某變電站220千伏母差電壓開放告警分析與處理

摘要：本文依據某220千伏變電站進線相電壓波動引起的220千伏母線差動保護裝置電壓開放的告警現象，對告警信號進行了原理分析、現場檢查、故障原因查找，最后確定此次電壓開放的告警現象是由該變電站一相進線相電壓幅值降低引起的，整個查找處理過程及時快速，此次處理過程給從事現場運維人員的工作提供了一定的實踐經驗。

關鍵詞：母差保護；電壓開放；相電壓；保護裝置

與變電站其他裝置的繼電保護配備相比，母線的保護更為重要。當某變電站母線上有故障問題發生時，如果不盡快將故障點檢測隔離，將會對許多電力設備造成損壞，破壞系統的穩定性，甚至導致電力系統的瓦解，如果母線保護出現拒動現象，也會造成大面積的停電。因此，復壓閉鎖過流功能的母線縱連差動保護引入了電壓量進行判斷，能對母線故障發生后更迅速地有選擇地切除。常見的母線故障有：絕緣子對地閃絡、雷擊、運行人員誤操作、母線電壓和電流互感器故障等。所以，當運行人員發現母差保護相關告警后，需要快速對其進行告警原因的分析查找，以便保證電力系統安全穩定運行。

1母線差動保護

1.1母線差動保護的基本原理

母線在變電運行中起到連接各種設備、匯聚和分配電能的作用，所以保護母線正常運行是保護變電站安全穩定運行的重要基礎。母線差動保護裝置就是利用進出電流平衡的原理來判斷母線發生的故障，當電流出現異常時，就會采取動作，母線差動保護的范圍是母線上所接所有進出線支路中的電流互感器內側［1］。

1.2母線的大差保護和小差保護

目前，國內的母線差動保護多數采用完全電流差動保護原理。完全電流差動就是指將母線上連接的全部元件的電流按相分別接入差動保護電流采集回路。決定母線差動保護是否動作的電流量分別是動作電流和制動電流。制動電流是指母線上所有連接元件電流的絕對值之和。動作電流是指母線上所有連接元件電流相量和的絕對值，電流方向流入流出母線時的正負號取值不同。雙母線接線示意圖如圖1所示。

對于雙母線接線的母線差動保護，采用總電流差動作為差動保護總的啟動元件，反映流入Ⅰ、Ⅱ兩條母線所有連接元件（即開關CB1—CB5）電流之和，能夠區分母線保護范圍內部故障和范圍外部短路故障。在此基礎上，采用Ⅰ

圖1雙母線線路接線圖

母線分差動和Ⅱ母線分差動作為故障母線的選擇元件。分別反映各圖1中連接元件包括開關CB1、CB2、CB3流入Ⅰ母線（簡稱Ⅰ母）的電流總量IⅠ，開關CB1、CB4、CB5流入Ⅱ母線（簡稱Ⅱ母）電流總量IⅡ，從而區分出Ⅰ母線發生故障還是Ⅱ母線發生故障。

IⅠ=ICB1+ICB2+ICB3（1）

IⅡ=ICB1+ICB4+ICB5（2）

I總=ICB1+ICB2+ICB3+ICB4+ICB5（3）

因總差動的保護范圍涵蓋了各段母線，因此總差動保護也常被稱為“總差保護”或“大差保護”；分差動保護由于它的差動保護范圍只是相應的一段母線，常被稱為“分差保護”或“小差保護”［2］。

2母線差動保護告警分析

2.1母線電壓開放故障的成因分析

母線電壓開放告警出現原因可能有多種，主要分為以下幾個方面：（1）設備長期老化：電力設備經過長時間的運行，與母線連接的設備可能會出現疲勞老化現象，相連處可能會發生銹蝕斷裂［3］。（2）工作人員操作失誤：人為工作原因也有可能導致母線電壓開放信號出現，如工作人員誤操作、疏忽等使電壓互感器不能正確反映出被測點的電壓值［4］。（3）電勢差：由于涌流和系統負荷變化，兩端電勢差也是導致母線電壓開放的原因之一［5］。

