付振強(qiáng)，侯明辰

(鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114002)

1 固定連接方式的母線完全差動(dòng)保護(hù)

固定連線方式的母線完全差動(dòng)保護(hù)是常規(guī)的電磁型保護(hù)，是指在雙母線并列運(yùn)行方式下，按照一定的要求，將引出線和有電源的支路固定連接于兩母線上，這種母線稱為固定連接母線，這種母線的差動(dòng)保護(hù)稱為固定連接方式的母線完全差動(dòng)保護(hù)。任一母線故障時(shí)，只切除接于該母線的元件，另一母線可以繼續(xù)運(yùn)行，即母線差動(dòng)保護(hù)有選擇故障母線的能力。當(dāng)運(yùn)行的雙母線的固定連接方式被破壞時(shí)，該保護(hù)將無(wú)選擇故障母線的能力，而將雙母線上所有連接元件切除。

固定連接方式的母線完全差動(dòng)保護(hù)由以下3部分組成。

a． TA1、TA2、TA5和 KD1構(gòu)成Ⅰ母小差啟動(dòng)元件，用于選擇判定Ⅰ母線的故障。

b． TA3、TA4、TA5和KD2構(gòu)成Ⅱ母小差啟動(dòng)元件，用于選擇判定Ⅱ母線的故障。

c． TA1、TA2、TA3、TA4和 KD構(gòu)成母線大差啟動(dòng)元件，用于選擇判定母線區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障。

母線大差繼電器KD接點(diǎn)和Ⅰ母小差繼電器KD1接點(diǎn)串聯(lián)啟動(dòng)出口中間繼電器跳1號(hào)線、2號(hào)線、母聯(lián)斷路器，母線大差繼電器KD接點(diǎn)和Ⅱ母小差繼電器KD2接點(diǎn)串聯(lián)啟動(dòng)出口中間繼電器跳3號(hào)線、4號(hào)線、母聯(lián)斷路器。母線差動(dòng)保護(hù)有選擇故障母線的能力。

1.1 固定連接方式母線區(qū)內(nèi)故障

圖1為雙母線固定連接方式發(fā)生母線區(qū)內(nèi)故障時(shí)差動(dòng)回路差流流向示意圖。由圖1可知，當(dāng)d1點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，id=i1+i2+i3+i4;id1=i1+i2+i3+i4;id2=0母線大差繼電器KD和Ⅰ母小差繼電器KD1動(dòng)作，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)連接于Ⅰ母線上的1號(hào)線、2號(hào)線、母聯(lián)斷路器，Ⅱ母線繼續(xù)運(yùn)行，母線差動(dòng)保護(hù)有正確選擇故障母線的能力。

1.2 固定連接被破壞時(shí)母線區(qū)內(nèi)故障母差保護(hù)動(dòng)作邏輯

圖1 固定連接時(shí)Ⅰ母區(qū)內(nèi)故障差流示意圖

假設(shè)4號(hào)線固定連接于Ⅱ母線，在倒母線時(shí)將4號(hào)線連接于Ⅰ母線，這樣就破壞了固定連接。圖2為雙母線固定連接方式被破壞時(shí)發(fā)生母線區(qū)內(nèi)故障時(shí)差動(dòng)回路差流流向示意圖。

