浅析220kV母差保护死区的故障问题

叶和龙

摘  要：通过调查研究发现，如今往往会将一组CT装设于220 kV母联断路器中，这样就很容易出现保护死区，无法保证电网的正常稳定运行。针对这种情况，文章提出了相应的方法来对保护死区进行消除，方法一是将一组CT各装设于断路器的两侧，并且将低电压闭锁功能增加于两侧保护;方法二通过保护装置的改造及保护定值的重新整定，两小差都加入低电压闭锁功能，分时段跳开母线上的断路器;最后比较两种方法的优劣。

关键词：保护死区;母差保护

中图分类号：TM77     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2014）35-0100-01

如今，大部分220 kV变电站在主接线方式方面通常采用的是双母线带旁路或者是并列运行双母线，仅仅将一组CT装设于母联断路器的一侧。因为继电保护装置自身的而一些局限性，如果有故障发生于某一特定的小范围内，由延时的后备保护切除掉被保护元件，我们用死区故障称呼这一类故障。虽然死区故障并不会经常发生，但是在飞速发展的今天，电网规模逐渐增大，人们对电力系统运行的可靠性和安全性提出了更高的要求，如果无法及时切除死区故障，那么就会在较大程度上影响到系统的稳定运行。

本文就母差保护死区故障存在的问题进行探讨，提出在母联断路器两侧各装设一组CT的基础上，保护加入低电压闭锁功能，分段跳开相应断路器切除死区故障的对策;以及通过保护装置的改造及保护定值的重新整定，两小差都加入低电压闭锁功能（电压取自220 kV母线PT），分时段跳开母线上的断路器，进而比较两种方法的优劣。

1  常规保护逻辑

对现在大多数220 kV变电站而言，母联单元一般只安装一组电流互感器，当故障发生在母联断路器和电流互感器之间时，依靠母差保护的动作原理将故障母线上的所有断路器第一时限跳开，若故障点在母联断路器与母联CT之间则不能有效切除故障，如图1所示。

在图1中，如果有故障发生于G点，Ⅱ母差动保护会将其判断为外部故障，Ⅱ母差动保护，此时由Ⅰ母差动保护动作跳开母联断路器及Ⅰ母上的连接元件，但是无法切除故障。因此，如果有故障发生于母联断路器和母联CT之间，从母差保护的角度上来讲，就有死区故障出现。

为了解决这个问题，国内的一些保护厂家通常将其设置为启动母线差动继电器，如果母联断路器和母联TA侧母线小差的死区，对母联死区保护进行了设置，这样保护动作速度就可以得到大大的提升。对于母联死区保护存在着这样的情况，差动保护将母线跳令发出去之后，虽然已经断开了母联断路器，但是依然有电流存在于母联TA上，并且不返回大差比率差动元件及断路器侧小差比率差动元件，经死区动作延时跳开另一条母线。为了避免在母联跳位时，有死区故障发生，切除掉全部的母线，当两母线都有电压且母联在跳位时母联电流不计入小差，在这种情况，最好的方法是对相应的断路器分别断开，一般将其划分为两个阶段。通过上文的叙述我们可以看出，如果有死区故障发生于G点，理想情况是将母联和Ⅱ母上所有间隔的断路器给切除掉，不需要对Ⅰ母进行切除，但是现在却将Ⅰ母给切除掉了，之后对Ⅱ母上所有间隔的断路器进行切除，需要引起人们的重视，积极创新。

2  改进保护逻辑

2.1  改进保护逻辑一

在母联断路器两侧各安装一组CT，如图2所示。其中CT1接入Ⅰ母小差，而CT2接入Ⅱ母小差，并且两小差都加入低电压闭锁功能（电压取自220 kV母线PT）。死区故障时，流过CT1和CT2的电流的矢量和较大，从而母差保护动作分段跳开相应断路器切除死区故障。非死区故障时，CT1和CT2的电流的矢量和几乎为零，母差保护的动作将故障母线上的所有断路器第一时限跳开，在此不展开讨论。

