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變電站主變電壓側(cè)母線保護(hù)現(xiàn)狀的分析研究
摘要：對(duì)變電站主變電壓側(cè)母線保護(hù)的現(xiàn)狀和存在問題進(jìn)行了分析和研究，討論了裝設(shè)快速母線保護(hù)的必要性和可行性，并提出了兩種實(shí)現(xiàn)母線快速保護(hù)的新方案。
關(guān)鍵詞：變電站 主變母線 保護(hù)
1前言
在電力系統(tǒng)中，35kV及以下電壓等級(jí)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(hù)。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(dòng)物危害、設(shè)備絕緣老化和機(jī)械磨損等原因，10kV開關(guān)柜故障時(shí)有發(fā)生。經(jīng)運(yùn)行實(shí)踐表明，雖然近年來高壓開關(guān)柜的制造技術(shù)進(jìn)步很快，10kV母線發(fā)生故障的機(jī)率大為減少，但仍然有因個(gè)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(shí)沒有配備快速母線保護(hù)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(hù)是目前典型的設(shè)計(jì)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(duì)低壓側(cè)母線保護(hù)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(hù)方案也是廣大繼電保護(hù)工作者的共同愿望。
2低壓側(cè)母線保護(hù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及技術(shù)要求
2．1低壓側(cè)母線保護(hù)的應(yīng)用現(xiàn)狀
根據(jù)國標(biāo)《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50062－92)：對(duì)于發(fā)電廠和主要變電所的3～10kV母線及并列運(yùn)行的雙母線，只有在下列情況下才裝設(shè)專用的母線保護(hù)：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(yùn)行和重要負(fù)荷的可靠供電時(shí)；②當(dāng)線路斷路器不允許切除線路電抗器前的短路時(shí)。
有相當(dāng)一部分變壓器差動(dòng)的保護(hù)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(jì)中，低壓側(cè)母線故障要靠主變壓器低壓側(cè)的后備保護(hù)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(shí)，要靠變壓器低壓側(cè)的過流保護(hù)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(shí)，要靠廠用變壓器或啟動(dòng)／備用變壓器低壓側(cè)的過流后備保護(hù)來切除。種設(shè)計(jì)方案的弊端是一旦發(fā)生母線短路故障時(shí)，故障不能被快速切除，而只能等到過流后備保護(hù)動(dòng)作。因主變低后備過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間一般整定為1．2～2．0s，所以在切除故障時(shí)將會(huì)有較長的延時(shí)，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(duì)低壓側(cè)母線保護(hù)的技術(shù)要求
對(duì)低壓側(cè)母線保護(hù)的要求，主要包括以下幾個(gè)方面：
(a)保護(hù)可靠性要求高，不允許拒動(dòng)和誤動(dòng)。特別是對(duì)防止誤動(dòng)的要求更高，因?yàn)榫軇?dòng)的結(jié)果是故障還可以靠進(jìn)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(hù)的結(jié)果是一樣的，但是如果是發(fā)生誤動(dòng)，后果很嚴(yán)重，直接影響到用戶的供電可靠性，甚至造成**的社會(huì)影響。
(b)保護(hù)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(hù)不受運(yùn)行方式的影響，可以自動(dòng)適應(yīng)母線上連接元件的改變，如從電源進(jìn)線切換到分段斷路器運(yùn)行，個(gè)別或部分元件的投入及退出運(yùn)行，綜合微機(jī)保護(hù)的調(diào)試和維護(hù)修理等情況。
(d)保護(hù)既可獨(dú)立安裝，也可以適應(yīng)安裝在開關(guān)柜上的運(yùn)行條件。
3兩種低壓側(cè)母線快速保護(hù)方案
3．1采用電流互感器第三個(gè)二次線圈構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)的方案
