變電站母差保護(hù)分列壓板投退時(shí)機(jī)的分析研究

王洪儉

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314033）

0 引言

變電站內(nèi)，母線故障是電力系統(tǒng)最嚴(yán)重故障之一，一旦出現(xiàn)母線故障，連接在故障母線上的所有設(shè)備必須及時(shí)切除。由于母線上連接的設(shè)備很多，如不能及時(shí)切除，將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大停電范圍。樞紐變電站的母線故障若不能及時(shí)切除，還有可能引發(fā)電力系統(tǒng)穩(wěn)定破壞的事故，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電力系統(tǒng)瓦解。因此配置性能完善的母差保護(hù)，對(duì)保證整個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的安全具有決定性的意義。正確設(shè)置其運(yùn)行方式，使之能迅速準(zhǔn)確檢測(cè)出母線故障所在，并及時(shí)有選擇性地切除故障顯得尤其必要。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行、檢修人員來(lái)說(shuō)，在實(shí)際工作中面臨最多的就是通過(guò)投退母差保護(hù)的壓板來(lái)調(diào)整保護(hù)運(yùn)行方式或布置校驗(yàn)保護(hù)時(shí)的安全措施。多數(shù)人員對(duì)其中的跳閘出口、失靈起動(dòng)壓板、遠(yuǎn)跳壓板、母差及失靈功能投入壓板、互聯(lián)壓板的作用及操作都比較清楚，但對(duì)分列壓板的認(rèn)識(shí)都存在一定的誤區(qū)。

1 準(zhǔn)確判別母線運(yùn)行狀態(tài)的重要性

220 kV母線常用的雙母線接線方式如圖1所示，以此為例闡述母差保護(hù)相關(guān)的動(dòng)作原理，其余諸如單線分段、雙母單分段、雙母雙分段等接線方式可以參考。

圖1 典型雙母線接線示意

母差保護(hù)大差比率差動(dòng)元件作為母線區(qū)內(nèi)區(qū)外故障的判別元件，小差比率差動(dòng)元件作為故障母線的選擇元件。為保證其動(dòng)作的可靠性，母差保護(hù)多采用復(fù)式比率差動(dòng)判據(jù)，其動(dòng)作表達(dá)式為［1］

式中：Id為差電流；Ir為和電流；Idset為差流門(mén)檻定值；Kr為比率制動(dòng)系數(shù)。

為防止母線分列運(yùn)行，弱電源側(cè)母線發(fā)生故障時(shí)，大差比率差動(dòng)元件的靈敏度不夠，大差比例差動(dòng)元件的比率制動(dòng)系數(shù)Kr設(shè)置高低兩個(gè)定值。母線并列運(yùn)行以及投單母線或隔離開(kāi)關(guān)雙跨時(shí)，大差比率差動(dòng)元件采用比率制動(dòng)系數(shù)高值，而當(dāng)母線分列運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)用比率制動(dòng)系數(shù)低值［1］。

另外，為防止母聯(lián)開(kāi)關(guān)間隔死區(qū)故障（故障發(fā)生在母聯(lián)開(kāi)關(guān)與母聯(lián)TA之間）時(shí)，母聯(lián)TA側(cè)母線的小差比率差動(dòng)元件判為區(qū)外故障不動(dòng)作，而母聯(lián)開(kāi)關(guān)側(cè)母線小差比率差動(dòng)元件判為區(qū)內(nèi)故障動(dòng)作跳開(kāi)該條母線，故障無(wú)法切除，母差保護(hù)裝置內(nèi)特設(shè)置了母聯(lián)死區(qū)保護(hù)。

母線并列運(yùn)行時(shí)，母聯(lián)死區(qū)保護(hù)在母差保護(hù)動(dòng)作后，母聯(lián)開(kāi)關(guān)已經(jīng)跳開(kāi)而母聯(lián)TA仍有電流，且大差比率差動(dòng)元件和母聯(lián)開(kāi)關(guān)側(cè)小差比率差動(dòng)元件未返回的情況下，延時(shí)跳開(kāi)故障所在母線上所連接開(kāi)關(guān)或通過(guò)封閉母聯(lián)TA（母聯(lián)電流不計(jì)入差動(dòng)保護(hù)）的方式迫使故障所在母線的小差比率差動(dòng)元件動(dòng)作，將故障隔離［2］。動(dòng)作邏輯如圖2所示。