圖2 固定連接破壞時(shí)Ⅰ母區(qū)內(nèi)故障差流示意圖

由圖2可知，當(dāng)d1點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，繼電器KD、KD1、KD2中流過(guò)的差流計(jì)算結(jié)果如下:id=i1+i2+i3+i4;id1=i1+i2+i3;id2=i4。Ⅰ母小差選擇元件啟動(dòng)，大差啟動(dòng)元件啟動(dòng)。但繼電器KD2中流過(guò)很小的電流，如果未達(dá)到保護(hù)定值，Ⅱ母小差選擇元件不會(huì)啟動(dòng)。KD和KD1的觸點(diǎn)閉合，差動(dòng)保護(hù)出口固定跳開(kāi) QF1、QF2、QF5，但 QF4不會(huì)跳閘，繼續(xù)向故障點(diǎn)提供很大的短路電流，故障并未切除。基于這個(gè)原因，在倒閘操作中，當(dāng)固定連接被破壞時(shí)，運(yùn)行人員會(huì)將Ⅰ、Ⅱ母小差選擇元件KD1、KD2的接點(diǎn)短接 (單母線運(yùn)行方式)，只要大差啟動(dòng)元件KD動(dòng)作，差動(dòng)保護(hù)就會(huì)無(wú)選擇性的跳開(kāi)兩段母線上的所有元件斷路器。那么，當(dāng)固定連接由于倒閘操作被破壞時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不能選擇故障母線，只能將兩段母線上的元件全部跳開(kāi)。

1.3 空母線充電時(shí)母線區(qū)內(nèi)故障

一次接線方式為雙母線接線，充電時(shí)的運(yùn)行方式:Ⅰ母在運(yùn)行狀態(tài)，Ⅱ母檢修結(jié)束，QF1、QF2、QF3、QF4在合位且均連接于Ⅰ母線上，QF5在分位，這時(shí)固定連接被破壞屬于單線運(yùn)行方式，利用母聯(lián)斷路器對(duì)Ⅱ母線進(jìn)行充電，母聯(lián)斷路器充電保護(hù)投入。圖3為Ⅰ母線對(duì)Ⅱ母線充電時(shí)發(fā)生故障，差動(dòng)回路差流流向示意圖。

圖3 充電時(shí)Ⅱ母故障差流示意圖

由圖3可知，當(dāng)d1點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，繼電器KD、KD1、KD2中流過(guò)的差流計(jì)算結(jié)果如下:id=i1+i2+i3+i4;id1=i3+i4;id2=i1+i2+2i3+2i4，由于運(yùn)行人員在進(jìn)行倒閘操作前將Ⅰ、Ⅱ母小差選擇元件KD1、KD2的觸點(diǎn)短接，Ⅰ、Ⅱ母小差選擇元件KD1、KD2不能正確選擇故障母線，大差啟動(dòng)元件 KD動(dòng)作瞬時(shí)跳開(kāi) QF1、QF2、QF3、QF4和QF5。根據(jù)以上分析，在利用母聯(lián)斷路器對(duì)Ⅱ母線進(jìn)行充電時(shí)Ⅰ母線發(fā)生故障，母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)母線所有元件，使停電范圍擴(kuò)大。為了保證無(wú)故障母線繼續(xù)運(yùn)行，運(yùn)行操作規(guī)程規(guī)定:在利用母聯(lián)斷路器對(duì)空母線進(jìn)行充電操作過(guò)程中，退出母線差動(dòng)保護(hù) (固定連接方式的母線完全差動(dòng)保護(hù))而只投入母聯(lián)充電保護(hù)，利用母聯(lián)充電保護(hù)跳開(kāi)母聯(lián)斷路器切除故障。

2 220 kV母聯(lián)充電保護(hù)原理

220 kV母聯(lián)充電保護(hù)主要是為了在母線充電過(guò)程中，能更可靠地切除被充電母線上故障而配置的一套保護(hù)功能。

保護(hù)在正常程序中檢查母聯(lián)斷路器跳閘位置及手合接點(diǎn)狀態(tài)，在充電保護(hù)投入情況下，保護(hù)根據(jù)母聯(lián)斷路器跳閘位置或手合接點(diǎn)狀態(tài)決定是否開(kāi)放充電保護(hù)。

母聯(lián)斷路器跳閘位置開(kāi)放充電保護(hù):當(dāng)有跳閘位置接點(diǎn)開(kāi)入時(shí)，表示開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)位置，固定投入充電保護(hù)，當(dāng)有電流或開(kāi)關(guān)位置接點(diǎn)返回，則表明開(kāi)關(guān)合閘，經(jīng)400 ms后充電保護(hù)退出。

