母线充电保护

母线充电保护（精选七篇）

母线充电保护 篇1

关键词：新线路,母线充电,母差保护

母线是发电厂和变电站最重要的电力元件之一, 起着汇集和分配电能的作用。在双母接线的厂站, 新线路启动或母线检修后投入运行时, 一般通过倒停母线方式, 利用母联开关给线路或母线充电, 在操作过程中往往将母差保护退出运行, 而只投入母线充电保护, 如果运行母线发生故障, 故障不能被及时快速地切除, 将直接影响系统的安全稳定运行, 造成严重后果。

1 母差保护原理及动作逻辑浅析

母差保护是按收支平衡的原理进行判断和动作的。在正常运行时, 母线上流入流出的电流是一样的;如果母线发生故障, 就会产生较大的差流, 母差保护装置进行判断后, 有选择性地跳开故障母线上的所有断路器将故障切除, 以确保正常母线的继续运行。

母差保护一般由启动元件和差动选线元件及其他附属元件组成。启动元件由大差电流构成, 用来判别区内和区外故障;选线元件由小差电流构成, 用来选择故障母线, 其逻辑见图1。

2 对检修母线充电过程中发生故障, 保护动作情况浅析

如图2所示, 通过母联212#断路器给II母充电, 母差保护和母联212#断路器充电保护均投入运行。

1) 若在I母d1处发生故障, 故障点不在母联212#断路器充电保护范围内, 但在母差保护范围内, 母差保护动作及时将故障点切除。如果母差保护未投入, 只能依靠261#、262#线路对侧开关的后备保护及主变201#后备保护切除故障。由于后备保护动作时间较长, 容易引起系统稳定破坏及主设备的损坏事故。

2) 若在II母d2处发生故障, 故障点在母联212#断路器充电保护范围内, 充电保护动作及时将故障点切除。若充电保护拒动, 母差保护动作可瞬时切除故障, 以确保I母继续运行。

3 新站启动时发生故障, 保护动作情况浅析

1) II母充电时:如图3所示, 通过母联212#断路器给II母充电 (263#线路断路器断开) , 母差保护及母联212#断路器充电保护投入。当II母d3处发生故障, 充电保护动作瞬时跳开母联212#断路器, 切除故障点;若充电保护拒动, 母差保护动作可瞬时切除故障。若母联212#CT接入母差极性接反, 母差保护动作将I、II母同时切除。由于I母上仅有261#一条线路, 且没带负荷, 对系统影响不大。当I母上有其他出线且有潮流穿越时, 由于母差保护已做过相量, 212#CT接入母差极性不会出现接反现象。

2) 新线路启过程中发生故障, 保护动作情况浅析:

如图3所示, 由母联212#断路器通过II母给263#线路充电。此时263#开关在合位, 母联212#充电保护、263#线路保护及母差保护均投入, 263#线路d4处发生故障。

a.若线路263#CT正确接入母差保护。此时, 故障点在充电保护及263#线路保护范围内, 充电保护和线路保护瞬时动作跳开母联212#、263#线路断路器, 切除故障点。因故障不在母线保护范围内, 故母差保护不会误动。

b.若线路263#CT接入母差极性接反。此时:

Id大差=I1+I2=2Id (有故障电流输出) ;

Id小差I=I1-I212=0;

Id小差Ⅱ=I2+I212=I2+I1=2Id (有故障电流输出) 。

因此, 母差保护将动作跳开II母上的母联212#、线路263#断路器, 但不会误跳Ⅰ母上除母联212#断路器外的运行元件, 以确保I母继续运行, 满足继电保护选择性的要求。

4 结语

综上所述, 在双母运行方式下, 新线路启动或在母线充电过程中投入母差保护, 母线保护范围内的故障会可靠地被瞬时切除、在区外故障及CT极性错误时保护都不会误动作。另外, 厂站中充电侧是双母线接线, 如果新线路的电流互感器没有接入母差保护或者虽然接入但不能确定其极性正确时, 母差保护要投选择方式, 这样就能够预防由于差动元件在该线路发生故障而产生的误动, 造成母差保护误跳运行母线现象。同时由于有些厂家生产的母差保护与所带充电保护存在一定配合关系, 建议充电时投入母联开关保护进行充电。

参考文献

[1]李火元, 彭晓洁.电力系统继电保护及自动装置[M].北京:中国电力出版社, 1999.

中、低压电网母线微机保护 篇2

1 保护装置硬件设计

这里所探讨的微机继电保护装置以微机MCU为核心, 首先对系统检测到的参数进行分析计算, 得出电网的运行情况, 然后与初始设定的情况进行对比产生相应的控制命令。微机保护装置主要由MCU单元、数据采集单元、I/O单元、电源和人机对话等组成, 其结构逻辑如图1所示。

根据电网运行的具体需要, 我们在国电南京自动化股份有限公司的PSL640的基础上进行保护设计, 设计过程中依照嵌入式实时操作系统的思想, 调度一切可利用的资源来完成当前的任务, 实现快速反应。其主要包括以下几方面的任务: (1) 任务管理包括多任务的处理以及任务优先级调度; (2) 为系统提高了时间; (3) 对各个存储器进行优化管理; (4) 保证不同任务间的同步和相互通信; (5) 中断请求和接收中断。

2 问题分析与对策

在电网保护装置的运行过程中, 针对出现的各种问题, 现对几个典型进行分析讨论, 并给出相应对策。

2.1 母线保护的电压闭锁

在中、高电压应用中级, 母线保护使用最多的是复合电压闭锁, 判断公式为:Ua+Ub+Uc-k 3U0≤Vzd, 其中Ua、Ub、Uc、3U0各相及零序电压值, 保护过程中, 由于单相接地时母保不应动作而由小电流接地选线装置来处理故障, 所以就以线电压作为电压闭锁的判据:Uab、Ubc、Uca当中只要有一个满足小于Vzd的条件, 这样母线故障基本上是金属性相间短路, 故障相间电压几乎为零, 所以Vzd可整定为 (0.2～0.4) Un。

2.2 母线电流的处理

在小差环的判断过程中, 其会关系到母联电流, 这里有一定的准则, 即当母联CT母线上各出线CT的极性相同时, 母联电流的采样值应该正常加入到差电流中;反之, 其采样值就需要取反后再加入到差电流中, 再进行下一步的处理与动作。通常情况下, 母线上差电流应为0, 只是在测量环节可能存在不平衡量。产生这个量的原因很多, CT存在各种各样的误差, 同时零漂、A/D转换精度都可能产生影响到这种误差。

2.3 电流互感器的饱和问题

电流互感器 (CT) 的饱和一直以来都影响着母线保护的准确性和可靠性, 特别是随着电网系统容量的越来越大, 其短路容量也随着相应的上升, 导致的后果就是暂态过程加长。尽管这里研究的保护装置针对6 k V电网母线进行设计, 它的时间常数比之其他的情况下要低很多。

