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        母聯(lián)開關死區(qū)故障的母線保護動作行為分析

        2014-12-10 11:20:34馬振國
        山西電力 2014年6期
        關鍵詞:母聯(lián)死區(qū)斷路器

        白 瑞,馬振國,張 悅

        (國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院,山西 太原 030001)

        對于含有母聯(lián)開關元件的母線保護來說,由于母聯(lián)開關在一次系統(tǒng)中所起的特殊聯(lián)絡作用,母聯(lián)電流在母線保護中不僅要根據(jù)運行方式來判斷是否參與差流運算,而且還要參與死區(qū)等復雜故障的邏輯判別。母聯(lián)電流使用上的這種復雜性,常常使得人們對死區(qū)故障邏輯的理解存在很大差異,在現(xiàn)場多次發(fā)現(xiàn)測試人員對死區(qū)故障邏輯試驗思路含糊以及母聯(lián)電流互感器CT(Current Transform)使用不當造成設計失誤的情況。

        1 母聯(lián)電流在母線保護中的應用

        1.1 母線保護動作原理

        目前,含有母聯(lián)元件的母線保護裝置,其原理均是以兩條母線上所有元件的“和電流”(不含母聯(lián)電流)形成“大差電流”來判別區(qū)內、區(qū)外故障;而以每條母線上所有元件的“和電流”(含母聯(lián)電流)形成“小差電流”來選擇故障母線進行工作,當大差元件和對應母線的小差元件動作時,母線保護就有選擇地切除故障母線。由此可見,母聯(lián)電流在參與各條母線“小差”運算以及反應母線運行狀態(tài)方面起著重要的作用。

        1.2 母聯(lián)電流在死區(qū)邏輯中的應用

        由于母聯(lián)CT配置的特殊性以及死區(qū)形式的多樣性,母線保護中設有專門的死區(qū)故障邏輯。所謂死區(qū)故障就是指斷路器和CT之間的故障。母線保護正是利用母聯(lián)電流并結合母線運行狀態(tài)來對各種死區(qū)故障進行判別的。母聯(lián)死區(qū)故障形式一般有合位死區(qū)、分位死區(qū)、充電死區(qū)3種情況。

        2 母聯(lián)死區(qū)故障及動作行為分析

        2.1 單側CT安裝情況

        母聯(lián)開關處只有1組CT時,它有2種安裝位置,1種是安裝在靠近Ⅰ母線側(CT1),另一種是安裝在靠近Ⅱ母線側(CT2),如圖1所示(CT應有兩個保護級的二次繞組才可實現(xiàn)雙重化的母線保護配置)。以CT2情況進行分析,然后對CT1、CT2兩種情況進行闡述。

        圖1 雙母線接線母聯(lián)CT安裝位置圖

        2.1.1 合位死區(qū)及動作行為分析

        2.1.1.1 合位死區(qū)邏輯

        合位死區(qū)就是母聯(lián)斷路器為合位,兩條母線并列運行過程中,斷路器與CT2之間發(fā)生的故障(F2),如圖1所示。此故障對于Ⅰ母線是區(qū)內;對于Ⅱ母線是區(qū)外,母線保護動作跳母聯(lián)開關和Ⅰ母線元件后,F(xiàn)2故障仍然存在。為了解決這一問題,母差保護中設計了合位死區(qū)邏輯,如圖2所示。

        邏輯過程是:在母線保護發(fā)出母線跳閘命令且母聯(lián)斷路器已跳開,但母聯(lián)CT2仍然有電流,且大差元件及小差元件不返回的情況下,經(jīng)150 ms延時后判定為死區(qū)故障,此時母聯(lián)電流要退出小差計算,由母線保護發(fā)出跳閘命令切除死區(qū)故障。

