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變電站主變電壓側(cè)母線保護現(xiàn)狀的分析研究
摘要：對變電站主變電壓側(cè)母線保護的現(xiàn)狀和存在問題進行了分析和研究，討論了裝設(shè)快速母線保護的必要性和可行性，并提出了兩種實現(xiàn)母線快速保護的新方案。
關(guān)鍵詞：變電站 主變母線 保護
1前言
在電力系統(tǒng)中，35kV及以下電壓等級的母線由于沒有穩(wěn)定問題，一般不要求裝設(shè)專用母線保護。但由于高壓變電站的10kV系統(tǒng)出線多、操作頻繁、容易受小動物危害、設(shè)備絕緣老化和機械磨損等原因，10kV開關(guān)柜故障時有發(fā)生。經(jīng)運行實踐表明，雖然近年來高壓開關(guān)柜的制造技術(shù)進步很快，10kV母線發(fā)生故障的機率大為減少，但仍然有因個別開關(guān)柜故障引發(fā)整段開關(guān)柜“火燒聯(lián)營”的事故發(fā)生，甚至波及到變壓器，造成變壓器的燒毀。雖然造成此類事故的原因是多方面的，但是在發(fā)生主變低壓側(cè)母線短路故障時沒有配備快速母線保護也是重要原因之一。
變電站的低壓母線一般不配置專用的快速母線保護是目前典型的設(shè)計做法，是符合國標(biāo)及現(xiàn)行的電力行業(yè)規(guī)程規(guī)范要求的。因此，長期以來，人們對低壓側(cè)母線保護一直不夠重視。但是，系統(tǒng)內(nèi)慘痛的事故教訓(xùn)已經(jīng)引起電力企業(yè)的廣泛關(guān)注，在技術(shù)上尋求新的繼電保護方案也是廣大繼電保護工作者的共同愿望。
2低壓側(cè)母線保護的應(yīng)用現(xiàn)狀及技術(shù)要求
2．1低壓側(cè)母線保護的應(yīng)用現(xiàn)狀
根據(jù)國標(biāo)《電力裝置的繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范》(GB50062－92)：對于發(fā)電廠和主要變電所的3～10kV母線及并列運行的雙母線，只有在下列情況下才裝設(shè)專用的母線保護：①需快速而有選擇地切除一段或一組母線上的故障，才能保證發(fā)電廠及電力網(wǎng)**運行和重要負荷的可靠供電時；②當(dāng)線路斷路器不允許切除線路電抗器前的短路時。
有相當(dāng)一部分變壓器差動的保護范圍不包括低壓側(cè)斷路器，其使用的電流互感器位于變壓器和低壓斷路器之間。在變電站的設(shè)計中，低壓側(cè)母線故障要靠主變壓器低壓側(cè)的后備保護來切除。
如圖1所示，該圖表示的是常見的220kV(110kV)變電站低壓母線的某一段接線情況。在主變低壓側(cè)母線或斷路器發(fā)生故障時，要靠變壓器低壓側(cè)的過流保護跳開DL1斷路器來切除故障。同樣的問題也存在于發(fā)電廠的6kV(10kV)廠用電系統(tǒng)，當(dāng)中壓廠用電系統(tǒng)發(fā)生母線故障時，要靠廠用變壓器或啟動／備用變壓器低壓側(cè)的過流后備保護來切除。種設(shè)計方案的弊端是一旦發(fā)生母線短路故障時，故障不能被快速切除，而只能等到過流后備保護動作。因主變低后備過流保護動作時間一般整定為1．2～2．0s，所以在切除故障時將會有較長的延時，加大設(shè)備損壞的可能，甚至引發(fā)相鄰設(shè)備的大面積燒毀。
2．2對低壓側(cè)母線保護的技術(shù)要求
對低壓側(cè)母線保護的要求，主要包括以下幾個方面：
(a)保護可靠性要求高，不允許拒動和誤動。特別是對防止誤動的要求更高，因為拒動的結(jié)果是故障還可以靠進線(或分段)的后備過流切除，與目前不配置專用母線快速保護的結(jié)果是一樣的，但是如果是發(fā)生誤動，后果很嚴重，直接影響到用戶的供電可靠性，甚至造成**的社會影響。
(b)保護的構(gòu)成盡可能簡單。不大量增加一次設(shè)備(如電流互感器)和外部電纜，而且施工和改造工作簡單易行。
(c)保護不受運行方式的影響，可以自動適應(yīng)母線上連接元件的改變，如從電源進線切換到分段斷路器運行，個別或部分元件的投入及退出運行，綜合微機保護的調(diào)試和維護修理等情況。