3 性能提高措施

在电网保护系统设计中, 必须从系统的兼容性和不可见的电磁干扰角度入手, 用可靠的硬件装置和有效的程序来进行有效控制。

3.1 电磁兼容与抗干扰

在通常的系统设计中, 改善电磁兼容性主要从几个角度入手: (1) 在设计电路PCB板时, 要注意分区和重要单元的保护工作, 特别是高频成分, 注意信号线的保护与屏蔽, 尽可能将振荡器靠近MCU的输入管脚, 避免过长产生天线效应; (2) 使用单片模式, 避免数据总线和地址总线引出CPU, 避免易受干扰信号线与大电流、快速瞬变信号线平行布线; (3) 对模拟部分和数字部分进行隔离, 高频线路要短且直。

3.2 软件抗干扰

由于现场环境复杂, 还必须利用微机保护软件技术的特点, 防止在可能的情况下导致“误动”或者“拒动”。除采取硬件措施外, 软件的抗干扰措施分为: (1) 采样数据的抗干扰辨识。在系统数据输入时, 由于系统的干扰或者其他原因, 有可能出现错误, 这时微机可以通过辨识坏数据将其剔除, 然后再用后来的正确数据以供使用; (2) 防止程序出轨的对策。系统采用的方法是使用定时器 (即看门狗电路———watchdog) 和定时电路来防止跑飞, 当程序偏离了预定的运行流程, 定时器复位后, 系统将自动回复到程序的起始位置, 重新正常运行。

4 结语

本文根据低压母线以及各线路的配置特点, 在国电南京自动化股份有限公司PSL640基础之上提出了专门针对中、低压小接地网络的微机保护装置的设计方案, 充分考虑了运行过程中可能遇到的各种问题, 提出了相应的解决方案, 具有很强的实用性。

摘要：母线作为电网分配枢纽, 确保其工作安全性是重中之重。首先对中低压母线的特点进行了分析, 同时针对其运行过程中的各种问题, 提出了相应的解决措施和对策。为提高运行可靠性, 还必须注意电磁兼容性和抗干扰的设计。

关键词：电网母线,微机保护,电压闭锁,抗干扰

参考文献

[1]贺家李, 宋从矩.电力系统继电保护原理[M].第3版.北京:水利电力出版社, 1994

[2]陈德树.计算机继电保护原理与技术[M].北京:中国电力出版社, 1998

PCS-915母线保护装置 篇3

关键词：智能变电站,母线保护,面向对象,分布式,同步

0 引言

随着中国智能电网建设的推进,对应用于智能变电站中的母线保护提出了新的要求[1,2,3,4]:要求支持电子式互感器与常规互感器,支持常规输入输出及面向通用对象的变电站事件(GOOSE)输入输出等,支持组网方式和点对点方式的IEC 61850-9-2和GOOSE,支持IRIG-B、简单网络时间协议(SNTP)等对时方式,以及IEEE 1588V2高精度网络同步对时方式。

电流互感器饱和问题是低阻抗型母线保护必须解决的关键技术问题,对于500kV及以上更高电压等级的系统,短路电流中更大的谐波含量对工频变化量保护影响较大,因此,如何解决超高压、特高压等级下区内故障和区外故障电流互感器饱和的问题,需要做进一步工作。电力系统中主接线方式及运行方式繁多,针对不同类型的主接线系统需专门开发相应的母线保护程序,导致母线保护软件版本多,程序升级维护工作量大。尤其碰到一些特殊的主接线系统,需专门开发相应的特殊程序,程序结构及差动构成变动较大,程序二次开发工作量大,所以需要研究一种通用的母线差动构成方法解决这个问题。分布式母线保护采样同步的好坏,直接影响差动保护的性能。应在不增加硬件和通信网络负担的前提下,解决间隔单元的采样同步性问题。

为解决上述问题,迫切需要研制新一代母线保护,本文将介绍PCS-915系列母线保护装置采用的关键技术及其主要应用情况。

1 硬件平台

PCS-915系列母线保护装置基于新一代控制保护硬件平台UAPC平台实现,该平台主要面向控制保护系统,全面支持电子式互感器和分布式I/O,全面支持IEC 61850,GOOSE及采样测量值(SMV),具有高性能、高集成度的特点,支持多个CPU,数字信号处理器(DSP)插件组合在一起完成复杂的控制保护功能,满足变电站自动化系统一体化的要求。

UAPC硬件平台选用嵌入式CPU,DSP和大容量的现场可编程逻辑门阵列(FPGA)进行设计,同时采用符合工业标准的高速以太网和国际电工委员会(IEC)标准的模拟数据采集的光纤通道作为数据传输链路,内部采用高可靠性、高实时性、高效率的数据交换接口。所有板卡采用标准化、模块化思想设计,支持多板卡同步并行工作,能够灵活组成系统需要的各种装置。系统硬件结构见图1。

PCS-915系列母线保护装置配有交流插件、保护和启动DSP板、PowerPc板、智能I/O板。保护和启动DSP分别采用2组完全独立的A/D采样数据来完成保护和启动功能,保护DSP板主要完成保护的逻辑及跳闸出口功能,启动DSP板启动后开放出口继电器的正电源;PowerPc板用于完成事件记录及打印、后台通信及与面板CPU的通信等功能;智能I/O进行压板等开入的采样和跳闸及信号输出。

PCS-915系列母线保护装置保护程序设计完全模块化,支持可视化编程、调试及维护。

2 抗电流互感器饱和原理

电流互感器饱和问题是低阻抗型母线保护必须解决的关键技术问题[5,6,7,8]。基于工频变化量差动的自适应加权式抗电流互感器饱和判据及谐波制动判据构成了完善的抗电流互感器饱和原理,其中:自适应加权式抗电流互感器饱和判据以工频变化量电压元件作为判据的开放条件,赋予差流工频变化量和工频变化量阻抗元件不同动作点以不同的权,以此加权值的大小决定保护是否动作。此判据具有很强的抗电流互感器饱和能力及稳定可靠的动作特性;谐波制动判据根据差流中谐波分量的波形特征检测电流互感器是否发生饱和。以此原理实现的电流互感器饱和检测元件同样具有很强的抗电流互感器饱和能力,而且在区外故障电流互感器饱和后发生同名相转换性故障的极端情况下仍能快速切除母线故障。自适应加权式抗电流互感器饱和判据和谐波制动判据已经在RCS-915系列母线保护中得到成功应用[9,10,11],具有成熟的运行经验。因此,在PCS-915系列母线保护原理中仍然采用这一原理。

对于500kV及以上更高电压等级的系统,超高压系统的线路分布电容更大,短路时的暂态特性有不同的特点。例如:母线区内故障时,线路短路电流的高频分量比较大,这对工频变化量保护有一定影响,尤其是在母线连接长线路对侧无电源的情况下发生母线故障,母线快速保护可能拒动[12]。PCS-915系列母线保护方案考虑了线路分布电容影响,采用变制动系数工频变化量比率差动方法消除了高频的暂态电容放电电流反向使工频变化量保护返回的影响,保证了加权算法的连续性。

