母线保护对死区故障的优化解决方案

母线保护对死区故障的优化解决方案

杨志刚 赵彬

大理西电实业有限责任公司 云南大理 671000

摘要：在对现有母联死区保护功能进行阐述的基础上，明晰了其中存在的不足之处，并提出了旨在提升母联死区保护选择性同时缩小切除范围的优化方案，弥补了传统母联死区保护在支路死区故障应对方面的短板。

关键词：母线保护；死区故障；继电保护；优化方案；分析

一、前言

随着经济社会的持续发展以及相伴而生的巨大电能需求，促使现阶段电网规模向着日趋扩大的趋势发展，与此同时，电网架构亦日渐复杂化，如何确保电力系统安全稳定运行是目前电力企业需要予以充分重视的问题。对于死区故障而言，受到保护功能自身原理与电力系统接线方式的影响，继电保护装置还不能够对选择性与速动性要求予以同时满足，在部分情形下为了尽快将故障进行切除，只能选择将切除范围扩大，这样便带来了额外的负荷损失。有基于此，对死区保护功能及其相关配置予以优化是现阶段电力系统应予以充分重视的内容。本文即以此为切入点，提出了一种母联死区保护的优化解决方案，围绕该方案可能对现有母线保护装置的影响进行了深入分析，并就支路死区保护功能进行了探究，希望能够为相关实践提供一定借鉴参考。

二、母联死区保护改进

母联死区保护具体指的是在母联开关与电流互感器间产生故障问题时对其予以迅速隔离而设立的保护。一般而言，通常将母联死区保护配置于母线保护装置之中，而较早时期变电站的母联间隔多选择以单电流互感器予以配置，母联死区的主要故障发生范围见下图1。另外，母联死区保护的选择性受到母联开关位置差异的影响，分位情形下，死区保护动作只跳母线1；合位情形下，母线差动保护先跳开母线2与母线开关，之后则跳开母线1。因而，出现母联合位死区故障时，往往面临较大的故障切除范围。

图1 单电流互感器母联死区故障范围

现阶段，新建电厂厂站多遵循双电流互感器配置予以设计，这为母联双电流互感器接入到母线保护装置中创造了良好的应用前提。该情形下，母联死区故障范围见下图2。因而，可经由母联死区保护逻辑的优化，使之在故障发生时保护动作只跳故障侧母线，这样可以有效避免故障切除范围的扩大化，从而对保护选择性予以切实保障。

图2 双电流互感器母联死区故障范围

2.1母联合位死区保护

对图2予以分析可见，通过将2组电流互感器TA₁、TA₂配置在母联间隔，使其电流均接入到母线保护装置之中。通过对母联A₁与TA₂电流对母联死区差动保护功能进行相应配置，且母联A₁与TA₂电流分别计入到母线1和母线2的小差差动电流计算之中。以图示F₁作为母联合位死区故障的具体类型为例，分析可知，其处于母联死区差动保护范围以内，同时又处于母线1和母线2小差差动保护范围以外，故而母联死区差动保护动作，在母联开关实现跳开之后，母联A₁与TA₂电流则从母线小差差动电流计算之中退出。该情形下，F₁则处于母线1小差差动保护范围内的状态，但其却依旧处于母线2小差差动保护范围以外，结果便是仅有母线1小差差动保护进行动作，这使得故障切除范围控制在在了合理的规模。

2.2母联分位死区保护

母联开关为分位情形下，母联死区差动保护闭锁，与此同时，不论是母联TA₁，抑或是TA₂，其电流都不在母线小差差动电流计算范围之内。因此，选择双电流互感器予以配置，能够使得母联分位区故障发生时，让母联死区保护同单电流互感器配置方式保持一致，该一致性具体体现在母联死区保护的动作行为、动作特性等方面。如此，母线差动保护动作只跳故障侧母线，不会对其选择性产生较大影响。

2.3影响性分析

改进后的母联死区保护功能其适用场景主要为母联间隔配置双电流互感器的情形，通过将2组电流有效接入到母线保护装置后，在双电流互感器之间对相应差动保护功能予以构建，其优势在于，母线差动保护经验往往较为成熟，同时充分利用了电流互感器的抗饱和优良性能，且不会对母线差动保护动作特性产生较大影响。但是也必须注意到，改进后的母联死区保护功能可能对保护装置间隔接入能力产生一定降低效果，总体来说能够满足大部分厂站的现实要求。