(d)保護既可獨立安裝，也可以適應(yīng)安裝在開關(guān)柜上的運行條件。
3兩種低壓側(cè)母線快速保護方案
3．1采用電流互感器第三個二次線圈構(gòu)成差動保護的方案
為了解決在35kV、10kV系統(tǒng)發(fā)生母線故障時沒有快速保護的問題，*直接的方案就是配置常規(guī)的微機母線差動保護，把所有母線段上各回路的電流量引入差動保護裝置。該方案保護可以集中組屏布置在繼電器室內(nèi)，也可以將保護布置在進線開關(guān)柜上。
近幾年，具備三個二次線圈的電流互感器開始出現(xiàn)和應(yīng)用，這為實現(xiàn)低壓母線短路故障的快速保護創(chuàng)造了有利條件。可以利用各元件電流互感器的第三個二次線圈專用于母線差動保護。為提高可靠性，保護可以經(jīng)電壓元件閉鎖，只有在出現(xiàn)差電流和系統(tǒng)電壓條件滿足的條件下，保護才能出口。差動保護動作后跳開電源進線斷路器(或分段斷路器)。該方案的優(yōu)點是構(gòu)成簡單，利用了目前電流互感器制造方面的新特點，開關(guān)柜投資增加不多。
但是在實施這一方案時，經(jīng)常會受到現(xiàn)場條件的限制。例如，在一些老式變電站，因10kV系統(tǒng)開關(guān)柜內(nèi)的電流互感器大多只有兩個二次線圈，一個0．5級用于測量，一個P級用于本單元的保護。若還要增加一個用于母差保護的二次線圈，則只能再增加一組電流互感器。由于受開關(guān)柜內(nèi)空間的限制，一個開關(guān)柜一般布置不下，除非再增加一個柜。這樣，對由很多面柜構(gòu)成的一段母線來說，造價大大增加。因此，該方案的缺點是需增加的二次電纜較多，電纜投資大，現(xiàn)場施工工作量大。而且，如不增加電壓閉鎖回路，在發(fā)生TA斷線情況時，保護的可靠性較低。
3．2利用各開關(guān)柜內(nèi)綜合保護構(gòu)成的母線快速保護方案
其原理是：利用各開關(guān)柜綜合保護提供的故障信息(硬接點)，經(jīng)匯總后進行綜合分析和邏輯判別，來實現(xiàn)低壓側(cè)母線短路故障的快速切除。母線故障的快速保護功能“鑲嵌”在進線保護裝置及分段保護裝置內(nèi)，不以獨立的母線保護裝置形態(tài)出現(xiàn)。
出線上的所有單元的瞬時動作接點并聯(lián)后接入后備保護裝置，以閉鎖后備保護裝置的母線速斷保護。當(dāng)故障發(fā)生在母線之外，則必有某一個回路的綜合保護發(fā)出閉鎖信號，這樣進線保護(或分段保護)被可靠閉鎖；如果故障發(fā)生在母線上，則進線保護接收不到閉鎖信號，經(jīng)一短延時(該延時主要是為躲開暫態(tài)過程，提高保護可靠性，一般小于100ms)后出口跳閘。在母線區(qū)域內(nèi)發(fā)生故障時，將快速切除進線斷路器，在用分段斷路器帶母線運行時，保護將快速切除分段斷路器。該方案的構(gòu)成如圖2所示。
圖2
該方案的特點是在構(gòu)成上不需要增加和改變TA和TV設(shè)備和回路，只是在綜合保護上增加構(gòu)成母線快速接點的配合接點，增加的電纜也不多。其缺點:一是變壓器低壓側(cè)并列運行，無法正確選擇故障母線；二是低壓側(cè)出線如為有源線路，無法區(qū)分母線和線路故障；三是對相繼故障（線路故障轉(zhuǎn)為母線故障），可能因電流繼電器返回系數(shù)問題快速母線保護不能快速動作。
因此，此方案可作為220kV及以上變電站中分段運行及無電源出線，且現(xiàn)有TA配置不滿足加裝母差保護要求的低壓側(cè)母線的快速保護。
4結(jié)論
綜上所述，變電站低壓側(cè)常規(guī)的的保護方案顯然不能滿足快速切除故障的要求，在變電站的低壓母線上裝設(shè)快速保護是很有必要的。為解決這一問題，云南電網(wǎng)公司在成功吸取國內(nèi)外正反兩方面經(jīng)驗和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，于2006年下達了補充反事故措施，制定了網(wǎng)內(nèi)完善、整改計劃。2007年大理先后在500kV大理變、220kV劍川、祥云、下關(guān)變電站實施了低壓側(cè)母線保護裝置加裝或改造，從實際運行情況看，效果顯著，對電網(wǎng)的**可靠運行發(fā)揮了積極作用。