母联开关死区故障的母线保护动作行为分析

白 瑞，马振国，张 悦

（国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

对于含有母联开关元件的母线保护来说，由于母联开关在一次系统中所起的特殊联络作用，母联电流在母线保护中不仅要根据运行方式来判断是否参与差流运算，而且还要参与死区等复杂故障的逻辑判别。母联电流使用上的这种复杂性，常常使得人们对死区故障逻辑的理解存在很大差异，在现场多次发现测试人员对死区故障逻辑试验思路含糊以及母联电流互感器CT（Current Transform）使用不当造成设计失误的情况。

1 母联电流在母线保护中的应用

1.1 母线保护动作原理

目前，含有母联元件的母线保护装置，其原理均是以两条母线上所有元件的“和电流”（不含母联电流）形成“大差电流”来判别区内、区外故障；而以每条母线上所有元件的“和电流”（含母联电流）形成“小差电流”来选择故障母线进行工作，当大差元件和对应母线的小差元件动作时，母线保护就有选择地切除故障母线。由此可见，母联电流在参与各条母线“小差”运算以及反应母线运行状态方面起着重要的作用。

1.2 母联电流在死区逻辑中的应用

由于母联CT配置的特殊性以及死区形式的多样性，母线保护中设有专门的死区故障逻辑。所谓死区故障就是指断路器和CT之间的故障。母线保护正是利用母联电流并结合母线运行状态来对各种死区故障进行判别的。母联死区故障形式一般有合位死区、分位死区、充电死区3种情况。

2 母联死区故障及动作行为分析

2.1 单侧CT安装情况

母联开关处只有1组CT时，它有2种安装位置，1种是安装在靠近Ⅰ母线侧（CT1），另一种是安装在靠近Ⅱ母线侧（CT2），如图1所示（CT应有两个保护级的二次绕组才可实现双重化的母线保护配置）。以CT2情况进行分析，然后对CT1、CT2两种情况进行阐述。

图1 双母线接线母联CT安装位置图

2.1.1 合位死区及动作行为分析

2.1.1.1 合位死区逻辑

合位死区就是母联断路器为合位，两条母线并列运行过程中，断路器与CT2之间发生的故障（F2），如图1所示。此故障对于Ⅰ母线是区内；对于Ⅱ母线是区外，母线保护动作跳母联开关和Ⅰ母线元件后，F2故障仍然存在。为了解决这一问题，母差保护中设计了合位死区逻辑，如图2所示。

逻辑过程是：在母线保护发出母线跳闸命令且母联断路器已跳开，但母联CT2仍然有电流，且大差元件及小差元件不返回的情况下，经150 ms延时后判定为死区故障，此时母联电流要退出小差计算，由母线保护发出跳闸命令切除死区故障。

图2 母联合位死区保护逻辑图

2.1.1.2 合位死区动作行为分析

对于单侧CT的情况，CT安装靠近Ⅰ母侧还是Ⅱ母线侧，最终切除死区故障的效果是相同的，即Ⅰ母线、Ⅱ母线元件全部切除，但两种CT安装位置下的保护动作行为过程有所不同。

发生在CT2的死区故障（F2） 时，此故障对于Ⅰ母线是区内，对于Ⅱ母线是区外，母差保护是先跳Ⅰ母线和母联断路器，延时150 ms判定为死区故障后，再跳Ⅱ母元件。

发生在CT1的死区故障（F1） 时，此故障对于Ⅱ母线是区内，对于Ⅰ母线是区外，母差保护是先跳Ⅱ母线和母联断路器，延时150 ms判定为死区故障后，再跳Ⅰ母线元件。

2.1.2 分位死区及动作行为分析

2.1.2.1 分位死区逻辑

分位死区就是母联断路器为分位，两条母线分列运行过程中，断路器与CT2之间发生的故障，如图1所示。此故障对于Ⅱ母线是区外，因此按常规情况母线保护是不能动作的。为了切除此故障，母差保护中设计了分位死区逻辑，如图3所示。

逻辑过程是：母线正常运行时，母联断路器分列运行压板投入且母联断路器位置为跳位，再结合母联无流，装置判定该断路器处于分列运行状态，此时母联电流就退出小差计算。如果此时发生死区故障母联电流突然出现时，仍有400 ms退出小差的时间，保证可靠切除死区故障。

图3 母联分位死区保护逻辑图

2.1.2.2 分位死区动作行为分析

当发生CT2的死区故障（F2） 时，母线保护只切除Ⅱ母线元件，Ⅰ母线元件正常运行。当发生CT1的死区故障（F1）时，母线保护只切除Ⅰ母线元件，Ⅱ母线元件正常运行。

