母線死區(qū)故障保護(hù)邏輯的改進(jìn)

馬騰飛，路學(xué)剛

(云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011)

母線死區(qū)故障保護(hù)邏輯的改進(jìn)

馬騰飛，路學(xué)剛

(云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011)

介紹雙母接線中母聯(lián)帶單側(cè)CT和雙側(cè)CT兩種情況下，發(fā)生母線故障和母聯(lián)死區(qū)故障時(shí)的保護(hù)邏輯進(jìn)行了闡述，指出傳統(tǒng)保護(hù)邏輯的優(yōu)缺點(diǎn)。針對(duì)現(xiàn)有母聯(lián)配置雙CT情況下發(fā)生死區(qū)故障依然要跳兩條母線的問題，對(duì)母線死區(qū)保護(hù)的邏輯進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)邏輯在死區(qū)故障時(shí)僅切除一條母線，較傳統(tǒng)邏輯有較大優(yōu)越性。

雙母線;母聯(lián);差動(dòng)保護(hù);死區(qū)故障

0 前言

母線是輸變電設(shè)備中最為重要的元件之一，母線起著匯集和分配電能的作用，母線發(fā)生故障將造成非常嚴(yán)重的后果，因此考慮到系統(tǒng)運(yùn)行和操作的可靠性，國(guó)內(nèi)110～220 kV母線大都采用雙母線接線方式，在母聯(lián)斷路器兩側(cè)裝設(shè)一組或兩組CT［1－2］。盡管現(xiàn)代微機(jī)保護(hù)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但母線微機(jī)保護(hù)中仍有一大難點(diǎn)，那就是在母聯(lián)斷路器和母聯(lián)CT之間發(fā)生故障時(shí)，母差動(dòng)作跳故障母線以及母聯(lián)斷路器后，故障依然存在，還要跳另一條母線，保護(hù)不能正確有選擇性地切除故障母線，這種故障稱為“死區(qū)故障”［3］。現(xiàn)有母線微機(jī)保護(hù)的保護(hù)原理采用帶比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)，并針對(duì)死區(qū)保護(hù)設(shè)置了相應(yīng)的保護(hù)邏輯。

文中首先介紹帶比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)原理，對(duì)母聯(lián)帶單側(cè)CT和雙側(cè)CT情況下的母線故障和死區(qū)故障保護(hù)動(dòng)作邏輯進(jìn)行了分析，指出現(xiàn)有保護(hù)邏輯的優(yōu)缺點(diǎn)，最后對(duì)母聯(lián)配置雙CT時(shí)的死區(qū)保護(hù)邏輯進(jìn)行了改進(jìn)。

1 比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)原理

母線主保護(hù)常采用比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)，設(shè)置大差及各段母線小差，大差計(jì)算除母聯(lián) (或分段)外母線上所有元件構(gòu)成的差流和制動(dòng)電流，小差計(jì)算每段母線上所有元件 (包括母聯(lián)或分段)構(gòu)成的差流和制動(dòng)電流。大差作為啟動(dòng)元件，用以區(qū)分母線發(fā)生區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障，小差作為故障母線的選擇元件，判別故障處于哪段母線上。大差、小差均采用帶有比率制動(dòng)特性的電流差動(dòng)算法，其動(dòng)作方程為［4］:

式 (1)中，Id為差動(dòng)電流，Ir為制動(dòng)電流，I0為差動(dòng)電流門檻，K為比率制動(dòng)系數(shù)。當(dāng)大差和某段小差都滿足判據(jù)時(shí)，判為母線內(nèi)部故障，母差保護(hù)動(dòng)作，跳開相應(yīng)母線上的所有斷路器。對(duì)于雙母接線母聯(lián)配置雙CT，大差與小差的保護(hù)范圍如圖1所示。

圖1 雙母線大差、小差保護(hù)范圍

2 雙母線保護(hù)原理

雙母線的主保護(hù)、失靈以及死區(qū)保護(hù)邏輯如圖2所示，各段母線的小差經(jīng)復(fù)壓閉鎖，如小差和大差同時(shí)滿足時(shí)保護(hù)出口跳故障母線;母聯(lián)配置單側(cè)CT發(fā)生死區(qū)故障時(shí)，先跳故障母線和母聯(lián)斷路器，通過確認(rèn)母聯(lián)斷路器位置在分位，經(jīng)延時(shí)后封母聯(lián)CT，使母聯(lián)CT電流不計(jì)入小差，破壞另一條母線的小差電流平衡，跳此母線，切除故障，實(shí)現(xiàn)死區(qū)保護(hù)。母聯(lián)配置雙側(cè)CT發(fā)生死區(qū)故障時(shí)，兩條母線的小差均動(dòng)作，直接跳兩條母線。