2.2母線電壓開放可能出現的現象

母線電壓開路故障表現出的特點很明顯，主要表現為：（1）電流下降：如若系統某相出現斷路情況，電流會瞬間降低，會出現電流下降的情況。（2）系統故障告警：當前變電站內為了更好地掌握電力設備運行狀況，都配備有監控設備運行狀況的后臺機告警系統。當監控設備發現電壓異常時，就會發出故障告警，提示電力系統內存在母線電壓開路故障。（3）設備運行異常：母線電壓開放信號還可能導致連接該母線的設備出現異常，如線路跳閘等［6］。

2.3母線電壓開放解決方法

出現母線電壓開放告警后，需要及時進行處理：（1）檢查母線上所連接設備是否正常工作，排除電力設備老化或者工作人員操作失誤等情況［7］。（2）檢查各相電勢差是否處于正常范圍內［8］，是否由于電勢差原因使復合電壓閉鎖條件得到滿足，如有異常需要及時解決。（3）運行人員到達現場后，及時檢查后臺機與保護屏上告警信息［9］，處理相關設備，如是否線路跳閘等。

3本站告警情況分析

3.1保護裝置告警現象

2023年9月8日8時32分，運行人員發現后臺機顯示高城山220千伏變電站與淮河220千伏變電站母差保護裝置均發出220千伏母差保護差動電壓開放告警信息。如下表所示。運行人員通過初步分析認為，上述兩座220千伏變電站進線均來自同一座500千伏變電站，此告警有可能是該500千伏變電站電壓波動所引起的。

3.2220千伏母差保護告警原因分析

3.2.1220千伏母差保護動作過程

淮河220千伏變電站具有四條220千伏進線，所帶負荷為周邊地區居民及多個工廠企業，電壓穩定性要求較高。站內220千伏側采取的接線方式為雙母線，母線保護所才用的裝置為北京某公司的產品，型號為CSC150型母差保護裝置，裝置內具有復壓閉鎖功能的縱聯差動保護設計。該裝置內含有大差差流啟動元件，小差差流選擇元件和復合電壓閉鎖元件。當母線故障發生后，復合電壓閉鎖元件測得正序電壓降低、負序電壓和零序電壓升高（與整定值比較而言），則解除差動閉鎖，當檢測到母線差流大于整定值時，便可作用于開關跳閘，保護動作條件如圖2所示。

3.2.2復合電壓閉鎖動作條件

（1）負序電壓大于整定值，負序分量會在不對稱短路時出現。（2）零序電壓大于整定值，當發生接地短路故障時，零序電壓會升高。（3）故障相電壓降低后低于整定值。只要上述三種電壓條件滿足其中一相及以上，該段母線上的電壓閉鎖條件就可以滿足，當縱聯差動電流值再滿足條件后，保護裝置即可作用于跳閘。電壓開放告警出現后，表示電壓條件已滿足，有可能進一步發生跳閘現象。

3.2.3電壓開放告警原因查找

對于此次后臺機發現電壓異常開放告警現象，運行人員到變電站220千伏母差保護屏上檢查確有電壓開放告警信號，第二步對母線進線線路保護屏進行查看確有保護啟動信息，證明該電壓開放告警不是誤報。為準確查找告警原因，運行人員對故障錄波器進行了波形查看，發現220千伏Ⅱ母電壓突變量啟動錄波，對錄波文件（圖3）進行分析后，發現該變電站220千伏Ⅱ母線B相電壓幅值波動，B相電壓值為44.453V，數值明顯小于A相的56.520V，電壓值有突然降低的波形情況，滿足了復合電壓啟動的條件，造成電壓開放告警信號的出現。

