一種母線保護在中壓配電母線的應(yīng)用分析

吳瓊

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

一種母線保護在中壓配電母線的應(yīng)用分析

吳瓊

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

以銅陵金冠銅業(yè)動力中心中壓配電系統(tǒng)為例，比較出線過流閉鎖式母線保護和微機型不完全母差保護原理，提出在大型廠礦的中壓配電母線裝設(shè)中壓母線專用保護的必要性和可行性，并提出了微機型不完全母差保護的方案、優(yōu)缺點以及改進意見。

中壓電網(wǎng)；不完全差動母線保護；饋線過電流閉鎖

隨著系統(tǒng)短路容量不斷提升，接入大型廠礦配電系統(tǒng)高壓電動機負荷的增加以及節(jié)能型發(fā)電機組的投運，使得中壓母線短路時產(chǎn)生的短路穩(wěn)態(tài)電流和沖擊電流過大，對母線所屬設(shè)備造成了極其嚴(yán)重的破壞。業(yè)內(nèi)常規(guī)的做法是利用主變低后備跳10 kV進線開關(guān)或依靠進線過流保護延時切除短路故障，沒有設(shè)置專門的母線保護。有文章指出中壓母線發(fā)生故障，各種燃弧時間對設(shè)備造成的破壞作用是不同的，35 ms時沒有顯著破壞；100 ms時損壞較小；500 ms時設(shè)備損壞很嚴(yán)重。而主變低后備或進線過流保護的動作時間一般在1～2 s,故障延時切除時間過長，可能會造成配電裝置嚴(yán)重?zé)龤В瑢ΜF(xiàn)場運行人員也會造成嚴(yán)重的傷害，必須更換部分設(shè)備后再投入運行，從而引起大范圍停電，造成重大的經(jīng)濟損失[1]。

銅陵金冠銅業(yè)動力中心中壓配電系統(tǒng)為兩回分段運行的單母線。作為大型廠礦的10 kV中壓配電母線，由于余熱發(fā)電機組作為電源點接入配電網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇姽疽约癎B/T50062-2008規(guī)范的要求，銅陵金冠銅業(yè)動力中心設(shè)置10 kV不完全母差保護。本文比較出線過流閉鎖式母線保護和微機型不完全母差保護原理，提出此次在動力中心應(yīng)用PA300微機型不完全母差保護的優(yōu)缺點和改進方向。

1 兩種母線保護原理區(qū)別

1.1 出線過流閉鎖式母線保護

這種保護適用于只有一條回路做為電源回路的中低壓母線。當(dāng)母線發(fā)生進線故障時，只有電源回路流過短路電流；而當(dāng)饋線發(fā)生短路故障時，發(fā)生短路的饋線和進線都有故障電流流過，從而實現(xiàn)區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障的判別。因此當(dāng)任意一條出線流過短路電流，即向母線保護發(fā)出閉鎖命令；如果出線保護均不啟動，母線保護要經(jīng)過短延時確認出線保護均不啟動，母線保護才允許動作[2]。

1.2 微機型不完全母差保護

此方案的原理是將連接于母線上的有源元件的電流互感器接入差動回路，饋線回路電流互感器不接入母差回路。這樣構(gòu)成的母線不完全差動保護實質(zhì)上是一種過電流保護，母線上有故障時，保護將動作跳開母線上所有有源元件。為了實現(xiàn)保護的選擇性，采用饋線過流閉鎖的方法，將母線上各饋線保護的過電流無延時啟動信號作為閉鎖母線不完全差動保護的信號，當(dāng)區(qū)外發(fā)生故障，饋線過電流保護動作閉鎖差動保護。

2 基于PA300－B不完全母差保護軟件原理

2.1 PA300-B軟件原理

母線差動保護采用 “具有比率制動特性的不完全電流差動保護原理”。接入母線上電源線路的三相電流，通過各自的模擬通道、數(shù)據(jù)采集變換,形成相應(yīng)的數(shù)字量后按各相別分別計算差電流。為了防止未接入差動保護的無源線路故障導(dǎo)致母差保護誤動，從差動閉鎖開入1或2接入線路保護的預(yù)動作信號。

回路1、2為I段母線電源電流回路,回路3為II段母線電源電流回路，回路4側(cè)為分段開關(guān)流回路(方向指向I段母線)。回路1、2、3電流構(gòu)成大差元件，回路1、2、4電流構(gòu)成I母小差元件，3、4電流構(gòu)成II母小差元件。大差元件為起動元件，I母和II母小差元件為故障選擇元件。

2.2 差動保護邏輯

差動保護邏輯見圖1。

圖1 差動保護邏輯

2.3 差動保護定值設(shè)置

對于每相的差動判據(jù)，取各單元電流之和的絕對值作為差動電流，取各單元電流絕對值之和作為制動電流，其差動判據(jù)如下。

1）啟動條件：

2）動作條件：

式中：K為比率制動系數(shù),取K=0．5；Ij為第j個有源元件的電流；Icdzd為差動電流起動定值；Kk為可靠系數(shù),取Kk=1．2；Iph為連接至母線的饋線電流，需考慮躲過大型電動機起動和部分變壓器過載情況；Kr為繼電器返回系數(shù)。