①当H点故障，先跳开母联断路器后，Ⅰ母上电压恢复正常，闭锁了Ⅰ母差动保护，由Ⅱ母差动保护第二阶段跳开Ⅱ母上所有间隔的断路器，隔离故障。

②当F点故障，先跳开母联断路器后，Ⅱ母上电压恢复正常，闭锁了Ⅱ母差动保护，由Ⅰ母差动保护第二阶段跳开Ⅰ母上所有间隔的断路器，隔离故障。

2.2  改进保护逻辑二

在常规保护逻辑的基础上，通过保护装置的改造及保护定值的重新整定，两小差都加入低电压闭锁功能（电压取自220 kV母线PT），并且分时段跳开母线上的断路器。死区故障时，第一时间跳开母联断路器后进行低电压闭锁判断，电压恢复正常的母线差动保护闭锁，电压未恢复正常的母线差动保护动作，如图3所示。

当CT与母联断路器之间K点发生故障时，母线差动继电器均启动，这时分两阶段分别断开相应断路器，具体如下：

①首先跳开母联断路器。

②Ⅰ母电压恢复正常，闭锁Ⅰ母差保护，由Ⅱ母差保护跳母线上所有间隔的断路器来隔离故障。

3  两种改进保护逻辑比较

改进保护逻辑一能够保证非死区故障瞬时切除，当发生死区故障时，通过有选择性地切除母联断路器，进而进行低电压保护闭锁判断以使电压未恢复正常的母线差动保护动作。该方法在新建站较易实现，可从设计入手，增加一组CT，特别是使用GIS设备的变电站，因其CT占用空间较小，可行性较高;但该方法也存在保护动作时限配合问题、增加一组CT设计问题，特别是较老的带有旁路的变电站，因其间隔设计已相对固定，若再新增一组CT，将会造成没有空余空间安装或新装的CT与旁路安全距离不足等问题。

改进保护逻辑二能够在现有一次设备的基础上通过采用分时段跳开母线上的断路器的方法，有效切除死区故障，但时限上的配合给保护装置及定值整定提出了更高的要求。特别是改变了母差保护动作立即切除本母线上的所有断路器的设置，该由先跳母联断路器再进行判断，给保护装置及定值整定提出了更高的挑战，在二次问题上增加了工作量。

4  结  语

通过关于保护死区中常规保护逻辑及两种改进保护逻辑的研究发现，两种改进的保护逻辑均能够保证有一段母线正常运行。但两种改进保护逻辑各有千秋：改进保护逻辑一能够保证非死区故障瞬时切除，在新建站较易实现，特别是使用GIS设备的变电站，但设计上需增加一组CT;改进保护逻辑二由于采用分时段跳开母线上的断路器，时限上的配合给保护装置及定值整定提出了更高的要求。这两种改进保护逻辑均能在一定程度上有效降低事故的影响范围。

参考文献：

[1] 王梅义.电网继电保护应用[M].北京：中国电力出版社，1999.

[2] 杨奇逊.微机继电保护基础[M].北京：水利电力出版社，1988.

摘  要：通过调查研究发现，如今往往会将一组CT装设于220 kV母联断路器中，这样就很容易出现保护死区，无法保证电网的正常稳定运行。针对这种情况，文章提出了相应的方法来对保护死区进行消除，方法一是将一组CT各装设于断路器的两侧，并且将低电压闭锁功能增加于两侧保护;方法二通过保护装置的改造及保护定值的重新整定，两小差都加入低电压闭锁功能，分时段跳开母线上的断路器;最后比较两种方法的优劣。

关键词：保护死区;母差保护

中图分类号：TM77     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2014）35-0100-01

如今，大部分220 kV变电站在主接线方式方面通常采用的是双母线带旁路或者是并列运行双母线，仅仅将一组CT装设于母联断路器的一侧。因为继电保护装置自身的而一些局限性，如果有故障发生于某一特定的小范围内，由延时的后备保护切除掉被保护元件，我们用死区故障称呼这一类故障。虽然死区故障并不会经常发生，但是在飞速发展的今天，电网规模逐渐增大，人们对电力系统运行的可靠性和安全性提出了更高的要求，如果无法及时切除死区故障，那么就会在较大程度上影响到系统的稳定运行。

