0 引言

母線差動(dòng)保護(hù)是確?？焖俣羞x擇性地切除母線故障，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保護(hù)。差動(dòng)保護(hù)是利用基爾霍夫電流定律工作的，當(dāng)母線正常工作和區(qū)外故障時(shí)，母線就相當(dāng)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)，流入的電流和流出的電流相等，差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。當(dāng)母線故障時(shí)，掛在母線上有電源的線路向母線提供短路電流，差動(dòng)保護(hù)感受到的二次電流和正比于故障點(diǎn)電流，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

華北油田任東220kV站110kV側(cè)原為雙母線接線方式，母差保護(hù)為BP-2A微機(jī)型，后因供電方式需要改為雙母線單分段接線形式，因此，母差保護(hù)無(wú)疑必須配合一次接線進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，但如何結(jié)合產(chǎn)品對(duì)軟、硬件進(jìn)行升級(jí)?如何檢驗(yàn)動(dòng)作過(guò)程?分析、判斷差動(dòng)保護(hù)的運(yùn)行情況?是值得深入探討研究的新課題。

1 110kV主接線改造簡(jiǎn)介

任東220kV主接線的改造情況為：

1.1原110kV母線為110kV4、110kV5雙母線，根據(jù)供電方式需要，將原110kV4母線一分為二，分別稱為110kV4甲和110kV4乙母線。

1.2拆除原母聯(lián)145間隔設(shè)備，將其間隔改造為分段間隔，裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)144-4甲、144-4乙、電流互感器、分段斷路器144。

1.3將原1個(gè)出線間隔改造為母聯(lián)145間隔，與原145布局不同的是電流互感器改在145斷路器與145-5隔離開(kāi)關(guān)間。

改造后的110kV主接線簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 110kV主接線簡(jiǎn)圖

rc="/21ic_image/21icimage/201208/5288d8306c6e34601b2466bf8147ab8d.jpg" />

2 雙母線單分段差動(dòng)保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)

BP-2A微機(jī)母差保護(hù)裝置為復(fù)式比率差動(dòng)保護(hù)，功能非常強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)母線差動(dòng)保護(hù)、母聯(lián)充電保護(hù)、母聯(lián)過(guò)流保護(hù)、母聯(lián)失靈及死區(qū)保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)等功能。主接線改造后，這些功能都要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。本文只討論差動(dòng)保護(hù)和分段、母聯(lián)失靈及死區(qū)保護(hù)的邏輯框圖設(shè)計(jì)，其余內(nèi)容不做討論。

原雙母線差動(dòng)保護(hù)邏輯框圖見(jiàn)圖2。

差動(dòng)回路由1個(gè)母線大差動(dòng)和2個(gè)母線小差動(dòng)組成。母線大差動(dòng)是指除母聯(lián)145以外的母線上所有支路電流所構(gòu)成的差動(dòng)回路，某段母線小差動(dòng)是指與該段母線相連接的各支路電流構(gòu)成的差動(dòng)回路，包括與該段母線相連的母聯(lián)145二次電流。

主接線變化后，差動(dòng)保護(hù)必須適應(yīng)這種變化，當(dāng)母線發(fā)生故障后進(jìn)行正確選擇跳閘，以可靠隔離故障點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)就是：4甲母線故障跳144及該母線所有分支斷路器;4乙母線故障跳144、145及該母線所有分支斷路器;5母線故障跳145及該母線所有分支斷路器。

據(jù)此將邏輯框圖設(shè)計(jì)為圖3。

圖3 雙母線單分段差動(dòng)保護(hù)邏輯圖

和原雙母線保護(hù)一樣，通過(guò)大差動(dòng)判別區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障，通過(guò)各段小差動(dòng)來(lái)選擇故障母線。母線大差動(dòng)是指除分段144、母聯(lián)145以外的母線上所有支路電流所構(gòu)成的差動(dòng)回路，某段母線小差動(dòng)是指與該段母線相連接的各支路電流構(gòu)成的差動(dòng)回路，包括與該段母線相連的分段144、母聯(lián)145二次電流。電流互感器的極性接法是至關(guān)重要的，規(guī)定母聯(lián)145電流互感器極性以電流從5母線流向4乙為正，分段144電流互感器極性以電流從4甲母線流向4乙母線為正，所有線路電流互感器極性以線路側(cè)流入母線為正。具體的母線小差計(jì)算公式如下所示：

差動(dòng)電流Id為各支路電流的矢量和取模值，制動(dòng)電流Ir為各支路電流矢量取模值的和。在制動(dòng)量的計(jì)算中引入差動(dòng)電流，使得該繼電器在區(qū)內(nèi)故障時(shí)無(wú)制動(dòng)，而在區(qū)外故障時(shí)有極強(qiáng)的制動(dòng)特性，能非常明確地區(qū)分區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障。復(fù)式比率差動(dòng)繼電器的動(dòng)作判據(jù)為[1]：

