双母接线中母联死区故障时母差保护动作分析

双母接线中母联死区故障时母差保护动作分析

张峰铭

（广东电网公司阳江供电局变电部）

摘要：本文主要讲述了母线故障存在于母联断路器与CT间的死区时，对220kV母联断路器只在一侧装设一组CT的现状，分析了母线差动保护的常规动作逻辑及其存在问题；还比较了220kV母联单CT与母联双CT的区别，证明了母联双CT的配置能够很好地弥补母联单CT时间上的劣势，这为防止事故的扩大化打下了良好的基础。

关键词：母线差动保护母联断路器死区故障

1引言

母线保护装置是正确迅速切除母线故障的重要设施，它的拒动和误动都将给电力系统带来严重危害。而母线差动保护是母线保护装置最常见也是最典型的保护，因母线其连接元件多，操作难度及操作工作量大，对运行人员的综合操作技能也提出了较高的要求。基于一次设备的客观实在性，运行人员需对母线故障情况下所带来的危害有一个直接的较全面的感性认识，运行人员在现场值班过程中遇到母联断路器死区故障的几率很少，因此分析和处理这类故障的经验不足。本文将详细介绍母联断路器死区故障母差保护的动作行为，为运行人员处理这类型的事故提供参考。

2母线差动保护原理

2.1大差保护和小差保护

在双母线接线方式的母线保护中，一般设有大差保护和小差保护。

母线大差是指除母联断路器和分段断路器外所有支路电流所构成的差动回路，用于判别母线区内和区外故障。

母线小差是指该段母线上所连接的所有支路（包括母联和分段断路器）电流所构成的差动回路，作为故障母线选择元件。

大差与小差各有特点，即大差的差动保护范围涵盖各段母线，大多数情况下不受运行方式的控制；小差则受当时的运行方式控制，但差动保护范围只是相应的一段母线，具有选择性。

2.2母线差动保护范围

大差（紫色框所示）：∑I母线=0，即I1+I2-I3-I4=0

Ⅰ母小差（蓝色框所示）：∑IⅠ母=0，即I1+I2-I0=0

Ⅱ母小差（绿色框所示）：∑IⅡ母=0，即-I3-I4+I0=0

2.3母线差动保护动作情况

区内故障：

大差（紫色框所示）：∑I母线≠0，即I1+I2+I3+I4≠0，大差起动

Ⅰ母小差（蓝色框所示）：∑IⅠ母≠0，即I1+I2+I0≠0，Ⅰ母小差起动跳Ⅰ母

Ⅱ母小差（绿色框所示）：∑IⅡ母=0，即I3+I4-I0=0，Ⅱ母小差不起动

区外故障：

大差（紫色框所示）：∑I母线=0，即I1-I2+I3+I4=0大差不启动

2.4小结

综上所述，故障母线选择逻辑：

母差动作后经死区保护延时后检测母联断路器位置，若母联处于跳位，且母联CT仍有电流并大于定值时，母联电流不再计算入差动保护，从而破坏另外那条母线的电流平衡，且大差元件及断路器侧小差元件不返回的情况下，使该母差动动作，延时跳开另一条母线，最终切除故障。

3死区保护原理及现状

死区保护：母线并列运行时，当故障发生在母联和母联CT间时，母联和母联断路器侧母线跳闸都无法切除故障，大差电流元件不返回，母联CT侧母线的小差元件也不会动作，这种情况为死区故障。

目前，220kV变电站通常采用双母线的主接线方式，母联断路器只在一侧装设一组CT。若母联断路器和母联CT之间发生故障。断路器侧母线跳开后故障仍然存在，正好处于CT侧母线小差的死区，为提高保护动作速度，通常设置母联死区保护。在差动保护发母线跳令后，母联断路器已跳开而母联CT仍有电流，且大差元件及断路器侧小差元件不返回的情况下，死区动作经延时跳开另一条母线。

虽然死区故障发生的概率很小，但随着电网的日趋复杂，电力系统的稳定可靠运行变得愈加重要，一旦死区发生故障不能及时切除，或者不能准确切除，相对来说对系统的稳定运行将影响更大。

