孟清波

摘要：母線是變電站中非常重要的部分， 母線在電力的傳輸過程中起到了匯聚以及分配的功能。如果變電站中的母線上出現了故障， 將給點了系統(tǒng)帶來非常嚴重的故障， 給與母線相連的設備造成損壞以及停運， 將導致大面積的停電事故。

母線保護要求很高的快速性、靈敏性、選擇性以及靈敏性， 對于220 k V變電站的母線保護， 一般采用差動保護的原理， 為保證保護動作的可靠性， 采取了TA斷線閉鎖以及復壓閉鎖兩種方式[1，2]。母線保護通過電流互感器檢測電流， 確認是否發(fā)生母線故障并定位故障點的位置， 使故障母線上的所有線路上的斷路器斷開， 使得停電范圍得以最大程度的減少， 降低負荷損失。

1 微機母線保護的原理

微機母線保護能夠利用整定調整系數對TA系數進行設置， 構成母線保護中與TA相關的判據。微機母線保護具有多種接口， 能夠使用不同的通信方式與變電站的后臺相連接， 使后臺能夠實現母線相關的遙控與遙信。微機保護將電流的瞬時值精心精確測量以及計算， 實現母線保護的比率差動制動特性。

根據差動保護原理， 在正常情況下， 流入母線的電流與流出母線的電流的向量和為零， 若母線上發(fā)生了短路故障， 該向量和等于故障電流[3，4]。保護裝置檢測到故障電流后， 選擇性地將故障切除， 其保護范圍包括母線上連接的所有電力設備。

現有110 k V及以上電壓等級的系統(tǒng)通常采用雙母線方式， 其相應的母線保護采用大差回路以及小差回路共同組成母線保護， 能夠反映母線的單向故障以及相間故障。母線的差動判據一般包括大差判據以及小差判據。大差判據是通過檢測母線上除母聯斷路器和分段斷路器之外的所有線路的電流之和， 小差判據是通過檢測母線上包括母聯斷路器和分段斷路器在內的所有支路電流之和。大差判據能夠區(qū)別故障的范圍是區(qū)內還是區(qū)外， 通常被用于作為啟動元件;小差判據能夠判斷故障具體是出現在哪條母線上， 通常被用于作為選擇元件。

如果是小差保護動作， 則保護最先斷開母聯斷路器， 隨后將與故障相連的母線上所有線路的斷路器全部斷開。如果是大差保護動作， 則是在第一時間將母線上所有的斷路器全部跳開， 而不去判斷故障是出在哪條母線上。因此從減小停電范圍的角度出發(fā)， 母線保護通常是將小差保護投入， 利用小差保護作出故障母線的選擇。而只有在倒母的時候才將母差保護設置為大差保護， 用以防止刀閘并列的時候出現環(huán)流導致保護誤動作。

母線保護裝置通常包括邏輯處理部分、復壓閉鎖部分以及管理部分。邏輯處理部分通過采集系統(tǒng)中母線相關的開關量以及模擬量， 通過相關數據的邏輯處理后做出判斷， 再輸出相應信號以斷開故障點。復壓閉鎖部分通過檢測母線的電壓信號， 根據相關數據判斷是否滿足閉鎖母線保護的條件， 并相應控制母線保護閉鎖繼電器。管理部分則完成人機交互、數據記錄、與后臺的通訊等功能。

2 母線差動保護試驗方法

根據基爾霍夫定律， 正常狀況下母線上所有支路的電流向量和為零， 當出現故障時， 電流的向量和不為零[5，6]。以BP-2B母線保護裝置為例， 為防止電流互感器飽和時出現的不平衡電流導致誤動作， 采取了復式比率差動原理， 通過引入差電流， 使得在發(fā)生母線外故障時具有較強的制動特性。BP-2B母線保護裝置的復式比率差動判據如下式所示。

