220 kV变电站母线保护改造方案探讨

郭林杰

(广东电网公司佛山供电局，广东 佛山 528200)

220 kV变电站母线保护改造方案探讨

郭林杰

(广东电网公司佛山供电局，广东 佛山 528200)

目前，南网一些220 kV变电站由于运行时间比较久，出现了设备老化、部分母线保护设备超期服役的现象，根据统计数据，从2012年至今，这些220 kV变电站母线保护设备的故障率在不断增高。现根据母线保护的原理，分析了现行微机母线保护和原始母线保护的优缺点，并根据母线保护改造的实际施工过程，总结出母线保护改造的最优方法和实际施工过程中的注意事项。

220 kV变电站；母线保护；差动保护；母差

0 引言

母线是指选用导电性能比较好的材料制成的，用于传输电能的装置，它具有汇集和分配电能的作用。在电力系统中，母线是最重要的装置之一，如果母线发生故障，将是电力系统中最为严重的故障，因为它将影响到其他电力设备的安全运行，更严重的还会导致一些关键设备的损坏停运，造成大面积的停电事故，对整个电网的运行造成很大的危害。随着电力技术的不断发展，电网电压不断提高，人们对母线运行的安全性要求也越来越高，对母线保护的快速性、灵敏性、可靠性和选择性也提出了更高的要求。

220 kV变电站中母线的主保护一般都是采用差动保护，并采用TA断线和复合电压2种方式进行闭锁；同时还设立一些辅助的保护，主要包括短路失灵保护、母联死区保护、母联失灵保护、母联过流保护和母线充电保护。

根据国家标准GB14285—2006《继电保护及安全自动装置技术规程》的要求，220 kV变电站母线上的保护要能有选择性地切断任意一组母线，而不影响其他母线的正常运行。

1 220 kV变电站传统母线保护的现状

某些变电站由于建造得比较早，母线保护都是采用普通的电子式的差动保护，即比率制动式母差保护，这种保护方式利用辅助接点来控制继电器从而切断故障母线回路，辅助接点和继电器的状态监测依靠的是普通的指示灯，但无法判断辅助接点和控制继电器是否存在故障现象。因此，这种保护存在一定的安全隐患。

2 现行微机母线保护的特点及原理

随着继电保护技术的不断发展，母线保护已经逐渐脱离了原始的保护控制方式，微机化已经成为母线保护发展的普遍趋势。微机型母线保护和传统型母线保护相比有以下几点优势：

(1) 微机母线保护装置可以通过调整系数来对TA进行整定，并且微机母线保护装置对TA保护具有独特的判据；

(2) 微机母线保护装置有不同的接口形式，可以通过不同的通信方式与后台对接，实现对母线保护和母线控制装置的遥信和遥控；

(3) 微机母线保护装置利用了微型计算机强大的计算能力，来实现比率制动特性的电流瞬时值的精确计算，确保母线差动保护的及时性和有效性。

根据KCL定律，母线系统在正常工作的状态下时，其流入和流出电流的向量和是0，即∑I=0，当母线系统中出现故障时，∑I=∑IK，其中IK是短路故障电流，这时母线上的母差保护装置动作，就可以有选择性地切断故障电流。其实母线差动保护装置的保护范围是固定的，即母线和连接在母线上的电气设备，具体如图1所示。

图1 母线差动保护的范围

母线的差动回路包括大差回路和小差回路，大差回路是指母联线路中除了母联开关和分段开关外所有支路电流构成的差动回路；小差回路是指该段母线所连接的包括母联和分段断路器的所有支路电流构成的差动回路。微机型母线差动保护是由能够反映出单相故障和相间故障的分相式比率差动元件构成，目前110 kV母线系统基本上都采用双母线形式，双母线的差动保护就包括大差动保护回路和小差动保护回路。其中大差用于判断母线区域内和区域外的故障，小差用于故障母线的选择。

为了确保母线保护系统的安全性和准确性，根据标准要求220 kV以上的母线保护系统均采用双冗余的方式配置保护装置(图2)，即每条母线上均采用2套母线保护装置。母线保护装置采用双冗余的方式，可以在母线保护检修时或母线保护出现故障时，减少继电保护的误动作，提高供电的可靠性。母线保护采用双冗余方式配置，要遵循以下几点原则：

