摘要：論述了低壓系統(tǒng)裝設(shè)母線保護(hù)的必要性以及低壓系統(tǒng)母線保護(hù)電流互感器配置和選擇情況,通過分析比較,提出了變電站低壓系統(tǒng)母線保護(hù)在設(shè)計(jì)中需要注意的若干環(huán)節(jié)。一是分段開關(guān)位置的作用和引入量，二是對目前配置多套母線保護(hù)時(shí)存在的問題進(jìn)行分析，比較了兩種裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出了改進(jìn)意見。
0 引言
在電力系統(tǒng)中，35 kV 及以下電壓等級的母線由于沒有穩(wěn)定問題，一般未裝設(shè)母線保護(hù)。近年來,由于各種原因開關(guān)設(shè)備被嚴(yán)重?zé)龤?，有的甚至發(fā)展成"火燒連營"的事故時(shí)有發(fā)生。而主變壓器由于遭受外部短路電流沖擊損壞的事故也逐年增加，這些配網(wǎng)事故處理不當(dāng)甚至被擴(kuò)大發(fā)展為輸電網(wǎng)事故，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，已引起電力部門的廣泛關(guān)注。究其原因大多是因?yàn)闆]有裝設(shè)中低壓母線保護(hù)，未能快速切除故障造成的。為了保證變壓器及母線開關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行，根據(jù)繼電保護(hù)快速性的要求，迫切需要配置專用中低壓母線保護(hù)。
1 低壓母線裝設(shè)保護(hù)的必要性
由于中低壓母線上的出線多，操作頻繁，三相導(dǎo)體線間距離與大地的距離比較近，容易受小動(dòng)物危害，設(shè)備制造質(zhì)量比高壓設(shè)備差，設(shè)備絕緣老化和機(jī)械磨損，運(yùn)行條件惡劣，系統(tǒng)運(yùn)行條件改變，人為和操作錯(cuò)誤等原因，中低壓母線的故障幾率比高壓、超高壓母線高得多。但長期以來，人們對中低壓母線的保護(hù)一直不夠重視，大多采用帶有較大延時(shí)的后備保護(hù)來切除母線上的故障，往往使故障被發(fā)展、擴(kuò)大，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
2 低壓母線保護(hù)的配置與分析
2.1 低壓母線保護(hù)的分類
低壓母線保護(hù)一般有以下兩類：母線差動(dòng)保護(hù)和不差動(dòng)保護(hù)。
母線差動(dòng)保護(hù)是將母線上的各連接元件的電流互感器按同名相、同性連接到差動(dòng)回路,電流互感器的特性與變比均應(yīng)相同,若變比不能相同時(shí),可采用軟件進(jìn)行補(bǔ)償,滿足I=0。差動(dòng)元件的動(dòng)作電流按下述條件計(jì)算、整定,取其值:
1) 躲開外部短路時(shí)產(chǎn)生的不平衡電流; 2) 躲開母線連接元件中,負(fù)荷支路的負(fù)荷電流,以防止電流二次回路斷線時(shí)誤動(dòng)。
母線不差動(dòng)保護(hù)只需將連接于母線的各有電源元件上的電流互感器,接入差動(dòng)回路,在無電源元件上的電流互感器不接入差動(dòng)回路，帶短延時(shí)出口，且增加無電源元件保護(hù)動(dòng)作閉鎖條件。正常情況下差流為該母線上流過的負(fù)荷電流，如果發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，則差動(dòng)元件動(dòng)作，母差保護(hù)經(jīng)短延時(shí)動(dòng)作跳閘。若無電源元件發(fā)生故障，則無電源元件的保護(hù)動(dòng)作后閉鎖母差保護(hù)。
從上述可見因不差動(dòng)帶延時(shí)故差動(dòng)動(dòng)作速度更快，因不差動(dòng)要躲過母線負(fù)荷電流故差動(dòng)動(dòng)作靈敏度更高，因不差動(dòng)需要無電源元件的保護(hù)動(dòng)作閉鎖回路故差動(dòng)動(dòng)作可靠性更高，但從節(jié)約資金角度考慮不母差更具優(yōu)勢。
2.2 低壓母線保護(hù)的配置
綜合考慮母差保護(hù)速動(dòng)性、靈敏性和可靠性等方面的因素，河北南網(wǎng)選擇采用差動(dòng)保護(hù)。