3 面向间隔对象的母线保护设计方法

PCS-915系列母线保护装置采用了面向间隔对象的母线保护设计方法,不同的主接线方式只需根据实际情况对间隔单元进行配置即可,不需修改保护主程序,采用此方法后母线保护的差动构成灵活可靠,而且不再只能适应已知的主接线模式。

面向间隔对象的母线保护设计方法将传统的仅以母线为对象改为以各间隔单元为对象,将主接线系统中的支路间隔、母联(或分段)间隔、互联跨条以及电压互感器等作为基本对象,先对支路单元的拓扑结构进行解析,然后形成母线拓扑结构,再以母线为对象依照传统方法完成小差的构成逻辑。保护通过解析间隔对象的配置信息完成母线差动范围的自适应构造。每一基本构成对象分别建立各自类型的同时提供相关的配置信息:参数、开入和开出。根据这些配置信息,形成被保护母线的拓扑结构,然后保护通过解析对象的配置信息完成母线差动范围的自适应构造。

采用此方法构成的母线保护适应性强,通过修改配置文件可以方便地实现不同主接线系统的母线保护,并可以满足不同运行方式的需要,同系列保护程序升级维护工作量大大减少,开发人员可以更专注于保护程序本身,有利于提高程序质量。

4 分布式母线保护

对于大型变电站,尤其是高电压等级变电站,存在电缆消耗量大、电流互感器二次电缆长导致电流互感器负担重、跳闸电缆长导致电磁兼容等问题;同时,大量电缆集中在一块屏上,也给母线保护屏的施工接线带来困难。随着计算机、通信技术水平的迅速提高,继电保护下放到开关场的方式得以实施并逐渐得到认同,所以研制分布式母线保护具有非常重要的意义[13,14,15]。

差动保护计算所需要的各个间隔的电流采样数据必须是同一时刻的值,而分布式母线保护的各子站间没有电气上的连接,从而带来各个子站的同步采样问题。采样同步的好坏,直接影响到差动保护的性能。采用GPS同步时钟为每个间隔单元对时的方案在技术上是可行的,但增加了硬件复杂性,更重要的是,当同步时钟受到电磁干扰或同步时钟失去时,差动保护的安全性问题令人担忧。间隔单元采样同步时钟要求相对时钟准确,对绝对时间没有要求,应在不增加硬件和通信网络负担的前提下,解决间隔单元的采样同步性问题。

PCS-915分布式母线保护系统采用主从结构(如图2所示),每个子站可以接入1~4个间隔,主站和子站通过光纤交换数据,采用FPGA实现硬件通信编码和循环冗余校验(CRC),可靠性高,不占用保护CPU的资源。

PCS-915母线保护装置采用了用于分布式保护系统的时标跟踪的同步采样方法,分布式母线的主站装置和子站装置间通过光纤链路完成数据传输,主站装置在其每次中断时通过该数据链路同时向各个子站装置发送数据,各个子站装置接收主站下发的数据,并根据下发数据的到达时标调整各个子站自身的采样中断时刻,完成对主站中断间隔的同步跟踪。

子站通过FPGA技术实现自动锁定主站链路数据到达时标,该数据到达时标间接反映了主站中断时标,子站根据此时标调整子站采样中断时刻,其调整目标是子站中断时间和主站链路数据到达时间之差为预设的常数。利用主站与子站的光纤链路,各个子站根据主站下发数据的到达时标调整各自采样时刻,由于主站是同时向各个子站发送数据,因此,最终各子站就能够做到在同一时刻采样,完成同步采样功能。主站接收到的子站采样数据已经同步,无需额外处理即可直接用于保护计算。采用此同步技术实现了分散采集、分散执行功能,同步算法占用主机和从机计算资源少,无需外接同步源,同步方案稳定可靠且同步精度很高。

5 常规变电站的应用

由于采用了面向间隔对象的母线保护设计方法,装置可以方便地配置适用于各种特殊的主接线方式,如石化系统特殊主接线方式(如图3所示)。与标准的双母单分段主接线不同之处主要在于特殊开关B2,它在功能上可以用做分段、母联1、母联2开关,B2支路串接限流电抗器,主要用于向检修母线充电,保护必须根据其刀闸位置的组合关系确定其在差动回路中的位置。

对于大型变电站,尤其是高电压等级变电站,因存在电缆消耗量大,电流互感器二次电缆长导致电流互感器负担重、跳闸电缆长导致电磁兼容等问题,可考虑选择分布式母线保护解决方案。根据现场实际情况,可选择按间隔配置母线子站以便于间隔检修,也可按现场间隔布置情况使多间隔共用子站以降低母线保护整体造价,简化分布式母线通信环节,提高保护整体可靠性。

电力系统中母线的主接线方式随系统容量增加而发生改变的情况非常常见,如一期工程采用双母单分段主接线,二期工程开断为双母双分段主接线,二期工程改造过程中母线保护二次回路的改造工作量很大,需要将大量电流、电压、开入开出电缆由一面母线保护屏改接到两面母线保护屏上,如图4所示(图中仅以电流回路改造示意)。

采用PCS-915分布式母线保护可以大大减少改造过程中二次回路改造工作量,如图5所示。根据改造后的开断点分配母线各从机间隔接入情况,双母单分段主接线方式下母线主机接入所有从机;二期改造为双母双分段后,所有从机原有的二次回路电缆都可以不动,只须新上一个母线主机,并改变从机与主机间的光纤连接即可,当然母线主机保护程序均需配置为双母双分段程序。

上述分布式母线解决方案的提出是为了减少主接线改变过程中母线改造引起的二次回路改造工作量,母线保护实际没有分布式安装的需求,所以分布式母线的主机和从机可以集中安装。

6 智能变电站的应用

PCS-915系列母线保护装置能够满足智能变电站的各种新要求,国家电网公司《智能变电站继电保护技术规范》对智能变电站中保护装置“直采直跳”提出了明确的要求,对母线保护提出了“直接采样、直接跳闸,当接入元件数较多时,可采用分布式母线保护”[16]。

如图6所示,虚线框内为分布式母线保护PCS-915,BU为从机处理单元,CU为主机处理单元,BU与CU之间通过光纤连接,负责电流采集的合并单元(MU)和智能操作箱通过光纤直接与分布式母线保护的BU连接,负责电压采集的MU和通过网络传输的GOOSE开关量与CU连接。

BU通过光纤直接从MU接收SMV数据,从智能操作箱接收本间隔GOOSE开关量,每个BU可接收多个间隔的SMV数据及GOOSE开关量,并将接收到的模拟量和开关量打包好后发送至CU进行运算及保护逻辑判断。CU负责接收电压互感器MU传送过来的母线电压模拟量及经GOOSE网络传输的GOOSE开关量,并将间隔跳闸命令发送至BU,通过BU控制智能操作箱进行跳闸。

