220kV母線差動保護動作事故原因和改進措施

趙健池

摘? 要：隨著而我國電力行業(yè)的快速發(fā)展中，我國各行各業(yè)的生產(chǎn)活動和人們的日常生活，對于電力的需求量正在不斷上升，這也對我國電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性提出了更高的要求。文章結(jié)合220kV線路在正常使用過程中的實際需求及母線差動保護的原理，以部分220kV母線差動保護動作事故的具體案例，對事故成因進行了多個角度的詳細分析，并提出了針對性的改善措施，對于我國220kV母線差動保護體系的完善與調(diào)整提供了相應(yīng)的參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：母線差動保護;保護動作;母聯(lián)斷路器;動作事故

中圖分類號：TM773? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）32-0122-02

Abstract： With the rapid development of China's power industry， the production activities of various industries and people's daily life， the demand for power is increasing， which also puts forward higher requirements for the stability of power system operation in our country. Combined with the actual demand of 220kV line in the process of normal use and the principle of bus differential protection， this paper makes a detailed analysis of the causes of the accident by taking part of the concrete cases of 220kV bus differential protection accident. The targeted improvement measures are put forward， which provides the corresponding reference and reference for the perfection and adjustment of 220kV bus differential protection system in our country.

Keywords： bus differential protection; protection action; bus circuit breaker; action accident

引言

在當前我國電力系統(tǒng)保護體系中，母線差動保護模塊已經(jīng)得到了較好的應(yīng)用。而考慮到具體應(yīng)用的實際需求和以及后續(xù)操作維護方面的便捷性，我國很多220kV變電站的高壓母線都使用了雙母線接線的模式，同時在母線開關(guān)上也會設(shè)置電流互感器。在當前電力專業(yè)領(lǐng)域中，通常將母線開關(guān)和母聯(lián)CT之間的位置稱之為死區(qū)。在電力系統(tǒng)運行過程中，死區(qū)發(fā)生故障的概率非常低。正是因為這種情況，使得很多運維人員都沒有充分考慮到死區(qū)保護的重要性。除此之外，還有一些其他因素的影響，會引發(fā)220kV母線差動保護動作事故。在這種情況下，就有必要深入全面的分析與探討220kV母線差動保護動作事故的主要原因，并基于此提出相應(yīng)的改善對策。下面也主要從這個角度入手，對220kV母線差動保護事故進行深入全面的探討。

1 母線差動保護原理

母線差動保護主要是指基于收支平衡原理進行判斷與動作的保護模式。由于母線上有進出線路，而在正常情況下，進入與出去的電流在數(shù)值上保持平等，同時電位相對來說也比較平衡。因此當母線出現(xiàn)故障的時候，這種維持好的平衡就會被打破。當判定出母線故障的時候，相應(yīng)保護元件會先啟動，并斷開母線上的各個斷路器。而在雙母線運行模式中，會將發(fā)生故障的母線隔離，并切入到另一個母線中，避免母線故障而出現(xiàn)大范圍的停電情況。在母線差動保護中，具體保護甄別參數(shù)也不一樣，比如比較電流是否平衡、比較電流相位是否一致等。合理使用母線差動保護，就能夠顯著提高母線使用的安全性，避免出現(xiàn)各類大型事故。通常來說，母線差動保護的相關(guān)裝置主要應(yīng)用在220kV及以下電壓的母線，或者在分段斷路器以及母聯(lián)斷路器中充當旁路斷路器。

當線路側(cè)開關(guān)出現(xiàn)跳閘的時候，就會順帶出現(xiàn)失靈信號，同時整個線路也會判定失靈信號發(fā)生點，引發(fā)母差失靈保護裝置閉合，跳開所有開關(guān)。但對于母聯(lián)開關(guān)2012來說，如果出現(xiàn)失靈的時候并不會產(chǎn)生失靈信號。整個線路的失靈控制主要是經(jīng)過母差保護中的大差比率元件完成。因此在使用母線差動保護體系的時候，還需要相關(guān)技術(shù)人員結(jié)合實際情況來進行合理的選擇。