為防止在母線分列運(yùn)行的情況下，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，比率制動(dòng)系數(shù)設(shè)定高、低兩個(gè)定值，當(dāng)母聯(lián)及分段斷路器均處于合閘位置時(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)用大差比率制動(dòng)系數(shù)低值;小差始終采用比率制動(dòng)系數(shù)高值。

母線大差動(dòng)的構(gòu)成不受母線運(yùn)行方式變化的影響，而各段母線小差動(dòng)，則是根據(jù)各支路的隔離開(kāi)關(guān)位置，由母線運(yùn)行方式自適應(yīng)環(huán)節(jié)來(lái)自動(dòng)地、實(shí)時(shí)地進(jìn)行組合。因此，為防止母線故障時(shí)，故障母線的進(jìn)線隔離開(kāi)關(guān)消失導(dǎo)致母線小差無(wú)法達(dá)到動(dòng)作條件，母差保護(hù)另設(shè)一后備段，當(dāng)母線大差動(dòng)動(dòng)作，且無(wú)小差動(dòng)作，則經(jīng)過(guò)250ms切除母線上所有的元件。

3 分段、母聯(lián)失靈及死區(qū)故障問(wèn)題

該站一次設(shè)備布局144電流互感器在靠近4甲母線側(cè)，145電流互感器在靠近5母線側(cè)。例如，若故障點(diǎn)發(fā)生在144電流互感器和144斷路器間，根據(jù)公式(2-1)、(2-2)、(2-3)，母差保護(hù)會(huì)判4乙母線小差動(dòng)有差流，而4甲母線小差無(wú)差流，從而跳開(kāi)4乙母線上各支路斷路器和分段斷路器，而故障點(diǎn)依然存在;若4乙母線發(fā)生故障，母差動(dòng)作但144拒跳，4甲母線小差也無(wú)差流。雖然這類故障的概率相對(duì)較小，但將給系統(tǒng)穩(wěn)定帶來(lái)嚴(yán)重影響，必須充分考慮解決措施，進(jìn)一步切除真正的故障點(diǎn)。145同樣可能發(fā)生類似144的問(wèn)題。為此，設(shè)計(jì)母聯(lián)、分段失靈保護(hù)與母聯(lián)、分段死區(qū)保護(hù)。

當(dāng)保護(hù)向母聯(lián)發(fā)跳令后，經(jīng)整定延時(shí)母聯(lián)電流仍然大于母聯(lián)失靈電流定值時(shí)，母聯(lián)失靈保護(hù)經(jīng)相應(yīng)母線電壓閉鎖后切除對(duì)應(yīng)母線上所有連接元件。母聯(lián)失靈保護(hù)邏輯如圖4所示。

母聯(lián)死區(qū)保護(hù)分母聯(lián)跳位死區(qū)保護(hù)與母聯(lián)合位死區(qū)保護(hù)。當(dāng)母聯(lián)斷路器在合位時(shí)，若母聯(lián)斷路器和母聯(lián)電流互感器之間發(fā)生故障，在差動(dòng)保護(hù)發(fā)母線跳令后，母聯(lián)斷路器已跳開(kāi)而母聯(lián)斷路器仍有電流，且大差比率差動(dòng)元件及斷路器側(cè)小差比率差動(dòng)元件不返回的情況下，延時(shí)150ms跳開(kāi)另一條母線。

當(dāng)兩母線都有電壓且母聯(lián)在跳位時(shí)母聯(lián)電流不計(jì)入小差。此時(shí)根據(jù)公式(2-1)、(2-2)、(2-3)便可選擇出正確的故障母線，從而保證只切除故障母線，避免了事故范圍的擴(kuò)大。母聯(lián)跳閘位置繼電器為三相常開(kāi)觸點(diǎn)(母聯(lián)斷路器處跳閘位置時(shí)觸點(diǎn)閉合)串聯(lián)。同時(shí)特別提出，判斷分段、母聯(lián)斷路器合分狀態(tài)，應(yīng)通過(guò)斷路器輔助觸點(diǎn)而不應(yīng)通過(guò)144、145保護(hù)裝置內(nèi)的合閘位置繼電器、跳閘位置繼電器觸點(diǎn)，因?yàn)槔^電器易受直流影響。母聯(lián)死區(qū)保護(hù)邏輯圖如圖5所示。(以分段斷路器144為例)

4 帶負(fù)荷測(cè)試分析

母線差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)方式相對(duì)復(fù)雜，設(shè)計(jì)、安裝、整定過(guò)程中的疏漏如線接錯(cuò)、極性弄反尤其是分段或母聯(lián)電流互感器的極性最易弄錯(cuò)，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)無(wú)故障或區(qū)外故障卻引發(fā)母差保護(hù)誤動(dòng)造成母線全停的后果是非常嚴(yán)重的。按照邏輯圖，生產(chǎn)廠家對(duì)程序開(kāi)發(fā)和硬件進(jìn)行改造后，必須經(jīng)過(guò)模擬區(qū)內(nèi)故障可靠動(dòng)作、模擬區(qū)外故障可靠制動(dòng)的傳動(dòng)試驗(yàn)和對(duì)母線差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行帶負(fù)荷測(cè)試，才能正式運(yùn)行。本文不討論傳動(dòng)試驗(yàn)方法、過(guò)程。