智能变电站分布式母线保护也采用不依赖于全球定位系统(GPS)的同步方案,CU通过光纤向BU发布时间基准,BU记录接收采样数据时刻,并将数据接收时刻与本板实时时刻的差值与同步基准作比较后自动调整BU采样中断以保证CU接收到的各BU采样数据为同一时刻,同步精度完全可以满足母线保护跨间隔数据同步采样的要求。

PCS-915系列母线保护装置可以提供常规变电站的智能化改造中母线保护的全套解决方案,保证在变电站改造过程中母线保护始终投入。

7 结语

PCS-915母线保护继承了以前系列母线保护的先进原理与技术,可广泛适用于各种电压等级的常规变电站及智能变电站不同主接线方式。

智能电网的建设对母线保护提出了更高的要求,针对过程层数字化(如数据品质的优化处理等)还有很多工作需要完善,海外市场对保护提出很多新的需求(如支路死区保护、按支路配置的反时限过流保护等),有待进一步研究开发。

一种新型的母线保护方法 篇4

在云南省电网公司范围内运行的母线保护装置普遍使用的保护原理是以电流差动原理为主, 母线完全差动保护是将母线上所有的各连接元件的电流互感器按同名相、同极性连接至差动回路, 以满足

因为理想状态下, 流入一个闭合体的电流应等于流出该闭合体的电流。

这个基本定理看起来十分简单, 但把它应用到工程中就遇到了实际的问题。一次设备电流很大, 电压很高, 不可能直接接入保护装置。因而要用电流互感器将大电流传变为可直接输入保护装置的小电流。然而互感器并不能100%真实传变一次电流, 这使得输入保护装置的各单元二次电流矢量之和不可能为0, 差动保护原理遇到了挑战。本文介绍了另一种由美国SEL公司生产的以SEL351型和SEL2100型装置构成母线保护的方案, 它避开了TA传变误差造成的影响。

2 对保护装置的影响

2.1 母线复式比率差动原理

母线复式比率差动保护由分相式比率差动元件构成, 为了能更明确地区分区外故障和区内故障, 在制动量的计算中引入了差电流, 使其在母线区外故障时有极强的制动特性, 在母线区内故障时无制动, 动作表达式为:

undefined

其中undefined是指母线上所有连接元件电流的绝对值之和, 即‘和电流’;undefined是指母线上所有连接元件电流和的绝对值, 即‘差电流’;Ij为母线上第j个连接元件的电流;Idset为差电流门坎定值;Kr为复式比率系数 (制动系数) 。其动作特性见图2。

2.2 误差对母线保护装置的影响

1) 由于电流互感器存在角差, 因此即使一、二次电流有效值的差不大于10%, 它所引起的差流也往往会大于一次电流的10%。

2) 一次电流越大, 其饱和时波形畸变得越厉害, 因而在差动保护中所引起的差电流越大;但即使一次电流达到100多倍额定电流, 其二次电流也不会为零。

3) 当一次电流含有很大的非周期分量且衰减时间常数较长时, 即使稳态电流倍数满足10%误差曲线, 但在暂态过程中, 尤其是在起始的2～3个周波之内, 二次电流会出现严重的缺损, 从而引起很大的差电流。

4) 故障起始电流互感器总有一段正确传变时间, 一般情况下大于2ms。

3 母线保护的实现方案

3.1 母线保护的总体构成

某电厂有三个发变组单元和一条110kV出线单元, 连接于母线各单元保护元件为SEL351过流方向判别装置, 这些装置再通过光纤将相应保护控制逻辑传给SEL2100保护逻辑处理器, 由SEL2100装置整体判断故障发生于母线区内还是区外, 从而发出动作或闭锁命令。SEL2100装置的动作逻辑为:任意一个SEL351单元判断为朝向母线方向 (反向) 的故障且没有一个SEL351单元判断的故障方向背离母线 (正向) 。保护本身不计算差流, 而是通过各单元发送的逻辑控制字来判别故障, 被称为镜像比特码母线保护。

保护配置在云南电网小水电中的一个实例见图3。

3.2 镜像比特码母线保护原理分析

3.2.1 镜像比特码的组成和定义

SEL351装置的发送比特码定义为TMB1A～TMB8A, 接收比特码定义为RMB1A～RMB8A, SEL2100的接收比特码定义为R1P1～R8P1、R1P2～R8P2、R1P3～R8P3、R1P4～R8P4, 发送比特码定义为T1P1～T8P1、T1P2～T8P2、T1P3～T8P3、T1P4～T8P4 (SEL2100定义比特码的最后一个字符表示端口号, 本例中共使用了四个端口, 即接入了四个SEL351装置) 。它们之间建立了一一对应的镜像关系。本例中有定义的比特码如表1所示 (其余比特码为空) :

表1中的定义符号说明如下:

3.2.1.1 SEL351装置

67P1 为相定时方向元件Ⅰ段动作, 反向 (本例中为朝向母线) ;67P2 为相定时方向元件Ⅱ段动作, 正向 (本例中为背离母线) ;67P3 为相定时方向元件Ⅲ段动作, 反向;67P4为相定时方向元件Ⅳ段动作, 正向;!LOP为非TA断线;SV1为可编程中间过渡逻辑, SV1=27A1+27B1+27C1+59Q+59N1, 其中27A1为A相低电压Ⅰ段动作, 27B1为B相低电压Ⅰ段动作, 27C1为C相低电压Ⅰ段动作, 59Q为负序过电压动作, 59N1为零序过电压Ⅰ段动作, 所以SV1表示复合电压动作逻辑。

各个SEL351装置的直接传输跳闸逻辑为:

DTT=RMB1A*RMB2A (4)

式 (4) 中相应SEL351装置的RMB1A对应SEL2100装置中的T1Pn, 相应SEL351装置的RMB2A对应SEL2100装置中的T2Pn。

3.2.1.2 SEL2100装置

LV1= (ROK1*R3P1) * (ROK2*R3P2) * (ROK3*R3P3) * (ROK4*R3P4) (5)

式 (5) 中ROKn为第n个SEL351装置传输通道完好, R3P1～4对应相应SEL351装置中的TMB3A, 即相应SEL351装置未检测到TA断线, 所以LV1表示所有连接于SEL2100装置的SEL351装置均未检测到TV断线且传输通道全部完好逻辑。

SV1=R2P1+R2P2+R3P3+R4P4 (6)

式 (6) 中R2P1～4对应相应SEL351装置的TMB2A, 所以SV1表示连接于SEL2100装置的任意一个SEL351装置背离母线的相过流方向元件动作。

SV2=!LV1 (7)