2 220kV母差保護動作事故分析及改進措施

220kV母線保護動作也會因為很多情況而出現(xiàn)保護失靈或者保護誤動等情況，影響了線路的正常使用。為了保證220kV線路母差保護的有效性，促進整個線路正常穩(wěn)定使用，這里也結(jié)合幾個常見的故障案例進行分析，并提出了相應(yīng)的改善對策，切實提高了線路運行的安全性。

2.1 母聯(lián)充電死區(qū)故障母差保護事故及改進措施

（1）事故原因分析

當使用母聯(lián)斷路器向一根母線充電的時候，在位于斷路器和母聯(lián)CT之間的某點發(fā)生了故障。這個時候，母聯(lián)CT就無法感受到故障電流，因此充電保護就沒有做出動作，整套保護體系也無法切除故障。針對于本次事故分析，可以先探討母聯(lián)充電死區(qū)故障保護的邏輯。在整套系統(tǒng)正常運作的時候，母差保護會進行充電狀態(tài)的檢測，如果檢測異常的時候，就會直接開始充電死區(qū)保護。在具體運行的時候，如果母聯(lián)開關(guān)閉合的時候，母聯(lián)CT就會出現(xiàn)瞬間電流。由于裝置自身性能等原因的影響，使得保護體系判定合位存在一些延時，最終使得母聯(lián)開關(guān)電流無法真正計入到母差保護小差。這樣以后，整個保護體系就會發(fā)生故障，使得最終保護動作會進入到?jīng)]有發(fā)生故障的母線中，對于線路穩(wěn)定運行帶來了較多的負面影響。

（2）改進措施

通過上文分析以后，這里也可以引出母聯(lián)充電死區(qū)故障的改善措施。對于母線差動保護來說，可以考慮直接引入母聯(lián)充電手合接點。在這個過程中，技術(shù)人員一定要結(jié)合實際情況合理使用手合接點的方式。在當前我國很多工程實例中，發(fā)現(xiàn)部分技術(shù)人員會使用母聯(lián)測控屏中手合把手輔助接點，或者使用母聯(lián)測控裝置母聯(lián)斷路器遙合繼電器輔助接點。這兩種方式都存在一定的不足，無法真正完成手合工作。因此在具體使用這種方法改進保護體系的時候，應(yīng)該使用操作箱中的手合繼電器輔助接點。因此，無論在哪種情況下，母差保護都能夠快速精準進行母聯(lián)充電手合接點，最終實現(xiàn)故障保護的完整功能，不會因為各類情況的發(fā)生而使得保護失效。

2.2 PT斷線導致母聯(lián)死區(qū)故障時母差保護事故及改進措施

（1）事故原因分析

在母線分列運行的時候，判定兩條母線都有電壓之后，只能說明整條線路在出現(xiàn)故障之前一段時間里，并沒有發(fā)生太多的異常。而在母線充電保護模塊中，明確母聯(lián)電流計入小差的關(guān)鍵點則為故障母線正常動作。但在母線分列運動的時候，由于存在兩條母線都有電壓的判據(jù)，就會使得母線差動保護會發(fā)生誤動，最終切入到?jīng)]有發(fā)生故障的母線中，出現(xiàn)了PT斷線導致母聯(lián)死區(qū)故障，引發(fā)惡性停電的情況。

（2）改進措施

為了解決上述情況，應(yīng)該將兩條母線都有電壓的判據(jù)引入到充電保護裝置的投入開入量當中，避免出現(xiàn)上述問題。在經(jīng)過這種改進以后，如果母線分列運行并且充電保護維持退出狀態(tài)，這個時候PT發(fā)生斷線，母聯(lián)電流依然能夠退出母差保護小差。這樣以后，即便是出現(xiàn)了死區(qū)惡性故障的情況，母差也不會直接判定故障母線。而母聯(lián)充電的時候，充電保護投入的條件為1，而兩條母線都有電壓的條件為0，最終也就能夠保證母聯(lián)電流計入小差程序。在使用了這種方法以后，就能夠有效規(guī)避因為PT斷線而出現(xiàn)的母聯(lián)死區(qū)故障時母差保護事故，促使整個系統(tǒng)具有良好的運行狀態(tài)。