手合接點(diǎn)開(kāi)放充電保護(hù):當(dāng)有手合接點(diǎn)開(kāi)入，則手合接點(diǎn)開(kāi)入的400 ms內(nèi)投入充電保護(hù)，400 ms后退出。

上述方法可保證在線路充電或母線充電的400 ms內(nèi)，可靠啟動(dòng)充電保護(hù)。

充電保護(hù)采用相電流過(guò)流元件，當(dāng)滿足充電動(dòng)作條件，充電保護(hù)經(jīng)20 ms延時(shí)跳閘。

如圖4所示，Ⅰ母線給Ⅱ母線充電，充電保護(hù)動(dòng)作邏輯如下:

XL1在合位，斷路器XL2在分位，Ⅰ母有壓，Ⅱ母無(wú)壓，ML3在開(kāi)位。當(dāng)ML3合上后，d1點(diǎn)發(fā)生故障，母聯(lián)電流從無(wú)到有并達(dá)到了母聯(lián)充電保護(hù)電流定值，充電保護(hù)跳開(kāi)ML3切除故障點(diǎn)d1。

圖4 Ⅱ母故障時(shí)故障電流示意圖

3 微機(jī)型比例式母線差動(dòng)保護(hù)

220 kV變電站母線差動(dòng)保護(hù)全部更換為微機(jī)型比例式差動(dòng)保護(hù)，微機(jī)型母線差動(dòng)保護(hù)與電磁型的固定連接方式下母線差動(dòng)保護(hù)有所不同，具有雙母線運(yùn)行方式識(shí)別功能，雙母線運(yùn)行方式識(shí)別功能是根據(jù)母線上各連接單元隔離開(kāi)關(guān)和母聯(lián)斷路器的分、合閘狀態(tài)，給出母線的運(yùn)行方式，供保護(hù)裝置識(shí)別雙母線一次接線運(yùn)行方式的變化。母線差動(dòng)保護(hù)根據(jù)保護(hù)裝置識(shí)別雙母線一次接線運(yùn)行方式進(jìn)行故障母線選擇。大差差動(dòng)電流不計(jì)及母聯(lián)電流，各段小差差動(dòng)電流均應(yīng)根據(jù)母聯(lián)斷路器位置的狀態(tài)和母聯(lián)TA的極性計(jì)及母聯(lián)電流。N單元雙母線專用母聯(lián)差動(dòng)電流表達(dá)式如下:

id=|Kmliml+K1i1+… +KN－1iN－1|

式中，Km為母聯(lián)支路系數(shù)，K1，…，KN－1為非母聯(lián)支路系數(shù);im1，i1，…，In－1為經(jīng)過(guò)換算后的一次電流或二次電流。計(jì)算大差差動(dòng)電流和制動(dòng)電流時(shí)Km1=0，K1=…=KN－1=1;計(jì)算Ⅰ母差動(dòng)電流時(shí)K1，…，KN－1根據(jù)對(duì)應(yīng)支路運(yùn)行于Ⅰ母取1，不運(yùn)行于Ⅰ母取0，當(dāng)母聯(lián)投入運(yùn)行時(shí)，若母聯(lián)TA極性與Ⅰ母一致，則Km1=1，若母聯(lián)TA極性與Ⅱ母一致，則Km1=－1，當(dāng)母聯(lián)退出運(yùn)行時(shí)Km1=0。計(jì)算Ⅱ母差動(dòng)電流時(shí)原則同上。

如圖5所示，設(shè)一次接線方式為雙母線接線，充電時(shí)的運(yùn)行方式:Ⅰ母在運(yùn)行狀態(tài)，Ⅱ母檢修結(jié)束，QF1、QF2在合位且均連接于Ⅰ母線上，QF3在分位。啟用充電保護(hù)對(duì)Ⅱ母線進(jìn)行充電。

圖5 Ⅱ母故障時(shí)故障電流示意圖

差流計(jì)算結(jié)果:

