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母线差动保护技术研究

发表时间：2020/1/15 来源：《电力设备》2019年第19期作者：王文智

[导读] 摘要：对于新能源电站或某些重要的地区变电站,其35kV母线往往需要配置母线保护。

        （中国能源建设集团西北电力建设第一工程有限公司陕西渭南 714000）
        摘要：对于新能源电站或某些重要的地区变电站,其35kV母线往往需要配置母线保护。由于母线上所接的接地变、所用变等容量较小,因此在选择其保护用电流互感器时往往会根据容量选择电流互感器变比。该变比相对于其它出线间隔小得多,在接地变、所用变等间隔出口发生严重短路故障时,电流互感器容易饱和,导致母差保护误动,扩大停电范围,同时也不利于调度事故延判,影响快速恢复供电。本文对一起接地变出口处电缆故障导致的母差保护误动事件进行分析,提出相应的整改方案。
        关键词：35kV；母差保护；误动原因；措施
        随着电网规模的不断扩大及保护设备运行年限的增加,设备的运维工作压力越来越大。目前母差保护超期校验的情况在内蒙古电网较为普遍,忽视对母差保护装置硬件及二次回路的检查,则无法及时发现装置存在的隐患。因此要求从施工、验收、日常管理与维护等方面着手,认真积累工作经验,保证电网的安全运行。母线保护在电力系统运行当中起着非常重要的作用，因此要求动作速度快、灵敏度高、可靠性强的运行母线。在微机型母线保护中，也客观存在许多母线保护装置的设计缺陷，或者由于工作人员对其进行检修是出现误动的情况造成母线故障，不管是何种原因，总之，要充分加强防范措施，主抓技术防范点，不断对运行母线进行多次改进，将母差保护更改至最佳状态，确保保护装置安全可靠运行，切实维护电力系统的稳定运行。
        一、事故经过
        事故前,110kV某光伏汇集升压站2台110kV主变运行,主变为双绕组变压器,35kV低压侧为2段单母线,由一套母差保护实现母线保护功能。35kV接地变间隔为500kVA的干式消弧线圈,保护用电流互感器变比为50/5,#2主变低压侧电流互感器变比为1500/5,无功补偿间隔电流互感器变比为300/5,光伏Ⅰ线电流互感器变比为500/5,光伏Ⅱ线电流互感器变比为500/5,基准电流互感器变比为1500/5,主接线如图1所示。某日1时58分,该站35kV母线保护动作, Ⅱ母差动保护动作,A相差流为14.38A,B相差流为14.69A。35kV#2接地变速断保护动作,动作电流为96.9A。现场检查为#2接地变电缆相间故障。站内母线巡视未发现明显故障点。

