張育勛

（廣州市電力工程有限公司，廣東 廣州510260）

0 引言

在電力系統(tǒng)中，母線是變電站最重要的設(shè)備之一，起著匯集和分配電能的作用。通常母線長(zhǎng)度只有短短的幾十米或者上百米，其發(fā)生故障的幾率相對(duì)于線路、主變來(lái)說(shuō)要低得多，大概只有6%～7%。由于母線上的設(shè)備元件比較多，接線比較復(fù)雜，因而設(shè)備絕緣老化、污穢以及雷擊等都會(huì)引起短路故障；同時(shí)由于操作頻繁，值班人員的誤操作也會(huì)引起人為三相故障（如帶地線合閘、帶負(fù)荷接刀閘等）。母線故障時(shí)電壓降低會(huì)影響電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量和穩(wěn)定性，因此，母線配置具有足夠的靈敏性和可靠性，且能快速有選擇地切除故障的保護(hù)非常重要。對(duì)于母線保護(hù)，要求其在各種正常運(yùn)行方式或者異常狀態(tài)下（如電壓回路斷線、電流回路斷線、保護(hù)裝置異常、母線外部故障等）均不應(yīng)誤動(dòng)作。

目前，我國(guó)主流的母線保護(hù)裝置主要有深圳南瑞科技有限公司生產(chǎn)的BP－2B型產(chǎn)品和南京南瑞繼保電氣有限公司的RCS－915系列微機(jī)保護(hù)裝置，配置了母線差動(dòng)保擴(kuò)、母線死區(qū)保護(hù)、母聯(lián)失靈保護(hù)、母聯(lián)非全相保護(hù)、母聯(lián)充電保護(hù)、母聯(lián)過(guò)流保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)等。

1 大差動(dòng)作跳母聯(lián)原理和邏輯

母線差動(dòng)保護(hù)是母線保護(hù)的主保護(hù)，其基本原理可以用基爾霍夫定律來(lái)解釋，在集成電路中，任何時(shí)刻，對(duì)于任意節(jié)點(diǎn)，所有流出節(jié)點(diǎn)的支路電流的代數(shù)和恒為0。通俗一點(diǎn)來(lái)講，就是按照收支平衡的原理進(jìn)行判斷和動(dòng)作的。因?yàn)槟妇€上只有進(jìn)出線路，正常運(yùn)行時(shí)，進(jìn)出電流的大小相等，相位相同。如果母線發(fā)生故障，這一平衡就會(huì)受到破壞。現(xiàn)今大多數(shù)母線差動(dòng)保護(hù)采用比較電流是否平衡、相位是否一致來(lái)進(jìn)行判別，一旦判別出母線故障，立即啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作元件，跳開(kāi)母線上的所有斷路器。如果是雙母線并列運(yùn)行，有的保護(hù)會(huì)有選擇地跳開(kāi)母聯(lián)開(kāi)關(guān)和有故障母線的所有進(jìn)出線路斷路器，以縮小停電范圍。

母線大差是指除母聯(lián)和分段開(kāi)關(guān)以外所有支路電流所構(gòu)成的差動(dòng)回路，大差不受母線運(yùn)行方式的影響，主要用來(lái)判別母線是區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障。母線小差是指母線上所有連接支路（包括母聯(lián)和分段開(kāi)關(guān)）所構(gòu)成的差動(dòng)回路，主要用于故障母線的選擇。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是“大差判母線故障，小差選故障母線”。

我們知道，在母線發(fā)生故障產(chǎn)生差流的同時(shí)，故障母線的電壓也會(huì)降低，開(kāi)放復(fù)壓閉鎖功能，母線差動(dòng)保護(hù)才能夠動(dòng)作。但是存在這樣一種情況，某段母線發(fā)生故障，小差能判定出故障的母線，但是復(fù)壓閉鎖卻沒(méi)有開(kāi)放，或者某段母線的復(fù)壓閉鎖功能已開(kāi)放，但卻沒(méi)有判別到這段母線有差流。類似這種情況，小差保護(hù)元件都無(wú)法正確動(dòng)作。這時(shí)就需要大差保護(hù)動(dòng)作來(lái)切除母聯(lián)開(kāi)關(guān)，讓小差保護(hù)元件重新計(jì)算差動(dòng)電流是否滿足動(dòng)作的條件。其動(dòng)作邏輯如圖1所示。

圖1 大差動(dòng)作跳母聯(lián)邏輯框圖

從邏輯圖中可以看出，當(dāng)差動(dòng)電流的定值大于整定值時(shí)，大差比率差動(dòng)動(dòng)作，并且至少有一段母線差動(dòng)復(fù)壓閉鎖功能開(kāi)放，母線差動(dòng)保護(hù)沒(méi)有動(dòng)作，母聯(lián)失靈過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，在母聯(lián)開(kāi)關(guān)合位的條件下，大差動(dòng)作切除母聯(lián)開(kāi)關(guān)。

