微機(jī)式母線保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

李松革

摘 要：本文主要論述了適用于35kV及以上電壓等級(jí)的母線保護(hù)系統(tǒng)，包括單母線、雙母線、單母線分段、雙母線單分段分段及一個(gè)半斷路器等多種接線型式的母線保護(hù)原理和設(shè)計(jì)思路，并簡(jiǎn)單闡述了當(dāng)前電力系統(tǒng)母線保護(hù)的主要特征。

關(guān)鍵詞：母線保護(hù)；微機(jī)數(shù)字式保護(hù)；硬件設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

母線是分配、傳送和匯集電能的電氣設(shè)備，是構(gòu)成電力系統(tǒng)中不可缺少的重要部分，近年來(lái)，隨著無(wú)人值班的變電站和變電站自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，為滿足速動(dòng)性、選擇性的要求，因此對(duì)于母線保護(hù)裝置的合理有效設(shè)計(jì)是非常重要的。要適用于Q/GDW 175-2013《變壓器、高壓并聯(lián)電抗器和母線保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范》和Q/GDW 767-2014《10kV～110kV元件保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范》所要求的母線保護(hù)技術(shù)規(guī)范。

2 概述

微機(jī)數(shù)字式母線保護(hù)具有高性能的通用硬件平臺(tái)、模塊化軟件設(shè)計(jì)、友好的人機(jī)界面、諧波監(jiān)測(cè)、負(fù)荷錄波、運(yùn)行過(guò)程準(zhǔn)確記錄、完善的裝置結(jié)構(gòu)、超強(qiáng)電磁兼容能超強(qiáng)電磁兼容能力、強(qiáng)大通信功能、滿足靈活多變的保護(hù)配置。裝置基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)，支持常規(guī)互感器接入方式，支持直接出口跳閘方式；支持IEC61850協(xié)議的站控層接入、間隔層的GOOSE閉鎖互聯(lián)和過(guò)程層的電子式互感器數(shù)字信號(hào)接入；可靈活地用于部分或全部采用智能一次設(shè)備的變電站，可適用于過(guò)程層直采直跳或各種組網(wǎng)方式?，F(xiàn)以我公司W(wǎng)MH-500數(shù)字母線保護(hù)裝置為例，對(duì)母線保護(hù)裝置的軟硬件構(gòu)成做簡(jiǎn)要的介紹。

3 硬件設(shè)計(jì)

裝置采用最新一代的軟硬件平臺(tái)，具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)。各種保護(hù)裝置的交流輸入、開(kāi)入/開(kāi)出、通信接口、人機(jī)接口、數(shù)據(jù)處理、通信處理等原理相同。只需稍加改變輸入輸出，就可實(shí)現(xiàn)不同的保護(hù)裝置。對(duì)于母線連接單元較少的方式，采用集中式（不配置子機(jī)）；對(duì)于連接單元較多的采用分布式（配置子機(jī)）。裝置采用功能模塊化設(shè)計(jì)思想，配置靈活通用等特性。裝置可直接與當(dāng)?shù)乇O(jiān)控通信，裝置具有多個(gè)以太網(wǎng)口。通信規(guī)約采用IEC61850、IEC60870-5-103等。

3.1 保護(hù)原理設(shè)計(jì)

3.1.1 母線差動(dòng)保護(hù)。本裝置的母差的起動(dòng)元件包括電壓工頻變化量、差流變化量和支路電流變化量元件，常規(guī)比率差動(dòng)元件和工頻變化量比率差動(dòng)元件，根據(jù)TA飽和波形特點(diǎn)設(shè)置了兩個(gè)TA飽和檢測(cè)元件，采用首半波同步識(shí)別法和諧波制動(dòng)閉鎖法。相電壓、三倍零序電壓、負(fù)序電壓閉鎖元件，當(dāng)保護(hù)條件滿足并延時(shí)達(dá)到整定值，保護(hù)動(dòng)作。

3.1.2 斷路器失靈保護(hù)。當(dāng)母線所連接的線路單元或變壓器單元上發(fā)生故障，保護(hù)動(dòng)作，而該連接單元斷路器拒動(dòng)時(shí)，作為近后備保護(hù)向母聯(lián)（或分段）斷路器及同一母線上的所有斷路器發(fā)送跳閘命令，切除故障。當(dāng)失靈開(kāi)入有效，失靈電流元件和失靈電壓均開(kāi)放時(shí)，斷路器失靈保護(hù)：經(jīng)失靈保護(hù)時(shí)限1延時(shí)后失靈條件仍滿足，則跳開(kāi)母聯(lián)分段斷路器；經(jīng)失靈保護(hù)時(shí)限2延時(shí)后失靈條件仍滿足，則跳開(kāi)母線上的所有各支路斷路器。對(duì)于變壓器間隔要同時(shí)啟動(dòng)變壓器間隔跳三側(cè)的功能。

3.1.3 母聯(lián)（分段）死區(qū)保護(hù)。母線分為并列運(yùn)行（聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合位）及分列運(yùn)行考慮。并列運(yùn)行（聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合位）時(shí)，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)一段母線及母聯(lián)開(kāi)關(guān)，裝置檢測(cè)到母聯(lián)開(kāi)關(guān)處于分位后經(jīng)延時(shí)確認(rèn)分列狀態(tài)，由差動(dòng)保護(hù)切除母聯(lián)死區(qū)故障。分列運(yùn)行時(shí)母聯(lián)（分段）開(kāi)關(guān)與母聯(lián)（分段）CT之間發(fā)生故障，由于母聯(lián)開(kāi)關(guān)已分位，故障母線滿足條件，直接斷開(kāi)故障母線，避免了故障范圍的擴(kuò)大。