2.4 差動保護閉鎖回路

為了確保故障線路保護裝置發(fā)出的閉鎖信號被無延時地傳遞到母線保護中，采用了硬接點匯合成信號小母線的直接電氣傳輸方案。母線差動保護設(shè)置差動閉鎖開入1和2，所有饋線保護裝置投入預(yù)出口,并將饋線過電流定值設(shè)置成預(yù)出口定值。當(dāng)采樣定值超過過電流定值,即發(fā)送動作信號,閉鎖不完全母差保護,其固有動作時間需＜30 ms。母差保護固有動作時間不低于50 ms,從而與饋線保護裝置配合,接收過電流閉鎖信號。但母差保護固有動作時間也不能過大,否則,將造成母線故障延誤切除,引發(fā)配電裝置損壞。根據(jù)引言提出數(shù)據(jù)，擬設(shè)定差動保護延時動作時間100 ms。

3 PA300－B不完全母差保護優(yōu)缺點和改進意見

3.1 PA300-B不完全母差保護優(yōu)點

1）相對于出線過流閉鎖式母線保護，此種保護適應(yīng)能力強，能適用于常規(guī)中壓母線。母差保護裝置信號接入的交流采樣通道數(shù)量和采樣數(shù)據(jù)的處理要求相對較低，有利于此方案的推廣應(yīng)用，大大降低了中壓母線保護的硬件成本[3]；

2）此保護裝置能夠設(shè)置大差小差定值,實現(xiàn)故障母線的選擇,不需增設(shè)功率繼電器判斷故障母線,縮小故障停電范圍。

3）由于引入了比率制動的算法和“同步識別法”抗TA飽和措施,抑制了近端短路時,由于故障線路電流互感器飽和而可能造成的差動保護誤動。

4）本方案采用硬接點將饋線閉鎖信號接入母差裝置中。如采用網(wǎng)絡(luò)通訊手段傳遞過流閉鎖信號,為了提高傳輸?shù)目煽啃院退矔r性,需要采用超高速以太網(wǎng)傳輸,提高對饋線及母差保護的要求,極大增加了相關(guān)設(shè)備投資。

3.2 PA300-B不完全母差保護缺點

1）相對于出線過流閉鎖式母線保護，需增設(shè)專用母差保護裝置，設(shè)備保護投資相對較高。

2）本裝置只設(shè)定了4個電源輸入回路，雖然對于常規(guī)雙母線和單母分段母線保護適用，但對于有2條以上小型發(fā)電機接入回路的母線則不適用。軟件不滿足一次系統(tǒng)接線要求。

3）由于母差裝置本身無法實現(xiàn)區(qū)內(nèi)區(qū)外故障區(qū)分，需要從差動閉鎖開入1或2接入線路保護的預(yù)動作信號從而實現(xiàn)母差保護的閉鎖。因此要將饋線閉鎖信號并接入此裝置開入接點，帶來的問題是如果饋線任意裝置出現(xiàn)問題，如裝置告警，則母差閉鎖功能會喪失，可能引起誤動作。

3.3 本次不完全母差保護改進意見

1）建議設(shè)定6個電源輸入回路，可以應(yīng)對多電源接入系統(tǒng)的中壓母線，另外，為了提高定值靈敏度，可接入較大負荷回路電流，減小差動啟動定值，從而提高CPU處理能力。

2）建議母線保護增設(shè)復(fù)合電壓閉鎖回路，引入低電壓和負序電壓閉鎖可以適當(dāng)降低啟動電流，提高保護裝置的靈敏度，避免大電機啟動可能引起的母線保護誤動作。

3）建議饋線保護開出帶有方向的過電流閉鎖。如果沒有安裝帶有方向的過電流閉鎖，則母線發(fā)生故障時，饋線電動機回路會因提供朝向母線方向的反饋電流，導(dǎo)致饋線回路誤發(fā)出閉鎖母線保護的命令，而使母線設(shè)備長時承受過大的短路電流，對設(shè)備將可能造成嚴(yán)重的損害。

4）建議饋線保護增設(shè)裝置故障告警閉鎖。中壓配電母線饋線一般為十幾條甚至數(shù)十條；因此運行中的保護裝置一旦發(fā)生裝置故障，將無法送出饋線閉鎖信號，造成裝置誤動，極大影響整套裝置的可靠性。因此建議增設(shè)饋線裝置告警故障閉鎖回路，引入母線保護裝置，一旦發(fā)生饋線裝置告警或故障，將閉鎖母線保護，防止因饋線裝置自身異?；蚬收希鹉妇€保護誤動。

[1] 陳浪.中壓母線裝設(shè)電弧光保護的重要性[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2009(8):54-56.

[2] 劉艷芬.中低壓電網(wǎng)母線保護的研究和應(yīng)用[D].保定：華北電力大學(xué)，2009.

[3] 梁曉亮，王波，張勇.幾起10 kV母線故障分析及其保護裝置的研發(fā)和應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化,2004，28(17):97-99.

Application and Analysis on Busbar Protection in MV Distribution Busbar

WU Qiong
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Taking MV power distribution system of Tongling Jinguan Copper Industry Power Center as an example,the paper makes the comparison between outgoing over-current blocking busbar protection and micro-computer incomplete differential busbar protection principle,puts forward the necessity and feasibility of special MV busbar protection installed in MV distribution busbar of large plant/mine,and introduces schemes,advantages/disadvantages and improvement comments of micro-computer incomplete differential busbar protection.

MV power grid;incomplete differential busbar protection;feeder over-current blocking

TM77

B

1004-4345(2015)03-0075-03

2014-06-03

吳瓊（1979—），女，工程師，主要從事電力系統(tǒng)運行與優(yōu)化工作。