本文就母差保护死区故障存在的问题进行探讨，提出在母联断路器两侧各装设一组CT的基础上，保护加入低电压闭锁功能，分段跳开相应断路器切除死区故障的对策;以及通过保护装置的改造及保护定值的重新整定，两小差都加入低电压闭锁功能（电压取自220 kV母线PT），分时段跳开母线上的断路器，进而比较两种方法的优劣。

1  常规保护逻辑

对现在大多数220 kV变电站而言，母联单元一般只安装一组电流互感器，当故障发生在母联断路器和电流互感器之间时，依靠母差保护的动作原理将故障母线上的所有断路器第一时限跳开，若故障点在母联断路器与母联CT之间则不能有效切除故障，如图1所示。

在图1中，如果有故障发生于G点，Ⅱ母差动保护会将其判断为外部故障，Ⅱ母差动保护，此时由Ⅰ母差动保护动作跳开母联断路器及Ⅰ母上的连接元件，但是无法切除故障。因此，如果有故障发生于母联断路器和母联CT之间，从母差保护的角度上来讲，就有死区故障出现。

为了解决这个问题，国内的一些保护厂家通常将其设置为启动母线差动继电器，如果母联断路器和母联TA侧母线小差的死区，对母联死区保护进行了设置，这样保护动作速度就可以得到大大的提升。对于母联死区保护存在着这样的情况，差动保护将母线跳令发出去之后，虽然已经断开了母联断路器，但是依然有电流存在于母联TA上，并且不返回大差比率差动元件及断路器侧小差比率差动元件，经死区动作延时跳开另一条母线。为了避免在母联跳位时，有死区故障发生，切除掉全部的母线，当两母线都有电压且母联在跳位时母联电流不计入小差，在这种情况，最好的方法是对相应的断路器分别断开，一般将其划分为两个阶段。通过上文的叙述我们可以看出，如果有死区故障发生于G点，理想情况是将母联和Ⅱ母上所有间隔的断路器给切除掉，不需要对Ⅰ母进行切除，但是现在却将Ⅰ母给切除掉了，之后对Ⅱ母上所有间隔的断路器进行切除，需要引起人们的重视，积极创新。

2  改进保护逻辑

2.1  改进保护逻辑一

在母联断路器两侧各安装一组CT，如图2所示。其中CT1接入Ⅰ母小差，而CT2接入Ⅱ母小差，并且两小差都加入低电压闭锁功能（电压取自220 kV母线PT）。死区故障时，流过CT1和CT2的电流的矢量和较大，从而母差保护动作分段跳开相应断路器切除死区故障。非死区故障时，CT1和CT2的电流的矢量和几乎为零，母差保护的动作将故障母线上的所有断路器第一时限跳开，在此不展开讨论。

①当H点故障，先跳开母联断路器后，Ⅰ母上电压恢复正常，闭锁了Ⅰ母差动保护，由Ⅱ母差动保护第二阶段跳开Ⅱ母上所有间隔的断路器，隔离故障。

②当F点故障，先跳开母联断路器后，Ⅱ母上电压恢复正常，闭锁了Ⅱ母差动保护，由Ⅰ母差动保护第二阶段跳开Ⅰ母上所有间隔的断路器，隔离故障。

2.2  改进保护逻辑二

在常规保护逻辑的基础上，通过保护装置的改造及保护定值的重新整定，两小差都加入低电压闭锁功能（电压取自220 kV母线PT），并且分时段跳开母线上的断路器。死区故障时，第一时间跳开母联断路器后进行低电压闭锁判断，电压恢复正常的母线差动保护闭锁，电压未恢复正常的母线差动保护动作，如图3所示。

当CT与母联断路器之间K点发生故障时，母线差动继电器均启动，这时分两阶段分别断开相应断路器，具体如下：

①首先跳开母联断路器。

②Ⅰ母电压恢复正常，闭锁Ⅰ母差保护，由Ⅱ母差保护跳母线上所有间隔的断路器来隔离故障。

3  两种改进保护逻辑比较

改进保护逻辑一能够保证非死区故障瞬时切除，当发生死区故障时，通过有选择性地切除母联断路器，进而进行低电压保护闭锁判断以使电压未恢复正常的母线差动保护动作。该方法在新建站较易实现，可从设计入手，增加一组CT，特别是使用GIS设备的变电站，因其CT占用空间较小，可行性较高;但该方法也存在保护动作时限配合问题、增加一组CT设计问题，特别是较老的带有旁路的变电站，因其间隔设计已相对固定，若再新增一组CT，将会造成没有空余空间安装或新装的CT与旁路安全距离不足等问题。

