淺談如何保護(hù)變電站10kV母線

摘要：在10kV變電站的日常管理和電力供應(yīng)工作中，母線的管理和保護(hù)是十分重要的內(nèi)容，只有采取有效的保護(hù)措施，才能使母線的故障發(fā)生率降至最低，保證母線回路中所有供電設(shè)備的正常運行。文章根據(jù)母線運行特征和電力供應(yīng)要求制定合理的母線保護(hù)方案，采用先進(jìn)、有效的母線保護(hù)手段，使變電站的供電管理工作取得更加長足的進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：變電站；10kV母線；母線保護(hù)；日常管理；電力供應(yīng)；供電設(shè)備 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM773 文章編號：1009-2374（2016）14-0131-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.066

隨著我國國民經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展和電力事業(yè)的日益進(jìn)步，各類變電站的建設(shè)速度和管理水平在全國各地都保持著迅猛增長的態(tài)勢。然而，與電力供應(yīng)事業(yè)蓬勃發(fā)展的現(xiàn)狀相矛盾的卻是我國變電站母線管理和保護(hù)工作水平的落后，這嚴(yán)重制約了電力供應(yīng)事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。為了使變電站母線保護(hù)工作水平和電力供應(yīng)事業(yè)發(fā)展水平得到有效提高，我們應(yīng)當(dāng)高度重視母線保護(hù)技術(shù)和手段的學(xué)習(xí)、引進(jìn)，采用最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)理念和保護(hù)措施，提升母線保護(hù)水平和供電管理水平。

1 變電站母線保護(hù)概述

母線是變電站的重要設(shè)備之一，又被稱為匯流排，在整個電力運輸和配送中起著十分關(guān)鍵的作用，因此，母線保護(hù)是變電站繼電保護(hù)的重要組成部分。母線故障在電力供應(yīng)中屬于非常嚴(yán)重的故障，直接影響了所有母線連接設(shè)備的安全可靠運行，容易導(dǎo)致大面積的停電事故和用電設(shè)備損壞事故，將對電力系統(tǒng)產(chǎn)生極為不利的影響。母線保護(hù)措施和手段必須具備劃分內(nèi)部故障和外部故障的功能，并能確定具體的故障段落，從而立即采取短路故障切除措施，將電力供應(yīng)中斷帶來的損失降到最小。在變電站的電力供應(yīng)系統(tǒng)中，母線的主要功能是將電能進(jìn)行匯合和分配，當(dāng)流進(jìn)母線的電流等于從母線流出的電流時，母線處于正常運行情況，也就是差流為零。當(dāng)流進(jìn)母線的電流與從母線流出的電流不相等，也就是差流不為零時，則可判斷變電站的電力供應(yīng)發(fā)生了故障。如不能及時解決母線故障，則會造成母線回路內(nèi)的所有電力設(shè)備受到不良影響，導(dǎo)致整個電力供應(yīng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題，而在變電站采取母線保護(hù)措施的目的就是保證差流一直維持在零的狀態(tài)。

2 變電站10kV母線保護(hù)工作基本要求

變電站的10kV母線具有短路水平高、影響范圍大的特點，10kV母線故障主要是由設(shè)備老化、操作失誤、自然災(zāi)害等引起的，當(dāng)電力供應(yīng)系統(tǒng)和設(shè)備受到?jīng)_擊后，絕緣子對地放電，母線回路中產(chǎn)生單相接地故障，隨后短路電弧發(fā)生位移，母線故障轉(zhuǎn)為兩相或三相接地短路。在進(jìn)行變電站10kV母線保護(hù)方案設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮到保護(hù)措施的穩(wěn)定性和可靠性，有效防止拒動、誤動等情況的發(fā)生。當(dāng)變電站10kV母線發(fā)生拒動故障時，必須對進(jìn)線端采取后備過流的操作來消除故障，給電力供應(yīng)和變電管理造成了麻煩，而誤動現(xiàn)象則會直接導(dǎo)致變電站的電力供應(yīng)不穩(wěn)定或中斷，直接影響電力供應(yīng)的安全性和有效性。在母線保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)置上，應(yīng)當(dāng)秉著簡單、方便的設(shè)計原則，盡量避免一次性增加過多的電力設(shè)備和裝置，使電力保護(hù)操作和電力供應(yīng)改造工作的實施得以順利進(jìn)行。母線保護(hù)方式的設(shè)置應(yīng)當(dāng)盡量不受到電力運行工作的制約或影響，保證電源進(jìn)線切換、電力元件運行、微機保護(hù)等工作流程都能充分適應(yīng)母線連接方式的改變。

