母联CT断线后关联母线同相故障保护行为分析及对策

母联CT断线后关联母线同相故障保护行为分析及对策

孙永先金辉陈晨

（积成软件有限公司江苏南京211100）

摘要：双母线接线母联CT断线后，发生关联母线同相区内故障，较新处理方法是先跳母联，同时闭锁两侧关联母线差动保护100ms。文章对双母单分段接线方式的此种复杂情况下一起母线差动保护失去故障母线选择性的动作行为进行分析，指明非故障母线小差保护电气量返回时间较长是造成差动保护失去选择性的原因所在。文章提出改善对策，对差动保护差电流返回算法做出修改，优化程序内部机制。文章最后对修改结果进行了验证，证明了分析和修改的正确性。

关键词：双母线；母线保护；CT断线；区内故障；选择性

0引言

双母线接线方式，母联发生CT断线后，传统方案为强制单母方式，当关联母线发生区内故障时，不管是同相故障还是非同相故障，母联两端母线差动保护同时动作，故障切除[1]。该种处理方式优点是可以立即切除故障，方案简单、安全可靠，缺点是无法选择故障母线，扩大了停电范围[2-4]。

随着系统安稳对故障切除时间的要求，以及高压断路器设计和制造水平的提高，目前电网高电压等级发生故障时，从主保护动作，到断路器跳闸，整个故障切除时间相对缩短[5,6]。因此，母联CT断线后发生关联母线同相区内故障时，可以先跳母联，同时闭锁两侧差动保护100ms。母联断路器跳开后，非故障母线隔离故障，100ms后故障母线差动保护解除闭锁，出口跳闸，故障切除。该种处理方式优点是可以选择故障母线，减小停电范围，缺点是故障不能立即切除，方案相对复杂[7]。

1现象介绍

系统接线图如图1所示，母线为双母单分段接线方式，旨在验证母联CT断线后关联母线发生同相区内故障时的母线保护装置动作行为[8,9]。系统接线图中带有7个间隔，支路1对应母联1，支路20对应分段，支路21对应母联2，支路2和支路5在Ⅱ母，支路11在Ⅰ母，支路7在Ⅲ母。支路5、7、11对应CT变比为600:1，其余CT变比为1200:1。差动保护启动电流定值整定为0.40A，CT断线闭锁定值整定为0.20A。

选取母联1发生A相CT断线，继发Ⅰ母区内k1点A相金属性故障。故障后母线保护装置动作行为及故障电气量录波如图2至图4所示。

由图可见，k1区内金属性故障后，母线保护装置15ms先发跳支路1（母联1）命令，115ms后Ⅰ母、Ⅱ母相继动作发出跳闸命令，跳支路2、5、7、11、20、21，120ms后Ⅱ母动作返回，支路2、5、21跳令收回，193ms后故障维持时间到，保护整组复归。保护装置液晶显示动作行为如表1所示。

表1装置动作行为

2现象分析

试验中母线保护装置采用母联CT断线后关联母线发生同相故障，保护先跳母联、同时闭锁差动100ms逻辑。根据试验结果判断，软件确实采用了该种逻辑。但是先跳母联同时闭锁差动100ms的逻辑设计本质是为了通过跳母联开关缩小差动跳闸的停电范围，使母线区内故障具有100ms滞后的故障母线选择性。本次试验故障发生在Ⅰ母，但是Ⅱ母差动保护也动作了，动作行为显然跟设计初衷不符。

进一步分析发现母线保护装置发出跳母联1命令时刻到母联1开关实际跳开时间间隔为68ms，从此时刻开始Ⅱ母差动无差流，35ms后Ⅱ母差动保护才真正返回。而此时间段已经超过了母联CT断线闭锁差动保护的100ms，差动保护电气量返回未在母联CT断线闭锁时间结束前完成，是造成本次试验Ⅱ母差动保护动作出口的真实原因。

