母線保護(hù)研究綜述

姚曉哲

【摘?要】在發(fā)電廠和變電站中，母線起到了匯集、分配和傳送電能的作用，是十分重要的一次設(shè)備。電力系統(tǒng)中母線保護(hù)是主要保護(hù)之一，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用，智能電網(wǎng)的發(fā)展，對母線保護(hù)的可靠性也提出了越來越高的要求。當(dāng)母線上發(fā)生故障時，故障被迅速地識別和切除顯得十分重要，為防止母線故障可能引起的嚴(yán)重后果，需設(shè)置專門的母線保護(hù)。保護(hù)裝置應(yīng)及時、正確地中斷所有母線短路電流，這就需要母線保護(hù)在可靠性、靈敏性和快速性上達(dá)到保護(hù)要求。本文就母線保護(hù)展開探討。

【關(guān)鍵詞】母線保護(hù);差動;保護(hù)

引言

當(dāng)母線發(fā)生故障的時候，母線保護(hù)會判斷故障母線，并切除故障母線上的所有元件，這就不可避免地切除了很多運行線路或主變，停電范圍涉及很廣。那么有什么方法可以避免或者說是減少因母線故障受影響的運行設(shè)備，一個目前常用的做法是盡量減少掛在同一段母線上的運行設(shè)備數(shù)量，換言之就是將母線盡量切割成盡量多的小塊，這樣掛在同一段母線上的設(shè)備就更少，母線保護(hù)切除的設(shè)備也就更少，受影響的運行設(shè)備也就少了。

1母線保護(hù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及技術(shù)要求

（1）為了保障大量用戶的正常供電和供電穩(wěn)定性，需要切除一段或一組母線上的故障時，需要增加母線保護(hù)裝置;（2）一般情況下，系統(tǒng)發(fā)生故障需要通過過流后備保護(hù)來切除一部分母線，但由于切除不能快速完成，往往需要等過流后備保護(hù)動作，而整個動作需要耗費1.2～2s這就導(dǎo)致設(shè)備大面積損壞，因此，這種情況下需要增加母線保護(hù)措施。安裝母線保護(hù)裝置需要滿足以下技術(shù)要求：（1）需要具有高的可靠性，不允許誤動和拒動。相對而言，對拒動的要求沒有比誤動高，因為拒動的發(fā)生可以通過過流后備保護(hù)動作，選擇性的切除一段母線組成，該結(jié)果與不安裝母線保護(hù)裝置的效果是一樣的。但一旦發(fā)生誤動，則會引起大面積的用電問題，降低了用電的可靠性和穩(wěn)定性，因此，要采取積極的保護(hù)措施來解決該問題。（2）保護(hù)裝置的安裝需要簡單可行，不能夠大范圍改變整體結(jié)構(gòu)和外部電纜的施工，同時要適應(yīng)開關(guān)柜的運行條件。（3）保護(hù)裝置不能受到系統(tǒng)運行的影響，需要及時適應(yīng)母線工作狀態(tài)的改變，例如電源進(jìn)線切換到開關(guān)的運行，各種設(shè)備調(diào)試及維修等狀況。

2母差保護(hù)投入前檢查項目

（1）母差裝置供電正常，所有硬壓板全在“斷開”位置并確認(rèn)所有跳閘硬壓板出口無電壓，并且所有接線正確。（2）根據(jù)定值表核對參數(shù)，檢查大、小差流一般在50mA以下。（3）如大差差流平衡，而兩小差差流均不平衡，工作人員需對刀閘位置進(jìn)行核對，查看刀閘位置是否與實際對應(yīng)，如果不對應(yīng)，需進(jìn)行強制對位，保證刀閘位置和實際運行一致，母差“強制互聯(lián)投入”燈亮，大、小差電流在規(guī)定范圍。若大、小差流都不平衡且未超50mA，工作人員要檢查“強制互聯(lián)”是否自動投入，如未投入，在檢查二次回路無誤后，需將“強制互聯(lián)”手動投入。如果大、小差均超50mA，需對其進(jìn)行二次接線檢查。

3電流型工頻量母線保護(hù)

通過計算母線差動電流采樣值的絕對值與制動電流之間的相關(guān)度信息，設(shè)置相關(guān)度制動系數(shù)建立母線保護(hù)判據(jù)。進(jìn)一步分析了TA飽和引起的傳變誤差，確定了判據(jù)中相關(guān)度制動系數(shù)取值的范圍，具有一定的抗TA飽和能力。根據(jù)母線外部故障時母線電流變化量差動電流為母線分布電容的突變量電流，母線內(nèi)部故障時流入故障母線的電流在故障點和流經(jīng)穿越性電流支路之間分配的特點辨別母線區(qū)內(nèi)、外故障。結(jié)合差動電流變化量和制動電流變化量之間的比率制動系數(shù)建立相應(yīng)的保護(hù)判據(jù)。利用TA飽和瞬時電流過零時存在的線性傳變區(qū)，研究瞬時制動電流與瞬時差動電流的關(guān)系特征，可以在診斷母線故障的同時實現(xiàn)支路TA飽和的判別。但該保護(hù)原理受諧波和非周期分量影響較大，抗干擾能力弱且存在動作模糊區(qū)。將母線區(qū)內(nèi)外故障時方向相同的各支路故障分量電流采樣值合并等效成兩個虛擬電流，通過分析虛擬電流波形特征計算兩個之間的波形相關(guān)度來識別母線區(qū)內(nèi)外故障。該保護(hù)原理利用了滾動積分法處理采樣值數(shù)據(jù)，能避免高頻分量的影響，有效抑制干擾。

