斷路器失靈保護(hù)和母線保護(hù)的運(yùn)行情況及安全舉措分析

內(nèi)蒙古蒙能建設(shè)工程監(jiān)理有限責(zé)任公司 程 雷

失靈動作保護(hù)與母線差動保護(hù)非常相似，所以通常也被稱之為母線的后備保護(hù)。斷路器失靈保護(hù)借助故障設(shè)備的保護(hù)動作信息同未進(jìn)行任何動作的斷路器電流信息進(jìn)行對接，從而在極短時(shí)間范圍內(nèi)對斷路器失靈作出精準(zhǔn)判別，可在極短的時(shí)間范圍內(nèi)將故障設(shè)備與廠內(nèi)其它相關(guān)的斷路器切斷，盡可能縮減停電范圍，確保電網(wǎng)處于穩(wěn)定、安全的運(yùn)行狀態(tài)，將故障影響降到最低限度，避免產(chǎn)生整個電網(wǎng)系統(tǒng)停止運(yùn)行的現(xiàn)象。

1 失靈保護(hù)分析

1.1 斷路器失靈保護(hù)的基本工作原理

斷路器失靈保護(hù)主要是指當(dāng)電氣設(shè)備產(chǎn)生故障時(shí)，繼電保護(hù)動作發(fā)出但斷路器未執(zhí)行，通過故障設(shè)備保護(hù)動作信息與斷路器電流信息共同組成對斷路器失靈的精準(zhǔn)判定，可在極短時(shí)間范圍內(nèi)將故障設(shè)備與其它支路連接斷路器隔離，縮小影響范圍，提高電網(wǎng)運(yùn)行安全穩(wěn)定性[1]。斷路器拒絕執(zhí)行動作是電網(wǎng)產(chǎn)生故障、斷路器失靈兩種故障同時(shí)產(chǎn)生的一種雙重故障，可結(jié)合實(shí)際情況降低其保護(hù)需求，但必須要能夠?qū)崿F(xiàn)將故障切除的目的?，F(xiàn)代化環(huán)境之下，斷路器失靈保護(hù)實(shí)質(zhì)上是一種后備保護(hù)方式，在多個領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用。

失靈保護(hù)是由多個部分共同構(gòu)成，如電壓閉鎖元件、保護(hù)動作與電流信息共同組成的啟動回路等。其中啟動回路是核心模塊，其與失靈保護(hù)功能能否發(fā)揮相應(yīng)的效用存在直接關(guān)聯(lián)，必須要確保其安全可靠性，必須要進(jìn)行雙重判別，避免單一條件判定導(dǎo)致斷路器產(chǎn)生失靈，或由于保護(hù)觸點(diǎn)出現(xiàn)異常狀況、延誤等誤動作而發(fā)生意外狀況[2]。對于啟動回路來講，其是由兩大部分組成，其一是啟動元件、其二是判別元件，這兩個元件共同組成“與邏輯”，啟動元件在具體動作的過程之中，既可運(yùn)用瞬間返回時(shí)的出口跳閘繼電器觸點(diǎn)，同時(shí)還可運(yùn)用與出口跳閘繼電器并聯(lián)的中間繼電器觸點(diǎn)，如觸點(diǎn)動作沒有進(jìn)行復(fù)位，則代表熔斷器發(fā)生失靈。

判別元件主要是通過各種形式對故障是否消除進(jìn)行判定?，F(xiàn)階段主要應(yīng)用“有流”判別形式，一般通過相電流或零序電流進(jìn)行判定。當(dāng)進(jìn)行保護(hù)動作后回路之中仍存在一定的電流，由此表明故障并未徹底消除。在斷路器失靈保護(hù)中時(shí)間元件是重要的中間環(huán)節(jié)，為避免單一時(shí)間元件故障導(dǎo)致失靈保護(hù)發(fā)生誤動狀況，時(shí)間元件須與啟動回路共同動作，從而形成“與邏輯”，然后再將出口繼電器啟動[3]。失靈保護(hù)的電壓閉鎖通常由母線低電壓、負(fù)序電壓、零序電壓繼電器組成，如果失靈保護(hù)、母差保護(hù)在同一時(shí)間內(nèi)共同運(yùn)用跳閘回路，那么其將會共同運(yùn)動電壓閉鎖元件。