圖2 母差死區(qū)保護(hù)動(dòng)作邏輯

雖然各廠家的死區(qū)保護(hù)實(shí)現(xiàn)邏輯不盡相同，但都配置了母線正常分列運(yùn)行時(shí)，保護(hù)裝置直接封閉母聯(lián)TA電流的邏輯，以保證故障所在母線小差比率差動(dòng)元件及時(shí)正確動(dòng)作，將故障直接隔離。

因此，母差保護(hù)正確判別母線是處于并列運(yùn)行狀態(tài)還是分列運(yùn)行狀態(tài)顯得非常重要，其直接決定了是否封鎖母聯(lián)TA電流和是否調(diào)整母差保護(hù)大差比率制動(dòng)系數(shù)Kr。

當(dāng)母差保護(hù)判別母線分列運(yùn)行時(shí)，封鎖母聯(lián)TA，其電流不計(jì)入小差差流計(jì)算，同時(shí)自動(dòng)將大差比率制動(dòng)系數(shù)Kr調(diào)整為低值；當(dāng)母差保護(hù)判別母線并列運(yùn)行時(shí)，開(kāi)放母聯(lián)TA，其電流計(jì)入小差差流計(jì)算，同時(shí)自動(dòng)將大差比率制動(dòng)系數(shù)Kr調(diào)整為高值。

2 母線分列運(yùn)行狀態(tài)的判定

為確保母差保護(hù)能夠正確判別母線的運(yùn)行狀態(tài)，通常設(shè)置分列壓板。在早期型號(hào)母差保護(hù)的邏輯設(shè)定中，判別母線是否分列運(yùn)行有兩種機(jī)制。

1）重動(dòng)繼電器引入母聯(lián)開(kāi)關(guān)的常開(kāi)、常閉節(jié)點(diǎn)，依據(jù)節(jié)點(diǎn)變位結(jié)果的一致性，裝置自動(dòng)判別母線的運(yùn)行狀態(tài)。若節(jié)點(diǎn)變位不對(duì)應(yīng)，裝置默認(rèn)母聯(lián)開(kāi)關(guān)在合位，同時(shí)發(fā)出“開(kāi)入異?！备婢盘?hào)。

2）手動(dòng)操作母差保護(hù)的分列壓板，人為設(shè)定母差保護(hù)中母線的運(yùn)行狀態(tài)。分列壓板的優(yōu)先級(jí)要高于母聯(lián)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)開(kāi)入。投入分列壓板后，無(wú)論母聯(lián)實(shí)際開(kāi)關(guān)位置如何，均會(huì)強(qiáng)制母差保護(hù)進(jìn)入為分列運(yùn)行狀態(tài)。可見(jiàn)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)位置與分列壓板狀態(tài)為“或”邏輯關(guān)系。

繼電保護(hù)“六統(tǒng)一”規(guī)定實(shí)行后，要求新標(biāo)準(zhǔn)的母差保護(hù)只有在母聯(lián)開(kāi)關(guān)“跳閘位置”開(kāi)入以及分列壓板狀態(tài)均為“1”時(shí)（即“與”邏輯），方能判定母線為分列運(yùn)行狀態(tài)，如圖4所示。此時(shí)，封鎖母聯(lián)TA，大差比率制動(dòng)系數(shù)調(diào)整至低值。若任意開(kāi)入為“0”，保護(hù)則自動(dòng)認(rèn)為母線為并列運(yùn)行狀態(tài)，開(kāi)放母聯(lián)TA，大差比率制動(dòng)系數(shù)恢復(fù)至高值。

圖3 “六統(tǒng)一”后母線分列判定

至于是否可以采用母聯(lián)開(kāi)關(guān)雙位置開(kāi)入相互校驗(yàn)，代替分列壓板，來(lái)判別母線是否為分列運(yùn)行狀態(tài)，“六統(tǒng)一”標(biāo)準(zhǔn)不予采納。原因在于重動(dòng)繼電器觸點(diǎn)無(wú)法直接反映母聯(lián)開(kāi)關(guān)原始狀態(tài)。