        圖2 母聯(lián)合位死區(qū)保護邏輯圖

        2.1.1.2 合位死區(qū)動作行為分析

        對于單側CT的情況,CT安裝靠近Ⅰ母側還是Ⅱ母線側,最終切除死區(qū)故障的效果是相同的,即Ⅰ母線、Ⅱ母線元件全部切除,但兩種CT安裝位置下的保護動作行為過程有所不同。

        發(fā)生在CT2的死區(qū)故障(F2) 時,此故障對于Ⅰ母線是區(qū)內,對于Ⅱ母線是區(qū)外,母差保護是先跳Ⅰ母線和母聯(lián)斷路器,延時150 ms判定為死區(qū)故障后,再跳Ⅱ母元件。

        發(fā)生在CT1的死區(qū)故障(F1) 時,此故障對于Ⅱ母線是區(qū)內,對于Ⅰ母線是區(qū)外,母差保護是先跳Ⅱ母線和母聯(lián)斷路器,延時150 ms判定為死區(qū)故障后,再跳Ⅰ母線元件。

        2.1.2 分位死區(qū)及動作行為分析

        2.1.2.1 分位死區(qū)邏輯

        分位死區(qū)就是母聯(lián)斷路器為分位,兩條母線分列運行過程中,斷路器與CT2之間發(fā)生的故障,如圖1所示。此故障對于Ⅱ母線是區(qū)外,因此按常規(guī)情況母線保護是不能動作的。為了切除此故障,母差保護中設計了分位死區(qū)邏輯,如圖3所示。

        邏輯過程是:母線正常運行時,母聯(lián)斷路器分列運行壓板投入且母聯(lián)斷路器位置為跳位,再結合母聯(lián)無流,裝置判定該斷路器處于分列運行狀態(tài),此時母聯(lián)電流就退出小差計算。如果此時發(fā)生死區(qū)故障母聯(lián)電流突然出現(xiàn)時,仍有400 ms退出小差的時間,保證可靠切除死區(qū)故障。

        圖3 母聯(lián)分位死區(qū)保護邏輯圖

        2.1.2.2 分位死區(qū)動作行為分析

        當發(fā)生CT2的死區(qū)故障(F2) 時,母線保護只切除Ⅱ母線元件,Ⅰ母線元件正常運行。當發(fā)生CT1的死區(qū)故障(F1)時,母線保護只切除Ⅰ母線元件,Ⅱ母線元件正常運行。

        2.1.3 充電死區(qū)及動作行為分析

        2.1.3.1 充電死區(qū)閉鎖邏輯

        充電死區(qū)就是指利用母聯(lián)斷路器進行充電過程中,發(fā)生在斷路器與CT2之間的故障。充電前狀態(tài)應該是Ⅰ母線正常運行,Ⅱ母線是不帶電的空母線。當Ⅰ母線向Ⅱ母線充電同時發(fā)生死區(qū)故障情況時,為了防止母線保護將運行的Ⅰ母線誤切除,設計了充電死區(qū)閉鎖差動保護邏輯,如圖4所示。

        邏輯過程是:由操作箱(智能終端)提供的手合觸點和母聯(lián)CT“有無電流”的判別,作為母線保護判斷母聯(lián)充電并進入充電邏輯的依據(jù);充電邏輯有效時間為手合觸點由“0”變?yōu)椤?”后的1 s內,1 s后恢復為正常運行母線保護邏輯;母線保護在充電邏輯有效時間內,如滿足動作條件,瞬時跳母聯(lián)斷路器;如300 ms后,母聯(lián)斷路器仍沒有跳開,開放母差保護跳運行母線。