4運行與維護建議

4.1日常的維護方法

220千伏變電站的母差保護作為站內電力系統涵蓋的范圍最廣的保護之一，其裝置內接入的線路電流數量眾多，其中任何一種回路故障都有可能使母差保護滿足動作條件而使相應開關跳閘。所以，在母線差動保護裝置的日常維護中一定要加強對各個電流節點的檢查維護，具體內容包括：首先，當一次設備檢修完畢后投運前應由專業人員對檢修后的線路進行核對，確保其同設計完全相符，并符合相關行業規程，杜絕安全隱患，在接入母線差動回路前一定要定相正確，提高不同作業班組間的信息交流，確保整個電力系統任一間隔中的電流互感器出現更換時，都能快速反饋至相應部門，以便對母線差動保護相應支路的變比系數進行改正，防止母線差動保護拒動或者誤動作；其次，對原有的母線差動保護裝置實施升級改造后，應在升級后對保護裝置系統內各跳閘功能進行全面細致的分析和調查，確保接線過程無隱患遺留。保護裝置連續工作五年以上后應對裝置進行電源插件工況的動態監測，一旦出現異常運行，需要立即對插件進行更換；最后，母線差動保護系統的管理維護人員在日常的工作中必須及時按照巡視周期進行檢查，以嚴謹的工作理念進行對待，對任何不正常的狀態都應仔細檢查，確保保護裝置的安全穩定運行。

4.2運行操作分析

為了能夠避免母差保護裝置在檢修時，母線一次設備不會由于失去保護而出現故障后不能及時進行切除，隔離故障點，220千伏的母線差動保護必須進行雙重化配置。即每套保護裝置的差動保護跳閘出口分別作用于一組斷路器跳閘線圈，這是因為采用單套保護裝置時，一旦母線出現故障，失去保護會同時作用于兩組跳閘線圈，影響電網正常運行，導致事故范圍的擴大。除此之外，對于實現母線差動保護功能的斷路裝置、切換回路、隔離輔助接點、輔助變流器及其他輔助保護回路等均需要進行獨立化的雙重化配置。對接入母差保護的電流互感器的二次繞組進行合理的配置，在保證系統安全穩定運行的前提下，對無法進行有效保護的動作死區，如母聯斷路器至母聯兩側電流互感器間這段位置要通過遠方跳閘、啟動失靈等后備手段予以進行保護。進行倒閘操作時應觀察母差保護屏上對應的線路母差指示燈的亮滅，以確保其接入回路與一次設備刀閘位置相對應。例如，將I母線上刀閘拉開，Ⅱ母線上刀閘合上時，應及時檢查電壓切換指示燈已切換至Ⅱ母線上，以避免母線差動保護系統誤判，從而導致保護誤動；當因輔助接點連接故障引起間隔刀閘位置指示燈同實際刀閘運行位置不相匹配時，變電站運行人員需要借助母差保護屏指示燈切換把手將刀閘手動強制換至正確位置，以確保母差保護運行的安全有效，同時還應及時通知繼電班組對缺陷進行處理。需要特別關注的是，缺陷修復完成后應及時將刀閘切換開關調回自動模式，進行倒母線操作時，除了斷開母聯開關的控制直流電源外，還應投入“母線互聯”壓板并檢查保護裝置各對應位置的正確性與有無異常信號出現。

4.3變電站運行人員培訓

在變電站新設備正式使用前還應對設備的日常管理及維護人員進行實地現場培訓，保障工作人員的技能水平，并交接全面、詳細的書面規范及保護使用規定，以便運行人員可對設備運行管理及日常巡視的重難點問題加以了解。鑒于母線差動保護對電網運行影響較大，對運行人員的培訓也就需要格外關注，為保證整個保護系統的有效運行，所有管理維護人員都應對母線差動保護的相關原理進行充分掌握，確保其了解所有壓板、把手以及信號指示的具體含義，只有這樣才能真正懂得在何時何種情況下對系統進行什么操作，才能真正為系統的安全運行提供切實有效的保障。

結語

通過對本次電壓開放故障處理的分析，找到了電壓開放告警信息的原因，確保了母線差動保護的正確動作，使運維人員更準確地了解了母線差動保護的動作原理和告警信息排查方法，對現場工作人員的故障查找具有一定的指導意義。

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作者簡介：李志成（1995—），男，漢族，遼寧朝陽人，碩士研究生，初級工程師，主要從事變電站運行維護工作研究。