3.1.4 母聯(lián)（分段）失靈保護(hù)。在雙母線運(yùn)行方式下，當(dāng)保護(hù)向母聯(lián)發(fā)送跳閘命令后，經(jīng)延時(shí)母聯(lián)電流還大于母聯(lián)分段失靈電流定值時(shí)，母聯(lián)失靈保護(hù)經(jīng)兩母線電壓閉鎖后斷開(kāi)兩母線上各元件。只有母聯(lián)開(kāi)關(guān)作為聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)時(shí)，才啟動(dòng)母聯(lián)失靈保護(hù)。當(dāng)裝置差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后、斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作后、母聯(lián)保護(hù)動(dòng)作或外部啟動(dòng)母聯(lián)失靈開(kāi)入有效時(shí)均起動(dòng)母聯(lián)失靈保護(hù)。

3.1.5 自動(dòng)識(shí)別充電狀態(tài)功能。正常運(yùn)行狀態(tài)下，母差進(jìn)行充電預(yù)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)：差動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，追溯一個(gè)周波（20ms）前的兩段母線電壓、母聯(lián)CT電流，當(dāng)檢測(cè)到僅有一段母線運(yùn)行并且母聯(lián)無(wú)流，且手合節(jié)點(diǎn)有效（“0”變?yōu)椤?”后的1s內(nèi)），裝置自動(dòng)識(shí)別為母聯(lián)斷路器對(duì)空母線充電（展寬300ms）。300ms內(nèi)閉鎖母差保護(hù)。

3.1.6 母聯(lián)（分段）充電過(guò)流保護(hù)。任一母線檢修再次投入使用之前，利用母聯(lián)（分段）斷路器對(duì)該母線進(jìn)行充電試驗(yàn)時(shí)可投入母聯(lián)（分段）充電過(guò)流保護(hù)，被試驗(yàn)?zāi)妇€有故障時(shí)，充電過(guò)流保護(hù)切斷故障。工程中未獨(dú)立配置獨(dú)立的母聯(lián)保護(hù)裝置時(shí)，可投入母聯(lián)（分段）充電過(guò)流保護(hù)，用于母線充電保護(hù)或作為線路的臨時(shí)保護(hù)使用。母聯(lián)充電過(guò)流保護(hù)為兩段式保護(hù)，兩段保護(hù)的電流定值、時(shí)間定值可獨(dú)立整定。

3.1.7 母聯(lián)非全相保護(hù)。當(dāng)母聯(lián)（分段）斷路器某相斷開(kāi)，母聯(lián)（分段）非全相運(yùn)行時(shí)，可由非全相保護(hù)延時(shí)跳開(kāi)三相。母聯(lián)（分段）非全相保護(hù)投入，且母聯(lián)（分段）非全相位置開(kāi)入合，當(dāng)母聯(lián)零序電流或母聯(lián)負(fù)序電流大于非全相零序（或負(fù)序）電流定值，經(jīng)延時(shí)跳開(kāi)母聯(lián)斷路器。

3.2 母線運(yùn)行方式識(shí)別。裝置通過(guò)開(kāi)入隔離刀閘位置判別母線的運(yùn)行方式，自動(dòng)識(shí)別運(yùn)行方式并跟蹤倒閘操作，同時(shí)對(duì)刀閘位置進(jìn)行自檢。刀閘變位發(fā)告警信號(hào)。

3.3 互聯(lián)狀態(tài)。兩段母線看做一段母線，單母線運(yùn)行方式，母線保護(hù)只有大差功能。這樣，無(wú)論任意段母線發(fā)生故障，大差將動(dòng)作于切除兩段母線上所有連接單元?；ヂ?lián)狀態(tài)除自動(dòng)進(jìn)入外，硬壓板和軟壓板進(jìn)入。裝置會(huì)自動(dòng)發(fā)“互聯(lián)”信號(hào)，提示運(yùn)行人員。

3.4 交流電壓斷線監(jiān)視。母線負(fù)序電壓、三相電壓幅值之和或任一線電壓為判據(jù)，發(fā)母線PT斷線告警。對(duì)于雙母線/雙母雙分段接線，雙母單分段接線保護(hù)裝置，PT斷線發(fā)告警信號(hào)，但不閉鎖保護(hù)。

3.5 交流電流斷線監(jiān)視。本裝置的CT斷線判別分為兩段：告警段和閉鎖段，大差電流大于CT異常電流定值時(shí)，發(fā)CT斷線告警信號(hào)，閉鎖母線差動(dòng)保護(hù)。

結(jié)語(yǔ)

微機(jī)式母線保護(hù)具有高性能的通用硬件平臺(tái)、模塊化軟件設(shè)計(jì)、友好的人機(jī)界面、諧波監(jiān)測(cè)、負(fù)荷錄波、運(yùn)行過(guò)程準(zhǔn)確記錄、完善的裝置結(jié)構(gòu)、超強(qiáng)電磁兼容能超強(qiáng)電磁兼容能力、強(qiáng)大通信功能、滿足靈活多變的保護(hù)配置，具有強(qiáng)大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，前景非常廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1] 賀家李，宋從矩，等。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理第二版[M].北京：北京水利出版社，1985.