母线保护在变电站的应用

曹华

【摘 要】经济的发展，城市化进程的加快，人们对电能的要求也逐渐增加。变电站是电力系统的重要组成部分，一般情况下，变电站中35kV及其以下的电压等级的母线不会出现稳定性不好的问题，所以没有母线保护措施，但是由于高压变电站中系统故障很多，如小动物进入开关柜，操作频繁、系统布线老化等，容易引起开关柜故障。目前，我国开关柜设计已经达到了成熟水平，母线发生故障的几率已经大大降低，但是由于个别开关柜母线保护不力而引发的爆炸火灾等事故时有发生，带来不必要的经济损失、同时危害人的生命安全，因此，加强变电站母线保护措施是急需解决的问题。本文就母线保护在变电站的应用展开探讨。

【关键词】母线差动保护;电力系统;电能

引言

母线是变电站至关重要的元件，承担着交换负荷、转接潮流的作用，几乎所有同一电压等级的元件都要挂在母线上，一旦母线发生故障，如果母线保护不能正确及时的动作，将会导致非常严重的后果。因为当母线发生故障的时候，以线路元件为例，本站的线路保护将会判断为区外故障，所以本站的线路保护本身是不会动作的，这时如果母线保护不动作，就只有等待线路对侧的保护的III段保护来动作，时间很长，有可能对设备造成不可修复的损坏，考虑到挂在母线上的元件众多，其风险呈几何级的上升，一旦有一个或几个后备保护没有正确动作，轻则造成大面积的长时间的停电，重则有可能影响电网的稳定性。所以在变电站里，220千伏及以上电压等级的母线保护都是双重配置，保证可以可靠地判断故障，及时动作，保证母线的安全。

1对母线保护的技术要求

（1）保护可靠性要求高，不允许拒动和误动。特别是对防止误动的要求更高，因为拒动的结果是故障还可以靠进线（或分段）的后备过流切除，与目前不配置专用母线快速保护的结果是一样的，使用单位从心理上还可以接受。但是如果发生误动，后果很严重，直接影响到用户的供电可靠性，运行单位会产生抵触，影响到采用该保护的积极性。（2）保护的构成尽可能简单。不需大量增加一次设备（如电流互感器）和外部电缆，而且施工和改造工作方便。（3）保护不受运行方式的影响，可以自动适应母线上连接元件的改变。如从电源进线切换到分段开关运行，个别或部分元件的投入及退出运行，综合微机保护的调试和维护修理等情况。（4）保护可以适应安装在开关柜上的运行条件。

2母线差动保护原理的研究

关于母线保护，要求达到以下标准：（1）灵敏度高，动作迅速。（2）性能良好，无死区，双母线中两条母线相继故障时，能可靠切除。（3）有防止误动作的可靠措施。（4）运行方式灵活，双母线上的各元件能任意切换。此外，由于母线保护范围内，有着非常多的电路数目，外部故障时，故障电流倍数很大，超高压母线接近电源，直流分量衰减的时间常数大，所以电流互感器发生饱和的概率非常大。为了防止电流互感器饱和使保护误动，要求保护在故障后几个毫秒内电流互感器饱和前就能反应。为了符合上述条件，母差动作理论的引入是母线保护构建的基础。当双母线无故障运行或者是双母线以外出现状况的时候，与母线相连的所有设备，电流的流入量和流出量是相等的。然而当故障发生在母线侧上时，与母线相连的所有设备都将产生短路电流并供给故障点，由基尔霍夫电流定律，短路点总电流等于所有支路电流之和，据此判断保护的动作行为，这就是母线差动保护的基本原理。应用实际的个别系统中，主接线方式是非固定的，这种接线的系统运行方式灵活，但相应的母差保护必须切换其出口回路以及差流回路，使其与运行方式保持一致。为减少人工干预，无论是集成电路抑或是微机母差保护都须引入刀闸辅助接点，据此确定运行方式并切换内部回路。但是此种方法也存在一些问题，因为现有的刀闸辅助接点和接入方式依旧存在一定的误差。在此前提下，母线差动保护装置怎样才能准确无误地动作就变成了一个难以解决的问题。所以，技术专家做了两个方向的研究探索：一是将刀闸的常开和常闭接点同时引入，通过对比两组接点的状态共同确定刀闸状态;二是不使用刀闸辅助接点，利用微机的计算功能，计算负荷电流来判别母线运行方式。

3专用母线保护方案

3.1采用差动保护方案

目前开关柜中的电流互感器只有2个二次线圈，需要增加一个用于母线保护的二次线圈，但开关柜的空间有限，需要耗费很大的造价才能完成，或者增加开关柜，这样不具有经济效益。近年来，随着需求的增加，具有三个二次线圈的电流互感器出现了，三个二次线圈提高了保护母线的可靠性。该方案结构简单，节约了设计投资成本，但仍然有以下缺点：二次电缆增加较多，提高了电缆投资的成本，同时需要增加电路闭锁，否则会出现断线现象，此外，该方案具有很大的现场工作量，给工作人员带来了一定的困难和工作复杂度。

3.2利用各开关柜内综合保护构成的母线快速保护方案

利用各开关柜综合保护提供的故障信息（硬接点），经汇总后进行综合分析和逻辑判别，来实现母线短路故障的快速切除。母线故障的快速保护功能“镶嵌”在进线保护装置及分段保护装置内，不以独立的母线保护装置形态出现，从而进线保护装置及分段保护装置的设计也是非常规范的。如故障发生在母线之外，则必有某一个回路的综合保护发出闭锁信号，这样进线保护（或分段保护）被可靠闭锁;如果故障发生在母线上，则进线保护接收不到闭锁信号，经一短延时（该延时主要是为躲开暂态过程，提高保护可靠性，一般小于100ms）后出口跳闸。在母线区域内发生故障时，将快速切除进线断路器，在用分段断路器带母线运行时，保护将快速切除分段断路器。该方案的特点是在构成上不需要增加和改变TA、TV设备回路，只是在综合保护上增加构成母线快速接点的配合接点，增加的电缆也不多。其缺点是母线保护依赖于进线保护（或分段保护），保护装置不独立。另外，目前的保护还没有考虑电压闭锁条件，保护的可靠性略显不足。

3.3母差异常问题解决

在确定母差保护互联状态的原因后，退出母差保护。在做好所有安措二次侧倒换母联电流互感器极性后，保护装置强制互联信号自动退出，保护装置监测各支路电流及相位正常，大差、小差差流正常符合技術要求。

4变电站母线差动保护异常处理措施

强对同类母线差动保护的运行巡视，不仅要查看各电流通道的有效值，还要打印并分析所有通道的采样点值，发现异常及时调整零漂系数。发现零漂系数在装置失电后失效的同类设备尽可能减少装置电源重启，装置失电后必须重新校验零漂系数，并进行模拟测试，正常后方可投运。短期内无更换计划应督促装置生产厂家进行软、硬件升级，不能升级或升级后不能完成解决问题的装置应尽快安排整体更换。

结语

综上所述，在变电站的母线上装设快速保护很有必要，电力系统现行的保护方案显然不能满足快速切除故障的要求，迫切需要采用安全可靠、简单经济的新型保护系统，来解决中低压母线故障的快速切除问题。

参考文献：

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[2]叶启明.变电站母线保护的分析和研究[J].大众用电，2016（3）：29～30.

[3]曹刚.几种母差保护的简要分析[J].内蒙古科技与经济，2016.

[4]丁强强.对双母线微机母线差动保护装置的分析与故障处理[J].中国新技术新产品，2017.

（作者单位：深圳供电局有限公司变电管理一所）