為減少投資、簡化設(shè)計(jì)，當(dāng)一套母差能夠滿足現(xiàn)場需要時(shí)，一般采用配置一套母差的方案。但因一套母差裝置可接入的元件數(shù)有限，一般不超過21 個(gè)元件，當(dāng)站內(nèi)中、低壓母線元件較多時(shí)，一套母差無法完成母差功能，考慮檢修方便和設(shè)計(jì)的對稱性，一般采用每一條母線配置一套母差的方案。當(dāng)采用多套配置方案時(shí)要充分考慮母聯(lián)死區(qū)故障的問題。
3 低壓母線保護(hù)CT 的選擇
對于變電站電流互感器是三相還是兩相配置以及如何選擇等，在規(guī)程中并沒有明確的規(guī)定。因此，在不同的工程、不同的設(shè)計(jì)部門有不同的處理方法，筆者在下文進(jìn)行一些分析，以期得出一個(gè)較為統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方案。
3.1 配置比較
在電力系統(tǒng)中，35 kV 及以下電壓等級多采用兩電流互感器不星型接線，但由于被保護(hù)母線為小電流接地系統(tǒng)，假設(shè)在I 段母線的出線上發(fā)生A 相或C 相一點(diǎn)接地，在II 段母線上發(fā)生B 相一點(diǎn)接地時(shí)，II 段母差將可能拒動(dòng)，無法快速切除故障。
如果相應(yīng)的低壓母線保護(hù)裝設(shè)三相差動(dòng)元件，采用-B 電流接入則可解決上述問題，綜上所述，低壓母線保護(hù)應(yīng)采用三相CT 接線方式。
3.2 CT 的選擇
CT 的選擇要充分考慮母差保護(hù)本身的要求，及系統(tǒng)對CT 變比、伏安特性的要求，一般設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：
① 母差保護(hù)對、小CT 變比的范圍的要求;
② 根據(jù)系統(tǒng)短路容量選擇CT 變比和伏安特性，因防止母線出口故障CT 不滿足10%誤差而造成母差誤動(dòng)。
③ 對于所變等小容量設(shè)備CT 變比的選擇除要考慮上述問題外，還要考慮所變本身保護(hù)整定問題，防止因CT 變比過大而造成所變保護(hù)無法整定，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量選擇帶抽頭的CT，所變保護(hù)采用小變比，母差保護(hù)采用大變比。
4 設(shè)計(jì)中需要注意的幾個(gè)問題
4.1 分段開關(guān)位置量對母線保護(hù)的影響
下面以RCS-915 型母線保護(hù)為例母聯(lián)開關(guān)位置量在中所起的作用：
① 確定比率差動(dòng)的比率制動(dòng)系數(shù)的高、低兩個(gè)定值當(dāng)分段開關(guān)處于合位時(shí)即TWJ= "0"時(shí)比率制動(dòng)系數(shù)取高值，當(dāng)分段開關(guān)處于分位時(shí)即TWJ="1"時(shí)為防止弱電源側(cè)母線發(fā)生故障時(shí)大差比率制動(dòng)差動(dòng)元件靈敏度不夠，比率制動(dòng)系數(shù)自動(dòng)取低值。
② 確定充電保護(hù)的動(dòng)作當(dāng)利用分段斷路器對其中一段母線進(jìn)行充電試驗(yàn)時(shí)，母線保護(hù)將對分段開關(guān)位置量進(jìn)行判斷，即TWJ 位置開入由"1"變?yōu)?quot;0"，或TWJ= "1"時(shí)母聯(lián)由無電流變?yōu)橛须娏鲃t母聯(lián)充電保護(hù)開放300ms。
③ 分段死區(qū)保護(hù)邏輯判斷分段開關(guān)位置量在RCS-915 分段死區(qū)保護(hù)中相當(dāng)重要。若母線分列運(yùn)行，分段在跳位時(shí)，發(fā)生死區(qū)故障，如分段開關(guān)位置量開入出錯(cuò)，即母線保護(hù)判斷為分段合位，可能導(dǎo)致將母線全切除。
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4.2 現(xiàn)場對分段開關(guān)位置量引入問題的考慮
通過對分段開關(guān)位置量在RCS-915 型母線保護(hù)中所起作用的分析可看出，分段開關(guān)位置量開入的正確與否直接影響到母線保護(hù)的動(dòng)作邏輯。
按裝置要求，分段開關(guān)位置量的引入可采用取分段開關(guān)位置輔助觸點(diǎn)或分段開關(guān)位置繼電器的觸點(diǎn)。取分段開關(guān)位置輔助觸點(diǎn)可直接反映開關(guān)的實(shí)際位置，但此回路發(fā)生異常時(shí)，值班員不易發(fā)現(xiàn);取分段開關(guān)位置繼電器的觸點(diǎn)雖然是間接反映分段開關(guān)的位置，但優(yōu)點(diǎn)在于回路有異常時(shí)可通過分段開關(guān)的信號回路較為直觀地發(fā)現(xiàn)。通過以上的分析及現(xiàn)場接線的方便，我們采用了取分段開關(guān)跳閘位置繼電器的動(dòng)合觸點(diǎn)作為母線保護(hù)中分段開關(guān)位置量的開入。