為了解決在35kV、10kV系統(tǒng)發(fā)生母線故障時(shí)沒有快速保護(hù)的問題，*直接的方案就是配置常規(guī)的微機(jī)母線差動(dòng)保護(hù)，把所有母線段上各回路的電流量引入差動(dòng)保護(hù)裝置。該方案保護(hù)可以集中組屏布置在繼電器室內(nèi)，也可以將保護(hù)布置在進(jìn)線開關(guān)柜上。
近幾年，具備三個(gè)二次線圈的電流互感器開始出現(xiàn)和應(yīng)用，這為實(shí)現(xiàn)低壓母線短路故障的快速保護(hù)創(chuàng)造了有利條件。可以利用各元件電流互感器的第三個(gè)二次線圈專用于母線差動(dòng)保護(hù)。為提高可靠性，保護(hù)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(hù)才能出口。差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后跳開電源進(jìn)線斷路器(或分段斷路器)。該方案的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)成簡單，利用了目前電流互感器制造方面的新特點(diǎn)，開關(guān)柜投資增加不多。
但是在實(shí)施這一方案時(shí)，經(jīng)常會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)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(gè)二次線圈，一個(gè)0．5級(jí)用于測(cè)量，一個(gè)P級(jí)用于本單元的保護(hù)。若還要增加一個(gè)用于母差保護(hù)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(gè)開關(guān)柜一般布置不下，除非再增加一個(gè)柜。這樣，對(duì)由很多面柜構(gòu)成的一段母線來說，造價(jià)大大增加。因此，該方案的缺點(diǎn)是需增加的二次電纜較多，電纜投資大，現(xiàn)場(chǎng)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(shí)，保護(hù)的可靠性較低。
3．2利用各開關(guān)柜內(nèi)綜合保護(hù)構(gòu)成的母線快速保護(hù)方案
其原理是：利用各開關(guān)柜綜合保護(hù)提供的故障信息(硬接點(diǎn))，經(jīng)匯總后進(jìn)行綜合分析和邏輯判別，來實(shí)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(hù)功能“鑲嵌”在進(jìn)線保護(hù)裝置及分段保護(hù)裝置內(nèi)，不以獨(dú)立的母線保護(hù)裝置形態(tài)出現(xiàn)。
出線上的所有單元的瞬時(shí)動(dòng)作接點(diǎn)并聯(lián)后接入后備保護(hù)裝置，以閉鎖后備保護(hù)裝置的母線速斷保護(hù)。當(dāng)故障發(fā)生在母線之外，則必有某一個(gè)回路的綜合保護(hù)發(fā)出閉鎖信號(hào)，這樣進(jìn)線保護(hù)(或分段保護(hù))被可靠閉鎖；如果故障發(fā)生在母線上，則進(jìn)線保護(hù)接收不到閉鎖信號(hào)，經(jīng)一短延時(shí)(該延時(shí)主要是為躲開暫態(tài)過程，提高保護(hù)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(shí)，將快速切除進(jìn)線斷路器，在用分段斷路器帶母線運(yùn)行時(shí)，保護(hù)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(diǎn)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(hù)上增加構(gòu)成母線快速接點(diǎn)的配合接點(diǎn)，增加的電纜也不多。其缺點(diǎn):一是變壓器低壓側(cè)并列運(yùn)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(duì)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(hù)不能快速動(dòng)作。
因此，此方案可作為220kV及以上變電站中分段運(yùn)行及無電源出線，且現(xiàn)有TA配置不滿足加裝母差保護(hù)要求的低壓側(cè)母線的快速保護(hù)。
4結(jié)論
綜上所述，變電站低壓側(cè)常規(guī)的的保護(hù)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(hù)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(yàn)和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，于2006年下達(dá)了補(bǔ)充反事故措施，制定了網(wǎng)內(nèi)完善、整改計(jì)劃。2007年大理先后在500kV大理變、220kV劍川、祥云、下關(guān)變電站實(shí)施了低壓側(cè)母線保護(hù)裝置加裝或改造，從實(shí)際運(yùn)行情況看，效果顯著，對(duì)電網(wǎng)的**可靠運(yùn)行發(fā)揮了積極作用。