母線(xiàn)保護(hù)在變電站的應(yīng)用

曹華

【摘?要】經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，人們對(duì)電能的要求也逐漸增加。變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，一般情況下，變電站中35kV及其以下的電壓等級(jí)的母線(xiàn)不會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定性不好的問(wèn)題，所以沒(méi)有母線(xiàn)保護(hù)措施，但是由于高壓變電站中系統(tǒng)故障很多，如小動(dòng)物進(jìn)入開(kāi)關(guān)柜，操作頻繁、系統(tǒng)布線(xiàn)老化等，容易引起開(kāi)關(guān)柜故障。目前，我國(guó)開(kāi)關(guān)柜設(shè)計(jì)已經(jīng)達(dá)到了成熟水平，母線(xiàn)發(fā)生故障的幾率已經(jīng)大大降低，但是由于個(gè)別開(kāi)關(guān)柜母線(xiàn)保護(hù)不力而引發(fā)的爆炸火災(zāi)等事故時(shí)有發(fā)生，帶來(lái)不必要的經(jīng)濟(jì)損失、同時(shí)危害人的生命安全，因此，加強(qiáng)變電站母線(xiàn)保護(hù)措施是急需解決的問(wèn)題。本文就母線(xiàn)保護(hù)在變電站的應(yīng)用展開(kāi)探討。

【關(guān)鍵詞】母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù);電力系統(tǒng);電能

引言

母線(xiàn)是變電站至關(guān)重要的元件，承擔(dān)著交換負(fù)荷、轉(zhuǎn)接潮流的作用，幾乎所有同一電壓等級(jí)的元件都要掛在母線(xiàn)上，一旦母線(xiàn)發(fā)生故障，如果母線(xiàn)保護(hù)不能正確及時(shí)的動(dòng)作，將會(huì)導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果。因?yàn)楫?dāng)母線(xiàn)發(fā)生故障的時(shí)候，以線(xiàn)路元件為例，本站的線(xiàn)路保護(hù)將會(huì)判斷為區(qū)外故障，所以本站的線(xiàn)路保護(hù)本身是不會(huì)動(dòng)作的，這時(shí)如果母線(xiàn)保護(hù)不動(dòng)作，就只有等待線(xiàn)路對(duì)側(cè)的保護(hù)的III段保護(hù)來(lái)動(dòng)作，時(shí)間很長(zhǎng)，有可能對(duì)設(shè)備造成不可修復(fù)的損壞，考慮到掛在母線(xiàn)上的元件眾多，其風(fēng)險(xiǎn)呈幾何級(jí)的上升，一旦有一個(gè)或幾個(gè)后備保護(hù)沒(méi)有正確動(dòng)作，輕則造成大面積的長(zhǎng)時(shí)間的停電，重則有可能影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。所以在變電站里，220千伏及以上電壓等級(jí)的母線(xiàn)保護(hù)都是雙重配置，保證可以可靠地判斷故障，及時(shí)動(dòng)作，保證母線(xiàn)的安全。

1對(duì)母線(xiàn)保護(hù)的技術(shù)要求

（1）保護(hù)可靠性要求高，不允許拒動(dòng)和誤動(dòng)。特別是對(duì)防止誤動(dòng)的要求更高，因?yàn)榫軇?dòng)的結(jié)果是故障還可以靠進(jìn)線(xiàn)（或分段）的后備過(guò)流切除，與目前不配置專(zhuān)用母線(xiàn)快速保護(hù)的結(jié)果是一樣的，使用單位從心理上還可以接受。但是如果發(fā)生誤動(dòng)，后果很?chē)?yán)重，直接影響到用戶(hù)的供電可靠性，運(yùn)行單位會(huì)產(chǎn)生抵觸，影響到采用該保護(hù)的積極性。（2）保護(hù)的構(gòu)成盡可能簡(jiǎn)單。不需大量增加一次設(shè)備（如電流互感器）和外部電纜，而且施工和改造工作方便。（3）保護(hù)不受運(yùn)行方式的影響，可以自動(dòng)適應(yīng)母線(xiàn)上連接元件的改變。如從電源進(jìn)線(xiàn)切換到分段開(kāi)關(guān)運(yùn)行，個(gè)別或部分元件的投入及退出運(yùn)行，綜合微機(jī)保護(hù)的調(diào)試和維護(hù)修理等情況。（4）保護(hù)可以適應(yīng)安裝在開(kāi)關(guān)柜上的運(yùn)行條件。

