一起220kV母差后备保护误动的原因分析及改进措施

曾庆汇，刘 娟，何 伟

（1.江西南昌供电公司，江西 南昌 330006；2.湖南省电力培训中心，湖南长沙 410000；3.宜宾电业局，四川 宜宾 644000）

0 引言

发电厂和变电站的高压母线是电力系统中极其重要的电气元件。在电力系统枢纽变电站的母线上发生故障时，将使连接在故障母线上的元件停电，会引起整个系统失去稳定性，造成大面积停电，甚至导致电力系统瓦解，后果及其严重。虽然母线在发电厂、变电站运行的环境条件相对较好，但由于各种原因引起母线保护动作还是常有的，这其中有母线上连接的元件发生故障，也有母线连接元件的失灵保护动作，当然还有占8%的比率是母差保护误动作。随着电力系统规模、容量的不断壮大，母差保护的可靠性提升到相当重要的地位，即保护的可性赖和安全性，既不能误动又不能拒动。要将母差保护误动降低到最低，这就要求对母线保护的原理、母线保护的设计和运行人员的操作、维护水平和责任心，给予高度的重视，对平时运行中出现的问题不断总结和完善。

微机母线保护经过几代的发展，保护原理越来越成熟，越来越完善，从简单的比率差动保护发展到母联死区、母差后备保护，母差功能越来越齐全。本文述及的是后备保护动作逻辑上的缺陷导致母差误动的一起案例。

1 故障情况

图1 电气一次接线

2011年12月28日某某供电公司某某220kV变电站进行220kV甲线间隔设备预试和保护定检工作，为配合220kV甲线间隔设备预试和保护定检工作，220kVⅠ母转为检修状态，220kVⅡ母带全站220kV负荷（电气一次接线简图如图1）。班组现场办理完所有手续后，10时30分，工作人员进入现场开展工作，220kV甲线线路保护二次回路接线检查、紧固工作。11点02分9秒454毫秒，220kV母线差动保护动作，跳开220kVⅡ母上所有断路器，造成220kVⅡ母失压，与主电网解列，电网区域稳控装置动作，切除电网负荷256MW。

220kV母线双重化保护配置分别为RCS-915GB和BP-2CS，经检查BP-2CS无任何动作报文，RCS-915GB的动作报文为差动后备保护动作。

2 检查处理

事故发生时，变电站有两个工作现场，一个是保护人员正在保护室进行220kV甲线RCS-902A线路保护传动试验准备，另一个是工作人员在本间隔开关场电流互感器二次侧对二次回路进行接线检查、紧固工作。事故发生后，现场立即停止所有作业。对全站失压的220kV母线保护范围内的母线、电流互感器等一次设备进行全面检查，均未发现故障点，说明一次设备确实无故障。

事故发生时现场没有对220kV甲线接入母差保护装置的电流二次回路进行隔离，工作人员在电流互感器本体端子盒处紧固螺丝过程中，转动中的扳手将碰接220kV甲线RSC-931BM保护用电流N回路与RCS-915GB母差保护装置用电流二次回路C相（如图2）。

图2 220kV某线电流互感器二次接线盒

造成母差保护电流回路出现两点接地（如图3），初步认为误碰造成的两点接地是引起母差后备保护误动作的原因。

图3 220kV某线电流回路附加图

3 母差后备保护的动作原理

差动保护根据母线上所有连接元件电流采样计算出大差电流，构成大差比率差动元件，作为差动保护的区内故障判别元件。装置根据各连接元件的刀闸位置开入计算出两条母线的小差电流，构成小差比率差动元件，作为故障母线选择元件。

为防止母线区内故障时因刀闸位置异常影响小差计算，导致大差动作判为区内故障，而各母线小差都不动作无法选择故障母线，造成母差保护拒动。所以当大差满足动作条件，而各母线小差均不动作的情况下，为快速切除母线区内故障而设置了母差后备保护。

当抗饱和母差大差动作（电流互感器饱和检测元件检测为母线区内故障），且小差比率差动元件不动作，同时差动保护投入，则经运行母线电压闭锁开放，250ms切除母线上所有的元件(母差后备保护见逻辑框图4）。

