試析220kV母線差動保護動作事故原因及改進策略

董明瑞

摘要：出于電力系統運行的需要以及實際操作的方便，微機母線差動保護在我國電力系統中的應用十分廣泛。然而，母線差動保護的應用過程中，如果未對母聯死區進行有效的保護，將產生死區故障，造成失壓事故，給電力企業造成巨大的負荷損失。因此，對220kV母線差動保護動作事故原因及改進措施進行探討與分析，具有十分重要的現實意義。

關鍵詞：220kV變電站;母線差動保護;問題;措施

一、母線差動保護裝置工作原理分析

通常設置大差與小差對雙母線系統的母線差動保護裝置進行保護，大差是不包括母線及分段在內的母線上各元件形成的差流，小差是各母線上全部元件形成的差流。大差是起動元件，能夠對母線區的內外故障進行明確;小差是故障母線元件的選擇。就母聯并列運行出現死區故障而言，如果母聯開關接點位置分離，再結合主接點和輔接點的時間先后進行考慮，也就是封母聯電流互感器，那么另一段母線母差能夠將故障排除。

二、保護動作行為分析

以某220kV變電站失壓事故為例，其死區故障發生在220kV站母線的開關相，在剛發生故障時大差與母線差都存在差流。故障電流有效值大概為21.3kA，已經達到母線差保護差流的定值。故障持續時間在40ms后，I母差動保護首先作出反應，使掛I母運行的各個間隔開關斷開。

40ms后因為母聯B相的故障電流依然存在，但是母聯開關已經處于斷開狀態，基于保護角度，可明確母聯開關與電流互感器之間存在死區故障的發生。這時，當I母小差動作以及母聯開關斷開之后，故障還是存在不返回的大差電流，但是母聯電流互感器仍然有電流的存在，II母得出的故障電流有效值是14.3kA，在大概98ms時母差保護經過判斷發生母聯死區故障，BP-2B按照母聯開關的狀態持續時間達50ms封母聯電流互感器，此時I母小差電流不存在，II母存在差流，195ms時II母小差動作斷開掛II母運行的全部間隔開關，從而使故障完全消除。

三、母線差動保護動作事故的原因分析

基于繼電保護的視角，不管是理論分析，還是結合數據進行證明，最合理的答案是母聯死區出現故障而導致事故的發生。但是，卻不能使外在的表面問題得到解釋。開關外部的放電痕跡較為明顯，表明存在接地故障，但是故障的發生部位卻不是死區，應該屬于母線故障的范圍之內。因此，保護動作屬于一種意外動作。基于不同的專業視角，將出現兩種差異明顯的結論，其也是問題的重點。按照求真務實的原則，基于檢修與繼電保護的角度進行調查與分析，對事故發生的真正原因進行探析。

（一）繼電保護角度的調查開展

第一、對值班記錄進行調查。故障時段變電站不存在任何操作，使工作人員的操作失誤可能被排除。第二、對全部間隔裝置定值和保護定值單進行核對，發現結果不存在問題。第三、對母線保護的外部電壓、電流回路的接線進行檢查，判斷其端子接觸是否良好。第四、檢查的母差電流互感器一點接地良好，與相關標準相符。第五、測試母線保護的電流互感器回路和二次回路的絕緣性，結果表明與相關標準相符。第六、開展故障模擬試驗對保護裝置進行檢測，保護動作行為無明顯異常，結果表明保護裝置不存在問題。

（二）檢修角度的調查分析

檢修人員選取母聯2250開關三相氣室內SF6氣體的成分進行分析，結果表明B相開關氣室氣體中，有氟化亞硫酰及二氧化碳成分的存在，并且含量較高，這些成分是強電弧放電拉弧時SF6氣體分解物。經過分析，表明開關內部曾有嚴重放電現象的發生。變電部門通過解剖開關，對事故的原因進行深入分析。在分解開關后，發現開關B相內部中的灼燒痕跡十分明顯，并且有大量灼燒物的存在。因此，可以得出結論，故障情況為母聯2250開關B相主導體對金屬外殼進行放電。因為故障電流較大，部分電流經過B相開關構架進入地網當中，其他部分則經過開關氣動機構儲壓罐的連接管通過A相以及B相開關構架進入地網。在三相開關中開關構架和氣動機構儲壓罐的連接部位，由于焊接面積不夠，在大電流經過時，導致灼燒現象的發生。

四、母線差動保護的改進措施

本文舉例的變電站中母聯電流互感器采用的是單電流互感器接線的形式，電流互感器在I母小差與II母小差電流回路中同時接入。在出現死區故障情況時，憑借延時檢測母聯開關位置封電流互感器進行理論上應斷開母線的切除，然而在切除母聯的過程中，也使不應停止運行的另外一條母線被切除，這是這項操作所具有的主要不足。對于這種情況，為促進供電可靠性的提高，可以采取相應的措施進行改進。例如：采用雙母線母線雙電流互感器交叉接線的配置方法，電流互感器交叉計入小差回路當中。在此基礎上，增加該兩個電流互感器電流瞬時值之和的絕對值作為啟動的依據。在兩者之和絕對值接近于0時，首先結合誤差進行考慮，那么可以判斷為母線故障，電壓閉鎖開放，相對應的母線小差出口跳閘，瞬間將故障進行切除。當絕對值達到一定的標準時，判斷其發生死區故障，此時僅僅將母聯跳閘，在母聯開關分位得到明確之后，同時對母聯的兩個電流互感器進行封閉。這時，大差仍然處于啟動狀態，死區位置側母線小差發生動作，電壓閉鎖開放，該母線小差保護出口跳開該母線的全部元件，使故障切除，此時，另外一條母線的小差不發生動作，不對該母線進行切除。這種接線方式以及接線理論的改進，可使正常母線不被切除，使其發揮作用，并且使停運元件的范圍減小，有利于供電可靠性的提升，具有較高的參考及應用價值。

結語

在我國220kV變電站中，微機母線差動保護的應用已經較為普遍。微機母線差動保護的應用，是電力系統運行的需要，并且也便于工作人員的操作。然而，在微機母線差動保護應用中，母線開關與母聯電流互感器連接部位，也就是所謂的死區，一旦出現死區故障，將造成巨大的負荷損失。對此，要求電力部門必須加強死區的保護，有效避免死區故障的發生。本文對微機母線差動保護在220kV電路中應用的研究，指出微機母線差動保護應用過程中死區故障的原因，并且提出相應的改進措施，對電力企業對于死區的保護具有重要的借鑒意義。

參考文獻

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