母線保護(hù)使用母聯(lián)位置繼電器時(shí)的相關(guān)問題探討

王啟盛

（湖南省電力公司檢修公司，湖南長(zhǎng)沙，410004）

0 引言

母線是電力系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成元件，母線保護(hù)能否正確動(dòng)作對(duì)于電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。母線保護(hù)的誤動(dòng)和拒動(dòng)都將造成嚴(yán)重的后果，母線保護(hù)誤動(dòng)將造成大面積的停電；母線保護(hù)拒動(dòng)將可能造成電力設(shè)備的損壞甚至系統(tǒng)的瓦解[1]。

目前微機(jī)型母線保護(hù)[2,3,4,5]在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用越來越普及，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，微機(jī)型母線保護(hù)在軟硬件設(shè)計(jì)方面并非足夠完善，微機(jī)型母線保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)時(shí)有發(fā)生。因此對(duì)可能導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)的動(dòng)作行為進(jìn)行深入分析成為提高電網(wǎng)穩(wěn)定水平的當(dāng)務(wù)之急。

母聯(lián)位置繼電器在母線保護(hù)中起著關(guān)鍵性的作用，應(yīng)用在母線保護(hù)的很多保護(hù)邏輯中。對(duì)其使用不當(dāng)將可能導(dǎo)致裝置的保護(hù)邏輯不嚴(yán)謹(jǐn)。

1 母線差動(dòng)保護(hù)中關(guān)于母聯(lián)電流的計(jì)算問題

1.1 母線差動(dòng)保護(hù)原理

母線差動(dòng)保護(hù)的基本原則是基爾霍夫電流定律。理想情況下，當(dāng)正常運(yùn)行或保護(hù)范圍外發(fā)生故障時(shí)，流入母線和流出母線的電流相等，差電流等于零；當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)，差電流等于故障電流。實(shí)際工程中，考慮到 TA傳變誤差、TA飽和等因素的影響，差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流通常按躲開外部故障時(shí)產(chǎn)生的最大不平衡電流整定。

圖1所示為雙母線接線方式。其中：G11、G12、G21、G22、G31、G32、G41、G42為各支路單元隔離開關(guān)的輔助觸點(diǎn)。GM1、GM2為母聯(lián)單元隔離開關(guān)的輔助觸點(diǎn)。

圖1 母線差動(dòng)保護(hù)計(jì)算示意圖

支路TA同極性端在母線側(cè)，母聯(lián)斷路器TA的同極性端在Ⅰ母?jìng)?cè)。用高電平“1”表示觸點(diǎn)閉合，低電平“0”表示觸點(diǎn)斷開。保護(hù)裝置差動(dòng)電流的計(jì)算可表示為式(1-1)～(1-3)。

式（1-1）表示大差電流的計(jì)算，大差不用考慮刀閘位置，對(duì)于雙母線接線方式，大差是由除母聯(lián)斷路器以外的母線所有其余支路電流構(gòu)成，其作用是區(qū)分母線內(nèi)還是母線外故障。式（1-2）、（1-3）分別表示Ⅰ母、Ⅱ母小差電流的計(jì)算，小差是由該母線所相連的全部支路電流構(gòu)成，包括與該條母線相關(guān)的母聯(lián)斷路器電流。其作用是區(qū)分該條母線內(nèi)故障還是該條母線外故障，作為故障母線的選擇元件。

1.2 差動(dòng)保護(hù)中關(guān)于母聯(lián)電流的計(jì)算問題

從差動(dòng)電流的計(jì)算公式中可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于母聯(lián)斷路器電流的計(jì)算只采集了母聯(lián)合位繼電器HWJML。在通常情況下GM1、GM2一般在合位，僅通過采集斷路器位置就可以判斷出母聯(lián)的運(yùn)行方式。但是母聯(lián)斷路器并非總處在正常運(yùn)行方式或熱備用方式。例如在母聯(lián)斷路器處于檢修狀態(tài)下，檢修工作期間可能分合母聯(lián)斷路器。假設(shè)這時(shí)有高壓試驗(yàn)人員對(duì)母聯(lián)TA進(jìn)行試驗(yàn)。

