单母分段接线方式下母线故障的保护分析

李跃军

(太原供电分公司，山西 太原 030009)

单母分段接线方式下母线故障的保护分析

李跃军

(太原供电分公司，山西 太原 030009)

通过介绍110 kV变电站单母分段接线方式及其备用电源自动投入逻辑，分析了没有母差保护情况下母线故障会导致全部负荷失电的后果，提出并分析了3种解决方案，得出分段开关保护没有可操作性，用进线保护闭锁备自投在实践中受变压器励磁涌流的影响可靠性差，母差保护是一种较为理想的解决方案。

单母分段接线；备自投；母差保护；励磁涌流

在110 kV电网中的终端变电站或者没有穿越功率流过的变电站中，主要采用的接线方式为桥形接线和单母分段接线方式，并且配置备用电源自动投入(以下简称“备自投”)装置来提高系统供电可靠性。桥形接线的继电保护配置中，母线被包含在主变的差动保护范围内，母线故障可以被快速隔离，在备自投装置的配合下，能自动快速恢复供电；在单母分段接线的继电保护配置中，母线不在主变的差动保护范围内，而且大多数变电站没有配置母差保护，母线故障只能依靠电源对侧的线路保护动作来隔离，当备自投装置动作恢复供电后，母线故障依旧存在，从而导致全站失电。本文主要探讨单母分段接线方式下为母线配置保护的几种方法。

1 单母分段接线及其备自投逻辑

图1 单母分段接线

单母分段接线方式见图1，有3种运行方式：①两路进线131、132各带一段母线运行，110 kV母联130断路器热备用，此时备自投方式为桥开关备自投。②进线131线路带两段母线运行，进线132断路器热备用，此时备自投方式为进线L2备自投。③进线132线路带两段母线运行，进线131断路器热备用，此时备自投方式为进线L1备自投。上述3种运行方式与内桥接线的3种运行方式极为相似。单母分段接线备自投的动作逻辑为：

(1)进线备自投逻辑(以备进线L2为例)：充电完成后，A母、B母均失压，在备用线路L2有电压、桥断路器130在合位的情况下跳开工作线路断路器131、合备用线路断路器132，取工作线路L1电流作为该线路失压的闭锁判据，防止PT断线时备自投装置误动。

(2)桥开关备自投逻辑(以A母失压为例)：充电完成后，A段母线失压，在B段母线有压的情况下，跳开131，合上130，取工作线路L1电流作为母线失电的闭锁判据，防止PT断线时误动。

2 单母分段接线方式下母线故障时存在的问题

对于110 kV单母分段这种简单接线方式，一般作为终端变电站，其母线不配置母差保护，主变差动保护范围为从主变高压侧断路器的电流互感器到主变低压侧断路器的电流互感器，如图1中，1号主变差动保护的保护范围为101断路器CT到主变本体和低压侧断路器CT到主变本体。所以，单母分段接线中母线不在主变保护范围内，母线故障依靠对侧线路保护来隔离故障。此时备自投不会闭锁仍然会动作，如图1中，110 kV A段母线故障，此时故障不在主变保护范围内，两台主变保护均不会动作，也不会去闭锁备自投。而母线没有配置保护，故障必须依靠线路对侧保护动作隔离故障。当运行方式为方式①时，线路对侧隔离故障后，满足进线备自投逻辑的条件跳开131断路器后合上130断路器，从而合于故障元件。当运行方式为方式②时，线路对侧隔离故障后满足备自投动作条件，跳开131断路器后合上132断路器，从而合于故障元件。当运行方式为方式③时，线路对侧隔离故障后满足备自投动作条件，跳开132断路器后合上131断路器，从而合于故障元件。

3 解决方法

3.1 在分段开关上配置保护

当运行方式为方式②或③时，若为分段开关配置保护，当分段开关后段母线故障时，用分段开关隔离故障，就能保住分段开关前的母线和变压器继续运行,从而减小全站失电的概率。但是实际上由于母线距离太短，低压侧负荷又很大，在保护定值上很难满足灵敏度的要求，所以在分段上实际只配置有充电保护。