改进保护逻辑二能够在现有一次设备的基础上通过采用分时段跳开母线上的断路器的方法，有效切除死区故障，但时限上的配合给保护装置及定值整定提出了更高的要求。特别是改变了母差保护动作立即切除本母线上的所有断路器的设置，该由先跳母联断路器再进行判断，给保护装置及定值整定提出了更高的挑战，在二次问题上增加了工作量。

4  结  语

通过关于保护死区中常规保护逻辑及两种改进保护逻辑的研究发现，两种改进的保护逻辑均能够保证有一段母线正常运行。但两种改进保护逻辑各有千秋：改进保护逻辑一能够保证非死区故障瞬时切除，在新建站较易实现，特别是使用GIS设备的变电站，但设计上需增加一组CT;改进保护逻辑二由于采用分时段跳开母线上的断路器，时限上的配合给保护装置及定值整定提出了更高的要求。这两种改进保护逻辑均能在一定程度上有效降低事故的影响范围。

参考文献：

[1] 王梅义.电网继电保护应用[M].北京：中国电力出版社，1999.

[2] 杨奇逊.微机继电保护基础[M].北京：水利电力出版社，1988.

摘  要：通过调查研究发现，如今往往会将一组CT装设于220 kV母联断路器中，这样就很容易出现保护死区，无法保证电网的正常稳定运行。针对这种情况，文章提出了相应的方法来对保护死区进行消除，方法一是将一组CT各装设于断路器的两侧，并且将低电压闭锁功能增加于两侧保护;方法二通过保护装置的改造及保护定值的重新整定，两小差都加入低电压闭锁功能，分时段跳开母线上的断路器;最后比较两种方法的优劣。

关键词：保护死区;母差保护

中图分类号：TM77     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2014）35-0100-01

如今，大部分220 kV变电站在主接线方式方面通常采用的是双母线带旁路或者是并列运行双母线，仅仅将一组CT装设于母联断路器的一侧。因为继电保护装置自身的而一些局限性，如果有故障发生于某一特定的小范围内，由延时的后备保护切除掉被保护元件，我们用死区故障称呼这一类故障。虽然死区故障并不会经常发生，但是在飞速发展的今天，电网规模逐渐增大，人们对电力系统运行的可靠性和安全性提出了更高的要求，如果无法及时切除死区故障，那么就会在较大程度上影响到系统的稳定运行。

本文就母差保护死区故障存在的问题进行探讨，提出在母联断路器两侧各装设一组CT的基础上，保护加入低电压闭锁功能，分段跳开相应断路器切除死区故障的对策;以及通过保护装置的改造及保护定值的重新整定，两小差都加入低电压闭锁功能（电压取自220 kV母线PT），分时段跳开母线上的断路器，进而比较两种方法的优劣。

1  常规保护逻辑

对现在大多数220 kV变电站而言，母联单元一般只安装一组电流互感器，当故障发生在母联断路器和电流互感器之间时，依靠母差保护的动作原理将故障母线上的所有断路器第一时限跳开，若故障点在母联断路器与母联CT之间则不能有效切除故障，如图1所示。

在图1中，如果有故障发生于G点，Ⅱ母差动保护会将其判断为外部故障，Ⅱ母差动保护，此时由Ⅰ母差动保护动作跳开母联断路器及Ⅰ母上的连接元件，但是无法切除故障。因此，如果有故障发生于母联断路器和母联CT之间，从母差保护的角度上来讲，就有死区故障出现。

