变电站母差保护分列压板投退时机的分析研究

王洪俭

（国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司，浙江 嘉兴 314033）

0 引言

变电站内，母线故障是电力系统最严重故障之一，一旦出现母线故障，连接在故障母线上的所有设备必须及时切除。由于母线上连接的设备很多，如不能及时切除，将会进一步扩大停电范围。枢纽变电站的母线故障若不能及时切除，还有可能引发电力系统稳定破坏的事故，严重时会造成电力系统瓦解。因此配置性能完善的母差保护，对保证整个区域电网的安全具有决定性的意义。正确设置其运行方式，使之能迅速准确检测出母线故障所在，并及时有选择性地切除故障显得尤其必要。

对现场运行、检修人员来说，在实际工作中面临最多的就是通过投退母差保护的压板来调整保护运行方式或布置校验保护时的安全措施。多数人员对其中的跳闸出口、失灵起动压板、远跳压板、母差及失灵功能投入压板、互联压板的作用及操作都比较清楚，但对分列压板的认识都存在一定的误区。

1 准确判别母线运行状态的重要性

220 kV母线常用的双母线接线方式如图1所示，以此为例阐述母差保护相关的动作原理，其余诸如单线分段、双母单分段、双母双分段等接线方式可以参考。

图1 典型双母线接线示意

母差保护大差比率差动元件作为母线区内区外故障的判别元件，小差比率差动元件作为故障母线的选择元件。为保证其动作的可靠性，母差保护多采用复式比率差动判据，其动作表达式为［1］

式中：Id为差电流；Ir为和电流；Idset为差流门槛定值；Kr为比率制动系数。

为防止母线分列运行，弱电源侧母线发生故障时，大差比率差动元件的灵敏度不够，大差比例差动元件的比率制动系数Kr设置高低两个定值。母线并列运行以及投单母线或隔离开关双跨时，大差比率差动元件采用比率制动系数高值，而当母线分列运行时，自动转用比率制动系数低值［1］。

另外，为防止母联开关间隔死区故障（故障发生在母联开关与母联TA之间）时，母联TA侧母线的小差比率差动元件判为区外故障不动作，而母联开关侧母线小差比率差动元件判为区内故障动作跳开该条母线，故障无法切除，母差保护装置内特设置了母联死区保护。

母线并列运行时，母联死区保护在母差保护动作后，母联开关已经跳开而母联TA仍有电流，且大差比率差动元件和母联开关侧小差比率差动元件未返回的情况下，延时跳开故障所在母线上所连接开关或通过封闭母联TA（母联电流不计入差动保护）的方式迫使故障所在母线的小差比率差动元件动作，将故障隔离［2］。动作逻辑如图2所示。

图2 母差死区保护动作逻辑

虽然各厂家的死区保护实现逻辑不尽相同，但都配置了母线正常分列运行时，保护装置直接封闭母联TA电流的逻辑，以保证故障所在母线小差比率差动元件及时正确动作，将故障直接隔离。

因此，母差保护正确判别母线是处于并列运行状态还是分列运行状态显得非常重要，其直接决定了是否封锁母联TA电流和是否调整母差保护大差比率制动系数Kr。

当母差保护判别母线分列运行时，封锁母联TA，其电流不计入小差差流计算，同时自动将大差比率制动系数Kr调整为低值；当母差保护判别母线并列运行时，开放母联TA，其电流计入小差差流计算，同时自动将大差比率制动系数Kr调整为高值。

2 母线分列运行状态的判定

为确保母差保护能够正确判别母线的运行状态，通常设置分列压板。在早期型号母差保护的逻辑设定中，判别母线是否分列运行有两种机制。

1）重动继电器引入母联开关的常开、常闭节点，依据节点变位结果的一致性，装置自动判别母线的运行状态。若节点变位不对应，装置默认母联开关在合位，同时发出“开入异常”告警信号。

2）手动操作母差保护的分列压板，人为设定母差保护中母线的运行状态。分列压板的优先级要高于母联开关节点开入。投入分列压板后，无论母联实际开关位置如何，均会强制母差保护进入为分列运行状态。可见，母联开关位置与分列压板状态为“或”逻辑关系。

继电保护“六统一”规定实行后，要求新标准的母差保护只有在母联开关“跳闸位置”开入以及分列压板状态均为“1”时（即“与”逻辑），方能判定母线为分列运行状态，如图4所示。此时，封锁母联TA，大差比率制动系数调整至低值。若任意开入为“0”，保护则自动认为母线为并列运行状态，开放母联TA，大差比率制动系数恢复至高值。