(1) 2套相同的母线保护装置电源应取自不同的蓄电池；

(2) 2套母线保护装置与断路器的2组跳闸线圈对应时，其保护电源和控制电源应取自同一组直流电源。

图2 双冗余母线保护系统

母线微机保护装置一般都是由3个部分组成，分别是保护系统、闭锁系统和管理系统。保护系统主要用于母线系统中开关量和模拟量信号的采集，并对采集来的信息进行逻辑判断，最终输出控制信号到TJ；闭锁系统主要完成各电压量的采集，并根据信息判断系统的闭锁信息，输出到BJ；管理系统主要用于人机交互管理，信息数据记录、存储，保护设备与后台系统的通信管理等。

3 具体的改造施工要求和安全防护措施

220 kV变电站母线保护改造施工相对来说比较复杂，部分还需要进行带电作业，对人员和设备的要求比较高，需要严格的操作管理制度和经验比较丰富的施工人员才能进行改造施工。施工前需要有完善的施工作业指导书，并由保护设计人员进行交底指导；还需要办理好相关的操作手续，并做好现场和人员的安全防护措施。

母线保护改造可以分为3个步骤来实施：

(1) 新的母线保护装置的提前安装调试；

(2) 原母线保护装置的拆除和退出；

(3) 新母线保护的安装调试和投入。

为了节约施工时间，可以将新增的母线保护装置在变电站中预先分装好，并做好相应的检验和试验工作。在操作时，尤其是在铺设电缆的过程中，由于原装置并没有停电，所以一定要做好足够的防护措施，例如接入点小母线为上下2层，之间就需要用绝缘板进行遮蔽；接入的过程中施工人员要戴好绝缘手套，一根一根地接入，每接入一根电缆就要用万用表进行确认，确保接入无误后才能进行接下一根线的接入操作；整个施工过程中要确保无短路事故发生，全部完成以后还要用万用表进行相序的核定。所以在操作之前，要对整个施工过程中的危险源进行梳理，根据以往的经验，母线保护改造施工中的危险点可以参照表1。

表1 电缆二次线安装中的危险点

装置组装完毕后，要通知母线保护生产厂家的技术人员对设备进行现场校核，一切工作准备完毕后，可以申请停电，进行下一步的操作。下一步操作就是原母线的拆除，拆除前首先要退出原母差保护屏所有保护出口，然后再退出电源装置，最后才能进行二次线拆除，二次线拆除首先要拆除跳闸回路电缆，拆除过程应在运行人员监护下进行，拆除前要进行校线，经运行人员确认无误后方可拆除。跳闸回路拆除后再拆除信号回路，包括母线刀闸用于PT切换回路的二次线，同样拆除前要进行校线，确认无误后方可拆除。最后拆除的是电流回路，由于母联回路的CT都处于工作状态，所以电流回路的拆除工作是比较危险的，拆除前要先用钳表进行校线，确认无误后就地将端子箱内CT绕组短接，短接后再用钳表确认是否有电流，如果无电流，再将电缆拆下，并接入本次新敷设的线路电缆，接入时要确保牢固、可靠，新电缆接入后两侧再用钳表确认无电流，最后拆除短接线，拆除时分相进行，每拆除一相后用钳表确认电流，这样可以达到通流试验的效果。

二次线拆除后，再拆除保护柜上的小母线，二次线和小母线拆除后，就可以将原母线控制柜拆除并运出变电站，再将新的母线保护装置二次线接入系统。

母线保护装置、二次回路经检验正确后，具备投入电网运行条件，可以按调度命令投入此保护。但在投入保护前，还是要进行投运前的检查的。具体如：

(1) 要确定直流工作电源的正确性和稳定性；

(2) 确认装置的差动保护投入功能在正常的工作状态；

(3) 确认其他保护功能投入的切换开关位置或压板与保护定值单要求相符；

(4) 接入各单元电流后，检查确认各单元电流极性正确，查看电流显示是否在允许范围以内。

4 结语

220 kV变电站母线保护对于变电站中各设备的安全运行来说有着非常重大的意义，可以降低设备损坏的风险，降低变电站的运营成本。对于老的变电站来说，母线保护的改造升级可以进一步提升变电站运行的抗风险能力。但母线保护装置的改造是存在安全隐患的，所以在改造的过程中一定要做好设备的防护和人身的防护，并根据母线保护的基本原理和现行微机保护的原理充分论证改造方案的可行性，做到改造过程中的万无一失。

[1]周波，李洪波，董永乐.关于母线保护改造中部分问题的探讨[J].内蒙古科技与经济，2010(1)

[2]宋方方.分布式母线保护的研究[D].保定：华北电力大学，2002

2014-06-25

郭林杰(1987—)，男，河南洛阳人，硕士研究生，研究方向：电力系统自动控制。