淺談PCS—915母線保護(hù)

【摘要】母線故障是電氣故障中最嚴(yán)重的故障之一，母聯(lián)開關(guān)作為母線的連接元件，如果母線發(fā)生失靈或發(fā)生故障將對保護(hù)的動(dòng)作邏輯產(chǎn)生很大影響。而這類故障發(fā)生的概率雖然較小，但一旦發(fā)生必將給系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來極為嚴(yán)重的影響。PCS-915是新一代母線保護(hù)措施，本文就PCS-915在變電站的保護(hù)作用加以介紹，并就其雙失靈情況進(jìn)行簡單的分析。

【關(guān)鍵詞】PCS-915；母線保護(hù)；母聯(lián)失靈

1.引言

RCS-915系列母線保護(hù)是南京南瑞繼保電氣有限公司的一款主流產(chǎn)品，在變電站繼電保護(hù)現(xiàn)場已經(jīng)成功應(yīng)用近十年時(shí)間，積累了豐富的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。而PCS-915母線保護(hù)則是在此基礎(chǔ)上研發(fā)出的全新一代母線保護(hù)。它繼承了RCS-915系列母線保護(hù)的所有優(yōu)點(diǎn)，并在保護(hù)原理方面有了進(jìn)一步的創(chuàng)新和改進(jìn)，同時(shí)人機(jī)接口方面更加友好，全面支持新一代的數(shù)字化變電站的應(yīng)用要求。

但是在測試中，我們發(fā)現(xiàn)PCS-915在雙失靈（先支路斷路器失靈、后母聯(lián)失靈）的情況下，沒有對母聯(lián)失靈做出判別，是為雙失靈功能缺失，沒有及時(shí)跳開另一條母線，導(dǎo)致故障持續(xù)發(fā)展。對此，下面以PCS-915NS型母線保護(hù)裝置為例，淺談其雙失靈功能的缺失。

2.PCS-915母線保護(hù)原理

2.1 硬件的工作原理

本裝置是以南瑞繼保的先進(jìn)的UAPC平臺研制為基礎(chǔ)進(jìn)行研發(fā)的，UAPC平臺具有以下諸多優(yōu)點(diǎn)：①硬件的軟件模塊化使得通用靈活，且具有強(qiáng)大的擴(kuò)展能力。②具備良好的性能，安全可靠且抗干擾能力顯著。③具有能夠進(jìn)行數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化管理的接口本裝置基于南瑞繼保先進(jìn)的UAPC平臺研制，UAPC平臺的主要特點(diǎn)是：硬件軟件模塊化，通用靈活，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展能力，高性能、高可靠性、高抗干擾能力，支持?jǐn)?shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的接口。

裝置硬件原理如圖1所示。

2.2 軟件的工作原理

系統(tǒng)主程序能夠按照固定的周期不斷相應(yīng)外部中斷，同時(shí)在相關(guān)的中斷服務(wù)程序中進(jìn)行模擬量的采集與過濾，并采集開采量、自檢裝置硬件是否正常、檢查外部異常情況、計(jì)算啟動(dòng)邏輯等，最后根據(jù)是否滿足啟動(dòng)條件而進(jìn)入正常程序運(yùn)行或使得正常程序的運(yùn)行發(fā)生故障。

正常的運(yùn)行程序在自檢裝置時(shí)，裝置不正常就會發(fā)出警告信號，這種信號通常分為兩種，一種是異常運(yùn)行報(bào)警，這時(shí)裝置不會立即閉鎖，而是通知檢修人員進(jìn)行相應(yīng)處理；另一種是閉鎖報(bào)警信號，這種信號發(fā)出的同時(shí)系統(tǒng)會立即自動(dòng)將裝置閉鎖并保護(hù)退出。

故障計(jì)算程序負(fù)責(zé)各種保護(hù)算法計(jì)算的運(yùn)行和跳閘邏輯的判斷。裝置的啟動(dòng)和DSP的保護(hù)兩者的故障計(jì)算程序是各自獨(dú)立運(yùn)行的，只有當(dāng)兩者同時(shí)判斷故障出現(xiàn)時(shí)，裝置才會作出相應(yīng)的反應(yīng)。

3.變電站母線失靈保護(hù)的要求

2012年發(fā)布的《南方電網(wǎng)220kV母線保護(hù)技術(shù)規(guī)范》對母線失靈做出以下的要求：“對于運(yùn)行中變電站220kV電壓等級采用各間隔判別斷路器失靈的情況”、“失靈保護(hù)應(yīng)有失靈跟跳本間隔、跳母聯(lián)（分段）斷路器和跳相鄰斷路器的功能”。其對于開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出的部分關(guān)于失靈的要求摘錄如表1所示。

PCS-915NS型母線保護(hù)裝置設(shè)有母線差動(dòng)保護(hù)、母聯(lián)（分段）過流保護(hù)、母聯(lián)（分段）非全相保護(hù)、母聯(lián)死區(qū)保護(hù)、母聯(lián)（分段）失靈保護(hù)、啟動(dòng)分段失靈保護(hù)及斷路器失靈保護(hù)功能。適用于各種電壓等級的雙母四分段主接線，母線上允許所接的線路與元件數(shù)最多為24個(gè)（包括母聯(lián)/分段），并可滿足有母聯(lián)兼旁路運(yùn)行方式主接線系統(tǒng)的要求。

4.PCS-915母聯(lián)失靈保護(hù)原理

母聯(lián)失靈保護(hù)動(dòng)作需要以下三個(gè)條件同時(shí)滿足：

（1）母差保護(hù)動(dòng)作跳一母（二母）；充電保護(hù)動(dòng)作；外部啟動(dòng)母聯(lián)失靈投入且同時(shí)有開入；投母聯(lián)過流啟動(dòng)母聯(lián)失靈且母聯(lián)過流保護(hù)動(dòng)作。（此四個(gè)條件任意一個(gè)滿足即可）