2.3 雷擊引起母線差動保護動作事故分析及改進措施

（1）事故原因分析

發(fā)生故障的線路為220kV雙母線與雙分段接線，其中線路甲、乙、丙接一號母線，而線路丁、戊、己則接二號母線。其中線路甲的斷路器一直處于熱備用狀態(tài)。整個故障從出現(xiàn)到故障點成功隔離一共用了400ms的時間，并可以劃分為兩個階段。第一階段，線路甲第一次故障。在0ms的時候，線路甲受到了雷擊，同時因為斷路器處于熱備用狀態(tài)，因此斷路器分位，20ms的時候第一套保護體系動作，25ms的時候第二套保護體系動作。在這個過程中，雖然兩套線路保護體系都發(fā)生動作，但故障并沒有被真正排除，故障電流一直持續(xù)到330ms。第二階段，線路甲第二次故障。在330ms的時候，整個故障繼續(xù)惡化，出現(xiàn)了母線雙側(cè)相間短路，兩套母線的保護體系都發(fā)生動作。通過對現(xiàn)場線路與故障電流情況進行分析以后發(fā)現(xiàn)，各個繼電保護裝置的動作都比較正確，但是無法解釋線路甲斷路器處于熱備用狀態(tài)以后，最開始的故障電流是如何產(chǎn)生的。最后經(jīng)過進一步排查以后發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生本次故障的時候，線路甲的出口側(cè)連續(xù)遭遇了三次雷擊，使得雷擊電流入侵線路甲，最終認定雷擊為造成本次故障的主要原因。

（2）改進措施

在具體改進的時候，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該先對220kV線路甲的斷路器進行全面檢查，同時還要向廠商反應(yīng)斷路器存在的放電問題，并由制造廠商進行進一步確認，明確后續(xù)應(yīng)該采取的相應(yīng)措施，出具針對性的解決方案。而對于企業(yè)來說，則應(yīng)該在本次檢修線路甲的時候，針對線路甲間隔一、二次設(shè)備進行全面的檢查與核查，保證設(shè)備存在的問題能夠得到較好的解決。除此之外，本次線路甲發(fā)生的雷擊引發(fā)保護故障問題，也跟整體環(huán)境有一定影響。因此企業(yè)也應(yīng)該考慮到線路甲的運行狀態(tài)和具體環(huán)境，處理外界容易引發(fā)雷擊的環(huán)境要素，同時還要在線路上增設(shè)防雷模塊，避免在后續(xù)時間里重復出現(xiàn)雷擊問題。

3 結(jié)束語

在整個電力系統(tǒng)運作體系中，母差保護本身就是一個非常重要的模塊，在很大程度上關(guān)系著整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。因此對于各個運維人員來說，在平時的時候也應(yīng)該積極學習母差保護以及保護失靈的相關(guān)內(nèi)容，在明確保護動作運作原理的基礎(chǔ)上，認知與掌握母線誤判故障和失靈問題的改善措施與方法，更好的投入到相關(guān)工作中去。除此之外，對于電力系統(tǒng)的日常管理來說，應(yīng)該在后續(xù)發(fā)展中積極更迭智能化保護設(shè)備，使得整個電力系統(tǒng)的保護技術(shù)能夠得到顯著提升，最終給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供一個較強的保障。這樣能更好發(fā)揮220kV母線差動保護作用，提高電力系統(tǒng)的運作水平。

參考文獻：

[1]宋杰輝，楊炳元，吳俊杰.雙饋風場進線對220kV母線采樣值差動保護的影響[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2019，47（13）：100-106.

[2]古云峰.220kV母線差動保護原理及特殊故障的動作分析[J].科技風，2017（22）：160.

[3]柳明，胡慧艷，蘇曉.500kV崇左變電站220kV母線雙母雙分段改造[J].電工技術(shù)，2015（02）：68-70.

[4]湯大海，陳永明，曹斌，等.快速切除220kV變壓器死區(qū)故障的繼電保護方案[J].電力系統(tǒng)自動化，2014，38（04）：115-122.