变电站220kV双母线母联死区保护的分析与探讨

变电站220kV双母线母联死区保护的分析与探讨

李润良

中国广核新能源控股有限公司 ， 北京 100070

摘要：双母线母联死区保护是大型双母线变电站的重要保护之一，在逻辑判断和调试时，经常遇到问题。本文详细介绍了死区产生的原因，并就母联死区保护的动作逻辑进行了深入的分析，讨论了母联分位双母分列运行时，母线有无联络，对母联死区的影响，并提出了解决方案。

关键词： 双母线；母联死区；分析

一、母联死区的定义

继电保护的保护死区是因为电流互感器的保护范围和断路器的隔离范围不一致造成的。对于双母线的母差保护，当故障发生在母联断路器与母联TA之间时，如果不采取有效措施断路器侧的母差保护要误动，而TA侧的母差保护要拒动。一般把母联断路器与母联TA之间这一段范围称作死区，针对此处故障，设置母联死区保护。

二、双母线母联死区的原因分析

图1  双母线母联死区原因分析

以图1所示的双母接线为例。假设四个元件的TA1、TA2、TA3、TA4的极性端都在母线侧，母联TA的极性端在I母侧，它们正方向电流-，,如图中实线箭头所示。TA1、TA2、TA3、TA4的电流组成大差，由正方向电流的相量和构成的差动电流为：。TA1、TA2、TA5的电流构成I母小差，由正方向电流的相量和构成的差动电流为。TA3、TA4、TA5的电流构成II母小差，由于、的正方向电流是流出II母的，而的正方向电流是流入II母的，故由正方向电流的相量和构成的差动电流为。

在母联回路中电流互感器TA5靠近I母，断路器5靠近II母，所以把I母小差又称作TA侧小差，把II母小差称作断路器侧小差。在母联断路器5和母联TA5之间的死区内发生短路时，流过各个元件的-，电流如图中虚线所示，它们都流向短路点。显然=,=,=,=,==+。大差的差动电流为，等于短路点的短路电流(二次值)。TA侧(I母侧)小差的差动电流为=0。断路器侧(II母侧)小差的差动电流为,也等于短路点的短路电流(二次值)。所以大差和断路器侧小差动作跳开断路器侧母线上各连接元件和母联断路器。

由于TA侧小差不动作，所以TA侧母线保护不动，使短路故障依然存在。所以把母联断路器和母联TA之间称作死区。这种短路故障只能靠母联失灵保护带较长的延时跳开TA侧母线上各断路器才能被切除。为缩短故障切除时间，专设了母联死区保护。

三、双母线母联死区保护原理

图2  母联死区保护逻辑框图

母联死区保护的逻辑框图如图2所示。在发生如图1所示的母联断路器和母联TA之间死区范围内的故障时，母联死区保护可同时满足下述四个条件：①母线差动保护发过II母的跳令；②母联断路器已跳开(TWJ=1)；③母联TA任一相仍有电流；④大差比率差动元件及I母的小差比率差动元件动作后一直不返回。同时满足上述四个条件经死区动作延时后经过复合电压闭锁去跳开I母上的各连接元件。

四、双母线分列运行时母联死区故障分析

我们分两种情况对双母线分列运行分析：

4.1双母分列运行，母线负荷之间有联络

当双母线分列运行，母线负荷之间有联络，母联断路器在跳闸位置时，发生上述死区范围内的故障。由于TA1、TA2和母联TA5一直有电流，负荷有联络，所以两母线有联系，复压闭锁开放，大差和II母侧小差动作，发出II母各连接元件的跳令后(实际II母无故障，这种跳闸是错误的)，大差及II母侧小差动作后又一直不返回，母联断路器又一直在跳闸位置，TWJ为“1”，所以母联死区保护经动作延时后又跳开I母上的各连接元件(这种跳闸是正确的)，结果造成两条母线全部被切除的严重后果。其实这种故障我们只希望跳开I母上的所有连接元件就可以了。

4.2双母分列运行，母线之间无联络

当双母线分列运行，母线之间无联络，母联断路器在跳闸位置时再发生上述死区范围内的故障，由于TA1、TA2和母联TA5一直有电流，大差动作、II母侧小差差流满足动作条件，但由于双母分列运行且无联络，II母电压正常，复压闭锁不开放，II母小差不动作。I母由于I母小差无差动电流，虽然复压开放，但I母小差也不动作，母联死区保护失效，故障无法切除。

为了避免上述恶果可采取当两母线都有电压，母联三相均无电流且母联TWJ=1，即母联在跳位时，母联电流不计入两个小差的电流计算中去的措施。这样再出现该种故障时大差及I母小差都能动作跳I母上的各断路器，而由于II母小差不动，II母侧母线就不会被误切除了。在双母线分列运行时在母联电流不再计入小差的计算后再将母联死区保护退出。

五、双母并列运行时单母停运分析

此运行方式为双母并列运行，一段母线跳闸后的状态。此状态前为双母并列状态，并列压板投入，分列压板未投。而不是分列单母线运行状态。该运行方式下，母线小差均计入母联电流。

如图1所示，如果II母停运，则母联断路器5及负荷断路器3、断路器4在分位。当发生母联死区故障，II母差流为，由于II母停运，电压为零，复压闭锁开放，II母小差动作且不返回，母差大差动作不返回。满足所有母联死区动作条件，切除I母。

如果I母停运，则母联断路器5及负荷断路器1、断路器2在分位，则不存在母联死区故障。

六、总结

  母联死区保护的动作逻辑复杂，继电保护教材仅分析了在分列运行时，若两条母线有联络，则复压开放，误切II母的情况。本文从双母分列运行，双母有联络，误切I母；双母分列运行，双母无联络，II母拒动，母联死区逻辑失效，两方面进行了分析，提出了分列运行母联死区的逻辑方法。为了有效避免母联死区故障，建议母联断路器两侧安装电流互感器，能有效避免母联死区故障，保障电网的安全稳定运行。

参考文献

[1]国家电力调度通信中心 编著 .《国家电网公司继电保护培训教材》中国电力出版社。

作者简介：姓名：李润良；性别：男；出生年月:1981年6月；籍贯：天津； 学历：本科；职称：高级工程师； 研究方向：新能源发电、电力系统继电保护及自动化；