3 分列壓板的投退時(shí)機(jī)

針對(duì) “六統(tǒng)一”前后兩種不同標(biāo)準(zhǔn)的母差保護(hù)（為敘述方便，將“六統(tǒng)一”前的母差保護(hù)稱為A類(lèi)，“六統(tǒng)一”后的母差保護(hù)稱為B類(lèi)），在實(shí)際運(yùn)行操作，以及與備自投、負(fù)荷轉(zhuǎn)供等自動(dòng)控制裝置配合時(shí)，采取的方式與注意的要點(diǎn)各有不同。

3.1 母聯(lián)開(kāi)關(guān)停役操作

毋庸置疑，母聯(lián)開(kāi)關(guān)合閘運(yùn)行時(shí)，分列壓板必須取下。對(duì)于A類(lèi)母差保護(hù)，因分列壓板的較高優(yōu)先級(jí)，停役操作時(shí)必須要在拉開(kāi)母聯(lián)開(kāi)關(guān)并確認(rèn)分閘狀態(tài)后，方能投入。同樣合閘前必須取下。

A類(lèi)母差保護(hù)可在不操作分列壓板的情況下，根據(jù)母聯(lián)開(kāi)關(guān)的位置節(jié)點(diǎn)完成自適應(yīng)調(diào)整。但針對(duì)母聯(lián)開(kāi)關(guān)分合閘預(yù)試、開(kāi)關(guān)柜二次連接插頭拔出或者開(kāi)關(guān)輔助節(jié)點(diǎn)故障等情況下，母差保護(hù)會(huì)因開(kāi)關(guān)合閘或取不到正確的開(kāi)關(guān)位置，而自動(dòng)判定母線為并列運(yùn)行狀態(tài)，開(kāi)放母聯(lián)TA，并將大差比率制動(dòng)系數(shù)調(diào)整至高值，增加了母差保護(hù)拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.1.1 母聯(lián)熱備用時(shí)死區(qū)發(fā)生故障

如圖4所示，母聯(lián)熱備用，母差保護(hù)開(kāi)關(guān)輔助節(jié)點(diǎn)故障而自動(dòng)判定為并列運(yùn)行方式。此時(shí)如果死區(qū)發(fā)生故障，大差比率差動(dòng)元件正常動(dòng)作，Ⅱ母小差比率差動(dòng)元件動(dòng)作但被復(fù)合電壓閉鎖，Ⅰ母小差比率差動(dòng)元件不動(dòng)作，造成母差保護(hù)拒動(dòng)［3］。

圖4 母聯(lián)熱備用死區(qū)故障示意

3.1.2 弱電源側(cè)母線發(fā)生故障

母聯(lián)檢修時(shí)，雖已改為冷備用或檢修狀態(tài)，通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)兩側(cè)的隔離開(kāi)關(guān)隔離了死區(qū)，但如果兩段母線強(qiáng)弱電源差別明顯，弱電源側(cè)母線發(fā)生故障，如圖5所示。從大差計(jì)算的角度分析，仍然會(huì)有較多電流流出母線。此時(shí)采用較高的比率制動(dòng)系數(shù)易造成母差保護(hù)拒動(dòng)［4］，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生較大影響。

圖5 弱電源側(cè)母線故障示意

因此，為防止以上情況發(fā)生，在母聯(lián)開(kāi)關(guān)停役后，針對(duì)A類(lèi)母差保護(hù)，必須將分列壓板投入。

鑒于B類(lèi)母差保護(hù)分列運(yùn)行的判別機(jī)制，分列壓板必須跟隨母聯(lián)開(kāi)關(guān)狀態(tài)操作。但與A類(lèi)母關(guān)保護(hù)不同，停役時(shí)B類(lèi)母差保護(hù)的分列壓板需要在拉開(kāi)母聯(lián)開(kāi)關(guān)前投入，這樣才能保證母差保護(hù)及時(shí)判定母線分列運(yùn)行方式，防止死區(qū)故障造成保護(hù)拒動(dòng)。