3 變電站10kV母線保護(hù)方案

3.1 差動保護(hù)措施

母線差動保護(hù)是變電站10kV母線區(qū)內(nèi)故障的主要保護(hù)模式，當(dāng)母線發(fā)生故障時，進(jìn)出的電流平衡被打破，通過對電力平衡情況和電流相位一致情況的判斷就能及時發(fā)現(xiàn)供電故障。一旦發(fā)現(xiàn)母線出現(xiàn)故障，供電系統(tǒng)立即啟動保護(hù)動作元件，將母線上的所有斷路器都斷開。當(dāng)兩根母線同時運行時，保護(hù)裝置有針對性地將母聯(lián)開關(guān)和與發(fā)生故障的母線有聯(lián)系的進(jìn)出線路斷路器斷開，使電力供應(yīng)停止的范圍縮小到最低限度。

在任意一組母線經(jīng)檢修后重新投入使用之前，利用母聯(lián)斷路器對該母線進(jìn)行充電實驗，并使其進(jìn)入母聯(lián)充電保護(hù)模式，一旦母線發(fā)生故障，即可對母聯(lián)采取充電保護(hù)措施，將故障切除。當(dāng)母聯(lián)斷路器的斷開狀態(tài)變?yōu)殚]合狀態(tài)或流經(jīng)的電流大于0.2A時，則開放充電保護(hù)，并維持300ms。如果此時的母聯(lián)電流大于充電保護(hù)整定電流，則將母聯(lián)切除。母聯(lián)的電流保護(hù)可分為三段，任意一段通過修改控制字均可作為充電保護(hù)，如果充電保護(hù)控制字退出，則可進(jìn)行一般性的電流保護(hù)。當(dāng)任意一相母聯(lián)電流大于電流整定值時，將母聯(lián)開關(guān)斷開。

在母線差動保護(hù)體系向母聯(lián)發(fā)出跳閘命令后，經(jīng)過整定延時操作，如母聯(lián)電流仍大于母聯(lián)失靈電流定值，則將母線欠壓閉鎖，切除母線連接的所有元件。當(dāng)母線所連接的元件經(jīng)跳閘整定后母聯(lián)電流仍大于失靈電流值，則立即斷開母聯(lián)斷路器和所有與母線連接的元件的斷路器。為了避免出現(xiàn)主變壓器的內(nèi)部故障，復(fù)合電壓元件的不啟動有可能導(dǎo)致母線保護(hù)拒動，這時可通過投退控制字的方式將對應(yīng)線路變?yōu)橹?，消除母線故障的進(jìn)一步影響。當(dāng)雙母線同時運行、母聯(lián)處于合位時，發(fā)生母聯(lián)死區(qū)側(cè)母線小差動作，將母聯(lián)開關(guān)斷開，如果母聯(lián)電流大于母聯(lián)失靈電流，再延時100ms將母聯(lián)電流退出小差計算，經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖后將母聯(lián)死區(qū)側(cè)母線迅速切除。當(dāng)雙母線同時運行、母聯(lián)處于分位時，發(fā)生母聯(lián)死區(qū)故障，如果母聯(lián)電流大于母聯(lián)失靈電流，則延時100ms將母聯(lián)電流退出小差計算，經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖后將母聯(lián)死區(qū)側(cè)母線切除。

3.2 快速保護(hù)措施

快速保護(hù)是指當(dāng)變電站10kV母線發(fā)生故障時，先將母線分段的電閘斷開，再將主變的10kV電閘斷開，然后按實施時間的長短設(shè)定，并對復(fù)合電壓和復(fù)合電流進(jìn)行閉

鎖操作，使有條件跳分段和主變低壓側(cè)得到快速保護(hù)。

復(fù)合電流閉鎖快速保護(hù)由主變變低10kV母線側(cè)后備保護(hù)裝置和10kV母線出線保護(hù)裝置中的電流閉鎖裝置發(fā)出作用，當(dāng)10kV母線出現(xiàn)相間短路現(xiàn)象時，閉鎖元件能及時發(fā)現(xiàn)故障并予以處理，同時流進(jìn)主變變低開關(guān)的電流陡然增大，適當(dāng)閉鎖元件發(fā)出閉鎖信號，10kV母線保護(hù)回路獲取信號后將10kV母線閉鎖，形成快速保護(hù)作用。當(dāng)將10kV母線快速保護(hù)設(shè)備設(shè)為投入控制字，且10kV母線分段開關(guān)位于斷開位置使，表明10kV母線出現(xiàn)故障，閉鎖元件做出動作、發(fā)出信號，10kV母線快速保護(hù)系統(tǒng)將主變開關(guān)延時斷開，10kV母線閉鎖元件閉鎖自投，分段開關(guān)設(shè)置投入控制字，閉鎖10kV母線快速保護(hù)電流。當(dāng)10kV母線的電容器、電抗器等啟動操作時，閉鎖電流返回，解除對母線區(qū)域的閉鎖。