這時(shí)，差流計(jì)算會(huì)出現(xiàn)以下情況：

（1）如果母聯(lián)斷路器在檢修中處于合位時(shí)，那么HWJML=1；

（2）如果在高壓試驗(yàn)中有電流流過母聯(lián)TA一次側(cè)，其二次側(cè)會(huì)感應(yīng)出電流；或者此時(shí)對(duì) TA進(jìn)行變比試驗(yàn)，同樣可能讓TA二次側(cè)出現(xiàn)電流。按照差動(dòng)電流的計(jì)算公式（1-2）、（1-3），這時(shí)候的母聯(lián)電流會(huì)參與小差計(jì)算，但是它并非反映運(yùn)行實(shí)際的一次電流，因此將導(dǎo)致差流計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤。

如果在此時(shí)Ⅰ母發(fā)生故障，由于差流計(jì)算出錯(cuò)，會(huì)使Ⅰ母差動(dòng)元件的靈敏度受到影響。若母聯(lián)感應(yīng)電流與Ⅰ母其他單元的電流和方向相反，可能會(huì)使Ⅰ母差保護(hù)拒動(dòng)，還會(huì)使正常運(yùn)行的Ⅱ母誤動(dòng)。

由上面的分析可以看出，差動(dòng)保護(hù)中對(duì)母聯(lián)單元電流計(jì)算時(shí)只采集母聯(lián)HWJML是不合理的。

1.3 解決方案

為了防止母差保護(hù)誤動(dòng)，有兩種解決方案。

（1）在母線保護(hù)裝置加裝母聯(lián)檢修壓板。當(dāng)母聯(lián)單元檢修時(shí)此壓板投入，不管母聯(lián)斷路器位置如何，母聯(lián)電流不參與差流計(jì)算。目前RCS-915型母線保護(hù)裝置就采取了這種方法。

（2）修改差動(dòng)電流算法如式（1-4）～（1-6）所示。

新的算法使母聯(lián)電流參與計(jì)算時(shí)不僅取決于母聯(lián)斷路器位置，還與母聯(lián)單元隔離開關(guān)位置相關(guān)。這樣，當(dāng)母聯(lián)單元處于檢修狀態(tài)時(shí)，由于兩側(cè)隔離開關(guān)斷開，GM1=0、GM2=0，母聯(lián)電流不再參加差流計(jì)算，從而從根本上解決了問題。

2 大差比率制動(dòng)系數(shù)的自動(dòng)調(diào)整

2.1 大差比率制動(dòng)系數(shù)

圖2 大差比率制動(dòng)系數(shù)的自動(dòng)調(diào)整

在圖2中，參與大差計(jì)算的電流為I1～I(xiàn)4；參與Ⅰ母小差計(jì)算的電流為I2、I4及IML；參與Ⅱ母小差元件的電流為I1、I3及IML。當(dāng)母聯(lián)斷路器在合閘位置時(shí)，Ⅰ母發(fā)生短路故障，各個(gè)電流都流向Ⅰ母。在各個(gè)電流都是同相位的情況下Ⅰ母小差元件的差動(dòng)電流為母小差元件的制動(dòng)電流也為，兩者之比為1。大差元件的差動(dòng)電流與制動(dòng)電流與Ⅰ母小差相同，兩者之比也為1。

為保證母聯(lián)斷路器斷開時(shí)母差保護(hù)的動(dòng)作靈敏度，通常保護(hù)裝置會(huì)自動(dòng)降低大差元件的比率制動(dòng)系數(shù)。比率差動(dòng)元件的比率制動(dòng)系數(shù)K有高低兩個(gè)定值，可自行整定。當(dāng)母聯(lián)開關(guān)處于合閘位置時(shí)，比率差動(dòng)元件采用比率制動(dòng)系數(shù)高值，而當(dāng)母聯(lián)開關(guān)處于分閘位置，即母線分列運(yùn)行時(shí)，比率差動(dòng)元件自動(dòng)轉(zhuǎn)換為比率制動(dòng)系數(shù)低值。

