刀闸辅助触点异常对母差保护的影响与防范措施

范艳华

（山西鲁晋王曲发电有限责任公司，山西 长治 047500）

通常，当母线内部出现故障时，要求快速正确切除故障，当外区出现故障时，则会要求其不要误触。多数220kV变电站的主出线方式均为双母线方式，此种方式调度十分灵活，母线中的线路、旁路均要在母线上进行切换。因此，为防止母差保护的可靠性，必须使其能够正确识别母线运行方式，从此角度看，刀闸辅助触点是否正常直接影响母差保护动作是否可靠。

1 刀闸辅助触点异常的类型

以最常见的220kV变电站为例。由于变电站制造年限各不相同，部分变电站连接母线的刀闸触点难以反映实际运行情况，极有可能出现来回抖动、黏连以及接触不良的情况，这便会使得母线差动保护对电流进行计算时出现错误判断，进而影响到其保护的可靠性。就变电站目前运行情况而言，其辅助触点异常可大体分为三种情形，分别是接触不良，触点黏连以及触点抖动。接触不良指的是刀闸触点处于闭合状态，其触点开入状态值应当为1，但触点开入显示值仍为0。触点黏连指的是刀闸触点处于断开状态时其状态值应当为0，但触点开入显示值仍为1。触点抖动，此类情形指的是触点显示值在0与1间持续翻转（1代表刀闸闭合，0代表刀闸开断）。

1.1 接触不良

假设电力系统某支路单元运行状态正常，若此时刀闸辅助接点出现接触不良的情况，即刀闸触点处于闭合状态，其触点开入状态值应当为1，但触点开入显示值仍为0，此时，途经该支路的电源便不会进入电流差回路。若该支路对侧、电源侧为此条支路提供电源，此条支路发生故障时，便极易引发母线差动保护。若该条支路的负荷较小或不存在负荷，便不会引发母线差动保护的现象。

当该条支路的刀闸处于闭合状态，但由于接触不良现象，其保护装置便不会处于互联状态。而保护装置选择故障母线的依据是对小差电流进行判断，这便会直接影响母差电流保护的敏感性，使其难以在预定时间内对故障母线进行切除，进而无法缩小事故范围。

1.2 触点黏连

当电力系统运行维护人员进行倒母线后，若母线连接刀闸本该为断开状态，由于触点黏连现象，使得与之相连的保护装置判断其仍旧为互联状态。此时，此部分发生区内故障，保护装置便无法有效判断出现故障的母线，极有可能同时切断两条母线，将事故范围扩大两倍，进而影响到电力系统的稳定运行。

除上述情况外，当运维工作人员对支路开关进行检修时，母线相连刀闸本应处于断开状态，由于触点黏连现象，与保护装置互连的某组刀闸仍然显示闭合。虽然此情况并不会对母线差动保护产生影响，但当该支路检修完毕进入运行后，运维工作人员将另外一组刀闸调整至闭合状态时，保护装置便会识别与此两组刀闸相连的母线为互联状态，若发生故障，保护装置便会同时对其进行切除，扩大事故波及范围。

1.3 触点抖动

由于电力系统运维次数较为频繁，触点黏连现象基本上不会出现。但如果刀闸出现接触不良现象，或者相关设备运行时间较长，长时间未对其进行维护。那么，当区内故障出现时，刀闸触点便会出现抖动现象，如果其在保护装置处的运行状态与实际状态存在差异，将会引发上文1.1与1.2两者的任意一种。

经过对刀闸触点异常类型的分析可得知，若刀闸实际运行状态与保护装置相连的节点位置存在差异，极为容易出现母差保护误动甚至拒动，进而增大事故范围。因此，刀闸触点的正常运行与母差保护动作存在直接影响。当前电力系统中所使用的保护装置基本均带有刀闸自检的功能，能够及时发现刀闸当前实际运行状态，以此保证母线差动保护的可靠性。

2 刀闸辅助触点异常对母差保护产生的影响

从上述对触点异常类型的分析可以发现，电力系统中母线差动保护是否能够在区内故障出现时进行正确动作会直接影响整个电网运行的稳定性。若母线出现区外故障时，母线差动保护不需要采取动作，当出现区内故障时，母线差动保护需要采取动作，在预定时间内对故障母线进行判断，并有针对性地切除故障，以此确保电力系统运行的稳定性。

由于双母线的连接形式较为方便，电力系统能够从负荷特点的角度出发，以实际情况为准互相切换母线，整体调度较为灵活，所以此种连接方式多在变电站中使用。在母线切换过程中，母差保护相关装置也必须对切换后的母线进行判断，随着运行方式的改变而变换，对电流差动与跳闸回路进行调整。从此处便可看出，在电力系统实际运行中，母差保护是否可以对一次系统的运行方式进行正确识别，会直接影响到其动作的正确性，而判断一次系统的运行方式则要通过刀闸辅助触点进行判断。所以，其触点是否正确是影响母差保护动作的核心因素。

3 刀闸辅助触点异常对母差保护产生影响的防范措施

根据上文对刀闸辅助触点异常类型与对母差保护产生影响的分析，得知刀闸触点会直接导致母线差动保护的不可靠。为避免此情况的出现，采取有针对性的措施是极为必要的，本文便以某地区220kV变电站为例，从硬件方面与软件方面入手，说明防止母差保护误动的具体措施。

