双母双分段母线保护配置及母联分段开关失灵和死区保护动作分析

车晓骏 杨 波 徐 军 袁仁彪 刘长发



双母双分段母线保护配置及母联分段开关失灵和死区保护动作分析

车晓骏 杨 波 徐 军 袁仁彪 刘长发

（中国南方电网超高压输电公司贵阳局，贵阳 550003）

本文介绍了青岩变电站220kV双母线双分段接线方式下母差保护的配置方式，对母联和分段开关在失灵和死区故障情况下母差保护的动作逻辑进行了分析，阐明了母差保护中母联及分段开关的失灵保护和死区保护的动作原理和动作过程，为运行人员处理此类事故提供了参考。

双母双分段；母线保护；开关失灵；死区故障；动作分析

随着青岩变电站220kV间隔出线的不断增多，考虑到地区电网的安全稳定运行越来越重要，青岩变电站进行了220kV双母双分段工程改造，把原来220kV的双母线接线方式改造成为双母线双分段接线方式。双母双分段母线运行方式拥有诸多优点：①运行调度灵活，对于母线上的任一线路，可以选择由该条母线上的电源供电，也可以通过母联单元或分段单元由其他母线单元电源供电；②当双母双分段中一段母线停电检修时，可将检修母线上的线路单元切换至另一条母线运行，双母双分段接线方式需要切换的线路单元减少约一半，降低了运行人员的工作量和误操作风险，运行更加可靠直机关；③当母线发生故障时，母差保护动作跳开其中一条母线，故障影响的回路也减少了约一半，增强了电网的可靠性和稳定性。下面对改造后的母线保护配置、母联及分段开关的失灵和死区保护等相关问题进行分析探讨。

1 母线保护配置

图1中230开关是连接Ⅰ母和Ⅲ母的分段开关，240开关是连接Ⅱ母和Ⅳ母的分段开关，210开关是连接Ⅰ母和Ⅱ母的母联开关，220开关是连接Ⅲ母和Ⅳ母的母联开关。所有间隔包括母联和分段开关间隔均采用单电流互感器的配置方式。其中230分段开关的CT在Ⅲ母侧，240分段开关的CT在Ⅳ侧，210母联开关的CT在Ⅰ母侧，220母联开关的CT在Ⅲ母侧。母差保护采用双重化配置，具体配置如下：Ⅰ母和Ⅱ母配置两套不同厂家的母线保护，分别为第一套微机母线保护（南瑞PCS-915NB）和第二套微机母线保护（深瑞BP-2C）；Ⅲ母和Ⅳ母也配置两套不同厂家的母线保护，分别为第一套微机母线保护（南瑞PCS-915NB）和第二套微机母线保护（深瑞BP-2C）。Ⅰ/Ⅱ母两套保护和Ⅲ/Ⅳ母两套保护的保护范围在两个分段开关处交叠。以下将分别分析母联开关和分段开关发生失灵拒动以及死区故障后保护的一系列动作逻辑和动作过程。

图1 青岩站改造后220kV双母双分段一次接线简图

2 母联失灵保护

现以Ⅰ母上发生短路故障、210母联开关失灵拒动为例来分析母联失灵保护的动作逻辑。Ⅰ母上发生短路故障后，Ⅰ/Ⅱ母母线保护大差元件动作,判别为母线区内故障，Ⅰ母小差元件动作，判别Ⅰ母为故障母线，同时Ⅰ母复合电压闭锁开放，保护出口跳Ⅰ母上各出线开关、230分段开关和210母联开关。210母联开关失灵拒动使得Ⅱ母上的电源线路经210母联开关流经210开关电流互感器的短路电流仍然存在，这时保护经母联失灵延时，封210开关电流互感器电流，即210开关电流不再计入Ⅱ母小差差流的计算中。封210开关电流后，Ⅱ母小差只有流入电流而没有流出电流使得Ⅱ母小差元件动作，且故障期间母线复合电压闭锁元件一直保持开放，保护出口跳Ⅱ母上各出线开关和240分段开关，整个母线短路故障就此全部切除。上述动作过程的保护逻辑框图如图2所示。

图2 母联失灵保护动作逻辑框图

综上所述，母联失灵保护的关键点在于，保护跳开故障段母线的出线和分段开关后封掉失灵拒动的母联开关电流使得相邻段母线的小差元件动作来彻底切除故障点。母联失灵保护的动作后果即为一段母线故障造成两段母线同时失电。