2.2 母聯(lián)TWJ對(duì)比率制動(dòng)系數(shù)調(diào)整的影響

母聯(lián)開關(guān)TWJ對(duì)比率差動(dòng)元件的比率制動(dòng)系數(shù)是采用高值還是低值有著直接的影響。對(duì)RCS-915型母線保護(hù)來說，只要有母聯(lián)開關(guān)的TWJ 開入，就認(rèn)為母線處于分列運(yùn)行方式，比率差動(dòng)元件的比率制動(dòng)系數(shù)就采用低值；對(duì)BP-2B型母線保護(hù)來說，只要母聯(lián)TWJ常開輔助觸點(diǎn)開入為“0”，常閉輔助觸點(diǎn)開入為“1”，比率差動(dòng)元件的比率制動(dòng)系數(shù)就采用低值。對(duì)SG B750型母線保護(hù)來說，由于大差固定為低值0.3，故不存在該問題。

對(duì)于前兩種將比率制動(dòng)系數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整的母線保護(hù)來說，應(yīng)當(dāng)考慮到的是，母聯(lián)開關(guān)斷開時(shí)，還有可能是一條母線停電，另一條母線在運(yùn)行的情況。例如，在檢修某母線刀閘的時(shí)候。這時(shí)仍然將大差比率制動(dòng)系數(shù)由高值0.5降至低值0.3，提高了大差元件的靈敏度，但這樣做只會(huì)增加母線保護(hù)誤動(dòng)的幾率。

2.3 解決方案

為了避免上述情況造成母線保護(hù)誤動(dòng)，有必要正確分辨母線的分列運(yùn)行方式?？梢栽囅胩砑恿硗庖粋€(gè)變量以提高判據(jù)的完整性。

分析發(fā)現(xiàn)，可以引入母線電壓變量，將母線電壓與母聯(lián)TWJ結(jié)合即可正確分辨雙母線運(yùn)行方式。當(dāng)母聯(lián)開關(guān)處于斷位，并且兩條母線均有電壓時(shí)，定義為母線分列運(yùn)行方式；當(dāng)母聯(lián)開關(guān)處于斷位，而只有一條母線有電壓時(shí)，定義為停一條母線運(yùn)行方式。在母線分列運(yùn)行方式，大差轉(zhuǎn)換為低值；在停一條母線運(yùn)行方式，大差保持為高值。經(jīng)過改造判據(jù)之后，能有效防止由于籠統(tǒng)地將比率制動(dòng)系數(shù)降低造成的母線誤動(dòng)。

3 死區(qū)保護(hù)

3.1 雙母并列運(yùn)行時(shí)母聯(lián)死區(qū)故障

圖3 死區(qū)故障

如圖3-1所示，事故前雙母并列運(yùn)行。若TA與母聯(lián)斷路器間死區(qū)發(fā)生故障，其動(dòng)作過程如下：故障發(fā)生，大差和Ⅱ母小差同時(shí)動(dòng)作跳開Ⅱ母上各連接元件和母聯(lián)斷路器。由于Ⅰ母母線保護(hù)不動(dòng)，短路故障依然存在。故把母聯(lián)斷路器和母聯(lián)TA之間稱作死區(qū)。這種短路故障只能依靠母聯(lián)失靈保護(hù)帶較長(zhǎng)的延時(shí)跳開Ⅰ母各斷路器才能被切除。為了縮短切除時(shí)間，專設(shè)了母聯(lián)死區(qū)保護(hù)。

母聯(lián)死區(qū)保護(hù)的動(dòng)作條件是：①母線差動(dòng)保護(hù)發(fā)過Ⅱ母的跳令；②母聯(lián)斷路器已跳開；③母聯(lián)TA任一相仍有電流；④大差元件與Ⅱ母小差元件動(dòng)作后一直不返回。

3.2 雙母分列運(yùn)行時(shí)母聯(lián)死區(qū)故障

雙母分列運(yùn)行方式時(shí)，當(dāng)發(fā)生死區(qū)故障后，為了避免母差保護(hù)跳開Ⅱ母各斷路器繼而造成兩條母線全部都被切除的嚴(yán)重后果。采取當(dāng)兩母線都有電壓時(shí)，根據(jù)母聯(lián)開關(guān)TWJ位置封鎖母聯(lián)TA。此時(shí)母聯(lián)斷路器電流不再計(jì)入小差。再出現(xiàn)死區(qū)故障時(shí)，大差及Ⅰ母小差都能動(dòng)作跳Ⅰ母上的各斷路器，而由于Ⅱ母小差不動(dòng)，Ⅱ母就不會(huì)被誤切除了。