2.1.3 充电死区及动作行为分析

2.1.3.1 充电死区闭锁逻辑

充电死区就是指利用母联断路器进行充电过程中，发生在断路器与CT2之间的故障。充电前状态应该是Ⅰ母线正常运行，Ⅱ母线是不带电的空母线。当Ⅰ母线向Ⅱ母线充电同时发生死区故障情况时，为了防止母线保护将运行的Ⅰ母线误切除，设计了充电死区闭锁差动保护逻辑，如图4所示。

逻辑过程是：由操作箱（智能终端）提供的手合触点和母联CT“有无电流”的判别，作为母线保护判断母联充电并进入充电逻辑的依据；充电逻辑有效时间为手合触点由“0”变为“1”后的1 s内，1 s后恢复为正常运行母线保护逻辑；母线保护在充电逻辑有效时间内，如满足动作条件，瞬时跳母联断路器；如300 ms后，母联断路器仍没有跳开，开放母差保护跳运行母线。

2.1.3.2 充电死区动作行为分析

a）为了清楚说明此逻辑的作用，特对充电到死区、区内、区外3个过程进行分析比较。

b）对于CT2安装情况，当有大差电流而母联无电流时，这是充电到F2死区故障情况，此时充电保护无法动作，只能通过充电死区闭锁逻辑瞬时闭锁差动保护，且同时跳母联开关，如果故障在300 ms后仍没有切除就跳运行Ⅰ母线元件。

c）当有大差电流且母联有电流时，这是充电到Ⅱ母线上故障情况，此时大差元件和Ⅱ母线小差元件动作（充电保护也动作），瞬时跳母联开关，Ⅰ母线仍然可以正常运行。

图4 充电闭锁母线差动逻辑图

d）当无大差电流而母联有电流时，这是充电到支路上的故障，此时大差元件、小差元件均不动作，此故障由充电保护切除。

e）此逻辑仅适用于断路器侧母线向CT侧母线充电的情况，反之充电则是属于合位死区逻辑范畴。

f）同理，对于CT1死区故障情况的动作行为与CT2死区故障同对应。

2.2 双侧CT安装情况

母联开关处有2组CT时，一般2组CT安装在母联开关的两侧（常见于GIS设备中），如图1所示。此种情况一般是每侧CT只有1个保护级二次绕组，而继电保护要求母线元件必须双重化配置，这样2套保护的母联电流就分别取自不同的CT二次绕组。为了分析方便假如第一套保护采用了CT1，而第二套保护采用了CT2。

2.2.1 合位死区及动作行为分析

当发生F2故障时，2套保护的独立表现是：对于第一套保护，此故障属于Ⅰ母线小差区外，Ⅱ母线小差区内，不判为合位死区，第一套保护瞬跳母联和Ⅱ母线元件；对于第二套保护，由前可知，此故障属于Ⅰ母线小差区内，Ⅱ母线小差区外，母线保护是跳Ⅰ母线元件和母联，此时保护不需经150 ms延时判死区，死区故障就已经切除了。

2.2.2 分位死区及动作行为分析

当发生F2故障时，2套保护的独立表现是：第一套保护不动作，第二套保护判为分位死区故障跳Ⅱ母线元件。对于F1故障时，动作行为与F2故障同对应。

2.2.3 充电死区及动作行为分析

当Ⅰ母线向Ⅱ母线充电发生F2故障时，2套保护的独立表现是：第一套母线保护内的充电保护动作跳母联，Ⅰ母线正常运行；第二套母线保护判为充电死区故障只跳母联，Ⅰ母线正常运行。对于Ⅱ母线向Ⅰ母线充电发生F1故障时行为与此类同对应。

综上所述，由于2套保护采用了不同安装位置的CT电流，所以2套保护的动作行为出现了不一致的情况。虽然死区故障可以切除，但动作行为不是真正意义上继电保护双重化配置要求的结果。另外在实际的事故中，会对事故分析造成干扰，引起误导错判现象的发生。

3 结论

死区保护是母线保护中附带的一个保护功能，在实际测试中容易被忽视，但母线保护是一个涉及多间隔的保护设备，在现场测试中不应忽视任何一个保护逻辑，应该充分理解和掌握母联死区故障逻辑中的相互配合关系，理清各种死区故障的动作行为过程，避免出现试验中的随意性。另外，在母联CT设计时，应要求一次设备厂家配有足够数量的保护级二次绕组，以满足2套母线保护电流的正常取用，真正实现保护双重化配置的原则要求。