探析220kV变电站母差保护双重技改的实施

卢松阳

（姚孟发电有限责任公司，河南 平顶山 467099）

作为变电站和电厂电能分配和汇总的重要元件，母线是否能够安全可靠的运行，直接关系到整个电网的供电可靠性和电能质量.当母线发生故障上，母差保护能够根据各个元件或各侧的电流互感器来对故障进行判别，从而启动保护动作元件，跳开母线上的所有断路器，最大限度地缩小停电范围并降低停电损失［1］58－60.

1 母差保护的应用现状分析

母差保护的基本原理，就是根据各个元件或者各侧的电流互感器，按照差接法接线，正常运行以及保护范围以外故障时差电流等于零，保护范围内故障时差电流等于故障电流，来对母线故障进行判断，从而通过启动保护动作元件来跳开母线上的所有断路器，确保将停电范围缩至最小.目前所使用的母差保护，从元器件构成上大致可以分为以下几种（见图1）：

LXB整流型母差保护：此种母差保护的选择元件为电流相位比较继电器，当母线发生故障时，电流相位比较继电器会对总差电流和联络断路器电流间的相位关系进行比较，通过比较结果来分析故障发生的部位，并对故障母线进行切除.LXB整流型母差保护的优点是原理简单，能够适应一次系统的倒闸操作；母联TA为单侧设置的情况下，当TA和母联间发生故障时，不能快速切除发生故障的母线；动作的时间较长，当双母线分裂运行时将失去动作的选择性.

图1 母差保护的类型

电磁型固定连接母差保护：电磁型固定连接母差保护具有结构简单和适应一次系统倒闸操作的优点，曾经在国内外得到了广泛的应用.在长期的运行过程中，电磁型固定连接母差保护的缺点也暴露无遗，主要包括：母线发生故障时可能因一次短路电流过大而引发电流互感器的严重饱和，从而导致母差保护拒动；当线路附近发生近区短路故障时，故障电流过大会引发电流互感器的严重饱和，从而导致母差保护拒动；当母线开关和电流互感器间发生故障时，容易造成非故障母线的误切除；在运行操作过程中，存在多次的二次切换，因此非常容易发生误操作事件；只有一个失灵保护的启动回路，因此失灵保护不可靠.

中阻抗型集成电路母差保护：中阻抗型集成电路母差保护以电流瞬时值作为测量比较，当母线发生故障时，能够在10ms内进行母线故障的切除，缺点是必须使用辅助电流互感器且保护整定的计算比较复杂.

微机型母差保护：相较于其他类型的母差保护，微机型母差保护具有如下优势：微机型母差保护具有自检功能，能够极大地提高系统的可靠性；通过微机的计算能力和智能作用，微机型母差保护可以实现更复杂的动作判据；微机型母差保护不需要设置辅助的电流互感器；微机型母差保护不需要公共的差电流回路，而是通过软件计算来合成制动电流和差动电流，从而大大简化交流二次回路［2］31－33.

2 220kV变电站母差保护双重技改的原则

2.1 220kV变电站母差保护双重技改的可靠性

在进行220kV变电站母差保护双重技改时，改造后的母差保护在保护装置规定的保护范围内，对于母线故障要进行及时切除，不应该拒绝动作；在任何不该发生动作的情况下，改造后的母差保护绝对不能发生误动作.母差保护的可靠性来源于保护不误动和保护不拒动这两个部分，由于这两个部分所采取的措施通常是相互矛盾的，因此在改造时需要尤为重视.

2.2 220kV变电站母差保护双重技改的选择性

在进行220kV变电站母差保护双重技改时，改造后的母差保护除了能够对内部短路和外部短路进行准确区分，还要能够在多种运行工况下对故障母线组进行准确区分.母线上连接的变压器、线路和发电器等元件，在运行中经常需要在两条以上的母线，因此通过合理的措施能够确保母线保护具有良好的选择性［3］34－36.

2.3 220kV变电站母差保护双重技改的灵敏性

在进行220kV变电站母差保护双重技改时，改造后的母差保护对于保护范围内发生故障或不正常运行状态时，要具备迅速反应的能力，即不论短路点的类型和位置如何，只要在保护范围内发生内部故障时，母差保护都能够迅速作出反应，以便及时地切除故障点.

2.4 220kV变电站母差保护双重技改的速动性

在进行220kV变电站母差保护双重技改时，改造后的母差保护要能够对故障进行快速切除，从而减少用户在电压降低时的工作时间，降低故障元件的损坏程度.