為使母線保護(hù)分段開關(guān)位置量開入符合現(xiàn)場實(shí)際，并且在分段開關(guān)檢修時(shí)不造成保護(hù)的誤動(dòng)或拒動(dòng)，經(jīng)與生產(chǎn)廠家技術(shù)人員進(jìn)行研究后，我們在保護(hù)屏上增加了"分段開關(guān)檢修時(shí)投入"壓板。此壓板的功能在于當(dāng)其投入時(shí)強(qiáng)制對母線保護(hù)進(jìn)行分段開關(guān)位置量的開入，即TWJ 反應(yīng)始終為"1"。此壓板的作用主要是分段開關(guān)檢修或?qū)ζ鋫鲃?dòng)試驗(yàn)時(shí)，不會(huì)影響微機(jī)母線保護(hù)的運(yùn)行。因?yàn)楫?dāng)分段開關(guān)檢修或?qū)ζ鋫鲃?dòng)試驗(yàn)時(shí)分段開關(guān)可能進(jìn)行分合，其位置反映并不代表它在運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)母線保護(hù)并未退出運(yùn)行，所采集的分段開關(guān)的位置量可能會(huì)造成錯(cuò)誤的邏輯判斷，一旦發(fā)生母線故障，母線保護(hù)就有誤動(dòng)或拒動(dòng)的可能。所以增加此壓板并要求值班員只要分段開關(guān)在檢修或開關(guān)斷開時(shí)投入此壓板，對分段開關(guān)恢復(fù)運(yùn)行前退出此壓板。
4.3 注意分段死區(qū)故障問題
目前各主要保護(hù)廠家所生產(chǎn)的低壓母差保護(hù)，大多沿襲原高壓母差保護(hù)軟、硬件配置而來，由于低壓母線出線較多，一套裝置的接線單元可能不夠，當(dāng)采用多套裝置時(shí)應(yīng)充分注意母聯(lián)死區(qū)故障的問題。以下就南瑞，南自公司的低壓配置多套裝置時(shí)對分段死區(qū)故障處理方法及存在的問題進(jìn)行分析。
4.3.1 南瑞繼保
南瑞公司目前的低壓母線保護(hù)裝置RCS915AB-DM 是按照單母分段、單母三分段主接線在每段母線裝設(shè)一套母差保護(hù)設(shè)計(jì)的。該裝置為防止在分段熱備用時(shí)發(fā)生分段死區(qū)故障時(shí)保護(hù)拒動(dòng)或多跳一段母線擴(kuò)大事故范圍，當(dāng)分段開關(guān)在分位時(shí)，相應(yīng)分段電流從差動(dòng)保護(hù)中退出，此時(shí)發(fā)生死區(qū)故障，CT 側(cè)母差裝置直接將故障母線切除，事故范圍不擴(kuò)大。同時(shí)為防止在有分段備自投或手合分段的情況下，分段合閘時(shí)會(huì)有較大的電流，此時(shí)若將分段電流仍從差動(dòng)保護(hù)中退出，母差將會(huì)有較大的差電流有可能誤動(dòng)，因此，將備自投投分段的觸點(diǎn)和手合(遙合)觸點(diǎn)并聯(lián)接入母差，母差保護(hù)內(nèi)定義一個(gè)"分段合閘開入"，當(dāng)母差在此觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)重新將分段電流計(jì)入母差，防止誤動(dòng)。當(dāng)分段開關(guān)位置開入量錯(cuò)誤時(shí)可能出現(xiàn)以下兩種情況:1)若母線分列運(yùn)行，分段在跳位，如分段開關(guān)位置量開入出錯(cuò)，即母線保護(hù)判斷為分段合位，發(fā)生死區(qū)故障，可能導(dǎo)致分段側(cè)母差誤切除而CT 側(cè)母差拒動(dòng)。2)若母線并列運(yùn)行，分段在合位，如分段開關(guān)位置量開入出錯(cuò)，即母線保護(hù)判斷為分段分位，如此時(shí)分段電流不計(jì)入母差，則可能導(dǎo)致兩套母差均動(dòng)作。相比而言，后者更易出現(xiàn)且后果更惡劣。因此該裝置為提高裝置的可靠性，分段的開關(guān)位置觸點(diǎn)引入雙位置節(jié)點(diǎn)，當(dāng)雙位置觸點(diǎn)異常時(shí)默認(rèn)為合位;同時(shí)裝置在判斷分段跳位邏輯加入了電流判據(jù)，電流越限后判分段在合位。