3.1 A变电站简介

该变电站电压等级为220kV，为降压变电站，南侧为彰武水库，北侧为依安林公路。此变电站中10kV部分使用单母线接线形式，出线方式为两回出线。110kV部分则采用双母带旁母形式进行连接，出线方式为十回出线。220kV部分则是采用双母线接线形式，出线方式为四回出线。由上述变电站的接线方式与接线形式可发现，此变电站的运维较为复杂，且难度较高。随着经济的飞速发展，人们对电能供应的要求越来越高，为确保电网运行的可靠性与稳定性，对此变电站的母线保护问题加强研究具有极强的现实意义。该变电站所配备的保护有瓦斯、差动、零序、间隙、非全相等，后备保护有闭锁过流等。从此变电站的职能来看，其担负着所在区域联网与500kV系统下灌任务，并承担周围居民的日常用电，属于枢纽变电站，若发生大面积停电便会对所在区域造成难以预估的损失。为确保其安全运行，消除刀闸触点异常尤为必要，下文便从硬件、软件两方面入手对防范措施进行说明。

3.2 硬件方面

该变电站为保证相应保护装置能够识别刀闸实际运行状态，放弃了传统一对接点的方法，采用两对接点方法，使得保护装置在对刀闸位置进行识别时，对两对接点进行判断，以此提高保护装置对刀闸真实运行状态的识别。虽然此种方法在实际施工时，会增加电缆数量，增大工作人员的劳动强度，提高保护装置的计算量，但其识别准确性会有显著提升。因此，为最大限度降低大面积事故的发生，此变电站采取了此种方式。具体配置方式如下。

3.2.1 配置方式

根据相关规程要求，若变电站电压等级在220kV或以上，则必须配备两套母线。该变电站采用的则是型号为WMZ-41与RCS-915母线保护装置。并在110kV设置了型号为WMH-800的微机保护装置，其具体参数如下。

该微机保护装置的芯片型号为TMS330C33XDSP，其制作工艺为六层印刷版，采用16位转换器对模拟量进行转换，机箱为6U机箱，插件可靠性极高，接插极为灵活，这些均为该保护装置的灵活运行打下了良好的基础。此装置是专门为母线保护设计的，主要应用于电压等级在500kV以下的各类接线形式母差保护。该装置具有分项瞬时值差动保护、闭锁、分段母联充电保护、过流保护、非全相保护、失灵保护、死区保护、断线告警、断线闭锁等，并有自动识别、CT识别、CT变比、电压电流实时监测显示、开关量监测、故障报告打印、事件报告打印等功能，从此可看出，该保护装置的自检功能十分完善。

WMH-800作为成熟的保护装置，可通过隔离器件对刀闸开关量进行隔离，并采用可靠性极高的插件连接至端子排，以此最大限度减少多余的配线，提高了保护装置的稳定性。为避免其内部电路受到外界影响，可采用光隔离方法隔离强电与弱电，提高其抗干扰能力。其具体连接方式为从人机接口出发，下方分别经连接电压闭锁、C相差动保护、B相差动保护以及A相差动保护，此便是其逻辑组织关系。该装置会对ABC三相进行分别采样，并将模拟量转换为数字量，再进行命令开出，最大限度降低故障出现的概率。若三相同时出现故障，电压闭锁作为独立单元可对电压进行采样，将模拟量转换为数字量后对闭锁条件进行判断，进而开出命令。通过此四个单元的配合，可以在完成保护功能的情况下有效防止母差保护误动情况的出现。此部分中人机接口功能则是对所有保护单元进行综合管理，使保护单元能够顺利发送各类信息，为运维管理人员提供操作性较强的人机界面。

3.2.2 刀闸触点识别

本文第一部分与第二部分分析了刀闸误触对母差保护所产生的影响。当母线出现区外故障时，由于电流互感器的存在，励磁电流会有一定程度的增加，使得电流互感器处于饱和状态。这也是不能通过变电站二次电流难以反映一次电流值的主要原因，此时，保护装置便极易存在差动电流，对保护装置的动作产生影响。从上述可得知，在变电站中设置电流互感器的饱和判断是极为必要的。而WMH-800装置的饱和检测方法是根据差动电流的显示时间对其识别。当区外故障发生时，互感器饱和，在故障出现与差电流出现时间内，一次与二次电流能够处于正确传变，呈现的也是线性关系，若差电流显示时间与查回路出现的时间一致，则代表为正常故障，便会触发保护动作，切除故障母线。而对刀闸触点的识别方法则是采用电流平衡法进行。当电力系统处于正常运行状态时，母线自身大小差是处于平衡状态的，此时，便可以使用电流对触点的运行方式进行校核。若发现大小差不平衡，则触发异常告警，若是检测到刀闸双跨时也会触发告警信号，提示运维工作人员对其进行注意，及时采取相应措施。

3.3 软件方面

该装置所采用的软件为厂家自带。当该装置投入运行后，微机会自动对所有采样点的大小差瞬时值进行计算。若无区内故障发生时，则会利用支路电流进行检测，判断各个支路的运行状态，并将运行正常的支路纳入待选集。对待选集的排列组合是该装置软件中的重点，其算法应当能够快速进行收敛，以最快速度计算出平衡小差。当前较为常用的算法有穷举、回溯以及递归，由于回溯运算量较大，穷举适用范围较小，因此，该装置采用了递归算法，具体如图1。

图1 递归算法流程

在刀闸触点自检方面，若支路单元在装置中显示处于闭合状态，但经过检测后不存在电流，或该支路单元在装置中处于开断状态，但经过检测后存在电流。该软件便会发出开入异常命令，点亮告警灯，提醒运维工作人员。

4 结语

综上所述，刀闸辅助触点若处于异常状态，会直接影响母差保护装置的运作，因此，加强对刀闸触点的检测是十分必要的。本文以某地区变电站为例，从硬件、软件方面说明了WMH-800保护装置在变电站中的应用方法，此装置可有效提高母差保护运行的可靠性。