母线死区故障保护逻辑的改进

马腾飞，路学刚

(云南电力调度控制中心，昆明 650011)

母线死区故障保护逻辑的改进

马腾飞，路学刚

(云南电力调度控制中心，昆明 650011)

介绍双母接线中母联带单侧CT和双侧CT两种情况下，发生母线故障和母联死区故障时的保护逻辑进行了阐述，指出传统保护逻辑的优缺点。针对现有母联配置双CT情况下发生死区故障依然要跳两条母线的问题，对母线死区保护的逻辑进行改进，改进逻辑在死区故障时仅切除一条母线，较传统逻辑有较大优越性。

双母线;母联;差动保护;死区故障

0 前言

母线是输变电设备中最为重要的元件之一，母线起着汇集和分配电能的作用，母线发生故障将造成非常严重的后果，因此考虑到系统运行和操作的可靠性，国内110～220 kV母线大都采用双母线接线方式，在母联断路器两侧装设一组或两组CT［1－2］。尽管现代微机保护技术已经相当成熟，但母线微机保护中仍有一大难点，那就是在母联断路器和母联CT之间发生故障时，母差动作跳故障母线以及母联断路器后，故障依然存在，还要跳另一条母线，保护不能正确有选择性地切除故障母线，这种故障称为“死区故障”［3］。现有母线微机保护的保护原理采用带比率制动特性的差动保护，并针对死区保护设置了相应的保护逻辑。

文中首先介绍带比率制动特性的差动保护原理，对母联带单侧CT和双侧CT情况下的母线故障和死区故障保护动作逻辑进行了分析，指出现有保护逻辑的优缺点，最后对母联配置双CT时的死区保护逻辑进行了改进。

1 比率制动差动保护原理

母线主保护常采用比率制动差动保护，设置大差及各段母线小差，大差计算除母联 (或分段)外母线上所有元件构成的差流和制动电流，小差计算每段母线上所有元件 (包括母联或分段)构成的差流和制动电流。大差作为启动元件，用以区分母线发生区内故障还是区外故障，小差作为故障母线的选择元件，判别故障处于哪段母线上。大差、小差均采用带有比率制动特性的电流差动算法，其动作方程为［4］:

式 (1)中，Id为差动电流，Ir为制动电流，I0为差动电流门槛，K为比率制动系数。当大差和某段小差都满足判据时，判为母线内部故障，母差保护动作，跳开相应母线上的所有断路器。对于双母接线母联配置双CT，大差与小差的保护范围如图1所示。

图1 双母线大差、小差保护范围

2 双母线保护原理

双母线的主保护、失灵以及死区保护逻辑如图2所示，各段母线的小差经复压闭锁，如小差和大差同时满足时保护出口跳故障母线;母联配置单侧CT发生死区故障时，先跳故障母线和母联断路器，通过确认母联断路器位置在分位，经延时后封母联CT，使母联CT电流不计入小差，破坏另一条母线的小差电流平衡，跳此母线，切除故障，实现死区保护。母联配置双侧CT发生死区故障时，两条母线的小差均动作，直接跳两条母线。

图2 母线主保护、死区保护逻辑

2.1 双母线母联配单侧CT时的保护

图3 双母线母联配单侧CT故障示意图

双母线母联配置单侧CT时的接线如图3所示，母线保护会遇到下面三种故障:

1)母线出线k1点发生故障，对于母线保护来说为区外故障，母线保护不动作。

2)Ⅰ母k2点发生区内故障，大差动作，Ⅰ母小差动作，Ⅱ母小差不动作，母线保护瞬时跳母联断路器和Ⅰ母，故障切除。

3)母联和母联CT之间k3点发生区内故障，大差动作，对Ⅱ母小差来说为区外故障，Ⅱ母小差不动作;对Ⅰ母小差来说为区内故障，Ⅰ母小差动作，保护瞬时跳开母联和Ⅰ母上连接的所有断路器。但此时Ⅱ母依然向故障点供给短路电流，实际上故障并没有切除，针对这种情况，保护在母联跳后经整定延时检测母联断路器的位置，若母联处于跳位，则母联CT电流不计入Ⅰ、Ⅱ母小差计算，Ⅱ母小差的电流平衡被破坏，产生了差流，使Ⅱ母小差动作，最终切除故障。若没有把母联的位置信号引入保护装置，或者保护没有识别到母联的位置，则保护自动按母联失灵来处理，经延时跳Ⅱ母。

2.2 双母线母联配双侧CT时保护

双母线母联配置双侧CT时的接线如图4所示，CT1的极性与Ⅰ母元件一致，CT2的极性与Ⅱ母元件一致，母联CT1电流计入Ⅰ母小差，母联CT2电流计入Ⅱ母小差。

图4 双母线母联配双侧CT故障示意图

以Ⅰ母区内外故障和死区故障为例，保护动作逻辑为:

1)母线出线k1点发生故障，对于母线保护来说为区外故障，母线保护不动作。

2)Ⅰ母k2点发生区内故障，大差动作，Ⅰ母小差动作，Ⅱ母小差不动作，母线保护瞬时跳母联断路器和Ⅰ母，故障切除。

3)母联和母联CT之间k3或k4点发生死区故障，大差动作，由于母联双CT交叉配置，根据差动保护的原理可知，对于Ⅰ母小差和Ⅱ母小差来说均为区内故障，Ⅰ、Ⅱ母小差均动作，瞬时跳开母联断路器和Ⅰ、Ⅱ母上连接的所有元件。

2.3 对传统双母线保护原理

母联配单侧CT时节省了一组CT，装置接线简单，但发生死区故障时，Ⅰ、Ⅱ母上所有元件都被切除，扩大了停电范围，这是母联配单侧CT时保护的最大缺点。

母联配双侧CT时，同母联配单侧CT一样，发生死区故障时，传统母线保护将Ⅰ、Ⅱ母上所有元件全都切除，停电范围依然被扩大，仅仅是不需要延时，能够瞬时切除故障。下面提出一种改进的母线死区保护逻辑，母联配双CT时，发生死区故障，仅切除一条母线，另一条母线继续运行，缩小停电范围。

3 改进的母线死区保护逻辑

3.1母联小差

图5 双母线母联配双CT故障电流

式 (2)中IdM为母联小差差流，IrM为母联小差制动电流，KM为比率制动系数，为了防止母联小差误动且有足够灵敏度，取KM为0.3，I0取为与母差电流门槛一致。

3.2 母线死区保护逻辑的改进

母联配置双CT时，利用母联小差判据，对传统母线保护及死区保护逻辑进行改进，如图6所示。

图中各段母线小差出口要经1 ms延时是为了确保死区故障时母联小差先将母联断路器跳开，否则若小差先动作，则会直接跳两条母线。

图6 改进的母线主保护、死区保护逻辑

当Ⅰ母发生故障时，大差动作，母联小差不动作，Ⅰ母小差动作，Ⅰ母小差经1 ms延时后跳Ⅰ母上所有元件和母联断路器。当死区故障时，大差、小差以及母联小差均同时动作，母联先被跳开，母联小差闭锁小差出口，两母线均不会跳，经延时封母联CT后，母联小差与非故障母线的小差不再动作，小差不再被闭锁，故障母线的小差出口跳相应母线上所有元件。由此实现了死区故障时，保护仅跳一条母线即可切除故障，缩小了停电范围，较传统母线保护有较大优越性，虽然在母线故障时，小差出口增加了延时，但换来的是死区故障时保全一条母线，意义更为重大。

4 结束语

传统母线差动保护不管母联配置单CT还是双CT，发生死区故障时，保护都将两条母线跳开，扩大了停电范围。在分析了传统母线差动保护的原理后，针对母联配置双CT的情况提出死区保护的改进逻辑，改进逻辑对于死区故障仅需跳一段母线即可切除故障，缩小了停电范围，较传统保护逻辑有较大优越性。

［1］ 王春生，等.母线保护［M］.北京:中国电力出版社，1997.

［2］ 杨奇逊.微机继电保护基础［M］.北京:水利电力出版社，1988.

［3］ 刘伟平.母线保护死区问题的探讨 ［J］.继电器，2004，32(15):59－61.

［4］ 李文升，郭常利.母线保护中母联失灵及死区问题分析［J］.东北电力技术，2007，5:35－38.

Im provement of Busbar Protection Logic on Dead Zone Fault of Busbar

MA Tengfei，LU Xuegang
(Yunnan Electric Power Dispatching Center，Kunming 650011，China)

This paper describes differential protection logic on busbar and dead zone faultwhen coupler has one or two CTs，aswell as their advantages and limitations.To counter the problem that protectionmust trip two busbars on dead zone faultwhen coupler has two CTs，an improved protection logic on dead zone fault is proposed.The improved protection logic just trips one busbar on dead zone fault，which hasmore advantages than the traditional logic.

duplicate busbar;coupler;differential protection;dead zone fault

TM73

B

1006－7345(2015)04－0075－03

2015－03－19

马腾飞 (1985)，男，助理工程师，云南电力调度控制中心，研究方向为电网调度运行与控制 (e－mail)sjtucat@qq.com。

路学刚 (1989)，男，助理工程师，云南电力调度控制中心，研究方向为电网调度运行与继电保护。