目前這種裝置仍存在如下缺陷：1)該裝置只在分段熱備用時(shí)退出相應(yīng)分段電流，當(dāng)分段電流大于0.04In時(shí)分段電流不退出，當(dāng)母線并列運(yùn)行時(shí)發(fā)生死區(qū)故障，開關(guān)側(cè)母差保護(hù)動(dòng)作造成多跳一段母線， CT 側(cè)母差由于此時(shí)不判分段位置而拒動(dòng)，此時(shí)只能由本側(cè)主變低壓側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作切除故障。2)母線并列運(yùn)行時(shí)，當(dāng)一段母線故障而分段開關(guān)失靈時(shí)，相鄰母差保護(hù)此時(shí)不滿足動(dòng)作條件，只能由本側(cè)主變低壓側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作切除故障。
4.3.2 國電南自
國電南自公司產(chǎn)的WMZ-41B 型母線保護(hù)裝置一般接入單元數(shù)量為24 個(gè)，可視情況調(diào)整單元數(shù)或增設(shè)裝置。但當(dāng)出線較多如采用一套裝置，將造成屏面、端子排、電纜布置困難等問題，故一般采用多套母差的配置方案。
以邯鄲供電公司220 kV 崇州站為例，低壓35 kV側(cè)為單母三分段接線，由于低壓分路較多，采用兩套WMZ-41B 母線保護(hù)裝置，Ⅰ母、Ⅱ母元件接入母差裝置一，Ⅲ母元件接入母差裝置二，母差裝置一與母差裝置二間相互給出動(dòng)作觸點(diǎn)，即一套母差裝置動(dòng)作觸點(diǎn)作為一個(gè)開入接入另外一套母差裝置。無論Ⅱ母、Ⅲ母分列運(yùn)行還是并列運(yùn)行時(shí)，如發(fā)生分段死區(qū)故障，開關(guān)側(cè)母線保護(hù)滿足動(dòng)作條件跳開本母線并向CT 側(cè)母線保護(hù)發(fā)動(dòng)作信號，若此時(shí)CT側(cè)母線保護(hù)判分段仍有電流，則動(dòng)作切除本母線元件;分段失靈后的動(dòng)作行為分析同上。
存在缺陷：正常運(yùn)行方式下，即分段開關(guān)在斷位母線分列運(yùn)行時(shí)，如發(fā)生分段死區(qū)故障或分段開關(guān)失靈情況時(shí)，分段開關(guān)兩側(cè)母差均會(huì)動(dòng)作造成不必要的過切。
4.3.3 改進(jìn)建議
從上述分析可以看出南瑞繼保的母差解決了正常運(yùn)行方式下即分段開關(guān)在斷位母線分列運(yùn)行時(shí)，分段死區(qū)或分段失靈故障能正確動(dòng)作、不過切的問題。但在分段開關(guān)在合位母線并列運(yùn)行時(shí)，分段死區(qū)故障時(shí)不能正確、及時(shí)切除故障。國電南自的母差雖然在任何方式下，如發(fā)生分段死區(qū)或分段失靈故障時(shí)均能快速切除故障，但正常運(yùn)行方式下分段開關(guān)在斷位母線分列運(yùn)行，分段死區(qū)或分段失靈故障會(huì)造成過切。
導(dǎo)致出現(xiàn)上述問題的根本原因是：母差保護(hù)接入單元有限，必須配置多套母差，從而造成只能將分段間隔作為出線看待接入母差，故母差保護(hù)中的分段死區(qū)、分段失靈等功能不能再使用。
因此用一套母差完成低壓母線的母差功能是解決方案，因此筆者對于低壓出線較多一套母差無法直接接入的情況提出如下建議：將同一母線CT 變比相同的不同間隔的CT 二次電流接成和回路接入母差裝置的一個(gè)間隔，母差保護(hù)該間隔的出口分別跳上述CT 并接的開關(guān)，這樣就解決了一套母差接入間隔數(shù)量不足的問題，從而可將分段開關(guān)接入母差的分段間隔，可以使用母差保護(hù)中的分段死區(qū)、分段失靈等功能解決了上述問題;但此方案不適用于雙母線接線方式。
5 結(jié)語
為了保證變壓器及低壓母線開關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行，根據(jù)繼電保護(hù)快速性的要求，應(yīng)在220～500kV 變電站配置專用低壓母線保護(hù)。低壓母線保護(hù)的設(shè)計(jì)中應(yīng)注意CT 的設(shè)置、CT 變比、CT 伏安特性的選擇，同時(shí)還應(yīng)注意母差數(shù)量的配置及分段開關(guān)死區(qū)或失靈故障的合理解決。
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