三、支路死区保护

支路死区故障通常指的是发生在支路开关同支路电流互感器间的故障，其一般受到支路电流互感器布置方式的影响。现阶段，应对该类型故障主要采取的是依靠母线差动保护或线路差动保护动作的方式，一方面，跳开本侧开关，另一方面则远跳对侧开关。以下图3为例，母线保护的优化改进主要包括下述两个方面的内容：（1）若支路死区出现故障之前K₁开关属于分位，则仅需通过对K2开关的跳开即可应对F₃与F₄对应的故障，并不需要母线差动保护参与其中；（2）母线差动保护动作后，并不需要向线路间隔发送远跳命令，可选择支路死区保护予以替代，这样可以有效避免不必要的跳闸问题。

图3 2种电流互感器配置下支路死区故障范围

3.1支路合位死区保护

支路合位死区保护通过下图3予以分析，故障产生之前，线路运行为正常状态，且K₁与K₂两个开关都为合位。

图4 2种电流互感器配置下支路合位死区故障

如图4（a）所示，F₁处故障产生时，则对于母线上包括K₁在内的所有开关母线差动保护均予以跳过，且支路电流应在开关K₁跳开后从差动电流计算之中退出，在一段延时后，通过支路死区保护动作实现对开关K₂的远跳。而故障出现在F₂处时，对于母线上包括K₁在内的所有开关母线差动保护依然予以跳开，与此同时线路保护动作跳开K₁合K₂两个开关。图4（b）所示的F₃和F₄故障情形，对于母线上包括K₁在内的所有开关母线差动保护均予以跳开，线路保护动作跳开K₁合K₂两个开关。

3.2支路分位死区保护

支路分位死区保护通过上图3加以阐释，如图，在支路分位死区故障发生之前，开关K₁热备用且开关K₂属于合位。就图3（a）所示的情形而言，故障出现在F₁处，则支路死区保护动作对K₂开关予以跳开；而故障出现在F₂处，包括支取死区保护和线路差动保护均进行动作，并实现对K₂开关的跳开。就图3（b）所示情形而言，故障出现在F₃处，母线差动保护动作会对包括K₁在内的母线上所有开关进行跳开，线路保护动作方面，跳开K1开关的同时远跳K₂开关；故障出现在F₄处，不论是支路死区保护，抑或是线路差动保护，均进行动作，与此同时跳开K₂开关。

3.3误动风险分析

将支路死区保护功能科学配置于母线保护装置后，母线差动保护功能可由其部分代替，如向支路对侧发送远跳命令。若故障出现于支路合位死区，即使母线差动保护进行了动作，但也仅需远跳故障支路对侧开关；若故障发生于支路分位死区，则母线差动保护不会进行动作，依然只需要远跳故障支路对侧开关。这样便可有效解决好不必要开关跳闸问题的发生。

四、结论

总而言之，对母联死区保护功能予以优化改造，同时为其增设支路死区保护功能，如此可有效提升死区故障产生时母线保护动作行为的选择性，将事故影响范围予以了缩小。改进后的方案需要母线保护装置接入母联双电流互感器电流，支路死区保护功能则应当接入各支路开关位置。另外，支路死区保护必须对开关位置的可靠性与实时性予以充分重视，具体实践中应以双位置接点为宜，防止因开关位置错误引发的母线差动保护误动问题。总而言之，需要在对该方案予以综合评估后，明晰其性价比，再结合现场具体情况开展相关应用。

参考文献

[1]冉茂兵,师刘俊,马运亮.电流二次回路两点接地造成母线差动保护误动作分析及防范措施[J].电工技术,2022(03):62-64+67.

[2]吴灵华.BP-2B型母线保护运行注意事项及事故预想[C]//.中国水力发电工程学会继电保护专委会2019年年会暨继电保护专业精益化管理研讨会论文集.[出版者不详],2019:116-120.

[3]马德明,刘胜林.单母线分段400V开关柜接地保护方案的优化[J].电力系统装备,2020(3):70-71.