对双母线微机母线差动保护装置的分析与故障处理

丁强强

（湖南省电力公司怀化辰溪电力局，湖南 怀化 419500）

随着科技的不断发展，微机母线保护也被大量应用，其种类越来越多，但是其应用的主要原理还是没有太多的变化，大多还是采用完全电流差动原理构成的母线差动保护。母线差动保护为分相式比率差动，分别由各自的CPU板完成保护逻辑判别和跳闸出口。差动回路包括母线大差回路和各段母线小差回路，母线大差为除母联或分段开关以外的所有支路电流构成的差动回路，某段母线小差为该段母线上所连接的所有支路（包括母联或分段）电流构成的差动回路，大差用于判断母线区内或区外故障，小差用于选择故障母线。只要母线连接支路数量不变，大差回路电流不受母线运行方式变化的影响，而小差回路电流则要根据各支路刀闸位置进行实时分配。

1、双母线同时运行时的母线保护原理

在电厂以及变电所需要的高压母线上，为了提高供电可靠性，一般采用双母线运行的方式。母线差动保护的动作原理建立在基尔霍夫电流定律的基础上，把母线视为一个节点，比较各支路电流瞬时值的正、负，即相位。为提高保护灵敏度，采用综合判据。

目前在市局的220千伏等级变电站的母线上都已配置了双重微机母线差动保护来作为母线的主保护。虽然微机母线保护的构成比较复杂，但其基本工作原理仍然可以用普通继电器构成的母线保护进行描述。其接线原理如图1所示。

根据图1分析，电流差动保护原理接线图由三组组成。第一组由L1、L2、母联及差动继电器KD1组成；第二组由L3、L4、母联及差动继电器KD2组成；第三组由所有线路、母联及差动继电器KD3组成，作为整个保护起动元件。Ⅰ和Ⅱ母线各接二回出线（QF1、QF2和QF3、QF4），母联 QF5合上。KD1、KD2分别为Ⅰ母和Ⅱ母的小差动继电器，KD3为大差动继电器。其中全部出线的TA二次回路（即L1～L4）与大差动继电器KD3构成大差动回路；Ⅰ母所属的出线L1、L2及继电器KD1与母联QF5构成Ⅰ母小差动；Ⅱ母所属的出线L3、L4及继电器KD2与母联QF5构成Ⅱ母的小差动。大差动用来判断全站是否存在母线短路，而小差动则用来判断故障在哪段母线。

2、差动保护功能调适

2.1 模拟母线区外故障。条件：不加母线电压，使“差动开放”灯亮。任选同一条母线上的两个变比相同的元件，在这两个元件的电流回路里同时加入单相电流（同一相），电流大小相等（1-10A）方向相反。此时观察面板显示中：这条母线的大差电流和小差电流应等于零。这条母线差动保护不应动作。

图1 双母线同时运行时元件固定连接的电流差动保护原理接线图

图2 当元件固定连接保护区外短路

图3 内部短路

图4 固定连接破坏，且外部短路

2.2 模拟母线区内故障。条件：不加母线电压，使“差动开放”灯亮。 任选一段母线上的一个元件，在该元件的电流回路中施加任意相电流，电流值大于差动门槛定值时；母线差动保护应瞬时动作，切除母联及该元件所在母线上的所有元件，母线差动动作信号灯亮。

图5 固定连接破坏，内部短路

2.3 模拟双母线倒闸操作过程中母线区内故障。条件：不加母线电压，使“差动开放”灯亮。任选一条母线上的一个元件，合上该元件的Ⅰ母隔离开关及Ⅱ母隔离开关。在该元件的电流回路中施加单相电流，电流值大于差动门槛定值；母线差动保护应瞬时动作，切除母联及母线上所有的支路元件，Ⅰ母、Ⅱ母差动动作信号灯点亮。

2.4 复合电压闭锁在Ⅰ母PT二次回路中。任选该段母线上的一个元件，在其电流回路中加载单相电流，电流值大于差动门槛定值，此时Ⅰ段母线差动保护不会动作。若电压回路中不加电压，也就是说只要在母线失压的情况下，便满足了差动保护开放的先题条件。

2.5 CT断线告警及闭锁

差动保护。在两段母线PT二次回路加载正常三相对称电压，任选一段母线上的一个元件在其电流回路中加载单相电流，电流值大于CT断线门槛值，大于差动门槛定值。母线差动保护不会动作，经延时，装置报“CT断线告警”信号，保持加载电流不变，将母线电压降至0V，此时母线差动保护还是不会动作。

根据上图2～图5可知：（1）固定连接未破坏，区外短路故障时，保护不起动；内部故障时保护动作具有选择性；（2）固定连接破坏，外部短路故障时，保护不会误动；（3）固定连接破坏，且内部发生短路故障时，保护将失去选择性。

3、微机母线保护在不同主接线方式下实现方案

3.1 差动回路及出口逻辑表示方法的假设

在微机母线保护差动回路的计算和出口回路的动作逻辑都与刀闸位置有着密切关系，为了下面表述的方便，我们用表示N单元Ⅰ母刀闸位置，用表示N单元Ⅱ母刀闸位置，其值为0或1（0表示刀闸分，1表示刀闸合），用表示母联的运行状态，其值为0或1（0表示母联分，1表示母联合），用表示N单元的电流数字量，表示母联的电流数字量，表示N单元的动作情况（0表示动作，1表示不动作）。分别表示Ⅰ母和Ⅱ母的故障情况（0表示不故障，1表示故障），出线单元在这里我们把它都看成可倒单元。

3.2 双母线接线方式

双母线接线方式是比较常见的一次接线方式。也是一种比较典型的一次接线方式。在微机母线保护中，对正常的出线单元通过刀闸辅助接点的判断来确定本单元的电流处于哪一差动回路，出口回路也是通过刀闸辅助接点来判断是否处在故障母线。在双母线中，母联是特殊单元，通过对母联电流互感器的极性的特殊约定，母联可以作为Ⅰ母的单元也可以作为Ⅱ母的单元。假定母联极性与Ⅱ母单元极性相同，我们可以通过一定的表达式来表示电流回路电流和出口回路的动作逻辑。

结语

为保证电力变压器等重要电力元件的安全稳定运行，保证快速切除故障，怀化电网220KV母线装设了母差保护，随着大容量变压器在电网中逐步推广，流变变比的更新要求迫切，应用能够灵活调整流变变比不一致的微机母差保护势在必行。

[1]周晓龙，王攀峰，田盈等.浅谈双母双分段母线保护配置中的若干问题[J].继电器，2004，32(8).

[2]李营.分布式微机母线保护的研究[D].华北电力大学.2000.

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