图4 母差后备保护逻辑

4 运行母线的判据

运行母线判据如下：

1）本母线任一相相电压大于0.3Un；

2）本母线零序电压大于母差零序电压闭锁定值（6V）；

3）本母线负序电压大于母差负序电压闭锁定值(4V)；

4）本母线上连接的任一支路电流大于0.04In；

以上四个条件任意一个满足，母差保护判母线在运行。运行母线的判据见逻辑框图5。

5 微机母差保护误动的原因分析

5.1 差流产生原因分析

220kV甲线线路保护与母线差动保护电流回路在开关场端子箱处及保护小室分别单点接地，在电流互感器二次接线端子处两个不同的接地端子之间存在0.43V的工频电压差，当工作人员进行电流互感器二次接线柱紧固时，无意中将母差回路二次绕组端子3S1与在其上方相邻的二次绕组端子2S3（2S3接地）短接，致使母差电流回路3S1接线端子对地导通，在户内外两个接地点间0.43V电势差的作用下，形成了接地点高电势端→母差保护220kV某线C相电流输入回路→接地点低电势端的电流导通回路（如图3），从而使本无流的母差保护某线C相支路附加电流为0.54A，而母差保护动作的启动电流为0.4A。由于Ⅰ母上所有元件刀闸已拉开，Ⅰ母小差自动退出，Ⅱ母所连接系统设备无故障，Ⅱ母小差无差流，此时只有大差有差流，并且大差差流值超过差动保护定值，大差后备满足动作条件之一。

图5 运行母线逻辑

5.2 运行母线电压闭锁动作分析

在220kVⅠ母线已转检修状态下，本应是双母线运行转为单母线运行，但是由于A相二次感应电压较高为6.64V(由于电缆之间相互干扰引起），满足大差后备保护判运行母线判据中的2）及3）条件，母差保护装置误将停运检修的Ⅰ母误判为运行母线。母差保护同时认为Ⅰ母和Ⅱ母同时在运行状态，为双母线运行。

因为各母线小差均不动作，所以母差后备保护动作无法按小差动作相应母线电压闭锁，而是经任一运行母线的复压条件满足，开放母差后备保护，其动作后将切除两条母线上的所有元件。运行母线电压闭锁开放的逻辑框图见图6。母差后备动作跳母线时也不能经各自母线的电压闭锁跳相应母线，是为防止刀闸位置错误情况下发生母线故障时，可能导致故障支路所在母线电压闭锁不开放（母线保护接入的刀闸位置与一次系统图不对应，刀闸位置又失去记忆的情况),造成后备保护无法最终切除故障支路。由于Ⅰ母A相二次感应电压较高为6.64V，满足电压闭锁动作条件，母差后备满足动作条件二。

图6 运行母线电压闭锁开放逻辑

Ⅰ、Ⅱ母小差均不动作，大差动作，运行母线电压闭锁开放，差动保护投入，母差保护进入后备保护逻辑（如图4），以上四个条件都满足的情况下，母差后备保护动作跳闸切除Ⅰ、Ⅱ母所有连接元件。

6 采取的解决方案及措施

1）工作人员未将220kV某线与母差回路的电流端子连片断开，在紧螺丝过程中造成两点接地产生差流是母差误动的原因之一，因此要加强现场的危险点分析与预控，做好危险点辩识，尤其是二次回路上要做好二次安全隔离措施。这是从人的工作责任心和业务素质着手，但是人很难完全避免犯错，因此必须从技术上着手才能彻底解决。

2）其次母差后备保护动作的原因之一是将停运检修的Ⅰ母误判为运行母线。采用2）、3）任一条件满足判运行母线的逻辑不太合理，正常运行时母线的零序、负序电压不可能达到那么高甚至零负序电压基本为零，因此建议取消2）至3）的条件。同时将电压和电流判据改成与的逻辑，即本母线任一相相电压大于0.3Un，本母线上连接的任一支路电流大于0.02In；以上两个条件同时满足，母差保护判母线在运行，改进后的逻辑如图7所示。改进后可以有效的防止停运母线二次感应电压较高时差动后备保护的误动，同时正常时也不影响母差保护的运行。

3）在此母差后备动作跳Ⅱ母（运行母线）的原因是后备保护不经各自母线的电压闭锁跳相应母线，正常运行母线受牵连导致Ⅱ母所有出线单元跳闸。

图7 改进后的运行母线逻辑框

母差后备动作逻辑建议更改为刀闸位置正常的单元经相应母线电压闭锁，无刀闸位置的单元不经复压闭锁。改进后的母差后备保护可以充分发挥作用，做到既不误动又不拒动，改进后的逻辑框如图8所示。

图8 改进后的母差后备保护逻辑

7 结束语

电力系统中母线保护对电网稳定运行起着非常重要的作用，因此要求可靠性高、动作速度快、灵敏度高。微机型母线保护装置的设计缺陷问题是客观存在的，本文讨论的是保护装置由于逻辑设计原因造成保护装置误动。作为保护工作人员和运行管理人员都应该对此予以重视，做到发现问题→分析原因→提出整改措施→解决问题的过程→跟踪验证效果的闭环管理思路和措施，才能根本上提高保护动作的正确率，确保保护装置可靠运行，当好电力系统的安全卫士。

[1]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M]北京：中国电力出版社，2004.

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