2 大差動(dòng)作跳母聯(lián)案例

在廣州某220kV變電站曾發(fā)生過(guò)這樣一起母線故障。該站的220kV系統(tǒng)部分是雙母線接線方式，220kV母線所連接都是常見(jiàn)的戶外敞開(kāi)式設(shè)備，所有220kV線路、母聯(lián)、開(kāi)關(guān)、刀閘和母線之間通過(guò)軟母線連接。該站在母聯(lián)開(kāi)關(guān)和母聯(lián)1 M母線刀閘間發(fā)生三相短路故障，故障點(diǎn)如圖2中A點(diǎn)所示，由于故障電流太大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了母聯(lián)開(kāi)關(guān)與刀閘之間連接母線能承受的過(guò)流量，因此在母線差動(dòng)保護(hù)還未動(dòng)作前，開(kāi)關(guān)與刀閘間的連接軟母線瞬時(shí)融斷，融斷點(diǎn)如圖2中B點(diǎn)所示。融斷后，故障點(diǎn)A依然存在三相短路故障，而220kV 1M母線由于在B點(diǎn)已完全斷開(kāi)，所以脫離故障狀態(tài)。

圖2中，母聯(lián)的電流互感器是裝在220kV 2 M母線側(cè)的。我們對(duì)2條母線的狀態(tài)分別進(jìn)行詳細(xì)分析：由于1 M母線在B點(diǎn)融斷后已經(jīng)脫離故障狀態(tài)，因此母線電壓是正常的運(yùn)行電壓。但是1M母線小差電流計(jì)算中，加入了與一次設(shè)備已經(jīng)沒(méi)有聯(lián)系的母聯(lián)電流，打破了1 M母線的電流平衡，所以1 M母線有差動(dòng)電流，但是1 M母線電壓是正常的運(yùn)行電壓，有復(fù)壓閉鎖，所以1M母線小差保護(hù)無(wú)法動(dòng)作。

圖2 母線故障示意圖

由圖2可知，所有2 M母線上間隔設(shè)備的電流都流向母線，然后從母線流向母聯(lián)，并經(jīng)母聯(lián)流向故障點(diǎn)A。流進(jìn)2M母線的電流和流出2 M母線的電流相同，所以2M母線差動(dòng)電流為0，2M母線小差保護(hù)不動(dòng)作，判2 M母線在非故障狀態(tài)。那么，這個(gè)時(shí)候正常邏輯下的母線差動(dòng)保護(hù)就失去了作用，雖然有母聯(lián)的失靈過(guò)流保護(hù)可以彌補(bǔ)，但由于母聯(lián)失靈過(guò)流保護(hù)的定值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于母線差動(dòng)保護(hù)的定值，因此無(wú)法滿足速動(dòng)性的要求。這時(shí)就可以通過(guò)大差動(dòng)作跳母聯(lián)保護(hù)來(lái)切除母聯(lián)開(kāi)關(guān)，保護(hù)母線運(yùn)行的穩(wěn)定性。

由于故障點(diǎn)A是在母聯(lián)間隔內(nèi)，大差肯定會(huì)判為區(qū)內(nèi)故障，啟動(dòng)保護(hù)元件。而2M母線由于和故障點(diǎn)A相連，所以母線電壓會(huì)降低，滿足復(fù)壓閉鎖開(kāi)放的要求。故障電流經(jīng)過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)流向故障點(diǎn)A時(shí)，相應(yīng)的母聯(lián)失靈過(guò)流保護(hù)啟動(dòng)，再加上上述分析的2段小差保護(hù)無(wú)法動(dòng)作，所以大差動(dòng)作跳母聯(lián)保護(hù)瞬間動(dòng)作，切除母聯(lián)開(kāi)關(guān)，從而保證了2段母線的正常運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)電網(wǎng)改革的推行，電力系統(tǒng)不斷發(fā)展壯大，我國(guó)的繼電保護(hù)系統(tǒng)以及相關(guān)技術(shù)也取得了一定的發(fā)展和進(jìn)步。母線差動(dòng)保護(hù)作為母線設(shè)備的主保護(hù)，在微機(jī)保護(hù)的檢測(cè)元件、動(dòng)作邏輯、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面都取得了很不錯(cuò)的成績(jī)。當(dāng)然，除了微機(jī)保護(hù)裝置在不斷進(jìn)步外，變電二次設(shè)計(jì)、繼保的相關(guān)規(guī)范也在不斷完善。筆者根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)，分析了母線故障中比較特殊也比較少見(jiàn)的一種類型，希望在相互學(xué)習(xí)的過(guò)程中不斷得到提高，為我國(guó)的電網(wǎng)安全運(yùn)行做出貢獻(xiàn)。

［1］唐俊清，張斌.110kV母線差動(dòng)保護(hù)小差越限故障原因分析［J］.北京電力高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，27（7）