为了解决这个问题，国内的一些保护厂家通常将其设置为启动母线差动继电器，如果母联断路器和母联TA侧母线小差的死区，对母联死区保护进行了设置，这样保护动作速度就可以得到大大的提升。对于母联死区保护存在着这样的情况，差动保护将母线跳令发出去之后，虽然已经断开了母联断路器，但是依然有电流存在于母联TA上，并且不返回大差比率差动元件及断路器侧小差比率差动元件，经死区动作延时跳开另一条母线。为了避免在母联跳位时，有死区故障发生，切除掉全部的母线，当两母线都有电压且母联在跳位时母联电流不计入小差，在这种情况，最好的方法是对相应的断路器分别断开，一般将其划分为两个阶段。通过上文的叙述我们可以看出，如果有死区故障发生于G点，理想情况是将母联和Ⅱ母上所有间隔的断路器给切除掉，不需要对Ⅰ母进行切除，但是现在却将Ⅰ母给切除掉了，之后对Ⅱ母上所有间隔的断路器进行切除，需要引起人们的重视，积极创新。

2  改进保护逻辑

2.1  改进保护逻辑一

在母联断路器两侧各安装一组CT，如图2所示。其中CT1接入Ⅰ母小差，而CT2接入Ⅱ母小差，并且两小差都加入低电压闭锁功能（电压取自220 kV母线PT）。死区故障时，流过CT1和CT2的电流的矢量和较大，从而母差保护动作分段跳开相应断路器切除死区故障。非死区故障时，CT1和CT2的电流的矢量和几乎为零，母差保护的动作将故障母线上的所有断路器第一时限跳开，在此不展开讨论。

①当H点故障，先跳开母联断路器后，Ⅰ母上电压恢复正常，闭锁了Ⅰ母差动保护，由Ⅱ母差动保护第二阶段跳开Ⅱ母上所有间隔的断路器，隔离故障。

②当F点故障，先跳开母联断路器后，Ⅱ母上电压恢复正常，闭锁了Ⅱ母差动保护，由Ⅰ母差动保护第二阶段跳开Ⅰ母上所有间隔的断路器，隔离故障。

2.2  改进保护逻辑二

在常规保护逻辑的基础上，通过保护装置的改造及保护定值的重新整定，两小差都加入低电压闭锁功能（电压取自220 kV母线PT），并且分时段跳开母线上的断路器。死区故障时，第一时间跳开母联断路器后进行低电压闭锁判断，电压恢复正常的母线差动保护闭锁，电压未恢复正常的母线差动保护动作，如图3所示。

当CT与母联断路器之间K点发生故障时，母线差动继电器均启动，这时分两阶段分别断开相应断路器，具体如下：

①首先跳开母联断路器。

②Ⅰ母电压恢复正常，闭锁Ⅰ母差保护，由Ⅱ母差保护跳母线上所有间隔的断路器来隔离故障。

3  两种改进保护逻辑比较

改进保护逻辑一能够保证非死区故障瞬时切除，当发生死区故障时，通过有选择性地切除母联断路器，进而进行低电压保护闭锁判断以使电压未恢复正常的母线差动保护动作。该方法在新建站较易实现，可从设计入手，增加一组CT，特别是使用GIS设备的变电站，因其CT占用空间较小，可行性较高;但该方法也存在保护动作时限配合问题、增加一组CT设计问题，特别是较老的带有旁路的变电站，因其间隔设计已相对固定，若再新增一组CT，将会造成没有空余空间安装或新装的CT与旁路安全距离不足等问题。

改进保护逻辑二能够在现有一次设备的基础上通过采用分时段跳开母线上的断路器的方法，有效切除死区故障，但时限上的配合给保护装置及定值整定提出了更高的要求。特别是改变了母差保护动作立即切除本母线上的所有断路器的设置，该由先跳母联断路器再进行判断，给保护装置及定值整定提出了更高的挑战，在二次问题上增加了工作量。

4  结  语

通过关于保护死区中常规保护逻辑及两种改进保护逻辑的研究发现，两种改进的保护逻辑均能够保证有一段母线正常运行。但两种改进保护逻辑各有千秋：改进保护逻辑一能够保证非死区故障瞬时切除，在新建站较易实现，特别是使用GIS设备的变电站，但设计上需增加一组CT;改进保护逻辑二由于采用分时段跳开母线上的断路器，时限上的配合给保护装置及定值整定提出了更高的要求。这两种改进保护逻辑均能在一定程度上有效降低事故的影响范围。

参考文献：

[1] 王梅义.电网继电保护应用[M].北京：中国电力出版社，1999.

[2] 杨奇逊.微机继电保护基础[M].北京：水利电力出版社，1988.