        2.1.3.2 充電死區(qū)動作行為分析

        a)為了清楚說明此邏輯的作用,特對充電到死區(qū)、區(qū)內、區(qū)外3個過程進行分析比較。

        b)對于CT2安裝情況,當有大差電流而母聯(lián)無電流時,這是充電到F2死區(qū)故障情況,此時充電保護無法動作,只能通過充電死區(qū)閉鎖邏輯瞬時閉鎖差動保護,且同時跳母聯(lián)開關,如果故障在300 ms后仍沒有切除就跳運行Ⅰ母線元件。

        c)當有大差電流且母聯(lián)有電流時,這是充電到Ⅱ母線上故障情況,此時大差元件和Ⅱ母線小差元件動作(充電保護也動作),瞬時跳母聯(lián)開關,Ⅰ母線仍然可以正常運行。

        圖4 充電閉鎖母線差動邏輯圖

        d)當無大差電流而母聯(lián)有電流時,這是充電到支路上的故障,此時大差元件、小差元件均不動作,此故障由充電保護切除。

        e)此邏輯僅適用于斷路器側母線向CT側母線充電的情況,反之充電則是屬于合位死區(qū)邏輯范疇。

        f)同理,對于CT1死區(qū)故障情況的動作行為與CT2死區(qū)故障同對應。

        2.2 雙側CT安裝情況

        母聯(lián)開關處有2組CT時,一般2組CT安裝在母聯(lián)開關的兩側(常見于GIS設備中),如圖1所示。此種情況一般是每側CT只有1個保護級二次繞組,而繼電保護要求母線元件必須雙重化配置,這樣2套保護的母聯(lián)電流就分別取自不同的CT二次繞組。為了分析方便假如第一套保護采用了CT1,而第二套保護采用了CT2。

        2.2.1 合位死區(qū)及動作行為分析

        當發(fā)生F2故障時,2套保護的獨立表現(xiàn)是:對于第一套保護,此故障屬于Ⅰ母線小差區(qū)外,Ⅱ母線小差區(qū)內,不判為合位死區(qū),第一套保護瞬跳母聯(lián)和Ⅱ母線元件;對于第二套保護,由前可知,此故障屬于Ⅰ母線小差區(qū)內,Ⅱ母線小差區(qū)外,母線保護是跳Ⅰ母線元件和母聯(lián),此時保護不需經(jīng)150 ms延時判死區(qū),死區(qū)故障就已經(jīng)切除了。

        2.2.2 分位死區(qū)及動作行為分析

        當發(fā)生F2故障時,2套保護的獨立表現(xiàn)是:第一套保護不動作,第二套保護判為分位死區(qū)故障跳Ⅱ母線元件。對于F1故障時,動作行為與F2故障同對應。

        2.2.3 充電死區(qū)及動作行為分析

        當Ⅰ母線向Ⅱ母線充電發(fā)生F2故障時,2套保護的獨立表現(xiàn)是:第一套母線保護內的充電保護動作跳母聯(lián),Ⅰ母線正常運行;第二套母線保護判為充電死區(qū)故障只跳母聯(lián),Ⅰ母線正常運行。對于Ⅱ母線向Ⅰ母線充電發(fā)生F1故障時行為與此類同對應。

        綜上所述,由于2套保護采用了不同安裝位置的CT電流,所以2套保護的動作行為出現(xiàn)了不一致的情況。雖然死區(qū)故障可以切除,但動作行為不是真正意義上繼電保護雙重化配置要求的結果。另外在實際的事故中,會對事故分析造成干擾,引起誤導錯判現(xiàn)象的發(fā)生。

        3 結論

        死區(qū)保護是母線保護中附帶的一個保護功能,在實際測試中容易被忽視,但母線保護是一個涉及多間隔的保護設備,在現(xiàn)場測試中不應忽視任何一個保護邏輯,應該充分理解和掌握母聯(lián)死區(qū)故障邏輯中的相互配合關系,理清各種死區(qū)故障的動作行為過程,避免出現(xiàn)試驗中的隨意性。另外,在母聯(lián)CT設計時,應要求一次設備廠家配有足夠數(shù)量的保護級二次繞組,以滿足2套母線保護電流的正常取用,真正實現(xiàn)保護雙重化配置的原則要求。

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