4双母线母联单CT时的保护原理

220kV变电站双母线系统母联断路器一般只安装一组CT，当故障发生在母联断路器和CT之间时，依靠母差保护的动作原理不能有效切除故障，如图5.1中的G点发生故障时，对Ⅱ母差动保护来说判为外部故障，Ⅱ母差动保护不会动作，此时由Ⅰ母差动保护动作跳开母联断路器及Ⅰ母上的连接元件，但故障仍不能切除。因此在母联断路器与母联CT之间发生故障，对母差保护来说，就意味着存在死区故障。

图5.1母联单CT死区故障示意图

G点发生死区故障时，理想情况是同时切除母联断路器、I母上和Ⅱ母上所有间隔的断路器，但是现在却先切除Ⅰ母，经过整定的延时后切除了Ⅱ母上所有间隔的断路器，这就不能迅速隔离故障，因此有可能扩大事故范围，这是母联单CT死区故障保护的最大缺点。

5双母线母联双CT时的保护原理

在母联断路器两侧各安装一组CT，如图5.2所示。其中CT1接入Ⅰ母小差，而CT2接入Ⅱ母小差，H（I）点发生故障,即为死区故障。动作逻辑为：根据差动保护原理可知,对于Ⅰ母和II母差动保护来说均为内部故障，Ⅰ、II母差动保护动作,瞬时跳开Ⅰ、II母上的连接元件及母联断路器。

图5.2母联双CT死区故障示意图

因此，采用母联双CT的配置，当发生死区故障时，母联双CT的配置能够无时限全部切除母线上所有间隔的断路器，不需要延时。这就体现了母联双CT的配置比母联单CT的配置能够更快速的隔离故障，防止事故的扩大化；也就是说母联双CT的配置相对于母联单CT的配置存在时间上的巨大优势。

6事故案例

6.1案例过程

220kV某变电站的运行方式是双母线带旁路，为无人值守站，并且母联单元只安装一组CT。事发当时的运行方式是220kVⅠ母、Ⅱ母并列运行、#1变高挂Ⅰ母运行；#2变高、#3变高挂Ⅱ母运行，220kV旁路挂Ⅱ母热备用。

事发时，运行人员接到监控中心电话通知，220kV某变电站全站失压，值班人员立即组织进行事故处理，初步对变电站一次设备检查，发现220kV母联C相CT漏气并有烧焦异味。值班人员佩戴防毒面具，并在上风处检查，故障点邻近设备未受影响。检查后台和保护信息，发现220kV母差保护动作出口，220kV所有断路器在跳位，220kV某变电站全站失压。

巡维中心站长及当值人员根据现场设备检查结果及保护动作情况，判断事故原因为220kV某变电站220kV母联C相CT故障导致220kV母差保护动作，先跳开220kVⅡ母上挂的所有断路器（包括母联断路器），故障点仍未切除，母差死区保护动作，切除余下的220kVⅠ母上挂的所有断路器。

6.2直接原因分析

该案例是一起典型的220kV母联单CT发生死区故障。220kV母联单CT发生内部放电故障，故障点220kV母联CT对于I母属于区外故障，I母小差不会动作；而故障点对于II母则属于区内故障，II母小差动作。该站220kV母差保护II开始启动跳II母所有220kVII母断路器。220kV母联及II母所有断路器跳开后，由于故障量仍然存在，经过延时跳开I母所有断路器。此时，虽然故障已切除，保护动作复归。但是，由于延时切除I母所有断路器，这就造成了很大的安全隐患。

7结论

以上我们了解到母线差动保护对变电站的重要性，学习了母线差动保护原理，还掌握了大差、小差的保护范围和动作情况。我们比较了220kV母联单CT与母联双CT的发生死区故障时母线差动保护动作的区别，并根据典型的事故案例进行原因分析，以及事故暴露了母联单CT发生死区故障存在着时间上的劣势，而母联双CT的配置能够很好地弥补母联单CT的劣势，这对变电站的安全运行具有较高的实用价值。此外，在平时的工作中运行人员和维护人员都要不断地进行总结，寻找解决问题的新捷径，及时发现并尽可能地消除事故隐患，确保电力系统的安全稳定运行。

参考文献

[1]王春生，等.母线保护[M].北京：中国电力出版社，1997.

[2]深圳南瑞科技有限公司BP-2B微机母线保护装置技术说明书.

[3]王梅义.电网继电保护应用[M].北京：中国电力出版社，1999.

[4]李力,等.LFP-915微机型母线保护装置[J].电力系统自动化,2000,24(1).