帶負(fù)荷測(cè)試主要分析、判斷、檢查差動(dòng)保護(hù)電流回路極性組合的正確性和差流是否正確，對(duì)保證母差保護(hù)安全、可靠運(yùn)行至關(guān)重要。

4.1檢測(cè)出線極性組合的正確性

將標(biāo)準(zhǔn)電流表、電壓表、相位表分別接入各二次回路，結(jié)合控制屏上的電流、有功、無(wú)功功率表數(shù)據(jù)，與BP-2A液晶顯示屏顯示的各電流的幅值和相位等數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，核實(shí)電流互感器變比、分析判斷極性正確與否。

4.1.1 144和145分位、101、120、156、111、112、113、115斷路器掛4甲母線;102、116、146、117、103、118斷路器掛4乙母線。

電流、電壓幅值檢測(cè)通過(guò)表計(jì)及母差保護(hù)顯示屏顯示數(shù)據(jù)相互對(duì)比。

角度檢測(cè)結(jié)合負(fù)荷潮流進(jìn)行。如：101線路向母線送出有功80MW、無(wú)功60Mvar，101電流互感器極性以流入母線為正，則其二次電壓、電流夾角φ=Arctag(60/80)=37°;母線向線路111送出有功80MW、無(wú)功60 Mvar，111電流互感器以流入母線為正，則其二次電壓、電流夾角φ=-Arctag(60/80)=-37°。

檢測(cè)大差、4甲母線小差、4乙母線小差應(yīng)為零。

4.1.2 144和145分位、101、120、156、111、112、113、115斷路器掛5母線。

進(jìn)行各支路電流幅值及相位、大差及5母線小差檢測(cè)。

4.1.3 144和145分位、102、116、146、117、103、118斷路器掛5母線。

進(jìn)行各支路電流幅值及相位、大差及5母線小差檢測(cè)。

4.2 分段、母聯(lián)的檢測(cè)

母聯(lián)或分段帶負(fù)荷測(cè)試必須在可能的幾種運(yùn)行方式下分別進(jìn)行。

4.2.1 144合位、145分位，101掛4甲母線，103掛4乙母線。檢查大差、4甲母線小差、4乙母線小差應(yīng)為零;合上145，111掛5母線，檢查大差、4甲母線小差、4乙母線小差、5母線小差應(yīng)為零。

4.2.2 144合位、145分位，102掛4乙母線，111掛4甲母線。檢查大差、4甲母線小差、4乙母線小差應(yīng)為零;合上145，103掛5母線，檢查大差、4甲母線小差、4乙母線小差、5母線小差應(yīng)為零。

4.2.3 145合位、144分位，101掛5母線，103掛4乙母線。檢查大差、4乙母線小差、5母線小差應(yīng)為零;合上144，111掛4甲母線，檢查大差、4甲母線小差、4乙母線小差、5母線小差應(yīng)為零。

4.2.4 145合位、144分位，102掛5母線，103掛4乙母線。檢查大差、4乙母線小差、5母線小差應(yīng)為零;合上144，111掛4甲母線，檢查大差、4甲母線小差、4乙母線小差、5母線小差應(yīng)為零。

經(jīng)過(guò)上述檢測(cè)證明設(shè)計(jì)的邏輯及編制的程序正確無(wú)誤后，將母差保護(hù)正式投入運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文在深入掌握BP-2A微機(jī)母線差動(dòng)保護(hù)原理、實(shí)現(xiàn)方式的基礎(chǔ)上，針對(duì)主接線改變，設(shè)計(jì)出了雙母線單分段的差動(dòng)保護(hù)邏輯框圖及分段、母聯(lián)失靈及死區(qū)故障保護(hù)邏輯圖，并特別提出對(duì)各隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)及分段、母聯(lián)斷路器狀態(tài)判斷采用隔離開(kāi)關(guān)、斷路器相應(yīng)輔助觸點(diǎn)，不采用相關(guān)繼電器觸點(diǎn)，介紹了帶負(fù)荷測(cè)試方法，經(jīng)過(guò)各種狀態(tài)下的測(cè)試分析，證明邏輯設(shè)計(jì)正確無(wú)誤并經(jīng)實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，保證了雙母線單分段接線方式下，母線差動(dòng)保護(hù)的安全、可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

1.BP-2A微機(jī)母線保護(hù)裝置技術(shù)說(shuō)明書(shū).深圳：深圳南瑞科技有限公司，2005.

更多好文：21ic智能電網(wǎng)