母线保护使用母联位置继电器时的相关问题探讨

2015-06-13王启盛

电子测试 2015年14期

王启盛

（湖南省电力公司检修公司，湖南长沙，410004）

0 引言

母线是电力系统中的一个重要组成元件，母线保护能否正确动作对于电力系统的安全、稳定运行具有重要意义。母线保护的误动和拒动都将造成严重的后果，母线保护误动将造成大面积的停电；母线保护拒动将可能造成电力设备的损坏甚至系统的瓦解[1]。

目前微机型母线保护[2,3,4,5]在现场应用越来越普及，现场运行经验表明，微机型母线保护在软硬件设计方面并非足够完善，微机型母线保护装置误动或拒动时有发生。因此对可能导致保护误动或拒动的动作行为进行深入分析成为提高电网稳定水平的当务之急。

母联位置继电器在母线保护中起着关键性的作用，应用在母线保护的很多保护逻辑中。对其使用不当将可能导致装置的保护逻辑不严谨。

1 母线差动保护中关于母联电流的计算问题

1.1 母线差动保护原理

母线差动保护的基本原则是基尔霍夫电流定律。理想情况下，当正常运行或保护范围外发生故障时，流入母线和流出母线的电流相等，差电流等于零；当保护范围内故障时，差电流等于故障电流。实际工程中，考虑到 TA传变误差、TA饱和等因素的影响，差动继电器的动作电流通常按躲开外部故障时产生的最大不平衡电流整定。

图1所示为双母线接线方式。其中：G11、G12、G21、G22、G31、G32、G41、G42为各支路单元隔离开关的辅助触点。GM1、GM2为母联单元隔离开关的辅助触点。

图1 母线差动保护计算示意图

支路TA同极性端在母线侧，母联断路器TA的同极性端在Ⅰ母侧。用高电平“1”表示触点闭合，低电平“0”表示触点断开。保护装置差动电流的计算可表示为式(1-1)～(1-3)。

式（1-1）表示大差电流的计算，大差不用考虑刀闸位置，对于双母线接线方式，大差是由除母联断路器以外的母线所有其余支路电流构成，其作用是区分母线内还是母线外故障。式（1-2）、（1-3）分别表示Ⅰ母、Ⅱ母小差电流的计算，小差是由该母线所相连的全部支路电流构成，包括与该条母线相关的母联断路器电流。其作用是区分该条母线内故障还是该条母线外故障，作为故障母线的选择元件。

1.2 差动保护中关于母联电流的计算问题

从差动电流的计算公式中可以发现，对于母联断路器电流的计算只采集了母联合位继电器HWJML。在通常情况下GM1、GM2一般在合位，仅通过采集断路器位置就可以判断出母联的运行方式。但是母联断路器并非总处在正常运行方式或热备用方式。例如在母联断路器处于检修状态下，检修工作期间可能分合母联断路器。假设这时有高压试验人员对母联TA进行试验。

这时，差流计算会出现以下情况：

（1）如果母联断路器在检修中处于合位时，那么HWJML=1；

（2）如果在高压试验中有电流流过母联TA一次侧，其二次侧会感应出电流；或者此时对 TA进行变比试验，同样可能让TA二次侧出现电流。按照差动电流的计算公式（1-2）、（1-3），这时候的母联电流会参与小差计算，但是它并非反映运行实际的一次电流，因此将导致差流计算出现错误。

如果在此时Ⅰ母发生故障，由于差流计算出错，会使Ⅰ母差动元件的灵敏度受到影响。若母联感应电流与Ⅰ母其他单元的电流和方向相反，可能会使Ⅰ母差保护拒动，还会使正常运行的Ⅱ母误动。

由上面的分析可以看出，差动保护中对母联单元电流计算时只采集母联HWJML是不合理的。

1.3 解决方案

为了防止母差保护误动，有两种解决方案。

（1）在母线保护装置加装母联检修压板。当母联单元检修时此压板投入，不管母联断路器位置如何，母联电流不参与差流计算。目前RCS-915型母线保护装置就采取了这种方法。

（2）修改差动电流算法如式（1-4）～（1-6）所示。

新的算法使母联电流参与计算时不仅取决于母联断路器位置，还与母联单元隔离开关位置相关。这样，当母联单元处于检修状态时，由于两侧隔离开关断开，GM1=0、GM2=0，母联电流不再参加差流计算，从而从根本上解决了问题。

