低壓母線快速保護的應用

趙劍

(云南電網公司昆明供電局，昆明 650011)

0 前言

目前，我國110 kV 及以上的高電壓母線上，均裝有母差保護，在發生故障時可以快速切除故障，保證無故障設備的正常運行。10 kV、35 kV低壓母線一般情況均未配置母差保護，母線一旦故障，只能依靠變壓器后備保護動作來切除故障。

變電站10 kV、35 kV 低壓母線直接連接線路斷路器為用戶提供電源，或者連接站用變壓器或無功補償設備，調節系統電壓。與線路、變壓器相比，10 kV、35 kV 低壓母線故障率相對較低，但是，一旦低壓母線發生故障，就會直接中斷對負荷的供電，更重要的是，經主變后備保護延時切除故障，會使母線上所有設備和主變經受更長時間的大電流沖擊。我國的設備制造存在高低壓電器設備質量不均衡，相比高電壓設備，10 kV、35 kV 設備穩定性相對較差，容易發生事故。另一方面，隨著電網規模的發展，通過投切無功補償設備來調節系統電壓的頻率加快，再加上低壓母線設備一般裝設在狹小封閉的開關柜，更容易發生閃絡、小動物危害等情況，并且不容易通過巡視檢查及時發現設備異常，這些狀況導致低壓母線出現故障的幾率在增加。

中低壓母線事故往往會造成事故的擴大，使配電設備甚至變電站的主設備被燒毀，長期中斷供電，原因是其故障時短路電流較大，且不能快速被切除。解決這一問題的最有效的技術手段就是在變電站加裝低壓母線快速保護，在故障發生后保護快速動作，第一時間切除故障，使得故障對設備的損害降到最低，可以迅速恢復供電。

電流閉鎖式母線快速保護不需增加專用保護裝置和一次設備，就能滿足可靠性和靈敏性的要求，這種方案已被廣泛應用于變電站。

1 低壓快速母線保護

主變差動保護范圍為主變各側差動電流互感器之間的一次電器部分，全線路都在線路保護的保護范圍內，如果發生故障，主變差動保護和線路保護均能無時限切除保護范圍內的故障。但是，如果10 kV、35 kV 母線未加裝母差保護，故障范圍又剛好處于兩組CT 之間，那么，就只能靠主變低壓側后備保護、甚至主變高、中壓側復壓閉鎖過流保護以較長時限跳閘來切除故障。

圖1 變電站低壓側出線至低壓母線的接線方式圖

變電站的低壓快速母線保護，即電流閉鎖式快速母差保護，是一種電流速斷保護，可以設置時限。一般應用于變電站的10 kV 或35 kV 母線。為縮短主變低壓側故障時的切除時間，利用主變壓器低壓側后備保護，以低壓側后備保護中的電流元件作為啟動元件，母線上其它出線的瞬時動作的電流元件作為閉鎖元件，一起構成母線速斷保護。

圖2 低壓快速母線保護原理圖

基本邏輯:

母線故障時，主變低壓側過流元件動作，其它負荷出線的過流元件和保護無動作信號，母線電壓降低(低壓和負序電壓)，經T1 延時出口跳主變低壓側斷路器，使母線或斷路器故障時能有選擇并快速地切除。T1 整定時間應能躲出線過電流發信號時間和過流速斷保護動作出口時間，以及斷路器跳閘后保護接點返回時間之和，一般取0.1～0.15 s。

如主變低壓側斷路器故障或失靈，經T1 時間動作后，過流元件不返回，再經T2 跳開主變三側斷路器。T2 整定時間應能躲低壓側斷路器跳閘及過流元件返回時間，一般取0.3～0.5 s。

如低壓側出線故障斷路器失靈，裝置檢測到出線保護動作接點長時間不返回，主變低壓側過流也不返回，經出線斷路器失靈跳閘時間T3 跳開主變低壓側斷路器，實現斷路器失靈保護功能。T3 整定時間應能躲過出線斷路器動作時間和保護接點返回時間，一般取0.3～0.5 s。

2 變壓器跳閘事故

2.1 簡要經過

某監控中心遠方操作斷開220 kV 果林變電站10 kV 1 號電抗器045 斷路器，同時，220 kV 1 號主變10 kV 側001 斷路器跳閘，220 kV 1 號主變三側跳閘。

2.2 保護動作情況分析

現場檢查220 kV 1 號主變10 kV 側001 斷路器開關柜有放電痕跡，多處被電弧燒傷變黑。從后臺報文可看出，遙控切除10 kV 1 號電抗器約120 ms 后，最早動作的是B 套低壓簡易母線T1時限(合成信號為#1 主變保護動作)，由于簡易母線T1 時限整定為100 ms，可推斷出在切除電抗器后幾乎同時，低壓側發生了故障。220 kV 1號主變A、B 套保護均有動作。

從主變保護動作情況、主變故障錄波波形結合保護定值可看出:故障為低壓側三相短路，故障二次電流約9.2 A (一次值約22 000 A)，三相短路，持續時間約660 ms。B 套簡易母線保護T1時限(4 A，0.1 s 跳低壓側)由于時限最短最先動作，在跳開低壓側斷路器后故障仍未隔離，短路電流持續流經低壓側變壓器保護用CT，進而引起A 套保護復壓過流Ⅰ段2 時限(4 A、0.5 s 跳低壓側)、B 套保護復壓過流Ⅰ段2 時限(4 A、0.5 s 跳低壓側)及B 套保護簡易母線T2 時限定值(4 A、0.5 s 跳各側)，導致主變各側斷路器跳閘，保護動作行為與故障點位置與電流波形相符。

結合主變故障錄波圖，故障前220 kV 1 號主變低壓側一次電流為800 A 左右，為低壓側站用變及電抗器負荷電流。由于故障點在錄波CT 靠主變側，所以故障發生時錄波器無法感受到故障電流。A 套保護在故障發生后約500 ms 動作，B套保護在故障發生后約110 ms 動作，與主變保護動作報文相符。

圖3 220 kV 1 號主變故障錄波圖

2.3 低壓母線保護應用前后對比分析

根據以上分析，1 號主變A、B 套保護動作行為與一次設備故障點位置、故障電流波形大小及持續時間相符合，達到了保護電流及時間整定值，動作邏輯與設定的相一致，保護動作跳閘行為是符合預期整定要求的，本次故障相關保護均正確動作，及時切除故障有效地減少了主變及相關設備受到損害。

如果該變電站220 kV 1 號主變B 套保護未配置簡易母差保護，那么本次故障保護的動作情況將會是這樣:故障發生后，主變A 套保護復壓過流Ⅰ段2 時限(4 A、0.5 s 跳低壓側)、B 套保護復壓過流Ⅰ段2 時限(4 A、0.5 s 跳低壓側)保護動作，跳開低壓側斷路器，但是由于故障點未切除，主變高后備保護將延時到1.6 s 才動作切除故障，比此次切除故障的時間增加了1 s，可能造成主變和母線上的相關設備燒毀。

3 結束語

通過對快速母線保護的理論分析和實際運行中事故案例的分析，證明了在變電站10 kV、35 kV 母線加裝簡易母差保護可以有效彌補因主變后備保護需經長延時才能動作切除故障，有可能造成設備燒損的不足，可以有效保護設備，縮短設備故障停電時間，提高供電可靠性。因此，在變電站加裝低壓快速母線保護是非常必要而且重要的。

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