3.3 數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)保護(hù)措施

數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用10kV母線的綜合保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)保護(hù)裝置對電力供應(yīng)系統(tǒng)予以保護(hù)，10kV母線回路中的綜合胃鏡保護(hù)裝置在母線接入數(shù)字通訊接口，并配備10kV母線保護(hù)服務(wù)流程程序，利用Profibus等技術(shù)手段實現(xiàn)10kV母線的通信綜合保護(hù)自動化網(wǎng)絡(luò)功能，加強變電站電力供應(yīng)有效性和穩(wěn)定性。

為了加強變電站10kV母線數(shù)字網(wǎng)絡(luò)保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用效果，利用數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)將測量數(shù)據(jù)、監(jiān)測情況、控制命令高等傳至數(shù)字信號控制臺。同時建立數(shù)字信號和監(jiān)測信號傳輸通道，將變電站綜合系統(tǒng)中的繼電保護(hù)功能延伸至10kV母線數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)保護(hù)系統(tǒng)。

當(dāng)10kV母線保護(hù)管理單元發(fā)出詢問信號時，電源進(jìn)線端斷路器斷開，各個回路的斷路器也同時斷開，電力供應(yīng)保護(hù)元件接收信號后也做出綜合保護(hù)反應(yīng)，發(fā)出跳閘命令。10kV母線數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)保護(hù)系統(tǒng)中，母線保護(hù)管理單元是各類故障處理和命令信號的收集中心，并向回路中的各個設(shè)備發(fā)出處理指令，通過斷開開關(guān)燈方式切除10kV母線故障。

3.4 電弧光傳感技術(shù)保護(hù)措施

當(dāng)10kV母線出現(xiàn)故障時，保護(hù)動作在100ms內(nèi)產(chǎn)生，斷路器斷開，將母線故障切除。當(dāng)電弧光設(shè)備檢測到弧光的產(chǎn)生和電流流量的增加時，發(fā)出跳閘命令信號，電弧光傳感器將該信號傳給動作單元，動作單元檢測到信號后又接著發(fā)出跳閘信號，使10kV母線斷路器斷開。電弧光傳感系統(tǒng)的主單元由電流檢測系統(tǒng)和斷路器檢測系統(tǒng)構(gòu)成，當(dāng)10kV母線出現(xiàn)短路情況時，電流和弧光傳感器發(fā)出信號，主單元收集到信號后予以分辨和處理，并發(fā)出10kV母線回路開關(guān)斷開命令，將母線故障切除?；」鈧鞲衅魑挥谧冸娬?0kV母線控制系統(tǒng)中，是一種光感應(yīng)元件，在接收故障信號后發(fā)出強光，并將其轉(zhuǎn)化為命令信號傳至回路及其中的各部件，從而及時將短路故障消除。

10kV母線電弧光傳感保護(hù)系統(tǒng)中的輔助單元在弧光傳感器發(fā)出信號后收集命令信息，并將其傳給主單元，主單元則在儀器顯示屏上顯示輔助單元和傳感器設(shè)備的信號編號，從而實現(xiàn)命令信號的準(zhǔn)確傳輸和處理。

4 結(jié)語

總的來說，隨著科學(xué)技術(shù)手段日新月異的發(fā)展和我國電力供應(yīng)事業(yè)的不斷進(jìn)步，變電站管理工作和母線保護(hù)工作正發(fā)揮著越來越重要的作用。各級電力供應(yīng)部門和變電站有關(guān)管理人員應(yīng)當(dāng)予以母線保護(hù)工作應(yīng)有的重視，學(xué)習(xí)和引進(jìn)國內(nèi)外的先進(jìn)母線保護(hù)理念和手段，制定合理的母線保護(hù)制度、方案，積極吸引、培養(yǎng)業(yè)內(nèi)優(yōu)秀人才，加強差動保護(hù)、快速保護(hù)、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)保護(hù)、電弧光傳感技術(shù)保護(hù)工作系統(tǒng)，使我國的變電站母線保護(hù)工作水平得以顯著提高，為我國的電力供應(yīng)事業(yè)發(fā)展、各項基礎(chǔ)建設(shè)和居民生活、工作用電提供有力保障和先決條件。

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作者簡介：林忠福（1979-），男，福建莆田人，國家新聞出版廣電總局824臺工程師，研究方向：電力自動化。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）