SV2即为LV1的反逻辑。

SV3=! (SV1+SV1T) * (R1P1*R4P1+ R1P2*R4P2+ R1P3*R4P3+ R1P4*R4P4) (8)

式 (8) 中SV1T表示SV1逻辑的时延, R1P1～4对应相应SEL351装置中的TMB1A, R4P1～4对应相应SEL351装置中的TMB4A, 所以SV3表示任一个SEL351装置朝向母线的过流方向元件动作且复合电压逻辑为真, 同时没有一个SEL351装置背离母线的相过流方向元件动作。

3.2.2 母线区内/外故障时保护的动作逻辑分析

3.2.2.1 母线区内故障

图4所示故障发生时, 各个SEL351装置朝向母线的相定时方向元件均动作, 将TMB1A置位为“1”;各个SEL351装置背离母线的相定时方向元件均不动作, TMB2A码为“0”;当各个装置都没有检测到TA断线时, TMB3A置位为“1”;此时, 各个SEL351装置的复合电压逻辑也为“1”, 故将TMB4A置位为“1”。若这时各个SEL351装置的传输通道完好, 则ROK1～4为“1”因此, SEL2100装置在接收到这些镜像比特码变位时, 相应的R1P1～4、R3P1～4、R4P1～4、为“1”, R2P1～4为“0”。故而, 将上述逻辑变量代入式 (5) 、 (6) 、 (7、 (8) 得到SEL2100装置的逻辑判断为:

将以上结果代入式 (4) 故而各SEL351装置中:DTT1～4=RMB1A*RMB2A=1*1=1

此时各SEL351装置迅速将跳闸令发出, 跳开相应的断路器, 隔离了母线故障。

3.2.2.2 母线区外故障

图5所示故障发生时, 2#、3#、4#SEL351装置的比特码置位情况不变, 而1#SEL351装置背离母线的相定时方向元件动作, 该装置的TMB1A为“0”, 而TMB2A为“1”, 则得到SEL2100装置的发送比特码逻辑如下:

故而各SEL351装置的DTT1～4=RMB1A*RMB2A=0*1=0, 此时各SEL351装置均不动作。

4 结束语

母线保护信息比特码的传递就像一束光在SEL351和SEL2100装置这两面镜子间来回照射一样, 被称为镜像比特码母线保护。它的一个显著的特点是由于不进行差流计算和判断, TA饱和的影响可以乎略不计, 也不用考虑不同单元TA的变比不同、型号和特性不同产生的影响, 是一种可行的母线保护方案。

参考文献

[1]美国SEL公司SEL2100装置及SEL351装置产品技术说明书[R].

[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[R].

母线差动保护应用分析 篇5

关键词：差动保护,CT饱和,死区保护

0 引言

迄今为止,普遍认为按分相电流差动原理构成的比率制动式母差保护效果最佳。下面结合比较典型的母线故障对比率制动式微机母线差动保护装置进行分析。

1 母线差动保护

母线接线图如图1所示。母线差动包括母线大差和各段母线小差。母线大差是装置是否启动的判别元件,用来区分母线区内和区外故障;小差相当于选择元件,用来选择故障母线。

大差动作电流:

大差制动电流:

Ⅰ母小差动作电流:

Ⅰ母小差制动电流:

Ⅱ母小差动作电流:

Ⅱ母小差制动电流:

需注意的是,大差电流不包含母联、分段电流,而每段母线小差动电流包含连接在各自母线上的所有单元电流。

其动作判据为[1]:

母线差动保护的逻辑框图(以Ⅰ母为例)如图2所示。

如图1所示,Ⅰ母上A点发生故障时,Ⅰ、Ⅱ母电压降低,电压闭锁元件开放;Ⅰ、Ⅱ母上连接的所有支路的故障电流方向均为线路流入母线,大差动作电流Id等于制动电流,满足大差动作条件,大差比率差动元件动作。

A点发生故障时,Ⅱ母上连接的所有支路的故障电流方向均为线路流入母线,经Ⅱ母、母联开关、Ⅰ母流向A故障点,Ⅱ母小差动作电流Id2=0,Ⅱ母小差比率差动元件不动作;Ⅰ母上连接的所有支路的故障电流方向均为线路流入母线,经Ⅰ母流向A故障点,Ⅰ母小差动作电流Id1等于制动电流,满足小差动作条件,Ⅰ母小差比率差动元件动作。因此,A点发生故障时,Ⅰ母差动保护动作,跳开Ⅰ母上的所有支路和母联断路器;在Ⅰ母差动保护动作切除故障后,Ⅱ母电压恢复正常,Ⅱ母上连接的所有支路仍能继续正常运行。

2 CT饱和的影响及防范措施

当母线外部发生故障特别是母线近端发生外部故障,如图1中C点发生故障时,该故障点处于支路1的线路保护范围,不属于母差保护的范围,但由于该故障点较接近母线,故障发生时支路1的CT会流过很大的故障电流,此时,,由于直流分量的影响,CT可能发生饱和,对母线差动保护产生不利影响,严重时可能导致差动保护误动作。

在实际的应用中,常采用“同步识别法”作为抗CT饱和的措施,以解决CT饱和对差动保护的不利影响。同步识别法是指识别“差流越限”与“故障发生”是否同步,“差流越限”是指大、小差动作判据同时满足,“故障发生”是指制动电流If发生突变[2]。

当图1中A、B、D点发生故障时,各支路的电流方向均为由线路流入母线,此时差动动作电流等于制动电流,并且在故障发生的瞬间持续到故障被切除,动作电流和制动电流同时发生变化的,即“差流越限”与“故障发生”同步出现,则认为该故障是母线区内故障。此时保护装置应迅速动作并发出跳闸命令,快速切除故障。

当图1中C点发生故障时,支路2、支路3、支路4的电流方向为线路流入母线,支路1的电流方向为母线流向线路,此时流经支路1 CT的电流绝对值等于支路2、支路3、支路4 CT电流绝对值之和。在故障发生的瞬间,差动动作电流等于零,制动电流已然发生突变,即此时“故障发生”出现,而在支路1 CT发生饱和后,“差流越限”可能出现。像这种“故障发生”在前而后出现“差流越限”的,则认为该故障为母线区外故障。此时保护装置应可靠不动作。

3 母差死区保护

目前,大部分变电站都存在断路器只在一侧装设一组CT的情况,当故障发生在各类断路器与断路器CT之间时,只能由延时的后备保护切除,这类故障称为死区故障[3]。

3.1 常规保护逻辑

本文只讨论发生在母联断路器与母联CT之间的死区故障,如图1中的D故障点。D点发生故障时,Ⅱ母小差电流为零,Ⅱ母差动不动作;Ⅰ母差动保护动作跳开母联断路器及Ⅰ母上的所有支路后,故障仍没切除。因此,在母联断路器与母联CT之间发生故障时,常规母线差动保护不能将故障切除。为提高保护的可靠性,目前的微机保护专设了母差死区保护。母差死区保护逻辑框图如图3所示。

