母线保护测试方法分析

引言

在发电厂和变电站中,母线起到了汇集、分配和传送电能的作用,是十分重要的一次设备。当母线或者开关死区发生一次故障时,不管是相间短路故障、接地故障,或连接在母线上的线路、主变开关失灵,母线保护装置在隔离故障的过程中都发挥着重要作用。如果母线保护不能正确动作,将会造成越级跳闸,使事故范围扩大,影响电网的安全,并带来巨大的损失。

220kV变电站一般为双母接线方式或者双母双分段接线方式,典型的母线保护厂家为长园深瑞和南瑞继保。母线保护的逻辑有很多,主要包括以下4种:

（1）母差保护,用于切除母线故障。为了躲区外故障时的不平衡电流,母差保护采用比率制动的方式,不同厂家的逻辑采用的比率制动系数不一样。

（2）开关失灵时隔离故障的失灵保护。失灵保护分为两类:线路开关失灵和主变变高开关失灵。当线路发生故障或者对侧母线故障远跳本侧开关时,如果线路开关失灵,启动失灵保护隔离故障;当变高开关失灵时,如果主变其他侧有电源故障电源依然存在,需要联跳主变三侧开关才能隔离故障。

（3）母联7CT间的死区故障。母联开关与置不一样,死区故障时的动作方式也不一样,死区故障分为合与死区和分与死区。

（4）母联刀闸跌落时大差跳母联。当母联刀闸跌落时,故障特征跟母差保护其他几种保护均不一样,通过跳母联来隔离故障。

本文将对母线保护中的不同厂家的差动保护试验方法进行详细介绍。

1BP-2C系列的比率差动校验

该型号装置对TA极性的要求如下:支路TA同名端在母线侧,母联TA同名端在Ⅱ母侧。二次侧电流角度如图1所示。

差动保护动作条件如式（1）所示:

差动的制动系数分为高值和低值,高值一般是母联在合位时为了躲穿越性电流而设计的。大差比率系数高值为1,低值为0.3;小差比率系数固定为1。

1.1大差比率高值校验

如图2所示,母联为合位,将甲线、丙线合于IM,电流大小相同（I1）,方向相反;乙线合于IM,电流I2流入母线;母联合位,无电流。

ⅠM小差恒满足:Id1=0;Ir1=2I1。

ⅡM小差恒满足:Id2=I2;Ir2=I2;K=1。

大差:Id=I2;Ir=2I1＋I2;K=Id/Ir=I2/（2I1＋I2）。

此时改变乙线电流I2,当K=1时,差动动作。

1.2大差比率低值校验

如图3所示,母联分位,大差比率取用低值0.3,小差比率取用1。将甲线、丙线合于ⅠM,电流大小相同（I1）,方向相反;乙线合于ⅡM,电流I2流入母线;母联分位,无电流。

ⅠM小差恒满足:Id1=0;Ir1=2I1。

ⅡM小差恒满足:Id2=I2;Ir2=I2;K=1。

大差:Id=I2;Ir=2I1＋I2;K=Id/Ir=I2/（2I1＋I2）。

此时改变I2,当K=0.3时,差动动作。

1.3小差比率值校验

如图4所示,母联分位,大差比率取用高值1,小差比率取用1。将甲线、丙线合于IM,方向相反,甲线电流为I1,丙线电流为I2:母联分位,无电流。

IM小差恒满足:Id1=|I1＋I2|:Ir1=|I1|＋|I2|:K1=Id1/Ir1=(I1-I2）/(I1＋I2）。IM小差:Id2=0:Ir2=0。

大差:Id=|I1＋I2|:Ir=|I1|＋|I2|:K=Id1/Ir1=(I1-I2）/(I1＋I2）:K=K1恒成立。

此时改变I1或I2,母差动作。

2PCS-915系列的比率差动校验

该型号装置对TA极性的要求如下:支路TA同名端在母线侧,母联TA同名端在I母侧。制动系数和BP-2C不一样:大差比率高值0.5,低值0.3:小差比率高值0.6,低值0.5。

比率差动动作条件:大差高值、小差低值同时动作,母差动作:大差低值、小差高值同时动作,母差动作。

计算公式如式(2）所示:

2.1大差比率低值校验

如图5所示,将甲线、丙线合于1M,电流大小相同(I1）,方向相反:乙线合于3M,电流I2流入母线。使差动保护同时满足大差低值0.I、小差高值0.6。

ⅡM小差恒满足:Id1=0:Ir1=2I1。

>M小差恒满足:Id2=I2:Ir2=I2:K=160.+。

大差:Id=I2:Ir=2I1II2:K=Id/Ir=I2/(2I1＋I2）。

此时改变I2,当K=0.I时,差动动作。

2.2大差比率高值校验

如图6所示,将甲线、丙线合于IM,方向相反,甲线电流为I1,丙线电流为I2,使差动保护同时满足大差高值0.5、小差低值0.5。

＋M小差:Id1=|I1+I2|:Ir1=|I1|＋|I2|:K1=Id1/Ir1=(I1-I2）/(I1＋I2）。ⅡM小差:Id2=0:Ir2=0。

大差:Id=|I1＋I2|:Ir=|I1|＋|I2|:K=Id/Ir=(I1-I2）/(I1＋I2）:K=K1恒成立。此时改变I1或I2,母差动作。

2.3小差比率低值校验

如图7所示,甲线合于ⅠM,电流为I1,乙线合于ⅡM,电流为I2,母联合位,电流为IM,使差动保护同时满足小差低值0.5、大差高值0.5。

平衡状态:I1=I2=IM>Iqd:大差K=(I1-I2）/(I1+I2）。

ⅠM小差:K1=(I1-IM）/(I1+IM）=(I1-I2）/(I1+I2）:

此时改变I1,ⅠM动作。

ⅡM小差:K2=(I2-IM）/(I2+IM）=(I1-I2）/(I1+I2）:

此时改变I2,ⅢM动作。

2.4小差比率高值校验

如图8所示,甲线合于ⅠM,乙线合于ⅡM,母联合位,电流为IM,使差动保护同时满足小差高值0.+、大差低值0.I。

试验时固定大差K值介于0.I～0.5之间,即0.I<(I1-I2）/(I1+I2）<0.5。得2I2≤I1<II2。取I1=2I2:得大差K=0.II。

ⅠM小差:Id1=I1-IM:Ir1=I1+IM:K1=(I1-IM）/(I1+IM）。

设定I1=4,则I2=2:此时改变IM,母差动作。

3结语

本文通过对比不同型号母线保护装置的极性和计算公式的差异,对差动保护的校验方法进行了详细介绍。着重探讨了比率制动系数高低值校验的接线方式和加量方法,不仅为复杂的母差装置逻辑理清了试验思路,还为继保专业人员母差保护定检或技能考试提供了良好的参考。