滁州供电公司各类母线保护技术特性分析

1滁州供电公司各类母线保护技术特性分析及运行整定注意事项滁州供电公司林森【摘要】就目前滁州供电公司各类整流型、中阻抗型、微机型母线保护的技术特性作比较分析，并对母线保护在现场运行适应性及反措提出观点。【关键字】母线保护；刀闸辅助接点；定值母线故障是最严重的电气故障之一，它将使连接于故障母线上的所有电气元件被迫停电。母线保护装置是正确迅速切除母线故障的重要手段，它的拒动或误动将给电力系统带来严重危害，其可靠运行直接影响到电力系统的安全、稳定运行。相对线路保护的发展，母线保护的发展比较缓慢，下面就各类母线保护的技术特性结合在我公司的应用进行比较分析。1、几种主要类型母线保护的技术特性：滁州供电公司电网中使用的母线保护类型较多，从元器件构成上大体可分为整流型、集成电路型和微机型，具体在各个变电站的分布配置情况见下表：滁县变嘉山变定远变天长变琅琊变220KV母线110KV母线220KV母线110KV母线220KV母线110KV母线220KV母线110KV母线35KV母线整流型固定连接式√相位比较式√中阻抗集成电路型√√√微机型（LFP-975A）√√微机型（RCS-915AB）√√1.1整流型母线差动保护：a.固定连接式母线差动保护，是双母线同时运行时，按照一定要求，将引出线和有电源的支路固定连接于两条母线上，当任一母线故障时，只切除接于该母线上的元件，另一母线可以继续运行。如运行的双母线的固定连接方式被破坏时，则保护将无选择故障母线的能力，而将双母线上所有连接的元件切除。b.电流相位比较式母线差动保护，是用双母线总差动电流作参考向量来比较母联电流相位以判别故障母线，在正常运行和区外短路时差电流很小，方向元件不动作，当母线故障时不仅差电流很大且母联断路器的故障电流由非故障母线流向故障母线，具有方向性，因此方向元件动作且具有选择故障母线的能力，即母联电流与差动电流两个电流相量基本同相时相位元件动作，基本反相时制动。其主要安装地点电压等级保护类型2特点是：原理简单，没有交流电流切换回路，二次接线简单，能适应一次系统的倒闸操作。LXB母差保护曾用于我公司滁县变220KV和110KV母线，其间经历过区内和区外故障的考验，为电网的安全稳定运行作出了贡献，同时也暴露出其存在的某些缺陷。曾做过一些改进，例如增加相继动作功能等，由于原理及技术条件的限制，仍存在许多问题：当两条母线所接电源严重不平衡时，大电源所在母线内部故障，小电源提供母联电流不能启动LXB继电器时，母差将拒动；母联TA为单侧设置时，在母联与TA之间发生故障，故障母线不能快速切除；双母线分裂运行时，动作失去选择性；由于采用速饱和变流器，保护动作时间较长，当TA严重饱和时，可能失去选择性。从电网的发展来看，无论是从性能上还是运行维护等方面，该保护都越来越难以满足要求，LXB型母差保护将逐渐被替换。1.2中阻抗型母差保护:中阻抗型母线电流差动保护，将高阻抗的特性和比率制动特性两者有效结合，显著降低了母差回路的负载阻值，较好地保证了区外故障TA饱和不误动，区内故障正确快速动作。它以电流瞬时值作测量比较，测量元件和差动元件多为集成电路或整流型继电器，当母线内部故障时，动作速度极快，约为1～3ms。而在1/4周期以前TA不会100%饱和，能较好地传变一次侧电流，对TA特性无特殊要求，是目前国内各电网的主要选择,在220kV及以上系统广泛使用。在我国电力系统中使用的国外公司母差保护产品有ABB公司的REB103型、GE公司的BUS-1000型和西门子公司的7SS10型。我公司主要使用国内厂家的产品，滁县变220KV母线保护为上海继电器厂组装生产的PMH-150(RADSS/S),定远变220KV母线保护为南京自动化设备总厂生产的JMZ、HMZ、JCMZ系列，嘉山变220KV母线保护使用阿城继电器厂的PMH-40系列，均系仿ASEA（现ABB公司）的中阻抗集成电路母差保护，在220kV及以下系统有较成熟的运行经验。