當母線所連接的線路單元或變壓器單元上發生故障，保護動作，而該連接單元斷路器拒動時，作為近后備保護向母聯（或分段）斷路器及同一母線上的所有斷路器發送跳閘命令，切除故障。當失靈開入有效，失靈電流元件和失靈電壓均開放時，斷路器失靈保護：經失靈保護時限1延時后失靈條件仍滿足，則跳開母聯分段斷路器；經失靈保護時限2延時后失靈條件仍滿足，則跳開母線上的所有各支路斷路器。對于變壓器間隔要同時啟動變壓器間隔跳三側的功能。

3.1.3 母聯（分段）死區保護。母線分為并列運行（聯絡開關合位）及分列運行考慮。并列運行（聯絡開關合位）時，差動保護動作跳開一段母線及母聯開關，裝置檢測到母聯開關處于分位后經延時確認分列狀態，由差動保護切除母聯死區故障。分列運行時母聯（分段）開關與母聯（分段）CT之間發生故障，由于母聯開關已分位，故障母線滿足條件，直接斷開故障母線，避免了故障范圍的擴大。

3.1.4 母聯（分段）失靈保護。在雙母線運行方式下，當保護向母聯發送跳閘命令后，經延時母聯電流還大于母聯分段失靈電流定值時，母聯失靈保護經兩母線電壓閉鎖后斷開兩母線上各元件。只有母聯開關作為聯絡開關時，才啟動母聯失靈保護。當裝置差動保護動作后、斷路器失靈保護動作后、母聯保護動作或外部啟動母聯失靈開入有效時均起動母聯失靈保護。

3.1.5 自動識別充電狀態功能。正常運行狀態下，母差進行充電預備狀態監測：差動啟動時，追溯一個周波（20ms）前的兩段母線電壓、母聯CT電流，當檢測到僅有一段母線運行并且母聯無流，且手合節點有效（“0”變為“1”后的1s內），裝置自動識別為母聯斷路器對空母線充電（展寬300ms）。300ms內閉鎖母差保護。

3.1.6 母聯（分段）充電過流保護。任一母線檢修再次投入使用之前，利用母聯（分段）斷路器對該母線進行充電試驗時可投入母聯（分段）充電過流保護，被試驗母線有故障時，充電過流保護切斷故障。工程中未獨立配置獨立的母聯保護裝置時，可投入母聯（分段）充電過流保護，用于母線充電保護或作為線路的臨時保護使用。母聯充電過流保護為兩段式保護，兩段保護的電流定值、時間定值可獨立整定。

3.1.7 母聯非全相保護。當母聯（分段）斷路器某相斷開，母聯（分段）非全相運行時，可由非全相保護延時跳開三相。母聯（分段）非全相保護投入，且母聯（分段）非全相位置開入合，當母聯零序電流或母聯負序電流大于非全相零序（或負序）電流定值，經延時跳開母聯斷路器。

3.2 母線運行方式識別。裝置通過開入隔離刀閘位置判別母線的運行方式，自動識別運行方式并跟蹤倒閘操作，同時對刀閘位置進行自檢。刀閘變位發告警信號。

3.3 互聯狀態。兩段母線看做一段母線，單母線運行方式，母線保護只有大差功能。這樣，無論任意段母線發生故障，大差將動作于切除兩段母線上所有連接單元。互聯狀態除自動進入外，硬壓板和軟壓板進入。裝置會自動發“互聯”信號，提示運行人員。

3.4 交流電壓斷線監視。母線負序電壓、三相電壓幅值之和或任一線電壓為判據，發母線PT斷線告警。對于雙母線/雙母雙分段接線，雙母單分段接線保護裝置，PT斷線發告警信號，但不閉鎖保護。

3.5 交流電流斷線監視。本裝置的CT斷線判別分為兩段：告警段和閉鎖段，大差電流大于CT異常電流定值時，發CT斷線告警信號，閉鎖母線差動保護。

結語

微機式母線保護具有高性能的通用硬件平臺、模塊化軟件設計、友好的人機界面、諧波監測、負荷錄波、運行過程準確記錄、完善的裝置結構、超強電磁兼容能超強電磁兼容能力、強大通信功能、滿足靈活多變的保護配置，具有強大的市場競爭力，前景非常廣闊。

參考文獻

[1] 賀家李，宋從矩，等。電力系統繼電保護原理第二版[M].北京：北京水利出版社，1985.