3 母联死区保护

通常把发生在母联开关和母联电流互感器之间的故障称为母联死区故障。现以210母联开关和电流互感器之间发生故障为例来说明母联死区保护的动作过程。值得注意的是，死区故障发生时母联开关在合位或分位时保护的动作情况不一样。现就这两种情况分别加以讨论。

1）当母联开关在合位时，电流互感器在Ⅰ母侧，Ⅰ/Ⅱ母母线保护大差元件和Ⅱ母小差元件都动作，同时经Ⅱ母复合电压闭锁开放后，保护出口跳Ⅱ母上各出线开关、240分段开关和210母联开关。Ⅱ母上所有开关都跳开后，Ⅰ母上的电源线路仍然向故障点送短路电流。这时虽然大差元件动作，但是对Ⅰ母小差，流入电流等于流出电流，小差元件不动作，故障无法切除。在这种情况下，保护于210母联开关跳开后经150ms延时使母联电流退出小差差流计算。封母联电流后，Ⅰ母小差元件动作，保护出口跳Ⅰ母上各出线开关和230分段开关，致此，210开关母联死区故障被全部切除。保护封母联电流逻辑框图如图3所示。

图3 母联死区保护（母联开关在合位）动作逻辑框图

2）当母联开关在分位、Ⅰ母和Ⅱ母分裂运行时，死区故障发生后，Ⅰ/Ⅱ母母线保护大差元件动作，同时母线复合电压闭锁被解除，而Ⅰ母和Ⅱ母的小差元件均不动作。在这种情况下，保护经400ms延时封母联开关电流。在母联开关电流不计入小差差流计算后，Ⅰ母小差元件动作，跳Ⅰ母上各出线开关和230分段开关，死区故障就此切除。保护封母联电流逻辑框图如图4所示。

图4 母联死区保护（母联开关在分位）动作逻辑框图

由以上分析可知，母联开关在合位时发生死区故障要同时切除两段母线，造成两段母线同时失电，故障范围很大；而母联开关在分位时发生死区故障只需切除电流互感器侧母线，母联开关侧母线则可以继续正常运行，减小了停电范围。

4 分段失灵保护

现以Ⅰ母发生短路故障、230分段开关失灵拒动为例来说明分段失灵保护的动作过程。在Ⅰ母发生短路故障后，Ⅰ/Ⅱ母母线保护大差元件动作，Ⅰ母小差元件动作，同时解除Ⅰ母复合电压闭锁，保护出口跳Ⅰ母上各出线开关，230分段开关和210母联开关。由于230分段开关失灵拒动，所以保护在跳开其他开关以后故障没有被切除，这种情况下Ⅰ/Ⅱ母母线保护的出口继电器触点将一直动作不返回，同时Ⅰ/Ⅱ母母线保护经本屏的起动分段失灵压板，再经Ⅲ/Ⅳ母母线保护屏的起动分段失灵压板向Ⅲ/Ⅳ母母线保护提供起动分段失灵开入。这时，Ⅲ/Ⅳ母母线保护在满足230开关电流大于分段失灵电流整定值以及Ⅲ母复合电压闭锁开放的条件后，经分段失灵延时跳Ⅲ母上各出线开关和220母联开关，至此故障被彻底切除。分段开关的失灵起动和动作逻辑回路框图如图5、图6所示。

图5 Ⅰ/Ⅱ母母线保护起动分段开关失灵保护动作逻辑框图

图6 Ⅲ/Ⅳ母母线保护起动分段开关失灵保护动作逻辑框图

由以上分析可知，分段失灵保护的动作行为与母联失灵保护相比有很大不同。母联开关失灵后，是在一套母差保护中完成母联电流封锁，起动另外一段母线的小差动作来切除无故障母线上的所有开关。但是分段开关失灵后，需要两套母差保护的配合，由故障母线的母差保护向非故障母线的母差保护起动外部失灵回路来切除故障。