a.南自厂JCMZ系列中阻抗母差保护，目前在国内500kV及以下变电所有广泛的应用，它是一种高速灵敏中阻抗型的电流差动保护，适用于超高压电网的中阻抗母差保护，将中阻抗特性和比率制动特性两者有机结合在一起。它具有下列特点：动作速度快，故障检测时间3ms，保护整组动作时间10ms；在穿越性外部故障时，即使TA饱和也不会误动；母线内部故障时，由于检测速度极快，在TA完全没有饱和之前就动作，对TA饱和特性要求不高；采用辅助TA调整总变比，可适应不同变比的TA；允许TA二次回路的环路阻抗较大，易满足要求；主回路简单可靠。b.上继厂PMH-150(RADSS/S)型中阻抗母差保护适用于超高压电网，分全进口元件、半进口元件、国产元件3种类型，但差动元件均为进口件。因其与JCMZ系列母差保护装置属相似中阻抗型的电流差动保护，两者技术特点基本相同。c.阿继厂PMH-40型中阻抗母差保护适用于超高压电网，采用全国产元件，其技术特点与JCMZ系列母差保护装置也基本相同。1.3微机型母差保护：近年来,随着计算机技术在继电保护领域内的广泛应用，制造厂相继推出的微机母差保护，最主要特点是充分利用计算机进行数字计算的能力，方便地实现带比率制动特性的电流瞬时值差动原理、复式比率差动原理等。微机母差对TA饱和具有独特的检测方法，抗TA饱和能力强，国外的几个厂家采用波形判别或3补偿法来消除TA饱和的影响，即利用1/4周期前TA线性传变的采样点，用一定的算法进行波形处理或判别，以保证保护的选择性。国内的做法，多用同步识别法来克服TA饱和的影响，通过判别差动动作与故障发生是否同步来识别饱和情况。同时微机母差保护具有自检功能，可靠性进一步得到提高。更重要的是，微机母差具有通信接口，可方便地与监控系统互联、完成信息的远传与远控，实现综合自动化。当然微机母差保护具有调试整定方便的优点是不言而喻的。因此，母线保护同线路保护一样，采用微机型的保护是趋势和方向。对于采用分层分布式自动化系统的变电站，分散式的微机母差保护更能与其结构相适应。a.LFP-975A型母差保护是由南京自动化研究院生产的，只适用于110KV及以下母线，一次接线可为单母线、单母分段、双母线，母线上允许连接的线路与元件数最多为24个（包括母联），另外，装置还设有母联充电及母联过流保护。该保护选择故障母线的方式有两种，一种是比较差电流和母联电流的方向，即母联电流比相选择方式；另一种为电压比较方式，在母联解开后，将I母和II母零序分量进行比较，作为判据。b.RCS-915AB型母差保护也是由南京自动化研究院生产的，适用于各种电压等级的单母线、单母分段、双母线主接线方式，母线上允许连接的线路与元件数最多为21个（包括母联），另外，装置还设有母联充电及过流保护、母联死区保护、母联失灵保护、母联非全相保护及断路器失灵保护。装置由分相式比率差动元件构成，差动回路包括母线大差回路和各段母线小差回路，母线大差比率差动用于判别母线区内和区外故障，小差比率差动用于故障母线的选择,整组动作时间15ms。为防止母线保护在母线近端发生区外故障TA严重饱和的情况下发生误动，该装置设置了两个TA饱和检测元件：元件一采用新型的自适应阻抗加权抗饱和方法，在发生母线区内故障时，工频变化量差动元件△BLCD和工频变化量阻抗元件△Z与工频变化量电压元件△U基本同时动作，而区外故障时，由于故障起始TA尚未进入饱和，△BLCD元件和△Z元件的动作滞后于工频变化量电压元件△U，利用这三者动作的相对时序关系，可得抗TA饱和的自适应阻抗加权判据；元件二由谐波制动原理构成，利用TA饱和时差流波形畸变和每周波存在线性传变区等特点，根据差流中谐波分量的波形特征检测TA是否发生饱和。2004年7月，在我公司竣工的220KV天长变电站扩建及综合自动化改造中，220KV和110KV母线保护分别都使用了该装置，也是我公司第一次将微机母差保护应用到220KV母线上，其运行情况还有待时间考验。c.