3.3 存在的問題

在實(shí)際運(yùn)行中，開關(guān)二次輔助回路經(jīng)常會(huì)因?yàn)榻佑|不良、觸點(diǎn)粘連等原因造成二次輔助觸點(diǎn)未變位的情況。若母聯(lián)開關(guān)在分位，而二次輔助觸點(diǎn)未變位，即TWJ 開入仍為0 的情況。由圖2可知，母聯(lián)電流仍計(jì)入小差電流，死區(qū)保護(hù)不滿足動(dòng)作條件。若發(fā)生死區(qū)故障，大差有差流，Ⅰ母母差差流為0，Ⅱ母母差有差流，但由于母聯(lián)開關(guān)在分位，Ⅱ母電壓正常，Ⅱ母復(fù)合電壓閉鎖條件并不滿足，Ⅱ母母差保護(hù)拒絕動(dòng)作，延長(zhǎng)了切除故障母線的時(shí)間，給電力設(shè)備的安全和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成危害。

3.4 解決方案

分析可知，母差保護(hù)誤跳非故障母線的原因是二次輔助觸點(diǎn)異常或未正確變位，導(dǎo)致TWJ開入為0 ，母聯(lián)電流沒有退出小差電流計(jì)算，而復(fù)合電壓閉鎖條件不滿足造成Ⅱ母母差保護(hù)拒絕動(dòng)作延時(shí)切除故障母線的后果。

針對(duì)這一問題，參考SG B750數(shù)字式母線保護(hù)裝置的死區(qū)保護(hù)邏輯，采用分列壓板和母聯(lián)TWJ相結(jié)合的方式[2]。在倒閘操作的時(shí)候，由運(yùn)行人員投入分列壓板，以便保護(hù)裝置正確區(qū)分母線分列運(yùn)行方式，從而有效地防止保護(hù)拒動(dòng)，提高裝置的可靠性。

4 小結(jié)

本文針對(duì)母聯(lián)HWJ/TWJ在母差保護(hù)邏輯的使用過程中，可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行了全面的分析和探討。

（1）母線差動(dòng)保護(hù)中，對(duì)于母聯(lián)單元電流的計(jì)算，僅僅使用母聯(lián)HWJ是不夠的。應(yīng)當(dāng)考慮到母聯(lián)單位檢修對(duì)差動(dòng)電流計(jì)算的影響?？梢酝ㄟ^配置母聯(lián)檢修壓板、修改差動(dòng)電流算法來完善保護(hù)邏輯。

（2）雙母線保護(hù)中，母線分列運(yùn)行時(shí)為了適應(yīng)保護(hù)靈敏度的要求，自動(dòng)降低大差比率制動(dòng)系數(shù)。但是應(yīng)當(dāng)考慮到一條母線運(yùn)行、一條母線檢修的運(yùn)行方式不應(yīng)該降低大差比率制動(dòng)系數(shù)。

（3）在死區(qū)保護(hù)中，當(dāng)母聯(lián)TWJ觸點(diǎn)粘連時(shí)，將導(dǎo)致保護(hù)裝置無法辨認(rèn)出死區(qū)故障，從而死區(qū)保護(hù)無法正確動(dòng)作。通過將母聯(lián)TWJ與分列壓板相結(jié)合，可以優(yōu)化保護(hù)動(dòng)作邏輯。

[1]國(guó)家電力調(diào)度通信中心.國(guó)家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009

[2]國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司.SG B750數(shù)字式母線保護(hù)裝置技術(shù)說明書[R].2010

[3]南瑞繼保電氣有限公司.RCS-915CD(CT)型微機(jī)母線保護(hù)裝置技術(shù)和使用說明書[R].2006

[4]深圳南瑞科技有限公司.BP-2B微機(jī)母線保護(hù)裝置技術(shù)說明書[R].2006

[5]許繼電氣股份有限公司.許繼電氣WMH-800A母線保護(hù)裝置使用說明書[R].2007