大差電流:id=i1+i2

Ⅰ母小差電流:id1=i1+i2－i3=0

Ⅱ母小差電流:id2=i1+i2

因此，大差啟動(dòng)元件動(dòng)作，Ⅰ母小差選擇元件不動(dòng)作，Ⅱ母小差選擇元件動(dòng)作跳開(kāi)QF3。

微機(jī)型比例式差動(dòng)保護(hù)在母線充電時(shí)能正確選擇故障母線，確保無(wú)故障母線繼續(xù)運(yùn)行，因此在利用母聯(lián)斷路器對(duì)空母線進(jìn)行充電操作過(guò)程中，不需停用母線差動(dòng)保護(hù)。

4 死區(qū)保護(hù)在母線充電時(shí)的動(dòng)作邏輯

4.1 母聯(lián)死區(qū)保護(hù)的定義

對(duì)于雙母線，在母聯(lián)單元上只安裝1組TA的情況下，母聯(lián)TA與母聯(lián)斷路器之間發(fā)生故障，差動(dòng)保護(hù)存在盲區(qū)。如圖6所示d1處故障，屬Ⅰ母小差動(dòng)保護(hù)的區(qū)內(nèi)，不屬Ⅱ母小差動(dòng)保護(hù)范圍，Ⅰ母保護(hù)動(dòng)作并跳開(kāi)XL1、ML3，而Ⅱ母保護(hù)不動(dòng)作。母聯(lián)斷路器跳閘后，d1故障點(diǎn)繼續(xù)由XL2提供短路電流而無(wú)法切除，形成母差和充電保護(hù)盲區(qū)。因此，微機(jī)型比例式差動(dòng)保護(hù)中配置死區(qū)保護(hù)，當(dāng)母線差動(dòng)保護(hù)停用時(shí)死區(qū)保護(hù)也會(huì)隨之退出。

4.2 向空母線充電過(guò)程中母聯(lián)死區(qū)保護(hù)動(dòng)作邏輯分析

如圖7所示，當(dāng)充電保護(hù)不配置在母差保護(hù)裝置中時(shí)，裝置能夠自動(dòng)識(shí)別母聯(lián)的充電保護(hù)，當(dāng)母聯(lián)斷路器手合觸點(diǎn)由斷開(kāi)變?yōu)殚]合時(shí)，通過(guò)追溯1個(gè)周波 (20 ms)前的兩段母線電壓、母聯(lián)TA電流，判定是否進(jìn)入充電狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)到至少有1條母線無(wú)電壓、母聯(lián)TA無(wú)電流 (IBC=0)，裝置自動(dòng)識(shí)別為母聯(lián)斷路器對(duì)空母線充電 (此時(shí)展寬1 s)。如果充電過(guò)程中母聯(lián)斷路器合于故障母線，則閉鎖差動(dòng)300 ms。

假設(shè)Ⅰ母線運(yùn)行，Ⅱ母線檢修工作結(jié)束，斷路器XL1在合位，斷路器XL2在分位，斷路器ML3在分位?，F(xiàn)在要用Ⅰ母線對(duì)Ⅱ母線進(jìn)行充電，充電時(shí)母聯(lián)斷路器和TA之間故障可能有以下兩種情況。

a． 如圖8所示，母聯(lián)TA裝在電源母線 (Ⅰ母線)側(cè)，隔離開(kāi)關(guān)GL1合閘立即發(fā)生故障，此時(shí)充電保護(hù)尚未啟動(dòng) (母聯(lián)斷路器在分位，不滿足充電保護(hù)動(dòng)作條件)，即使跳開(kāi)母聯(lián)斷路器也無(wú)法切除故障，只能靠Ⅰ母差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)電源母線 (Ⅰ母線)的所有連接單元斷路器 (母聯(lián)斷路器未合，差流不計(jì)及母聯(lián)電流，該故障被差動(dòng)保護(hù)判斷為區(qū)內(nèi))。