圖2 母線主保護(hù)、死區(qū)保護(hù)邏輯

2.1 雙母線母聯(lián)配單側(cè)CT時(shí)的保護(hù)

圖3 雙母線母聯(lián)配單側(cè)CT故障示意圖

雙母線母聯(lián)配置單側(cè)CT時(shí)的接線如圖3所示，母線保護(hù)會(huì)遇到下面三種故障:

1)母線出線k1點(diǎn)發(fā)生故障，對(duì)于母線保護(hù)來說為區(qū)外故障，母線保護(hù)不動(dòng)作。

2)Ⅰ母k2點(diǎn)發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，大差動(dòng)作，Ⅰ母小差動(dòng)作，Ⅱ母小差不動(dòng)作，母線保護(hù)瞬時(shí)跳母聯(lián)斷路器和Ⅰ母，故障切除。

3)母聯(lián)和母聯(lián)CT之間k3點(diǎn)發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，大差動(dòng)作，對(duì)Ⅱ母小差來說為區(qū)外故障，Ⅱ母小差不動(dòng)作;對(duì)Ⅰ母小差來說為區(qū)內(nèi)故障，Ⅰ母小差動(dòng)作，保護(hù)瞬時(shí)跳開母聯(lián)和Ⅰ母上連接的所有斷路器。但此時(shí)Ⅱ母依然向故障點(diǎn)供給短路電流，實(shí)際上故障并沒有切除，針對(duì)這種情況，保護(hù)在母聯(lián)跳后經(jīng)整定延時(shí)檢測(cè)母聯(lián)斷路器的位置，若母聯(lián)處于跳位，則母聯(lián)CT電流不計(jì)入Ⅰ、Ⅱ母小差計(jì)算，Ⅱ母小差的電流平衡被破壞，產(chǎn)生了差流，使Ⅱ母小差動(dòng)作，最終切除故障。若沒有把母聯(lián)的位置信號(hào)引入保護(hù)裝置，或者保護(hù)沒有識(shí)別到母聯(lián)的位置，則保護(hù)自動(dòng)按母聯(lián)失靈來處理，經(jīng)延時(shí)跳Ⅱ母。

2.2 雙母線母聯(lián)配雙側(cè)CT時(shí)保護(hù)

雙母線母聯(lián)配置雙側(cè)CT時(shí)的接線如圖4所示，CT1的極性與Ⅰ母元件一致，CT2的極性與Ⅱ母元件一致，母聯(lián)CT1電流計(jì)入Ⅰ母小差，母聯(lián)CT2電流計(jì)入Ⅱ母小差。

圖4 雙母線母聯(lián)配雙側(cè)CT故障示意圖

以Ⅰ母區(qū)內(nèi)外故障和死區(qū)故障為例，保護(hù)動(dòng)作邏輯為:

1)母線出線k1點(diǎn)發(fā)生故障，對(duì)于母線保護(hù)來說為區(qū)外故障，母線保護(hù)不動(dòng)作。

2)Ⅰ母k2點(diǎn)發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，大差動(dòng)作，Ⅰ母小差動(dòng)作，Ⅱ母小差不動(dòng)作，母線保護(hù)瞬時(shí)跳母聯(lián)斷路器和Ⅰ母，故障切除。

3)母聯(lián)和母聯(lián)CT之間k3或k4點(diǎn)發(fā)生死區(qū)故障，大差動(dòng)作，由于母聯(lián)雙CT交叉配置，根據(jù)差動(dòng)保護(hù)的原理可知，對(duì)于Ⅰ母小差和Ⅱ母小差來說均為區(qū)內(nèi)故障，Ⅰ、Ⅱ母小差均動(dòng)作，瞬時(shí)跳開母聯(lián)斷路器和Ⅰ、Ⅱ母上連接的所有元件。

2.3 對(duì)傳統(tǒng)雙母線保護(hù)原理

母聯(lián)配單側(cè)CT時(shí)節(jié)省了一組CT，裝置接線簡(jiǎn)單，但發(fā)生死區(qū)故障時(shí)，Ⅰ、Ⅱ母上所有元件都被切除，擴(kuò)大了停電范圍，這是母聯(lián)配單側(cè)CT時(shí)保護(hù)的最大缺點(diǎn)。

母聯(lián)配雙側(cè)CT時(shí)，同母聯(lián)配單側(cè)CT一樣，發(fā)生死區(qū)故障時(shí)，傳統(tǒng)母線保護(hù)將Ⅰ、Ⅱ母上所有元件全都切除，停電范圍依然被擴(kuò)大，僅僅是不需要延時(shí)，能夠瞬時(shí)切除故障。下面提出一種改進(jìn)的母線死區(qū)保護(hù)邏輯，母聯(lián)配雙CT時(shí)，發(fā)生死區(qū)故障，僅切除一條母線，另一條母線繼續(xù)運(yùn)行，縮小停電范圍。