图3 “六统一”后母线分列判定

至于是否可以采用母联开关双位置开入相互校验，代替分列压板，来判别母线是否为分列运行状态，“六统一”标准不予采纳。原因在于重动继电器触点无法直接反映母联开关原始状态。

3 分列压板的投退时机

针对 “六统一”前后两种不同标准的母差保护（为叙述方便，将“六统一”前的母差保护称为A类，“六统一”后的母差保护称为B类），在实际运行操作，以及与备自投、负荷转供等自动控制装置配合时，采取的方式与注意的要点各有不同。

3.1 母联开关停役操作

毋庸置疑，母联开关合闸运行时，分列压板必须取下。对于A类母差保护，因分列压板的较高优先级，停役操作时必须要在拉开母联开关并确认分闸状态后，方能投入。同样合闸前必须取下。

A类母差保护可在不操作分列压板的情况下，根据母联开关的位置节点完成自适应调整。但针对母联开关分合闸预试、开关柜二次连接插头拔出或者开关辅助节点故障等情况下，母差保护会因开关合闸或取不到正确的开关位置，而自动判定母线为并列运行状态，开放母联TA，并将大差比率制动系数调整至高值，增加了母差保护拒动的风险。

3.1.1 母联热备用时死区发生故障

如图4所示，母联热备用，母差保护开关辅助节点故障而自动判定为并列运行方式。此时如果死区发生故障，大差比率差动元件正常动作，Ⅱ母小差比率差动元件动作但被复合电压闭锁，Ⅰ母小差比率差动元件不动作，造成母差保护拒动［3］。

图4 母联热备用死区故障示意

3.1.2 弱电源侧母线发生故障

母联检修时，虽已改为冷备用或检修状态，通过母联开关两侧的隔离开关隔离了死区，但如果两段母线强弱电源差别明显，弱电源侧母线发生故障，如图5所示。从大差计算的角度分析，仍然会有较多电流流出母线。此时采用较高的比率制动系数易造成母差保护拒动［4］，对系统的稳定运行产生较大影响。

图5 弱电源侧母线故障示意

因此，为防止以上情况发生，在母联开关停役后，针对A类母差保护，必须将分列压板投入。

鉴于B类母差保护分列运行的判别机制，分列压板必须跟随母联开关状态操作。但与A类母关保护不同，停役时B类母差保护的分列压板需要在拉开母联开关前投入，这样才能保证母差保护及时判定母线分列运行方式，防止死区故障造成保护拒动。

但在母联开关预试，开关合闸后，违背分列判据，母差保护会默认母线处于并列运行状态。

为防止以上情况发生，现场在工作前应采取针对性的二次安全措施。将母差保护中与母联开关位置相关的二次回路进行隔离，以保证保护对母线分列的正确判定。如图6所示，在端子排上将分列压板和母联开关TWJ节点进线端子临时短接，强制母差保护判定为母线分列运行状态。

图6 B类母差保护二次安全措施示意

3.2 与备自投或负荷转供装置的配合

针对35 kV电压等级母线，会安装备自投装置以提高供电可靠性。同样地，电源来自不同供电区的220 kV电压等级的母线，会配置负荷转供装置维持系统的稳定性。其动作机理与逻辑与备自投装置类似。

针对以上两种自动控制装置，需要考虑装置动作的前后状态，均能满足系统安全稳定运行的要求。假设A和B两种类型的母差保护在母联开关断开后，均投入分列压板。那么，在备母联（母分）的运行方式下，依据两种装置的判别与动作逻辑，自动控制装置动作后，母联开关合闸，母线已并列运行。但A类母差保护会因分列压板投入仍然判定母线处于分列运行状态，此时母差保护的大差灵敏度较高，而且母联TA不计入小差差流计算，易造成区外故障误动或故障范围扩大。

B类母差保护因母联开关位置与分列压板位置出现不对应，将自动默认母线处于并列运行状态。满足自动控制装置动作前后，装置判别与系统实际运行情况的一致性。

因此，遵循不同判定标准的母差保护，在与备自投或负荷转供装置配合时，分列压板的操作原则也不同，在备母联（母分）的运行方式下，A类母差保护不应投入母差保护的分列压板，B类母差保护应投入母差保护的分列压板。

4 结语

综上所述，在未配置备自投或负荷转供装置的变电站，两类母差保护的分列压板应与母联开关的状态相对应，A类母差保护分列压板应在母联开关分闸后投入，合闸前取下；B类母差保护分列压板应在开关分闸前投入，合闸后取下，母联开关检修或有相关传动工作前应将母差保护中与母联开关位置相关的二次回路进行隔离。

在配置备自投或负荷转供装置的变电站，A类母差保护分列压板仅在母联开关检修或有相关传动工作时投入；B类母差保护的分列压板与母联开关的状态相对应，及时操作。