如图1所示,D点发生故障时,若母联断路器在合位,此时Ⅰ母小差动作电流Id1等于制动电流,满足小差动作条件,Ⅰ母差动动作。在跳开Ⅰ母上连接的所有支路和母联断路器后,母联断路器TWJ=1而母联CT仍有电流,且大差比率差动元件及Ⅰ母侧小差比率差动元件不返回,经延时死区保护动作跳开另一条母线(Ⅱ母)。若母联断路器在分位且两母线都有电压,由母差死区保护逻辑框图可知,母联电流不计入小差。在D点发生故障时,Ⅰ母小差动作电流等于零,Ⅰ母小差比率差动元件不动作;Ⅱ母小差动作电流Id2等于制动电流,满足小差动作条件,Ⅱ母差动动作。Ⅱ母差动保护跳开Ⅱ母上连接的所有支路后,故障点被切除,系统恢复正常运行。

如图1所示,当支路2断路器与CT之间的B点发生故障时,该故障点在母差保护范围内。但母差保护动作跳开Ⅰ母所有支路后,故障仍然存在于系统中,因而图1中的B点对母差保护来说也是死区故障点,但该故障不影响Ⅱ母正常运行,因此母差死区保护不会动作。B点发生故障时,在Ⅰ母差动动作跳开Ⅰ母上连接的所有支路后,只能通过支路2对侧保护动作,断开支路2对侧断路器,才能将故障点从系统中切除。

3.2 母差死区保护分析

如图1所示,D点发生故障时,最理想的是切除母联断路器和Ⅱ母上所有支路,不切除Ⅰ母。但是目前保护装置却是先切除Ⅰ母,后经死区保护切除Ⅱ母才将故障点从系统中切除,这是母差保护最大的缺点。下面浅谈一下目前常提到的两种母差死区保护改进措施:

(1)在母联断路器两侧各装一组CT,如图4所示,其中CT1接入Ⅰ母小差,而CT2接入Ⅱ母小差[4]。

E(F)点发生故障时,先切除母联断路器,此时非故障母线电压恢复正常,闭锁差动保护,而故障母线差动保护动作,切除故障。

(2)改变母线的运行方式。通过改变厂站母线的运行方式,将Ⅰ、Ⅱ母分列运行,即让断路器处于冷、热备用状态,可避免出现母差保护死区的情况。

第(1)种方法看起来甚为理想,但要注意时间问题,切除母联断路器需要一定时间,而装置内非故障母线电压恢复正常需要的时间则更长。相比于目前的母差死区保护,该方法会导致母线流过更长时间的故障电流,严重时可能导致对侧后备保护动作,扩大停电范围。相比于第(1)种方法,笔者认为第(2)种方法更为合理,但对于必须要投入母联断路器的厂站,目前并没有什么行之有效的方法。

4 结语

对于庞大、复杂的电力系统而言,发生故障是在所难免的。在电力系统发生故障时,如何快速、可靠地切除故障,最大限度地减小停电范围才是重中之重。本文对母线差动保护的应用进行了分析,提出了避免母差保护发生死区故障时切除两段母线的方法。在特定的运行方式下,此法能有效减小发生母差死区故障时的停电范围。

参考文献

[1]南京南瑞继保电气有限公司.RCS-915AB-HB型微机母线保护装置技术和使用说明书[Z],2009.

[2]国电南京自动化股份有限公司.WMZ-41A微机母线保护装置技术说明书和使用说明书[Z],2003.

[3]王梅义.电网继电保护应用[M].北京:中国电力出版社,1999.

母线充电保护 篇6

关键词：母线保护,母联单元,差流计算,充电保护,闭锁母差

0 引言

母线是电力网络中重要的元件,它起到汇集电能、分配电能的作用。设备与它相连的方式,直接关系到电网的拓扑结构。在各种电力设备保护中,母线保护历来是极为重要的,它的正确动作与否直接关系到整个电网的运行方式。从这个意义上说,母线保护对电力网络的安全稳定运行有着不可忽视的作用。

与母线相关联的一次设备单元是很复杂的,有线路单元、主变单元、发变组单元、母联单元、分段单元等多种单元。每种单元的运行特点及方式变化都不相同。其中母联单元具有一定的特殊性,对于它在母线保护中的一些问题应当引起一定的注意。

1 母线差动电流中关于母联单元电流的计算问题

在母线保护中对差动电流的计算是个核心问题,差动电流应该能够正确地反应出母线本身内部的区内故障和母线外部的区外故障。做到区外故障差流为零,母线保护可靠不动作;区内故障差流反应灵敏,母线保护可靠动作,切除故障点。

可以看出,对母线差流的计算方法进行深入思考,对于潜在的问题进行分析是十分必要的。

1.1 母线保护中关于差动电流的常用算法

母线的典型结构如图1所示。接线形式是双母线接线带一母联断路器2245。

其中:S14、S24、S34、S44、S15、S25、S35、S45代表线路单元各自的隔离开关位置;当某隔离开关合入时其对应的值为1,当某隔离开关断开时其对应的值为0。SM4、SM5代表母联断路器2245的两侧的隔离开关位置,与线路单元一样,当合入时其对应的值为1,当断开时其对应的值为0。

一般的保护装置差动电流的常用计算方法如式(1)～式(3)。

式(2)、式(3)中,HWJML代表母联断路器位置,合入时值为1,断开时值为0。

式(1)代表大差电流的计算,即把220 kV-4母线与220 kV-5母线看作一条母线;它把除母联单元以外的所有单元的电流全部计入。它用来判断故障在区内还是区外,一般用作母差保护的启动元件。

式(2)代表220 kV-4母线差动电流,即4母小差电流,它把与4母线相关的元件电流计入。它用线路单元的4母隔离开关位置判断元件是否与4母相关。4母小差电流作为选择元件[1]。

式(3)代表220 kV-5母线差动电流,道理与4母线完全一样。5母小差电流也作为选择元件。

从上面的算式可以看出,大小差动电流的区别有两点。一是小差判断了隔离开关位置,这样可以适应各线路运行方式的变化。二是小差中计入了母联单元电流,对于母联只采集了断路器位置,在正常情况下SM4、SM5一般是合入的,采集断路器位置可以判断出母联的运行方式。

从母线差流的计算可以看出,在正常方式下,由于考虑了各单元运行方式的变化,即在运行方式发生变化时。母差仍然保证了选择性。

这种通常的差流算法应当说存在一些问题,主要表现在对母联单元的适应性上。

1.2 差动电流中关于母联单元电流的计算问题

通常差流计算只采集母联断路器位置,原因是正常运行时母联两侧的隔离开关位置一般是合入。但母联单元不总处在正常运行方式或备用方式下,例如当母联单元处于检修状态下,两侧的隔离开关是断开的,这样形成明显断开点,用来保障检修人员的安全。