3 改進(jìn)的母線死區(qū)保護(hù)邏輯

3.1母聯(lián)小差

圖5 雙母線母聯(lián)配雙CT故障電流

式 (2)中IdM為母聯(lián)小差差流，IrM為母聯(lián)小差制動(dòng)電流，KM為比率制動(dòng)系數(shù)，為了防止母聯(lián)小差誤動(dòng)且有足夠靈敏度，取KM為0.3，I0取為與母差電流門檻一致。

3.2 母線死區(qū)保護(hù)邏輯的改進(jìn)

母聯(lián)配置雙CT時(shí)，利用母聯(lián)小差判據(jù)，對(duì)傳統(tǒng)母線保護(hù)及死區(qū)保護(hù)邏輯進(jìn)行改進(jìn)，如圖6所示。

圖中各段母線小差出口要經(jīng)1 ms延時(shí)是為了確保死區(qū)故障時(shí)母聯(lián)小差先將母聯(lián)斷路器跳開，否則若小差先動(dòng)作，則會(huì)直接跳兩條母線。

圖6 改進(jìn)的母線主保護(hù)、死區(qū)保護(hù)邏輯

當(dāng)Ⅰ母發(fā)生故障時(shí)，大差動(dòng)作，母聯(lián)小差不動(dòng)作，Ⅰ母小差動(dòng)作，Ⅰ母小差經(jīng)1 ms延時(shí)后跳Ⅰ母上所有元件和母聯(lián)斷路器。當(dāng)死區(qū)故障時(shí)，大差、小差以及母聯(lián)小差均同時(shí)動(dòng)作，母聯(lián)先被跳開，母聯(lián)小差閉鎖小差出口，兩母線均不會(huì)跳，經(jīng)延時(shí)封母聯(lián)CT后，母聯(lián)小差與非故障母線的小差不再動(dòng)作，小差不再被閉鎖，故障母線的小差出口跳相應(yīng)母線上所有元件。由此實(shí)現(xiàn)了死區(qū)故障時(shí)，保護(hù)僅跳一條母線即可切除故障，縮小了停電范圍，較傳統(tǒng)母線保護(hù)有較大優(yōu)越性，雖然在母線故障時(shí)，小差出口增加了延時(shí)，但換來的是死區(qū)故障時(shí)保全一條母線，意義更為重大。

4 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)母線差動(dòng)保護(hù)不管母聯(lián)配置單CT還是雙CT，發(fā)生死區(qū)故障時(shí)，保護(hù)都將兩條母線跳開，擴(kuò)大了停電范圍。在分析了傳統(tǒng)母線差動(dòng)保護(hù)的原理后，針對(duì)母聯(lián)配置雙CT的情況提出死區(qū)保護(hù)的改進(jìn)邏輯，改進(jìn)邏輯對(duì)于死區(qū)故障僅需跳一段母線即可切除故障，縮小了停電范圍，較傳統(tǒng)保護(hù)邏輯有較大優(yōu)越性。

［1］ 王春生，等.母線保護(hù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1997.

［2］ 楊奇遜.微機(jī)繼電保護(hù)基礎(chǔ)［M］.北京:水利電力出版社，1988.

［3］ 劉偉平.母線保護(hù)死區(qū)問題的探討 ［J］.繼電器，2004，32(15):59－61.

［4］ 李文升，郭常利.母線保護(hù)中母聯(lián)失靈及死區(qū)問題分析［J］.東北電力技術(shù)，2007，5:35－38.

Im provement of Busbar Protection Logic on Dead Zone Fault of Busbar

MA Tengfei，LU Xuegang
(Yunnan Electric Power Dispatching Center，Kunming 650011，China)

This paper describes differential protection logic on busbar and dead zone faultwhen coupler has one or two CTs，aswell as their advantages and limitations.To counter the problem that protectionmust trip two busbars on dead zone faultwhen coupler has two CTs，an improved protection logic on dead zone fault is proposed.The improved protection logic just trips one busbar on dead zone fault，which hasmore advantages than the traditional logic.

duplicate busbar;coupler;differential protection;dead zone fault

TM73

B

1006－7345(2015)04－0075－03

2015－03－19

馬騰飛 (1985)，男，助理工程師，云南電力調(diào)度控制中心，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度運(yùn)行與控制 (e－mail)sjtucat@qq.com。

路學(xué)剛 (1989)，男，助理工程師，云南電力調(diào)度控制中心，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度運(yùn)行與繼電保護(hù)。