4行波幅值比較型母線保護(hù)

母線故障時，初始行波波頭在線路兩端都有巨大的瞬時振幅;而線路故障時，故障線路測量到的初始行波瞬時振幅遠(yuǎn)大于非故障線路初始行波的瞬時振幅。因此，通過分析檢測到的線路行波瞬時振幅可識別母線區(qū)內(nèi)、外故障，但在檢測行波瞬時振幅時，其抗干擾能力還有待提高。分析故障時母線各關(guān)聯(lián)線路電流行波特征，定義電流行波動作量與制動量，利用動作量與制動量之間的關(guān)系特征建立具有比率制動特性的母線保護(hù)。根據(jù)母比率與門檻值的大小關(guān)系判別故障區(qū)域。采用一種相對比較方案，對不同故障下的電流行波差動量值與對應(yīng)該故障條件下的浮動門檻值進(jìn)行比較，具有一定的自適應(yīng)性，提高了在微弱行波信號下保護(hù)的可靠性與靈敏性。利用小波包對故障暫態(tài)分量差電流與和電流進(jìn)行變換得到各自的小波包系數(shù)，然后利用小波包系數(shù)分別計算和電流與差電流在1～5尺度下的譜能量值，得到在不同尺度下的故障暫態(tài)分量差電流譜能量平方和與和電流的譜能量平方和。以差電流的譜能量平方和作為動作量，以和電流譜能量平方和作為制動量建立相應(yīng)的母線保護(hù)判據(jù)。因譜能量中包含有頻段相對較低的能量值，當(dāng)電壓過零時仍會有較大的輸出，提高了判據(jù)的可靠性。

5新型10kV母線保護(hù)的設(shè)想方案

（1）圖1展示了基于數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的10kV母線保護(hù)方案設(shè)計圖，核心思想是由母線上的綜合保護(hù)裝置和保護(hù)專用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，同時增加數(shù)字通訊接口和服務(wù)程序，進(jìn)行母線保護(hù)。目前，利用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)保護(hù)母線裝置已經(jīng)十分成熟，常用的有CAN網(wǎng)、LONWORK等等。該方案的核心是母線保護(hù)管理單元，主要包括饋線單元、電容器單元、電動機(jī)單元、變壓器單元以及母聯(lián)分段單元。該管理單元安裝在進(jìn)線斷路器開關(guān)柜上，能夠收集各種信息，同時提供保護(hù)。（2）基于電弧光傳感技術(shù)的母線保護(hù)裝置的主要原理是：由于母線發(fā)生故障會產(chǎn)生電弧光，根據(jù)電弧光可以判斷母線發(fā)生故障的原因。利用這一原理設(shè)計的電弧光母線保護(hù)裝置具有以下特點：①通過電弧光傳感器使得整個設(shè)計結(jié)構(gòu)十分簡單，電弧光的光信號裝換成電信號傳送給母線保護(hù)單元，過程很快，易于保護(hù)裝置發(fā)揮作用;②該保護(hù)裝置采用了雙判斷的模式，即使電弧光傳感器發(fā)生誤傳，也不會引起母線故障，具有較強的可靠性;③整個保護(hù)裝置是靠光傳播，反應(yīng)速度快，一般只需要5～7ms;④該裝置造價低，易實施，具有很大的優(yōu)勢。以上兩種保護(hù)方案在國外許多地方已經(jīng)得到了應(yīng)用，并且取得了不錯的效果，實踐證明，該方案比傳統(tǒng)的母線保護(hù)方案具有更強的可靠性，能夠為中低壓變電器中的母線保護(hù)提供有效的保障。由于該方案的優(yōu)勢，可以預(yù)計這兩種方案會在國內(nèi)變電站10kV母線保護(hù)問題上得到廣泛推廣。

結(jié)語

隨著我國“堅強智能電網(wǎng)”概念的提出，電網(wǎng)發(fā)展以實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全為目標(biāo)。未來電網(wǎng)勢必向著高自動化、高智能化方向發(fā)展，現(xiàn)階段已成熟的母線保護(hù)理論如何與智能化相對接是電力行業(yè)面對的新問題，母線保護(hù)新理論的提出也應(yīng)考慮與“堅強智能電網(wǎng)”相匹配的問題。

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（作者單位：深圳供電局有限公司變電管理一所）