但在母聯(lián)開(kāi)關(guān)預(yù)試，開(kāi)關(guān)合閘后，違背分列判據(jù)，母差保護(hù)會(huì)默認(rèn)母線處于并列運(yùn)行狀態(tài)。

為防止以上情況發(fā)生，現(xiàn)場(chǎng)在工作前應(yīng)采取針對(duì)性的二次安全措施。將母差保護(hù)中與母聯(lián)開(kāi)關(guān)位置相關(guān)的二次回路進(jìn)行隔離，以保證保護(hù)對(duì)母線分列的正確判定。如圖6所示，在端子排上將分列壓板和母聯(lián)開(kāi)關(guān)TWJ節(jié)點(diǎn)進(jìn)線端子臨時(shí)短接，強(qiáng)制母差保護(hù)判定為母線分列運(yùn)行狀態(tài)。

圖6 B類(lèi)母差保護(hù)二次安全措施示意

3.2 與備自投或負(fù)荷轉(zhuǎn)供裝置的配合

針對(duì)35 kV電壓等級(jí)母線，會(huì)安裝備自投裝置以提高供電可靠性。同樣地，電源來(lái)自不同供電區(qū)的220 kV電壓等級(jí)的母線，會(huì)配置負(fù)荷轉(zhuǎn)供裝置維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其動(dòng)作機(jī)理與邏輯與備自投裝置類(lèi)似。

針對(duì)以上兩種自動(dòng)控制裝置，需要考慮裝置動(dòng)作的前后狀態(tài)，均能滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。假設(shè)A和B兩種類(lèi)型的母差保護(hù)在母聯(lián)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，均投入分列壓板。那么，在備母聯(lián)（母分）的運(yùn)行方式下，依據(jù)兩種裝置的判別與動(dòng)作邏輯，自動(dòng)控制裝置動(dòng)作后，母聯(lián)開(kāi)關(guān)合閘，母線已并列運(yùn)行。但A類(lèi)母差保護(hù)會(huì)因分列壓板投入仍然判定母線處于分列運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)母差保護(hù)的大差靈敏度較高，而且母聯(lián)TA不計(jì)入小差差流計(jì)算，易造成區(qū)外故障誤動(dòng)或故障范圍擴(kuò)大。

B類(lèi)母差保護(hù)因母聯(lián)開(kāi)關(guān)位置與分列壓板位置出現(xiàn)不對(duì)應(yīng)，將自動(dòng)默認(rèn)母線處于并列運(yùn)行狀態(tài)。滿足自動(dòng)控制裝置動(dòng)作前后，裝置判別與系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況的一致性。

因此，遵循不同判定標(biāo)準(zhǔn)的母差保護(hù)，在與備自投或負(fù)荷轉(zhuǎn)供裝置配合時(shí)，分列壓板的操作原則也不同，在備母聯(lián)（母分）的運(yùn)行方式下，A類(lèi)母差保護(hù)不應(yīng)投入母差保護(hù)的分列壓板，B類(lèi)母差保護(hù)應(yīng)投入母差保護(hù)的分列壓板。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在未配置備自投或負(fù)荷轉(zhuǎn)供裝置的變電站，兩類(lèi)母差保護(hù)的分列壓板應(yīng)與母聯(lián)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，A類(lèi)母差保護(hù)分列壓板應(yīng)在母聯(lián)開(kāi)關(guān)分閘后投入，合閘前取下；B類(lèi)母差保護(hù)分列壓板應(yīng)在開(kāi)關(guān)分閘前投入，合閘后取下，母聯(lián)開(kāi)關(guān)檢修或有相關(guān)傳動(dòng)工作前應(yīng)將母差保護(hù)中與母聯(lián)開(kāi)關(guān)位置相關(guān)的二次回路進(jìn)行隔離。

在配置備自投或負(fù)荷轉(zhuǎn)供裝置的變電站，A類(lèi)母差保護(hù)分列壓板僅在母聯(lián)開(kāi)關(guān)檢修或有相關(guān)傳動(dòng)工作時(shí)投入；B類(lèi)母差保護(hù)的分列壓板與母聯(lián)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，及時(shí)操作。