式中， Idset為差電流整定值， Kr為比率系數， Ir為母線上所有支路電流的絕對值之和， Id為母線上所有支路的電流向量和的絕對值。

在現場校驗母線保護裝置時， 選擇接入保護裝置中的幾組間隔進行試驗。在現場做好安全措施后， 根據圖紙確定出各個線路對應的電流回路。通過查看相關資料確定各個間隔相應母差保護所用的CT變比， 得出CT調整系數K， 再根據定值單找到差流門檻值Idser、小差制動系數Kr1以及大差制動系數Kr2。再利用繼保儀向保護裝置輸入相應電流量， 使得大差、小差電流為零。之后逐步加大某條支路 （如I母上間隔1） 的電流， 直到保護動作， 記錄各個輸入保護裝置的電流大小以及相位， 驗證保護裝置的選擇性以及制動系數的正確性。

3? 復式比率制動系數試驗

以圖 1 的模擬主接線為例，其中支路 1、支路 2、支路 3 及母聯 CT 變比一致，保護裝置為 BP-2C 型，復式比率制動系數試驗方法如下。

3.1驗證大差 Kr 高值

盡可能降低復式比率母差保護啟動電流定值（假設啟動電流定值為 0.2In）并開放復壓閉鎖條件，模擬支路 1 的Ⅰ M 刀閘合位接點、支路 3 的Ⅰ M 刀閘合位接點、支路 2 的Ⅱ M 刀閘合位接點和母聯開關合位接點在閉合狀態(tài)。在支路 1、支路 3 分別加入大小相同、方向相反的 A 相電流 I1（大于 0.2In），在支路 2 加入A 相電流 I2（小于 0.2In）。將支路 1、支路 3 電流 I1 固定，緩慢增大支路 2 電流 I2，使Ⅱ M 差動保護動作，記下保護剛好動作時的兩個電流值，計算此時 Id 與的 Ir 值，由復式比率母差保護動作判據可驗證大差 Kr 高值。

3.2驗證大差 Kr 低值

盡可能降低復式比率母差保護啟動電流定值（假設啟動電流定值為 0.2In）并開放復壓閉鎖條件，模擬支路 1 的Ⅰ M 刀閘合位接點、支路 3 的Ⅰ M 刀閘合位接點、支路 2 的Ⅱ M 刀閘合位接點和母聯開關分位接點在閉合狀態(tài)。在支路 1、支路 3 分別加入大小相同、方向相反的 A 相電流 I1（大于 0.2In），在支路 2 加入A 相電流 I2（小于 0.2In）。將支路 1、支路 3 電流 I1 固定，緩慢增大支路 2 電流 I2，使Ⅱ M 差動保護動作，記下保護剛好動作時的兩個電流值，計算此時Id與Ir值，由復式比率母差保護動作判據可驗證大差 Kr 低值。

3.3 驗證小差 Kr 值

盡可能降低復式比率母差保護啟動電流定值（假設啟動電流定值為 0.2In）并開放復壓閉鎖條件，模擬支路 1 的Ⅰ M 刀閘合位接點和支路 3 的Ⅰ M 刀閘合位接點在閉合狀態(tài)。在支路1加入A相電流I（大于 1 0.2In），在支路 3 加入 A 相電流 I2，注意 I1 與 I2 方向相反，大小相同。將支路 1 電流 I1 固定，緩慢增大支路 3 電流I2，使Ⅰ M 差動保護動作，記下保護剛好動作時的兩個電流值，計算此時 Id 與 Ir 值，由復式比率母差保護動作判據可驗證小差 Kr 值。

4 結論

母線故障是變電站內最嚴重的故障之一， 對變電站的安全運行具有重要影響。為了降低電力設備運行時出現嚴重后果的概率， 220 k V及以上電壓等級的變電站通產采用了母線保護裝置。在母線保護裝置的運行維護過程中， 相關專業(yè)人員應當熟悉母線保護的根本原理， 并正確調試母線保護裝置， 才能使母線保護裝置的作用得以發(fā)揮， 提高電力系統(tǒng)運行的安全性。

參考文獻

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