3 220kV变电站母差保护双重技改的实例分析

本文以某220kV变电站为研究对象，对其母差保护双重技改进行探究.该220kV变电站投运二十余年，其接线方式为双母线带旁路母线，原有一套RADSS／S型中阻抗型集成电路母差保护，在使用过程中由于不具备事件记录和故障录波的功能，极大地增加了故障检修和运行维护的难度，因此对其进行双重技改［4］110－113.改造后的该220kV变电站母具备两套微机型母差保护装置，它们分别是BP－2B型微机型母差保护和RCS－915AB型母差保护，现就该220kV变电站母差保护双重技改过程中遇到的问题进行阐述：

问题1：母差保护在母联分位时产生拒动现象.当该220kV变电站双母线运行时，为了防止在母联开关断开的情况下发生弱电源侧母线的故障，其具备的BP－2B型微机型母差保护和RCS－915AB型母差保护大差比率元件的比率制动系数应该使用低值.但在改造试验过程中，这两套母差保护在母联分位时产生了不该有的拒动现象，这意味着虽然BP－2B型微机型母差保护和RCS－915AB型母差保护可以依靠故障分量比率差动来可靠切除暂态的转换性故障，但是却不能切除稳态故障［5］94－95.基于此，当母联开关分裂运行时，BP－2B型微机型母差保护和RCS－915AB型母差保护可以独立判断，退出大差比率制动系数，仅以小差比例制动系数来分别作为正、副母线各自启动和动作的判据，从而消除拒动现象.

问题2：母联开关和隔离开关位置不对应的分析.如果母联开关在合位而投了分列压板，将会产生如下后果：2号母线发生故障时，母联开关失灵动作跳开1号母线，直接动作于两条母线的母差保护；如果由2号母线引发区内故障，那么将会引发两条母线的母差保护一起动作；区外故障时，母差保护将拒动；母联开关死区，母差保护动作不正确时，两条母线同时差动保护动作.如果母联开关在分为，而投了互联压板，那么将会产生如下后果：区内任何故障都将引发两条母线的母差保护一起动作；区外故障时，两条母线的母差保护拒动.而隔离开关的位置，可以对母线运行的方式进行判断，并且确定各个元件所连接的母线.综上所述，母联开关和隔离开关的位置是否正确，将直接影响到两条母线的母差保护是否能够正确动作，因此在调试时要尤为重视.

问题3：主变压器保护动作解失灵复压闭锁的分析.从BP－2B型微机型母差保护和RCS－915AB型母差保护所采用的方式看，选择BP－2B型微机型母差保护更加能够满足现场运行的需求.当主变压器保护动作时，如果系统选用的是RCS－915AB型母差保护，那么所在母线的失灵电压闭锁将被解除，如果发生近端故障或电源线路重载的情况，那么将会引发失灵保护的误动；此外，当RCS－915AB型母差保护主变压器保护动作解除失灵电压闭锁开入超过1s时，将会退出解除失灵电压闭锁功能.

问题4：刀闸和开关状态节点的接引.在改造过程中，如果开关站所预留的敷设电缆的金属管道已经生锈或腐蚀，那么将会增加新电缆施工的难度，此时可以利用现有电缆的备用芯接引状态辅助接点.在展开此项工作时，需要施工人员认真核对开关图纸，找出可以利用的备用电缆芯［6］85－87；施工人员还可以到现场进行查找，因为有些备用电缆芯并没有在图纸上进行标注，可以通过两端对线的方式来确定所找到的备用电缆芯是否可用.

问题5：旧母差保护误动作的防止措施.由于旧母差保护处于运行之中，因此在停电改造期间必须采用专用短接线短接的方式对旧母差电流回路进行处理，严禁旧母差保护的任何工作，避免在停电改造过程中因差动回路电流不平衡而导致旧母差保护的任何动作.

问题6：保护传动或试验时的注意事项.在保护传动或试验时，要退出母差屏内对其他线路保护有影响的压板，避免造成其他线路的误动.

4 讨论

为了避免母差保护拒动而危及电力系统的正常运行，对220kV变电站母差保护进行双重技改势在必行［7］59－62.从前文的分析可以看出，220kV变电站母差保护是一项技术复杂且涉及范围较广的工作，其是否能够顺利实施直接影响着供电可靠性和安全性.随着科学技术的不断发展，微机型母差保护在电力系统中得到了越来越广泛的应用，笔者期望通过本文的探讨，能够为同行以及微机型母差保护的推广提供一些有益的参考.

［1］宋方方，王增平，刘 颖.母线保护的现状及发展趋势［J］.电力自动化设备，2003，23（7）.

［2］舒逸石，马 勇，于培杰.浅谈母差保护微机化的几点感受［J］.电力系统保护与控制，2009（14）.

［3］汤 弋，李煜磊，黄大玮.凤变220kV母差保护双重化技术改造［J］.湖北电力，2009（2）.

［4］郭伟伟，赵 聪.某变电站220kV母差保护异常的原因分析［J］.科技创新导报，2010（30）.

［5］张 鹏，薛澄澄，邓 拓.RCS－915AB母差保护在运行方式变化时的操作说明及注意事项［J］.科技创新导报，2012（19）.

［6］覃仕盈.浅析220kV变电站母线保护的双重化改造［J］.中国新技术新产品，2013（6）.

［7］智中华，袁正华，宋小周，等.几种母线差动继电器的比较［J］.继电器，2001，29（5）.