1.2 斷路器失靈保護(hù)的基本構(gòu)成及其作用

時(shí)間元件是斷路器失靈保護(hù)過程中的一個中間環(huán)節(jié)，如變電站采取雙母線接線方式，那么可在一個斷路器內(nèi)設(shè)定一個時(shí)間元件，或采取多個斷路器共同設(shè)定一個時(shí)間元件的方式。通常情每一條母線均需設(shè)定一個較為特殊的時(shí)間元件，即具備兩段延時(shí)特征，這兩段延時(shí)所發(fā)揮的功用也不相同，短延時(shí)主要是跳母線聯(lián)絡(luò)斷路器，長延時(shí)主要跳其它斷路器。如果變電站運(yùn)用3/2接線方式，各斷路器僅需設(shè)定一個時(shí)間元件，其中短延時(shí)主要跳躍本斷路器、長延時(shí)主要跳過拒動斷路器有關(guān)的斷路器[4]。為避免單一時(shí)間元件故障導(dǎo)致失靈保護(hù)產(chǎn)生誤動，時(shí)間元件須與啟動回路共同動作，構(gòu)成“與邏輯”，然后再將出口繼電器啟動。另外，如果變電站采取3/2接線方式，那么一般不會設(shè)定電壓閉鎖。

1.3 斷路器失靈保護(hù)的配置與應(yīng)用范圍

《繼電保護(hù)和安全自動裝置規(guī)程》中明確指出，220～500kV的電網(wǎng)系統(tǒng)均需加裝斷路器失靈保護(hù)，通常情況下一些相對比較重要的110kV電力系統(tǒng)也需加裝斷路器失靈保護(hù)?，F(xiàn)階段綜合自動化系統(tǒng)變電站均應(yīng)用了微機(jī)型保護(hù)裝置，其具備一系列突出優(yōu)點(diǎn)，如靈敏度相對較高、可靠性高等，并擁有非常豐富的硬件系統(tǒng)資源，軟件集成度也相對較高，接線設(shè)計(jì)非常簡單，使保護(hù)動作的安全可靠性得到顯著提升。

通常國內(nèi)廠家會按照一席接線狀況將失靈保護(hù)裝置細(xì)化為兩種類型：其一適合應(yīng)用在3/2接線方式的斷路器失靈保護(hù)裝置；其二適合應(yīng)用于單母線接線方式、雙母線接線方式的保護(hù)裝置，其中在第二種接線方式中，斷路器失靈保護(hù)跳閘對象、母線差動保護(hù)跳閘對象完全相同，但相較于母線差動保護(hù)在工作原理、動作判別等方面存在較大差異，因此在該種接線條件下斷路器失靈保護(hù)所通常是一種后備保護(hù)方式[5]。若電力系統(tǒng)運(yùn)用3/2接線形式，那須在每一臺斷路器上加裝保護(hù)裝置，國內(nèi)廠家在進(jìn)行設(shè)計(jì)加工過程中通常會把失靈保護(hù)、三相不一致、重合閘等多種保護(hù)形式全部集成于保護(hù)裝置中，而在工程設(shè)計(jì)方面通常會把線路保護(hù)單獨(dú)組屏處理，然后再把斷路器輔助保護(hù)、操作箱再進(jìn)行單獨(dú)組屏。

2 母線保護(hù)分析

2.1 母線保護(hù)的基本原理和優(yōu)勢

母線保護(hù)實(shí)質(zhì)上就是通過電流差動原理實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，基爾霍夫定律是其主要理論依據(jù)。在母線系統(tǒng)中存在多條支路，其中差動電路實(shí)質(zhì)上是流入電流、流出母線電路相加之后的矢量和。當(dāng)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行條件時(shí)，流入故障點(diǎn)的電流將會產(chǎn)生重大變化，如果大于母差保護(hù)設(shè)定的動作電流值，那么母差保護(hù)將會進(jìn)行相應(yīng)的動作。