母线差动保护算法中，大差用于判断区内区外故障，小差用于区内故障时选择故障母线，切除区内故障。故障切除后，大差启动返回，小差随之返回。对于上述试验，母联1发生CT断线后，Ⅰ母小差、Ⅱ母小差同时产生差流，因为大差无差流，Ⅰ母小差、Ⅱ母小差被闭锁。继发Ⅰ母区内故障，大差和Ⅰ母小差、Ⅱ母小差都产生差流，Ⅰ母小差、Ⅱ母小差差动保护发出跳母联1开关命令，同时被母联1开关CT断线闭锁100ms。母联1开关切除后，Ⅱ母为健全母线，小差无差电流，但因为此刻Ⅰ母故障尚未切除，大差不能返回，所以Ⅱ母小差不能仅仅通过大差返回来做返回，必须增加小差返回的单独逻辑。本试验过程中，Ⅰ母小差和Ⅱ母小差差动跳母联1动作时间为15ms，母联1开关实际跳开时间为68ms，Ⅱ母小差返回整体时间为35ms，Ⅱ母差动保护从动作到返回整体时间过长导致了Ⅱ母差动保护在闭锁时间100ms到达之后动作出口，支路2、支路5和21跳闸，扩大了停电范围。

3对策及验证

《DL/T670-2010母线保护装置通用技术条件》第5.3章节主要技术要求部分规定：母线差动保护整组动作时间要求小于20ms，整组返回时间要求小于30ms[10]。引用到母联CT断线后又发生同相区内故障的复杂情况，本试验母线保护动作时间满足要求，但整组返回时间过长。可以通过缩短小差保护整组返回时间来解决试验过程中出现的问题。通过改变小差差电流返回使用半波差分算法、减小保护程序任务切换过程中的时间消耗，再次验证本故障情况，保护装置动作行为如表2所示。由表2可见，母联1跳开后，Ⅱ母小差返回时间小于30ms，保证了在母联1CT断线闭锁Ⅱ母小差100ms期间及时返回，从而保证了该种情况下故障母线的选择性。

4结语

针对双母线母联CT断线后发生关联母线同相区内故障，本文对一起母线保护装置动作行为进行分析，指出了故障隔离后母线保护差动电气量返回时间过长、不满足规程要求是本文所提现象中保护装置失去故障母线选择性的原因所在。通过更改母线差动电流返回算法，使用计算数据窗更短的半波，减少软件中的任务切换时间消耗，从而缩短小差返回时间。经过试验验证，解决了母线保护装置之前所出现的现象。

参考文献

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[2]罗慧,周卿松,苗洪雷,等.基于LMD母线差动保护CT饱和检测方法研究[J].电力系统保护与控制:2015(12):49-54.

[3]贠保记,霍兵兵,罗娟.双母线故障母线选择元件的研究[J].电力系统保护与控制:2007(s1):89-92.

[4]庞福滨,杨毅,袁宇波,等.智能变电站保护动作时间延时特性研究[J].电力系统保护与控制:2016,44(15):86-92.

[5]甄洪沃,尹项根,杨经超.操作隔离开关对中阻抗及微机母线保护选择性的影响[J].电力自动化设备:2001,21(5):12-14.

[6]梁晓赫.故障切除时间对电力系统概率不安全指标的影响[D].天津:天津大学,2007.

[7]魏民.安阳电网母线保护误动问题分析及改进方法[D].北京:华北电力大学:2015.

[8]寒冰,汤汉松,刘斌,等.基于电压锁相网络化采样的母线保护研究[J].电力系统保护与控制:2015(11):109-114.

[9]杨卫东,金东海,谷立军,等.双母线单分段母线差动保护逻辑设计及带负荷检测[J].电气应用:2011(11):28-31.

[10]全国电力行业继电保护标准化技术委员会.DL/T670-2010,母线保护装置通用技术条件[S].北京:中国电力出版社,2010.

作者简介

孙永先（1980-），男，硕士研究生，工程师，主要从事电力系统继电保护和自动装置研究，E-Mail：syxnac@163.com。

金辉（1981-），男，硕士研究生，工程师，主要从事母线保护方面的研究，E-Mail：loft000@vip.qq.com。

陈晨（1991-），男，工程师，主要从事母线保护方面的研究，E-Mail：chenchen2@ieslab.cn。