南自院还有一种BP-2A型微机母线保护，可用于500KV及以下各种接线方式母线，在我公司尚未使用。主要特点如下：复式比率差动原理，在区内故障时无制动，在区外故障时有极强的制动特性，差动保护灵敏度高；自适应能力强，倒闸操作过程中，保护无需退出，并实时地无触点切换差动回路和出口回路；以大差动判别故障，各段母线小差动保证选择性；允许TA变比不一致，TA饱和能力强；整组动作时间20ms。2、母线保护现场运行及整定中应注意的两个问题：2.1母线保护取自现场的刀闸辅接点可靠性问题非固定连接的双母线主接线方式具有操作灵活、运行多变的特点，母线上各连接元件在系统运行中需要经常在两条母线上切换，相应的母线保护必须切换其4差流（小差）回路和出口回路，使其与运行方式保持一致。为减少人工干预(繁琐并容易失误)，无论是集成电路还是微机母差保护都引入刀闸辅助接点，据此确定运行方式，切换内部回路。这个方法直接有效，但难以消除继电保护专业人员的担忧，即：在现有刀闸辅助接点和其引入环节并非十分可靠的情况下，如何保证母差保护的正确动作?大多数母线保护都采取下面两种方法之一，或将两种方法结合起来以减小刀闸辅助接点的不可靠性对保护的影响：2.1.1硬件方法：同时引入每一副刀闸的常开接点和常闭接点，以两对接点的组合来判别刀闸状态，同时在保护屏上加装母线模拟盘，盘上为每个刀闸位置配一个变色指示灯。正常运行时，刀闸闭合灯亮（绿色），刀闸打开灯灭。刀闸位置异常时，若刀闸位置常开和常闭接点同时打开则灯亮（红色），若刀闸位置常开和常闭接点同时闭合则灯亮（橙色）。当模拟盘失去直流电源或某元件支路常开和常闭接点同时打开或同时闭合时，发模拟盘中央报警信号。另外，模拟盘可以通过断开相应跳线来切断未使用支路的刀闸位置报警回路，以防误报警。原理图：模拟盘面板布置示意图：52.1.2软件方法：a.定时对刀闸辅助接点进行自检（有流无刀），当发现与实际不符，如某条支路有电流而无刀闸位置信号，则发出刀闸位置报警信号，以便值班员及时采取措施。b.小差电流平衡校验，可以在软件中针对母线的所有连接元件任意取某一相电流计算小差电流，设一个电流平衡校验定值(一般此定值可取0.5A)，只要有差流超过此定值，则发出刀闸位置报警信号。但此判据与“CT断线”判定方法一致，为在逻辑判断中加以区分，可以将“CT断线”判据放在大差软件部分，而将电流平衡校验判据放在小差软件部分。c.记忆刀闸原始状态,当装置发出刀闸位置报警信号时,如某条支路有电流而无刀闸位置,装置就记忆原来的刀闸位置。综合比较以上三种软件措施和母线模拟盘，笔者认为定时对刀闸辅助接点进行自检（有流无刀）加上小差平衡校验是软件判断刀辅接点接触不好的最佳方案；而且配合硬件上的母线模拟盘以方便在值班员发现刀辅接点接触不好时，及时采取有效的处理措施，保证母线保护不退出运行。2.2母差保护和失灵保护复合电压闭锁电压定值应该分开整定问题部分厂家将母差保护和失灵保护的复合电压闭锁定值只设一组公共定值。这样做看起来似乎不存在问题，但细分析起来，这样做是存在很大问题的。从两种保护的作用来谈，母差保护是作为110KV及以上的母线的主保护，它的保护范围就是母线及各个出线开关CT靠母线侧的所有电气一次部分，保护范围是很小的，动作速度是相当快的，一般都是在10MS左右。而每一个电压等级的失灵保护是变电站该电压等级所有元件的最后一级后备保护，它的保护范围不仅是变电站该电压等级所有电气元件，而且要保护到所有线路元件的全长，保护范围是很广泛的。动作时限是比较长的。正是因为母线保护的保护范围小，对于它保护范围内的各种类型的短路故障，低电压、负序电压、零序电压的灵敏度都比较高，所以这几项定值取值范围都比较大。而对失灵保护来说，由于它要作为该电压等级的所有线路元件的后备保护。当较长的高压线路末端故障，母线PT所感受到的零序电压、负序电压就相对母线故障时小的多，而反映对称故障的低电压相对母线故障又较高。假如该线路断路器失灵的情况下，为保证失灵保护可靠动作，它的电压闭锁元件必须开放，那么很显然