2母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)原理的研究

關(guān)于母線(xiàn)保護(hù)，要求達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：（1）靈敏度高，動(dòng)作迅速。（2）性能良好，無(wú)死區(qū)，雙母線(xiàn)中兩條母線(xiàn)相繼故障時(shí)，能可靠切除。（3）有防止誤動(dòng)作的可靠措施。（4）運(yùn)行方式靈活，雙母線(xiàn)上的各元件能任意切換。此外，由于母線(xiàn)保護(hù)范圍內(nèi)，有著非常多的電路數(shù)目，外部故障時(shí)，故障電流倍數(shù)很大，超高壓母線(xiàn)接近電源，直流分量衰減的時(shí)間常數(shù)大，所以電流互感器發(fā)生飽和的概率非常大。為了防止電流互感器飽和使保護(hù)誤動(dòng)，要求保護(hù)在故障后幾個(gè)毫秒內(nèi)電流互感器飽和前就能反應(yīng)。為了符合上述條件，母差動(dòng)作理論的引入是母線(xiàn)保護(hù)構(gòu)建的基礎(chǔ)。當(dāng)雙母線(xiàn)無(wú)故障運(yùn)行或者是雙母線(xiàn)以外出現(xiàn)狀況的時(shí)候，與母線(xiàn)相連的所有設(shè)備，電流的流入量和流出量是相等的。然而當(dāng)故障發(fā)生在母線(xiàn)側(cè)上時(shí)，與母線(xiàn)相連的所有設(shè)備都將產(chǎn)生短路電流并供給故障點(diǎn)，由基爾霍夫電流定律，短路點(diǎn)總電流等于所有支路電流之和，據(jù)此判斷保護(hù)的動(dòng)作行為，這就是母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的基本原理。應(yīng)用實(shí)際的個(gè)別系統(tǒng)中，主接線(xiàn)方式是非固定的，這種接線(xiàn)的系統(tǒng)運(yùn)行方式靈活，但相應(yīng)的母差保護(hù)必須切換其出口回路以及差流回路，使其與運(yùn)行方式保持一致。為減少人工干預(yù)，無(wú)論是集成電路抑或是微機(jī)母差保護(hù)都須引入刀閘輔助接點(diǎn)，據(jù)此確定運(yùn)行方式并切換內(nèi)部回路。但是此種方法也存在一些問(wèn)題，因?yàn)楝F(xiàn)有的刀閘輔助接點(diǎn)和接入方式依舊存在一定的誤差。在此前提下，母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)裝置怎樣才能準(zhǔn)確無(wú)誤地動(dòng)作就變成了一個(gè)難以解決的問(wèn)題。所以，技術(shù)專(zhuān)家做了兩個(gè)方向的研究探索：一是將刀閘的常開(kāi)和常閉接點(diǎn)同時(shí)引入，通過(guò)對(duì)比兩組接點(diǎn)的狀態(tài)共同確定刀閘狀態(tài);二是不使用刀閘輔助接點(diǎn)，利用微機(jī)的計(jì)算功能，計(jì)算負(fù)荷電流來(lái)判別母線(xiàn)運(yùn)行方式。

3專(zhuān)用母線(xiàn)保護(hù)方案

3.1采用差動(dòng)保護(hù)方案

目前開(kāi)關(guān)柜中的電流互感器只有2個(gè)二次線(xiàn)圈，需要增加一個(gè)用于母線(xiàn)保護(hù)的二次線(xiàn)圈，但開(kāi)關(guān)柜的空間有限，需要耗費(fèi)很大的造價(jià)才能完成，或者增加開(kāi)關(guān)柜，這樣不具有經(jīng)濟(jì)效益。近年來(lái)，隨著需求的增加，具有三個(gè)二次線(xiàn)圈的電流互感器出現(xiàn)了，三個(gè)二次線(xiàn)圈提高了保護(hù)母線(xiàn)的可靠性。該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)約了設(shè)計(jì)投資成本，但仍然有以下缺點(diǎn)：二次電纜增加較多，提高了電纜投資的成本，同時(shí)需要增加電路閉鎖，否則會(huì)出現(xiàn)斷線(xiàn)現(xiàn)象，此外，該方案具有很大的現(xiàn)場(chǎng)工作量，給工作人員帶來(lái)了一定的困難和工作復(fù)雜度。