（2）母聯(lián)A、B、C相電流任意一相大于母聯(lián)失靈定值。

（3）一母（二母）電壓閉鎖開放。

如圖1所示，可見在母聯(lián)為合位的狀態(tài)下，一母小差和二母小差都將母聯(lián)電流計(jì)算在內(nèi)。以一母為例，無論是一母區(qū)內(nèi)或區(qū)外故障時(shí)，當(dāng)母線大差達(dá)到門檻值啟動(dòng)母差，一母小差達(dá)到門檻值且一母（二母）母線電壓閉鎖開放，將啟動(dòng)母差跳一母（二母）。

5.變電站中的應(yīng)用

PCS-915系列的母線保護(hù)裝置所采用的是面向間隔對象的母線保護(hù)設(shè)計(jì)。而由于這種方式的的采用，裝置能夠便捷的與各種特殊主接線方式相適應(yīng)匹配，例如某些系統(tǒng)中的特殊接線方式（圖3所示）。這種方式與傳統(tǒng)的雙母單分段主接線方式主要的不同之處在于特殊開關(guān)B2的存在，這個(gè)特殊開關(guān)由多種功能可以分別作為分段、母聯(lián)1、母聯(lián)2開關(guān)。同時(shí)B2之路上串聯(lián)限流電抗器，用于檢修母線的充電。而對于該保護(hù)在差動(dòng)回路中的位置必須根據(jù)其刀閘位置的組合關(guān)系來加以確定。

對于大型的變電站尤其是高電壓等級的變電站，大多存在：①電纜消耗量大。②因電流互感器二次電纜過長而導(dǎo)致電流互感器負(fù)擔(dān)重。③跳閘電纜的長度過長使得電磁的兼容出現(xiàn)問題等。對與此類的問題的解決可以通過選擇分布式母線保護(hù)來加以解決。根據(jù)變電站的實(shí)際情況，既可以選擇按照每個(gè)間隔來配置母線子站來便于間隔檢修，也可以根據(jù)現(xiàn)場的間隔布置情況使用多個(gè)間隔使用一個(gè)子站來降低母線保護(hù)的整體成本。在實(shí)現(xiàn)分布式母線通信環(huán)節(jié)的同時(shí)提高整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)的安全可靠性。

在電力系統(tǒng)中，通常母線的主接線方式會隨系統(tǒng)容量增加而發(fā)生改變。例如在一起工程中采用雙母單分段主接線方式，在二期工程中采用雙分母雙分段主接線方式。在二期工程的改造過程中因母線保護(hù)二次回路的改造工作量十分巨大，需要將大量的電源、開入開出電纜以及電壓等由一面母線保護(hù)屏改接變?yōu)閮擅婺妇€保護(hù)屏，正如圖4所示（改圖僅為電流回路的改造示意圖）。

采用PCS-915系列分布式母線保護(hù)方式可以使得改造過程中關(guān)于二次回路的改造工作量大幅減少，如圖5所示，母線各從機(jī)的間隔接入情況可根據(jù)改造后的開斷點(diǎn)進(jìn)行分配，在雙母單分段接線方式下母線主機(jī)接入所有從機(jī)；而在二期改造成雙母雙分段后，所有原從機(jī)的二次回路中的電纜都可以不用移動(dòng)，只要安上一個(gè)新的母線主機(jī)，同時(shí)改變從機(jī)與主機(jī)之間的光纖連接方式即可。而當(dāng)母線主機(jī)的保護(hù)方式均為雙母雙分段時(shí)，上述的分布式母線方案的提出可以減少主接線改變時(shí)母線改造所引起的二次回路的改造工作量，母線保護(hù)實(shí)際使用中沒有分布式安裝的需求，即分布式母線主機(jī)與從機(jī)可以集中安裝。

6.存在問題及原因分析

當(dāng)出線1A點(diǎn)發(fā)生故障，斷路器SK1發(fā)生拒動(dòng)，母差保護(hù)延時(shí)跟跳SK2，再延時(shí)200ms失靈跳母聯(lián)SK2，此時(shí)SK2也發(fā)生拒動(dòng)，故障電流仍然存在，母聯(lián)失靈動(dòng)作跳開一母及二母上所有開關(guān)。但在實(shí)際試驗(yàn)中，當(dāng)SK2也失靈時(shí)，PCS-915保護(hù)只是判斷為一母失靈，跳開一母上所有開關(guān)，但是由于SK1、SK2均失靈拒動(dòng)，致使故障電流一直存在，將依靠二母上支路的遠(yuǎn)后備保護(hù)來切除故障，無疑會對系統(tǒng)造成很大的影響。存在這種動(dòng)作誤區(qū)是因?yàn)樵谂袆e母聯(lián)失靈時(shí)需要失靈電流大于母聯(lián)過電流動(dòng)作定值。發(fā)生連續(xù)開關(guān)失靈時(shí)，故障點(diǎn)在一母的出線上，母聯(lián)合位、TWJ為1。

7.結(jié)束語

PCS-915母線保護(hù)繼承了其之前系列中母線保護(hù)設(shè)備中的先進(jìn)技術(shù)手段，可以廣泛的應(yīng)用于各種電壓等級的常規(guī)變電站中的不同主接線方式。但對于層的數(shù)字化處理還有很多工作需要完善，在國際市場中對此類的保護(hù)提出很多新的需求，例如支路死區(qū)保護(hù)、按支路配置的反時(shí)限過流保等，這些都有待進(jìn)一步的研究開發(fā)。

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