2 大差比率制动系数的自动调整

2.1 大差比率制动系数

图2 大差比率制动系数的自动调整

在图2中，参与大差计算的电流为I1～I4；参与Ⅰ母小差计算的电流为I2、I4及IML；参与Ⅱ母小差元件的电流为I1、I3及IML。当母联断路器在合闸位置时，Ⅰ母发生短路故障，各个电流都流向Ⅰ母。在各个电流都是同相位的情况下Ⅰ母小差元件的差动电流为母小差元件的制动电流也为，两者之比为1。大差元件的差动电流与制动电流与Ⅰ母小差相同，两者之比也为1。

为保证母联断路器断开时母差保护的动作灵敏度，通常保护装置会自动降低大差元件的比率制动系数。比率差动元件的比率制动系数K有高低两个定值，可自行整定。当母联开关处于合闸位置时，比率差动元件采用比率制动系数高值，而当母联开关处于分闸位置，即母线分列运行时，比率差动元件自动转换为比率制动系数低值。

2.2 母联TWJ对比率制动系数调整的影响

母联开关TWJ对比率差动元件的比率制动系数是采用高值还是低值有着直接的影响。对RCS-915型母线保护来说，只要有母联开关的TWJ 开入，就认为母线处于分列运行方式，比率差动元件的比率制动系数就采用低值；对BP-2B型母线保护来说，只要母联TWJ常开辅助触点开入为“0”，常闭辅助触点开入为“1”，比率差动元件的比率制动系数就采用低值。对SG B750型母线保护来说，由于大差固定为低值0.3，故不存在该问题。

对于前两种将比率制动系数进行自动调整的母线保护来说，应当考虑到的是，母联开关断开时，还有可能是一条母线停电，另一条母线在运行的情况。例如，在检修某母线刀闸的时候。这时仍然将大差比率制动系数由高值0.5降至低值0.3，提高了大差元件的灵敏度，但这样做只会增加母线保护误动的几率。

2.3 解决方案

为了避免上述情况造成母线保护误动，有必要正确分辨母线的分列运行方式。可以试想添加另外一个变量以提高判据的完整性。

分析发现，可以引入母线电压变量，将母线电压与母联TWJ结合即可正确分辨双母线运行方式。当母联开关处于断位，并且两条母线均有电压时，定义为母线分列运行方式；当母联开关处于断位，而只有一条母线有电压时，定义为停一条母线运行方式。在母线分列运行方式，大差转换为低值；在停一条母线运行方式，大差保持为高值。经过改造判据之后，能有效防止由于笼统地将比率制动系数降低造成的母线误动。

3 死区保护

3.1 双母并列运行时母联死区故障

图3 死区故障

如图3-1所示，事故前双母并列运行。若TA与母联断路器间死区发生故障，其动作过程如下：故障发生，大差和Ⅱ母小差同时动作跳开Ⅱ母上各连接元件和母联断路器。由于Ⅰ母母线保护不动，短路故障依然存在。故把母联断路器和母联TA之间称作死区。这种短路故障只能依靠母联失灵保护带较长的延时跳开Ⅰ母各断路器才能被切除。为了缩短切除时间，专设了母联死区保护。

母联死区保护的动作条件是：①母线差动保护发过Ⅱ母的跳令；②母联断路器已跳开；③母联TA任一相仍有电流；④大差元件与Ⅱ母小差元件动作后一直不返回。

3.2 双母分列运行时母联死区故障

双母分列运行方式时，当发生死区故障后，为了避免母差保护跳开Ⅱ母各断路器继而造成两条母线全部都被切除的严重后果。采取当两母线都有电压时，根据母联开关TWJ位置封锁母联TA。此时母联断路器电流不再计入小差。再出现死区故障时，大差及Ⅰ母小差都能动作跳Ⅰ母上的各断路器，而由于Ⅱ母小差不动，Ⅱ母就不会被误切除了。

3.3 存在的问题

在实际运行中，开关二次辅助回路经常会因为接触不良、触点粘连等原因造成二次辅助触点未变位的情况。若母联开关在分位，而二次辅助触点未变位，即TWJ 开入仍为0 的情况。由图2可知，母联电流仍计入小差电流，死区保护不满足动作条件。若发生死区故障，大差有差流，Ⅰ母母差差流为0，Ⅱ母母差有差流，但由于母联开关在分位，Ⅱ母电压正常，Ⅱ母复合电压闭锁条件并不满足，Ⅱ母母差保护拒绝动作，延长了切除故障母线的时间，给电力设备的安全和系统的稳定运行造成危害。