5 分段死区保护

与母联开关的死区故障相比，分段开关死区故障的保护动作行为要复杂一些。同样，以230分段开关在合位和分位两种情况为例来进行分析。首先假设分段开关在合闸位置。在死区故障发生后，由于230分段开关电流互感器位于Ⅲ母侧，所以对Ⅰ母来说故障属于区内故障，而对Ⅲ母来说则属于区外故障。这时Ⅰ/Ⅱ母母线保护的大差元件动作，Ⅰ母的小差元件动作，同时开放Ⅰ母复合电压闭锁，保护出口跳Ⅰ母上各出线开关，230分段开关和210母联开关。在Ⅰ母所有开关都跳开后，电源线路仍然通过Ⅲ母向故障点送短路电流。在这种情况下，Ⅲ/Ⅳ母母线保护装置检测分段开关处于分位后延时150ms确认母线分裂状态，封230分段开关电流，即230开关电流不再计入Ⅲ母小差差流计算中。此后，Ⅲ/Ⅳ母母线保护大差元件动作，Ⅲ母小差原件动作，同时Ⅲ母复合电压闭锁开放，保护出口跳Ⅲ母上各出线开关和220母联开关，故障被完全切除。保护的动作逻辑框图如图7所示。

图7 分段死区保护（分段开关在合位）动作逻辑框图

如果230分段开关在分闸位置，那么当死区故障发生时，两套母线保护检测分段开关处于分位并延时400ms确认Ⅰ母和Ⅲ母确是分裂运行状态后封230分段开关电流。封锁分段开关电流后，Ⅰ/Ⅱ母母线保护的大差和小差元件均不动作，而Ⅲ/Ⅳ母母线保护大差元件动作，Ⅲ母小差元件动作，同时Ⅲ母复合电压闭锁开放，保护出口跳Ⅲ母上各出线开关和220母联开关，故障被切除。保护的动作逻辑框图如图8所示。

图8 分段死区保护（分段开关在分位）动作逻辑框图

由以上分析可知，分段死区故障的切除同样需要两套母线保护的配合来完成，而母联死区故障的切除在一套母线保护装置中就可完成。保护动作的后果，在两种情况下也各不相同：①分段开关在合位时，保护动作需切除分段开关连接的两段母线，引起的停电范围很大；②而分段开关在分位时，保护动作只需切除电流互感器侧母线，分段开关侧母线则可以继续正常运行，减小了故障引起的停电范围。但理论上来说，母线并列运行时发生分段死区故障，只需切除230分段开关和Ⅲ上所有连接开关，而不需要切除Ⅰ母。而实际结果确是Ⅰ母先被切除了，保护在230分段开关跳开后经150ms延时才切除了Ⅲ母，不但扩大了停电范围，而且还没能在第一时间瞬时切除故障。这样的情况在母联死区故障（母联开关在合位）时也是一样。这是母联开关和分段开关只有单侧电流互感器死区故障保护的一个明显缺点，而优点是只用一组电流互感器，节约了成本且保护的二次接线简单。

6 结论

1）双母双分段接线方式下，母联失灵保护和母联死区保护都只在一套母线保护里完成，而另一套母线保护不动作。

2）分段失灵保护和分段死区保护需要两套母线保护的配合才能完全切除故障。分段失灵保护是一套母线保护动作不返回，起动外部分段失灵回路给另一套母线保护提供分段失灵保护开入来最终切除故障；分段死区保护在封锁分段开关电流后，也需要另一套母线保护的配合来切除故障。

3）母联失灵故障、母联死区故障（联络开关在合位）、分段失灵故障和分段死区故障（联络开关在合位）都需要切除两段母线才能将故障点彻底隔离，停电范围很大；母联死区故障（联络开关在分位）和分段死区故障（联络开关在分位）只需要切除电流互感器侧的母线就能将故障点隔离，减小了停电范围。

4）对于联络开关在合位时，关于母联死区故障和分段死区故障母线保护无选择性且不能第一时间瞬时切除故障扩大停电范围的问题，还需要进一步研究探讨，相信随着继电保护技术理论的不断发展创新，这个问题定能得到完美解决。

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Analyses on 4-section Busbar Protection Configuration with Protection Acting Logic for Bus-tie and Subsection Switch Malfunction and Dead Zone Fault

Chen Xiaojun Yang Bo Xu Jun Yuan Renbiao Liu Changfa

(China Southern Power Grid EHV Transmission Company Guiyang Bureau, Guiyang 550003)

This article introduces Qingyan transformer substation 4-section busbar protection configuration mode for 220kV lines. The acting logic of busbar protection at the time bus-tie or subsection switch malfunction or its dead zone fault occurs is discussed. The specific acting principle and process of this circuit breaker malfunction protection and its dead zone fault protection are fully illustrated, which provides a reference for substation operators to deal with accidents of this kind in real cases.

4-section busbar; busbar protection; switch malfunction; dead zone fault; acting logic analyses

车晓骏（1990-），男，硕士研究生，助理工程师，主要从事电力系统继电保护方面的检修与研究工作。