在電力系統(tǒng)中，與母線相連的各個支路電流互感器通常會參照同名相、同極性與保護(hù)裝置進(jìn)行對接，接入母線保護(hù)裝置的電流互感器特性必須保持一致，且電流互感器變化也應(yīng)保持一致，如變比不統(tǒng)一，將會根據(jù)裝置間的差異，可根據(jù)基準(zhǔn)變化折算法、自適應(yīng)法等來調(diào)節(jié)變比，從而確保正常運(yùn)行過程中流入母線、流出母線的電流完全相同[6]。如果母線保護(hù)范圍設(shè)備產(chǎn)生異常狀況，母線故障電源支路將會結(jié)合實(shí)際狀況，向故障點(diǎn)提供短路電流，將不同支路的短路電流相加便可以得出故障電流，該電流要遠(yuǎn)高于母差保護(hù)電流，當(dāng)產(chǎn)生故障時(shí)，母差保護(hù)動作將會在短時(shí)間內(nèi)快速動作，將其與母線相連接支路的斷路器直接切斷，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備、故障母線直接隔離的目的。

母線保護(hù)裝置所設(shè)定的功能包括多種，如母聯(lián)死區(qū)保護(hù)、母線差動保護(hù)等，目前“六統(tǒng)一”母線保護(hù)、“非六統(tǒng)一”母線保護(hù)的功能不存任何差異，在母線保護(hù)原理方面并不存在較大差異[7]。隨著技術(shù)的不斷完善，母線保護(hù)功能的功能也不斷豐富，母線保護(hù)設(shè)備可對母聯(lián)是否處在充電狀態(tài)進(jìn)行自動識別，如果死區(qū)故障進(jìn)行合閘，那么便可達(dá)到瞬時(shí)跳母聯(lián)的效果，并不會對處于運(yùn)行狀態(tài)中的母線產(chǎn)生影響。在具體應(yīng)用的過程之中，“差電流”、“和電流”均不是由模擬電流回路中獲取，而是依據(jù)電流采樣值進(jìn)行運(yùn)算求出。利用對母線上不同支路中的CT電流值結(jié)合母線保護(hù)裝置求出，因此CT是否可以獲取較為精準(zhǔn)的電流信息是母線保護(hù)正確動作的一個重要要素。

2.2 母線保護(hù)的技術(shù)原則

其一，斷路器或者隔離封閉鎖回路輔助觸點(diǎn)的選取。對于斷路器或者隔離開封閉鎖回路來講，其不可以運(yùn)用重動繼電器，而是結(jié)合實(shí)際情況，選取斷路器或者隔離開關(guān)的輔助觸點(diǎn)；其二，電流互感器選擇要求。現(xiàn)階段，電磁式電流互感器并非一個簡單的非線性元件，其屬于一個重要的鐵芯元件，若一次電流相對較大，那么其內(nèi)部的直流分量也會漸漸增加，如果鐵芯還剩余磁，那么二次負(fù)載電阻將會增加，而工作點(diǎn)也會直接進(jìn)入至磁化曲線之中，如此一來，將會造成電流互感器出現(xiàn)異常，出現(xiàn)誤判，致使母線差動保護(hù)動作相對比較緩慢[8]。由于可能存在電力互感器飽和等問題，所以必須要對高壓母線保護(hù)時(shí)的電感器選擇做出精準(zhǔn)分析，主要是由于母線故障時(shí)，一般所產(chǎn)生的電流較大，極易出現(xiàn)短路的狀況，同時(shí)如果外部產(chǎn)生嚴(yán)重故障，那么電力互感器也會存在一定的差異，雖然母線兩側(cè)均選取了性能基本相似的電流互感器，但是其在飽和度方面存在一定的差別[9]。