而当母联单元处在检修状态下,通常的差流计算是有问题的。我们假设以下情况发生:

(1)母联单元处于检修状态,两侧刀闸断开。在检修工作期间可能分合母联断路器。

(2)在母联单元检修间,有高压试验人员进行耐压试验,对母联的部分CT进行测试试验。

(3)在母联单元检修期间保护并没有工作任务,保护人员不在现场。

(4)在母联单元检修期间220 kV-4母线发生故障。

假设的情况如图2所示。

如果上面提到的情况发生,通常的差流计算会出现以下情况:

(1)如果母联断路器在检修中处于合位时,那么HWJML=1;

(2)此时高压试验在打压过程中,若开关本身确实绝缘存在问题,或打压操作不当,设备可能对地放电,可能会有电流流过母线保护CT一次侧,二次侧会感应出电流;或者此时对CT进行变比等试验,同样可能会有电流流过母线保护CT一次侧,二次侧会感应出电流。

由于HWJML=1,试验感应出的母联电流会参与小差计算,由于它门并不是反映运行中真正的一次电流,会使差流计算结果出现错误。

最为严重的是,如果此时220 kV-4母线发生故障,因为母联电流参与计算,会使4小差电流的灵敏度受到影响,若母联感应电流与4母其他单元的电流和方向相反,可能会使4母差保护拒动,还会使正常运行的5母线误动。

由上面的分析可以看出,小差电流母联单元只采集母联断路器位置是存在问题的。有两种解决的办法:

(1)在母线保护装置加装母联检修压板。当母联单元检修时此压板投入,不管母联断路器位置如何,母联电流不参与差流计算。这种方法必须有变电运行人员参与操作。目前RCS-915多采取这种方法[2]。

(2)修改通常的差动电流算法,使差动电流的算法如式(4)～(6)所示。

式(5)、式(6)中,对4母小差、5母小差的计算进行了修改。算法修改后使母联电流参与计算不仅仅取决于母联断路器位置,还与两侧隔离开关位置相关。这样,当母联单元处于检修状态时,由于两侧隔离开关断开,SM4=0、SM5=0,使得母联电流不参加差流计算,从根本上解决了问题。

当然,这种方法增加了隔离开关位置触点的采集,如果触点位置本身存在问题,也会影响差流计算。但触点位置异常毕竟是小概率事件,如果在软件上增加监视触点状态的程序,同时变电人员加强监视,是会消除这个问题的。

为了更好地使母线保护可靠运行,最好的办法是两种办法都采用。互相独立,互为补充。但目前有些母线保护装置不都是这样处理的,应当引起必要的重视。

2 关于母联充电保护闭锁母差问题

2.1 母联充电保护的概念

当一条母线全电压运行,另一条母线备用而没有电压。当用运行母线作为电源,通过母联断路器对备用母线进行充电加压,这个过程就是充电。如果备用母线在充电前本身存在故障,那么利用运行母线对备用母线充电,等于运行母线直接投到故障上。若没有专门的保护,就会引起运行母线全停的事故发生。针对这种情况配置的保护,称做母联充电保护[3],它动作于跳开母联断路器切除备用母线,以隔离故障,使运行母线安全运行。

2.2 母联充电保护闭锁母差的必要性

利用母联断路器对备用母线进行充电时,对母差是有影响的。

当充电前,由于母联断路器处于分位,HWJML=0。充电时,手合母联断路器后,断路器由分位到合位。当充到故障时,就会有大电流流过母联单元。由于母联断路器已处于合位,HWJML=1。

仔细思考这个过程,会发现并不是严格意义上的同时发生。短路电流是电气量,而母联断路器位置是机械量。当母联断路器由分变合时,故障电流瞬时出现,而母联断路器位置由于经机械变位、继电器切换等多个环节,会比电气量慢出现。图3表示出了这种变化的时序图。

t1时刻母联断路器合上,电流立即出现。一段时间后,t2时刻母联断路器位置才变位。由于小差计算母联电流与母联断路器位置相关,当充到故障后,t1与t2之间的时刻,由于母联断路器位置没有立即变位,会使正常的母线出现差流,从而母线保护动作,造成切除正常母线。

为防止这种情况发生,充电保护应瞬时闭锁母差一会儿,当母联断路器变位进入后自动解除闭锁。

2.3 母联充电保护闭锁母差实现方式的探讨

母联充电保护的配置一般有两套。母线保护装置中的母联充电保护,一般叫做内部充电保护,简称内充;独立于母线保护装置,单独配置的充电保护,一般叫做外部充电保护,简称外充。

母联充电保护闭锁母差,内充外充都应该实现这种功能。但在实现的方法中应当注意技术上的一些细节问题。如果不注意这些细节的问题,可能实现不了预想的功能。

2.3.1 内部充闭锁母差实现方式

母线保护装置中的内充保护,一般可通过控制字投退实现是否闭锁母差。

但闭锁功能的逻辑判据应当注意分析。

有的内母充是判断母联断路器由分到合的变位,且母联电流超过充电保护定值的时候,延时动作跳开母联断路器并闭锁母差;这种办法是不行的。

还有的采用判开关变位的方法来闭锁母差。经过上面的分析也是不行的。

正确的逻辑是:当母联单元两侧的隔离开关处于合位,一段母线有压,一端母线无压;检测到母联有电流时,立即闭锁母差一段时间后再开放。

内母充闭锁母差功能有一定的校验难度,在母线保护调试中应当特别注意。

2.3.2 外部母联充电闭锁母差实现方式

(1)一般的思路是在外充保护引一个开出触点作为母线保护的闭锁母差开入,如图4所示。

这种办法从直观上看有道理,细想存在问题。母差保护是瞬动,零秒动作,而充电保护是延时动作,这种方法根本来不及闭锁母差。

这种办法显然不能采用。

(2)利用手合继电器触点(SHJ)实现闭锁,实现方法如图5所示。

动作过程是手合触点SH闭合,手合继电器(SHJ)启动,SHJ触点闭合,一对SHJ触点去沟通母联断路器合闸线圈HQ使母联合闸,另一对SHJ触点用来闭锁母差。

时序图如图6所示。

从时序图来看,t0时SHJ闭合,t1时开关合位,t2时开关位置切换。由于SHJ先于t1与t2的时间段内闭合,闭锁了母差,即使充到故障母线上,也不会使正常母线的保护动作。

从时序分析上看,这种方法是可取的。

3 总结

母线是电力系统中重要的元件,它的正确动作与否直接关系到电网的运行结构,对电力系统的稳定运行有着不可忽视的作用。母线保护中,其中母联单元的一些问题应引起注意。

(1)在差流算法中关于母联电流的计算,应当考虑到母联单元检修状态时的影响,只考虑母联断路器位置是存在问题的。应当在母线保护装置中配置母联检修压板;以及修改差流算法,使母联电流与两侧隔离开关位置相关。

(2)利用母联断路器对备用母线进行充电的过程中,对母差保护是有影响的。在充电过程中应当瞬时闭锁母差一段时间。内外母充都应实现这个功能。在实现这个功能时,技术环节上需要注意一些问题,仔细分析动作时序,使用恰当的判据及技术手段,真正实现母差瞬时闭锁功能。

参考文献

[1]陈德树.微机继电保护[M].北京:中国电力出版社2000.CHEN De-shu.Micro-processor based protective relay[M].Beijing:China Electric Power Press,2000.