        图1站内部分主接线图
        二、事故分析
        根据现场调取的母差保护动作波形图分析,35kVⅠ母、Ⅱ母母线电压异常,母线电压开放。在故障初期,35kVⅡ母系统发生A相单相接地,随后发展成AB两相接地。从波形图可知接地变间隔(电流17通道)AB两相相间故障,电流互感器严重饱和,反映到母差保护装置的二次采样值为96.9A,折算至一次值为969A。主变低压侧间隔(电流19通道)的AB两相故障电流二次采样值为18.8A,折算至一次值为5640A。可预估接地变出口一次短路电流为5640A,远超过接地变保护电流互感器(50/5)10P20的准确限制系数,导致电流互感器饱和,不能线性传变一次电流,在出口故障时仅传变了969A一次电流,因饱和而丢失的一次电流形成了母差差流,进而导致区外故障时母差保护误动。虽然接地变间隔电流互感器饱和后未按线性输出一次电流,但电流互感器在饱和阶段输出的二次电流有效值较大,仍可满足接地变速断保护动作值要求。
        三、处理措施
        （一）双母线固定连接运行的完全差动保护。当发电厂和重要变电所的高压母线为双母线时，采用双母线同时运行，每组母线固定连接一部分供电和受电组件。双母线固定连接运行的完全差动保护要求母线保护能够准确判断出故障发生在哪一段母线，有选择性地切除并保留非故障母线继续运行。双母线的差动保护装置由一套大差动保护组件和两套小差动保护组件组成。双母线固定连接运行完全差动保护的主要优缺点如下：优点：各组成组件和接线比较简单，调试方便，易于运行人员掌握；采用速饱和变流器，可以较有效地防止由于区外故障一次电流中的直流分量导致电流互感器饱和引起的保护误动作；当组件固定连接时母线差动保护有很好的选择性；当母联断路器断开时，母线差动保护仍有选择能力，在两条母线先后发生短路时，母线差动保护仍能可靠动作。缺点：当组件固定连接方式破坏时，如任一母线上发生短路故障，就会将两条母线上的连接组件全部切除，适应运行方式变化的能力较差；由于采用了带速饱和变流器的电流差动继电器，动作时间较慢，不能快速切除故障；灵敏度较低。
        （二）压板电位异常防范措施。在开关从冷备用改运行、保护从信号改跳闸的倒闸操作中，需对出口压板进行测量。在倒闸操作中测量出口压板时应做好以下防范措施：操作和监护人员应熟悉即将操作的二次回路，以便能及时判断是否存在异常；操作前应检查直流系统电压，尽量避免直流接地时操作二次回路；操作前应检查保护装置无出口动作情况；操作人员应熟悉使用的万用表，使用前确认表盘档位指示清晰、表笔接线正确（或将操作用表的电流档接口封死），有条件时使用专用直流电压表；正确使用万用表，使用直流电压档，严禁使用电阻档，使用时应先接零，并在安全点测量正常电压；压板两端对地测量电压无异常，测量压板两端间确无电压后放上压板，测量一块放上一块，如遇异常应中断操作，异常排除后恢复操作，并履行相关手续。
        （三）母联电流相位比较式母线差动保护。母联电流相位比较式母线差动保护是根据母线外部故障或内部故障时连接在母线上各组件电流相位的变化来实现的。电流相位比较式母线差动保护应用于双母线时，应在每组母线上装设一套电流比相式保护，通过切换装置使保护装置二次回路的工作与一次系统连接的方式相适应，以保证动作的选择性。母联电流相位比较式母线差动保护的主要优缺点如下：优点：不要求组件固定连接于母线，可提高母线运行方式的灵活性。缺点：正常运行时母联断路器必须投入运行；母线故障保护动作时，如果母联拒动，将造成由非故障母线的连接组件通过母联供给短路电流，使故障不能切除；当母联断路器和母联电流互感器之间发生故障时，将会切除非故障母线，而故障母线反而不能切除；两组母线相继发生故障时，只能切除先发生故障的母线，后发生故障的母线因这时母联断路器已跳闸，选择组件无法进行相位比较而不能动作，因而不能切除。
        （四）提高互感器运行水平。首先，做好互感器的日常管理工作。定期监控互感器运行状况，采集运行数据加以分析，以判断互感器工作状态是否正常。对运行时间达20年及以上的老旧互感器，应特别加强监视，若发现存在介质损耗因数超标、绝缘老化和受潮等缺陷，应马上核实或立即更换，以确保设备健康运行。其次，新安装和检修后的互感器在投运前，应全面检查其密封状况，不得遗漏。其中油浸式互感器油位低于标准位时要及时补充油量，并不得有渗漏现象。SF6绝缘互感器不得有漏气现象，注意及时补充气压，维持在规定范围内。发现存在有油浸式互感器严重漏油或电容式电压互感器电容单元渗漏的情况，应立即停止运行。另外，对已安装完毕的互感器，若半年及以上时间未带电运行的，在准备带电运行前应重新进行预防性试验和检查，确保设备状态完好。
        （五）更改母差保护闭锁条件。母差保护不经各自母线电压闭锁跳相应母线也是母差动作跳运行母线的主要原因。一般情况下，该类情况会造成Ⅱ母所有的出线单元因运行母线受牵制而跳闸。在对母差保护闭锁条件进行更改时，动作逻辑要与逻辑单元经相应母线电压闭锁对应，如果单元没有在刀闸位置，则最好不要经复压闭锁。据这样改进的母差动作通常都可以发挥积极作用，而且不拒动也不会误动。
        四、结论
        综上所述,母线差动保护的应用是电力系统运行的需求,防止母线差动保护不正确动作的发生是当前继电保护工作的重中之重。为了提高变电站母线差动保护运行的可靠性,防止母线差动保护不正确动作的发生,技术人员应对一些常见故障问题进行分析总结,并制订有针对性的改进措施,将设备隐患消灭在萌芽状态,以保证整个电力系统始终处于安全、稳定以及可靠的运行状态中。
        参考文献：
        [1]李常青.对一次变电站母线差动保护误动的研究[J].科技创业家,2018(21).
        [2]花冉.35kV变电站母线差动保护误动事故分析[J].华东科技(学术版),2018(10):231-232.
        [3]乔彩霞,王蕴敏.变电站母线差动保护误动原因分析及处理措施[J].内蒙古电力技术,2018,34(03):38-41.