3 斷路器失靈保護(hù)和母線保護(hù)的安全舉措分析

其一，斷路器失靈保護(hù)的安全舉措。為使動作可靠性得到進(jìn)一步提升，只有同時(shí)滿足下列條件才可確保斷路器失靈保護(hù)進(jìn)行動作：一是故障線路或設(shè)備保護(hù)可在極短時(shí)間范圍內(nèi)復(fù)歸的繼電器在進(jìn)行相應(yīng)動作之后不會發(fā)生返回；二是對于沒有斷開的判別元件，可直接應(yīng)用在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行復(fù)歸的相電流元件[10]。相電流判別元件的定值須結(jié)合實(shí)際情況，在確保線路末端不存在任何故障的條件下具備較強(qiáng)的靈敏度，要盡可能根據(jù)大于負(fù)荷電流進(jìn)行整定處理，基于此，斷路器失靈保護(hù)應(yīng)采取下列幾種安全舉措：

首先，非電量保護(hù)并不能直接啟動斷路器失靈保護(hù)，由于非電量保護(hù)節(jié)點(diǎn)動作、返回時(shí)間均相對較慢，啟動失靈保護(hù)的可靠性相對較差，所以在進(jìn)行非電量保護(hù)動作過程中，電流并不會在短時(shí)間內(nèi)快速增加，并不能達(dá)到失靈啟動電流值，所以在此種條件下失靈保護(hù)并不會直接啟動；其次，后備保護(hù)也不能直接啟動失靈保護(hù)，如借助后備保護(hù)啟動跳閘程序來實(shí)現(xiàn)直接啟動失靈保護(hù)的目的，那么如果后備保護(hù)發(fā)生異常將會導(dǎo)致失靈保護(hù)發(fā)生誤動作，進(jìn)而造成事態(tài)影響增大；最后，輔助保護(hù)不可以直接作為失靈保護(hù)，例如，若把主變冷卻器全停保護(hù)直接作為變壓器的輔助保護(hù)，那么如果此保護(hù)發(fā)生動作，保護(hù)接點(diǎn)并不會瞬時(shí)動作，只有當(dāng)冷卻器工作或備用電源恢復(fù)后才可以使保護(hù)接點(diǎn)發(fā)生相應(yīng)的動作，因此該類保護(hù)不可直接作為失靈保護(hù)的氣動[11]。

其二，母線保護(hù)運(yùn)行中的安全舉措。不同的變電站所應(yīng)用的母線保護(hù)設(shè)備型號存在較大差異，且配置方面也各不相同，在具體運(yùn)用過程中所實(shí)現(xiàn)的功能也不同，所以必須采取下列幾點(diǎn)安全舉措：

首先，必須明確母線保護(hù)裝置軟件的版本信息，如果廠家不同母線保護(hù)裝置的版本信息也存在一定差異，所以無論是在保護(hù)功能方面還是硬件配置、軟件結(jié)構(gòu)方面均存在一定的差異；其次，要結(jié)合實(shí)際情況對CT變比進(jìn)行整定處理，與CT變比進(jìn)行對接后，不同生產(chǎn)廠家具有完全不同的整定方式，一般主要包括兩種類型：一是根據(jù)母線差動保護(hù)電力定值進(jìn)行折算，其中基準(zhǔn)變比為1。二是根據(jù)實(shí)際變比進(jìn)行整定處理，具體的裝置主要是依據(jù)實(shí)際CT變比進(jìn)行這三處理；再次，當(dāng)進(jìn)行倒母線操作過程中，為確保操作過程中母線產(chǎn)生故障可在短時(shí)間內(nèi)快速切除，在把母聯(lián)斷路器控制電源保險(xiǎn)摘除前，應(yīng)把母線保護(hù)定制設(shè)定為單母線運(yùn)行模式；最后，如果母線保護(hù)產(chǎn)生異常，那必須立即采取應(yīng)急處理措施，對母線保護(hù)動作情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，以便后續(xù)進(jìn)行處理。

總之，隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升，各類保護(hù)裝置的安全穩(wěn)定性、可靠性均會得到顯著提升，斷路器失靈保護(hù)的瞬時(shí)跟跳功能、斷路器斷開功能等均是為了提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。而母線保護(hù)在輸電配電方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，因此必須要高度重視母線保護(hù)，從而使電力系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行。