[2]周志敏,周纪海,纪爱华.继电保护实用技术问答[M].北京:电子工业出版社,2005.ZHOU Zhi-min,ZHOU Ji-hai,JI Ai-hua.Relay protection practical technology Q&A[M].Beijing:Publishing House of Electronics Industry,2005.

10kV母线快速保护的应用 篇7

为防止变电站10kV母线短路故障时对开关柜和主变产生严重危害, 设计了10kV母线快速保护。常德地区10kV母线故障时, 其保护功能由主变低后备保护 (先跳10kV母线分段, 再跳主变10kV侧, 通过时间的长短选择) 实现, 而本方案针对单个线路发生故障时, 闭锁了10kV母线保护;另外, 通过复合电压、电流闭锁的方式对10kV母线保护构成闭锁, 实现了有条件跳分段和主变低压侧保护, 提高设备运行的安全可靠性。

2 两种10kV母线快速保护方式的原理比较

2.1 电流闭锁式10kV母线快速保护

电流闭锁式10kV母线快速保护系统 (以下简称10kV母线快速保护) 不是单独的保护装置, 它由两部分组成, 即嵌入在主变变低10kV侧后备保护装置中的动作元件和嵌入在10kV出线 (包括10kV馈线、站用变、接地变、电容器等, 下同) 保护装置中的闭锁元件组成。10kV母线快速保护动作逻辑关系如图1所示。

动作元件是反映流经主变变低开关电流增大而动作的, 10kV母线上发生任何相间短路, 都能够反应。闭锁元件是反应10kV出线电流增大而动作瞬时发出闭锁信号, 该信号被瞬时传送到变低后备保护装置中10kV母线快速保护的逻辑回路中, 以闭锁10kV母线快速保护。

10kV母线快速保护功能设置为投入和10kV分段开关处于断开状态时, 10kV母线故障时, 动作元件动作, 无10kV母线快速保护闭锁信号输入, 则10kV母线快速保护经延时T1跳开主变变低开关, 同时闭锁10kV备自投。10kV分段开关投入时, 闭锁10kV母线快速保护。

当10kV出线保护范围内故障时, 闭锁元件瞬时发出闭锁信号并传送至变低后备保护装置, 闭锁10kV母线快速保护。要求10kV出线保护装置中的故障判别元件 (闭锁元件) 具有足够高的灵敏度。

2.2 复合电压闭锁过电流式10kV母线快速保护

10kV简易母差保护为复合电压闭锁过电流保护, 电压取自10kV母线TV的三相电压, 可实现复合电压闭锁 (低电压、负序电压) 。三相电流取自变压器10kV侧总开关及10kV分段开关TA外部差接形成的差电流。

线路保护闭锁条件要求:10kV线路保护 (包括电容器、所用变、电抗器) 的电流三段 (如果电流二段带方向, 电流三段也带方向) 启动时, 输出一对瞬动接点去闭锁本段母线的简易母差保护 (注意不能用线路保护动作出口接点闭锁简易母差保护) 。当10kV线路 (包括电容器、所用变、电抗器) 保护的电流三段返回时, 瞬动接点应立即返回, 解除对简易母差的闭锁。

当简易母差接到10kV线路保护 (包括电容器、所用变、电抗器) 的闭锁接点信号, 简易母差立即闭锁动作出口, 当10kV线路保护闭锁信号解除后, 简易母差的闭锁动作出口也应立即解除 (即当线路与母线同时发生故障时, 线路保护动作切除故障后, 线路保护解除对简易母差的闭锁, 此时简易母差应能正确动作切除母线故障) 。

3 两种10kV母线快速保护方式的应用比较

(1) 第一种电流闭锁式10kV母线快速保护的原理在实践中有广泛应用, 但是在分段处于合位时, 闭锁了10kV母线快速保护, 且变低的电流定值的取值存在不确定性, 有一定的缺陷。在东莞地区10kV母线的保护基本采用此种原理的保护, 比如东莞某110kV变电站增加10kV母线保护需对#1、#2、#3主变低压侧后备保护增加简易母差启动元件, 10kVⅠ段、10kVⅡ甲段、10kVⅡ乙段、10kVⅢ段母线上所有出线单元的保护增加瞬时动作的电流元件作为闭锁元件。该站保护采用深圳南瑞科技有限公司ISA-300F系列产品, 10kV保护装置内部增加一独立的瞬动的闭锁元件, 当10kV线路故障时, 瞬时出口闭锁母线速断保护。10kV母线保护在变压器低后备保护装置ISA-388F上实现, 保护动作时, 出口跳变压器低压侧开关, 同时闭锁10kV备自投。分段断路器辅助接点的合位与所有10kV闭锁元件出口分段并接后, 接到ISA-388F的闭锁母线速断开入, 即若分段断路器在合闸位置, 则闭锁母线速断保护。所有10kV闭锁接点分段就地并接后, 经电缆送到ISA-388F装置的闭锁回路。在改造的过程中, 需停电对保护装置的闭锁接点或元件引出;在投入运行时, 需检查的项目比较多;在检修过程中, 进行带电模拟试验比较困难。

(2) 第二种复合电压闭锁过电流式10kV母线快速保护的原理在实际应用中更具灵活性, 考虑了各种情况下10kV母线故障, 另外, 分段处于合位时也可以很好的判断, 而且, 变低的定值取值是变低的额定负荷值。在天津部分地区10kV母线的保护采用此种原理的保护, 比如天津某220kV变电站10kV母线保护装置为许继公司CSC-211保护装置和许继公司CSC-246分段备投装置组成。该站保护采用许继公司CSC系列产品, 10kV保护装置内部增加一独立的瞬动的闭锁元件, 当10kV线路故障时, 瞬时出口闭锁母线速断保护。10kV母线保护由许继公司CSC-211保护装置和许继公司CSC-246分段备投装置组屏实现, 保护动作时, 出口跳变压器低压侧开关, 同时闭锁10kV备自投。所有10kV部分保护装置闭锁元件出口分段并接后, 接到CSC-211保护装置的闭锁母线速断开入。在施工过程中, 需停电对保护装置的闭锁接点或元件引出;在实际检修、运行中, 因为母线保护装置是采取单独的保护装置组屏方式, 不牵涉到主变后备保护, 运行维护方面简单明了, 进行带电模拟试验比较方便, 拥有很好的推广价值。