3.2 在进线开关上配置保护

当一段母线故障时，线路对侧开关保护动作隔离故障后，分段开关备自投应该被闭锁，一种办法是在两个线路上分别增加一套线路保护，配置I段反方向保护，其方向为线路指向母线，当母线故障时线路保护动作开出到备自投装置，而当线路故障时由于方向为母线指向线路，与保护设置的方向相反，线路保护不会动作。

但是这种反方向保护在实际应用中有可能误动作。以实际中某变电站一次进线线路上发生的故障为例，运行方式为②，进线对侧配置有重合闸，且重合闸时间小于备投动作时间。线路对侧距离Ⅰ段动作后，重合闸先动作合闸于故障，后加速动作使进线L1失压。这时进线L2备自投没有动作，从而导致全站失电。我们查找原因时发现进线L2备自投没有动作的原因是被配置在131的反方向保护闭锁了。当L1线路故障时，闭锁信号并没有产生，可是当线路重合时闭锁信号产生了，原因在于线路重合时2号主变产生的励磁涌流使131的反方向保护动作。

在变压器空载合闸或者变压器外部短路故障被切除端电压突然恢复时，磁通分量中的直流分量引起铁芯饱和，此时铁芯相对磁导率接近于1，变压器从原方看进去，其励磁回路相当于是一个空心电感线圈，等效电感降低，在变压器原边会产生三相涌流，即励磁涌流。励磁涌流的峰值很大，含有很大的非周期分量，使得涌流波形在最初几个周期内完全偏于时间轴的一侧。131保护感觉到的励磁涌流的方向是不确定的，如果是反方向则误闭锁了备自投。

3.3 配置母差保护

母差保护价格昂贵，但是母差保护有母线故障判别能力和故障母线的选择能力，对于母线故障能快速准确地切除，并且在与备自投的配合上，它可以开出信号去闭锁分段开关备自投。

在运行方式①下，当110 kV某段母线故障，母差保护动作并闭锁分段开关备自投，这样既有效隔离了故障，又能保留住1台主变，利用低压侧备自投实现对全站负荷持续供电。在运行方式②下，如A母故障，母差动作跳开131、130、101断路器，这时A、B母均失压，L2有压，L1无流，备自投动作合上132，从而恢复2号主变供电；如B母故障，母差动作跳130、132、102断路器，这时A母仍有压，备自投动作条件不满足，1号主变仍在运行，利用低压侧备自投实现对全站负荷持续供电。运行方式③类似方式②。

综合来看，配置母差保护是一种比较理想的解决方法。

4 结束语

在110 kV变电站中存在为数不少的单母分段接线方式，大多数都没有配置母差保护，母线故障只能依靠对侧开关来隔离，其结果就是全站负荷丢失。本文分析了几种解决方法，在分段开关上配置保护，其定值在实际运用中无法满足灵敏度的要求，没有可操作性；在进线开关上配置保护来闭锁备自投，在实际运用中会受到主变压器励磁涌流的影响而误动作，可靠性差；母差保护虽然价格昂贵，但是在母线故障判别、故障母线选择以及与备自投的配合上，都是一种较理想的选择。

Bus fault protection analysisunder the connectionmodeof a singlemother section

Li Yuejun

Thispaper recommends thewiringmode ofsectionalized singlebussubstation and the doings logic of the reserve power supply automatic connection device in 110 kV transformer.Itwill lose all power loadswhen there a breakdown in the bus if there is notbus differential current protection.Thispaper proposesand analyses three kindsofsolutions.ItHave no effectiveness to installadditional relay protection on the connection switch;Ithasbad dependability to installadditional relay protection on the power switch；It is a satisfactory solution to installbus differential currentprotection.

sectionalized single bus scheme;reserve power supply automatic connection device;bus differential current protection;magnetizing in-rush current

TM 645.11

A

1000-8136(2011)29-0036-02