高阻抗差動保護一次通流法研究

許中華

摘 要：母差保護是主保護。當廠用電10kV系統發生短路故障時，母差保護能夠以非常快的速度切除故障，防止電源繼續給故障點提供故障電流。高阻抗型母差保護因其較好的抗飽和性能而得以被應用。文章重點介紹在進行某核電廠高阻抗母差保護調試過程中發現的問題，并針對問題提出解決方案。

關鍵詞：差動保護；高阻抗；核電廠

中圖分類號：TM311 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2945（2018）10-0117-02

Abstract： Bus differential protection is the main protection. When a short circuit fault occurs in a 10kV system， the busbar differential protection can remove the fault at a very fast speed and prevent the power supply from continuing to provide fault current to the fault point. High impedance busbar differential protection has been applied because of its good saturation resistance. This paper focuses on the problems found in the commissioning of high impedance busbar differential protection in a nuclear power plant， and puts forward solutions to the problems.

Keywords： differential protection； high impedance； nuclear power plant

1 概述

母線差動保護分高阻抗母差保護、中阻抗母差保護、

低阻抗母差保護。低阻抗母差保護是電流型保護，高阻抗保護是電壓型保護。

高阻抗母差保護是在差動回路中串接以阻抗值很大（幾KΩ）的電壓繼電器而構成的。其特點是接線簡單，選擇性好，動作快，不受TA飽和的影響。其缺點是要求各TA的型號、變比完全相同，TA特性及二次負載也要相同。由于差回路的阻抗很高，區內故障時，TA二次將出現很高的電壓，因此要求TA二次電纜及其他部件的絕緣水平要高。

本文通過對某核電廠10.5kV高阻抗母差保護的調試介紹，結合現場實際情況，使用新方法進行高阻抗母線差動保護的校驗，給后續進行類似高阻抗母差保護調試提供新的思路。

2 高阻抗母差保護實現

如圖1所示，母線上所有進線間隔及負荷間隔均配置相同特性的保護用CT，所有差動保護用CT有相同的變比及其它參數，所有CT同名端（圖中*號的地方為同名端）引出方向均相同，區內故障時，差動電流大，差動電流經過2kΩ串聯電阻后，在87元件上產生高電壓，當電壓超過整定值時，通過跳86繼電器，讓86線圈立即閉合，讓差動電流形成一個閉合的回路，此時差動電流不再經過87元件，避免87元件長時間承受較高電壓。圖1中壓敏電阻的作用是當回路中的電壓超過一定值時，通過MOV釋放掉回

路中的能量，避免損壞87元件（87元件能夠承受最長4個周波，即80ms的故障電壓）。

MOV特性見圖2。

3 高阻抗母差保護調試

3.1 調試定值

該核電廠母差保護采用的是分相元件87A、87B、87C，動作于該段母線上所有斷路器負荷。設計給出的定值是504V，也即母差元件87上的任意一相電壓高于該定值時，母線上所有斷路器跳閘。

3.2 極性確認

為了保證所有CT的極性一致，我們在試驗前確認了

每一段母線上CT的安裝方向，以及二次側的接線，按照圖3中所示同名端接線方式，理論上保證了差動回路的正確性。通過干電池確定極性的方式，也再次驗證了回路接線的正確性。

為了最終實際驗證差動回路及裝置的正確性、完整性，通過實際在一次側通流的形式檢查。在圖3中，將所有回路斷路器搖入工作位置（對于有閉鎖的斷路器，進行臨時解鎖）。以52-1斷路器的A1、B1為基準，依次短接A2、B2直至An、Bn，通過大電流發生器從A1、B1施加100A電流，所有CT變比均為3000/1，正常情況時，流入的電流與流出的電流大小相等、方向相反，差流為0，差動保護裝置上不會呈現差動電壓。當其中某個回路的極性錯誤時，單個CT二次側電流100/3000=0.033A，由于極性錯誤，此時差動電流是二次電流的兩倍（大小相等、方向相同），即

0.066A。該電流會在87元件上呈現出一個0.066*2000=132V電壓。因此，可以通過讀取母差保護裝置差動元件電壓的方法確定二次回路的正確性。對A1、C1到An、Cn做同樣檢查即可。

3.3 保護裝置校驗

由于電壓定值較高（504V），直接往裝置上加504V電壓，現場基本找不到能夠施加如此高電壓的保護校驗裝置（即使有些裝置能產生如此高電壓，電源品質也很難達到要求），因此考慮從一次側施加電流，在二次側產生電壓的方式校驗。504V定值對應二次側電流504/2000=0.252A，需要的容量為U2/R=504*504/2000=127W， 一次側需施加電流為0.252*3000=756A，對于同時滿足容量及電流要求的

大電流發生器，比較難找。因此在考慮極性正確的情況下，將圖3其中一側基準極性調換（s1、s2端子互換）。

對換基準極性后，所需的一次電流減少了一半，這樣僅僅需要756/2=378A。試驗設備所需容量也對應減少了1/4，即127/4=31.75VA，這樣基本滿足了通過大電流發生器加量的需要。

由于此方案采用兩相一起施加電流的方式，為了區分究竟是哪一相保護動作，在調試時，需要禁止非相關相保護元件。比如：當在A、B施加電流時，為了驗證A相保護，需在SEL587Z保護中禁止B相87保護元件。

通過大電流發生器施加電流的方式，保護裝置OUT3口（差動保護出口）在4.908周波動作，此時的保護動作值為506.725V，差動電流值為（506.725/2000）*3000=760A，通過改變基準接線的方式只需760/2=390A，現場設備滿足要求。

4 試驗方案進一步優化

盡管現場使用的大電流發生器CB832能夠產生500A的額定電流，但是由于在做相間短接線及施加電流接線處的接觸電阻較大，以及回路中母排的回路電阻的作用，導致大電流發生器的帶載能力有限，實際施加電流時，試驗設備有較大的抖動，為了防止設備損壞，我們對試驗方法進行了進一步的優化。

我們將A1、B1改變基準極性后，將A1、B1的電流回路并聯到了一起，同樣將A2、B2電流也并到一起，這樣，在要達到504V電壓的情況下，進一步將需要施加的電流減小了一半，試驗設備的容量也變成了原來的1/16，減少了由于試驗設備過載可能造成試驗設備損壞的可能。此時僅僅需要在一次側施加378/2=189A電流即可，試驗設備的容量也僅僅需要16VA即可。

經過現場驗證，改變接線方式后，該方法可行，且試驗設備也沒有再發生在加量過程中出現抖動的情況。

5 結束語

高阻抗母線差動保護由于其抗飽和性能好，有其較為明顯的優點，應用的也比較廣泛。但在整定電壓較高的情況下，其相應的調試方法比較少見，本文通過對某核電廠高阻抗母差保護的過程中發現的問題，在調試設備不能滿足調試要求的情況下，提出解決方法，并進一步優化方案，給后續人員在進行類似情況的保護調試時，提供了一種解決問題的思路，有良好的借鑒作用。

參考文獻：

[1]SEL587Z裝置說明書[Z].SEL.