b． 如圖9所示，母聯(lián)TA裝在被充電母線(Ⅱ母線)側(cè)，只有當(dāng)母聯(lián)斷路器ML3合閘才能發(fā)生故障，但母聯(lián)TA無(wú)電流，跳開(kāi)母聯(lián)斷路器可切除故障，但由于電源母線段的差動(dòng)保護(hù)符合動(dòng)作條件，會(huì)誤跳電源母線段上的所有連接單元。為防止這種誤動(dòng)，充電時(shí)應(yīng)閉鎖母線差動(dòng)保護(hù)300 ms，并在差流Id過(guò)量時(shí)作為充電一段的動(dòng)作條件 (考慮差流誤差，提高為1.1倍差動(dòng)定值)，充電保護(hù)動(dòng)作不帶延時(shí)先跳母聯(lián)斷路器ML3。300ms后若有故障發(fā)展或母聯(lián)失靈則差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳運(yùn)行母線。

5 母線存在無(wú)保護(hù)運(yùn)行狀態(tài)

假設(shè)一次接線方式為雙母線接線，充電時(shí)的運(yùn)行方式:Ⅰ母在運(yùn)行狀態(tài)，Ⅱ母檢修結(jié)束，母聯(lián)斷路器在分位。運(yùn)行人員在操作中完全退出了差動(dòng)保護(hù)，只投入了母聯(lián)充電保護(hù)。當(dāng)運(yùn)行人員將母聯(lián)斷路器合閘后，但還未能將差動(dòng)保護(hù)投入運(yùn)行。那么在這段時(shí)間內(nèi)，無(wú)論是運(yùn)行母線 (Ⅰ母線)還是被充電母線 (Ⅱ母線)都是在無(wú)保護(hù)的狀態(tài)下運(yùn)行。如果恰巧母線在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)發(fā)生短路故障，則差動(dòng)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，將直接影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，造成嚴(yán)重后果。這也是在母線充電過(guò)程中退出差動(dòng)保護(hù)的缺陷。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)各種保護(hù)原理在各類型故障時(shí)動(dòng)作邏輯的分析可知，在對(duì)空母線充電的過(guò)程中差動(dòng)保護(hù)不但能瞬時(shí)且有選擇性的切除故障，死區(qū)保護(hù)還能切除死區(qū)故障。退出差動(dòng)保護(hù)時(shí)母聯(lián)死區(qū)保護(hù)退出，當(dāng)母聯(lián)TA裝設(shè)在被充電母線側(cè)，發(fā)生死區(qū)故障時(shí)，母聯(lián)TA無(wú)電流，充電保護(hù)不能動(dòng)作切除故障點(diǎn)，只能靠母線各元件對(duì)端保護(hù)帶時(shí)限跳開(kāi)故障點(diǎn)。

現(xiàn)在運(yùn)行人員還會(huì)在對(duì)空母線充電的操作過(guò)程中將差動(dòng)保護(hù)完全退出，是因?yàn)檫\(yùn)行人員還延續(xù)著常規(guī)的固定連接方式母線完全差動(dòng)保護(hù)操作規(guī)程，防止差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)兩段母線上所有元件。微機(jī)型比例式差動(dòng)保護(hù)的邏輯與功能都與常規(guī)保護(hù)有了很大不同。而運(yùn)行人員未能掌握常規(guī)繼電保護(hù)和微機(jī)保護(hù)的區(qū)別，未能從傳統(tǒng)的運(yùn)行思路中走出來(lái)，導(dǎo)致操作步驟過(guò)多，容易造成一次設(shè)備在無(wú)保護(hù)狀態(tài)下運(yùn)行。

因此，建議運(yùn)行人員在進(jìn)行對(duì)空母線充電的操作中，不應(yīng)該退出差動(dòng)保護(hù)。運(yùn)行人員應(yīng)結(jié)合微機(jī)型保護(hù)特點(diǎn)，對(duì)保護(hù)原理、裝置組成、壓板配置及具體應(yīng)用情況等進(jìn)行認(rèn)真總結(jié)、分析，尋找微機(jī)技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)，盡快地在新設(shè)備使用過(guò)程中掌握主動(dòng)，有效地防止誤操作事故的發(fā)生和提高突發(fā)性事故的處理水平。

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