3.2利用各開(kāi)關(guān)柜內(nèi)綜合保護(hù)構(gòu)成的母線(xiàn)快速保護(hù)方案

利用各開(kāi)關(guān)柜綜合保護(hù)提供的故障信息（硬接點(diǎn)），經(jīng)匯總后進(jìn)行綜合分析和邏輯判別，來(lái)實(shí)現(xiàn)母線(xiàn)短路故障的快速切除。母線(xiàn)故障的快速保護(hù)功能“鑲嵌”在進(jìn)線(xiàn)保護(hù)裝置及分段保護(hù)裝置內(nèi)，不以獨(dú)立的母線(xiàn)保護(hù)裝置形態(tài)出現(xiàn)，從而進(jìn)線(xiàn)保護(hù)裝置及分段保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)也是非常規(guī)范的。如故障發(fā)生在母線(xiàn)之外，則必有某一個(gè)回路的綜合保護(hù)發(fā)出閉鎖信號(hào)，這樣進(jìn)線(xiàn)保護(hù)（或分段保護(hù)）被可靠閉鎖;如果故障發(fā)生在母線(xiàn)上，則進(jìn)線(xiàn)保護(hù)接收不到閉鎖信號(hào)，經(jīng)一短延時(shí)（該延時(shí)主要是為躲開(kāi)暫態(tài)過(guò)程，提高保護(hù)可靠性，一般小于100ms）后出口跳閘。在母線(xiàn)區(qū)域內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，將快速切除進(jìn)線(xiàn)斷路器，在用分段斷路器帶母線(xiàn)運(yùn)行時(shí)，保護(hù)將快速切除分段斷路器。該方案的特點(diǎn)是在構(gòu)成上不需要增加和改變TA、TV設(shè)備回路，只是在綜合保護(hù)上增加構(gòu)成母線(xiàn)快速接點(diǎn)的配合接點(diǎn)，增加的電纜也不多。其缺點(diǎn)是母線(xiàn)保護(hù)依賴(lài)于進(jìn)線(xiàn)保護(hù)（或分段保護(hù)），保護(hù)裝置不獨(dú)立。另外，目前的保護(hù)還沒(méi)有考慮電壓閉鎖條件，保護(hù)的可靠性略顯不足。

3.3母差異常問(wèn)題解決

在確定母差保護(hù)互聯(lián)狀態(tài)的原因后，退出母差保護(hù)。在做好所有安措二次側(cè)倒換母聯(lián)電流互感器極性后，保護(hù)裝置強(qiáng)制互聯(lián)信號(hào)自動(dòng)退出，保護(hù)裝置監(jiān)測(cè)各支路電流及相位正常，大差、小差差流正常符合技術(shù)要求。

4變電站母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)異常處理措施

強(qiáng)對(duì)同類(lèi)母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的運(yùn)行巡視，不僅要查看各電流通道的有效值，還要打印并分析所有通道的采樣點(diǎn)值，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整零漂系數(shù)。發(fā)現(xiàn)零漂系數(shù)在裝置失電后失效的同類(lèi)設(shè)備盡可能減少裝置電源重啟，裝置失電后必須重新校驗(yàn)零漂系數(shù)，并進(jìn)行模擬測(cè)試，正常后方可投運(yùn)。短期內(nèi)無(wú)更換計(jì)劃應(yīng)督促裝置生產(chǎn)廠(chǎng)家進(jìn)行軟、硬件升級(jí)，不能升級(jí)或升級(jí)后不能完成解決問(wèn)題的裝置應(yīng)盡快安排整體更換。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在變電站的母線(xiàn)上裝設(shè)快速保護(hù)很有必要，電力系統(tǒng)現(xiàn)行的保護(hù)方案顯然不能滿(mǎn)足快速切除故障的要求，迫切需要采用安全可靠、簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的新型保護(hù)系統(tǒng)，來(lái)解決中低壓母線(xiàn)故障的快速切除問(wèn)題。

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（作者單位：深圳供電局有限公司變電管理一所）