大唐洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司 朱 清

本文，筆者針對(duì)大唐洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司110 kV 變電所的母線保護(hù)，對(duì)比固定連接式母線差動(dòng)保護(hù)，分析了電流相位式母線差動(dòng)保護(hù)的運(yùn)行特點(diǎn)，以及運(yùn)行中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。

一、母線保護(hù)概述

母線是發(fā)電廠變電站及電力系統(tǒng)匯合的樞紐，在電力系統(tǒng)中的地位十分重要。母線一旦發(fā)生故障，其后果可能造成電力系統(tǒng)的瓦解、大面積停電或損壞電氣設(shè)備，影響人民的正常生活、工廠的正常生產(chǎn)。

在發(fā)電廠或者變電所的母線上，可能發(fā)生的故障包括單相接地或者多相短路故障。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)指出，大多數(shù)母線故障是單相接地故障，而多相短路故障所占比例很小。

考慮到母線故障的后果十分嚴(yán)重，裝設(shè)專門的母線保護(hù)可以迅速地切除母線上發(fā)生的故障，隔離故障點(diǎn)，將故障的范圍減少到最低。

從母線在電力系統(tǒng)中所處的重要地位來(lái)說(shuō)，要求母線保護(hù)的能快速、有選擇地將故障切除，即保護(hù)裝置在母線發(fā)生故障時(shí)必須十分可靠動(dòng)作和具有足夠的靈敏度；而在其他運(yùn)行方式下包括各種不正常情況時(shí)（例如電壓、電流回路斷線，保護(hù)本身發(fā)生故障等）保證保護(hù)不誤動(dòng)，使母線能夠安全可靠運(yùn)行。

母線保護(hù)可以根據(jù)不同原理構(gòu)成。例如，電流保護(hù)、電流電壓保護(hù)、距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)等。目前，由于按照差動(dòng)原理構(gòu)成的母線保護(hù)能夠保證較好的選擇性和快速性，因此，得到了廣泛的應(yīng)用。

母線差動(dòng)保護(hù)和其他元件的差動(dòng)保護(hù)一樣，都是按照環(huán)流法原理構(gòu)成的。為此，應(yīng)在母線的所有連接元件上都裝設(shè)有相同變比的電流互感器，并將其二次繞組在靠近母線側(cè)的端子互相連接起來(lái)，在母線外側(cè)的端子也互相連接起來(lái)，差動(dòng)繼電器則跨接于連線之間。這樣，當(dāng)電流互感器一次側(cè)電流的代數(shù)和為零時(shí)，其二次側(cè)電流的代數(shù)和也為零。

大唐洛陽(yáng)熱電廠有限責(zé)任公司老廠110 kV變電站的母線是雙母線帶旁路運(yùn)行，采用的是固定連接雙母線差動(dòng)保護(hù)。該保護(hù)在固定連接方式運(yùn)行下，任何一條母線故障均能正確動(dòng)作切除該母線上的所有連接元件，而另一組非故障母線及其連接的所有元件仍可以繼續(xù)正常運(yùn)行；但當(dāng)母線元件的固定連接方式被破壞后，任何一組母線上發(fā)生故障時(shí)都將導(dǎo)致母線保護(hù)無(wú)選擇地將兩組母線上的所有元件切除，造成切除元件的范圍擴(kuò)大。為此，為防止母線保護(hù)的無(wú)選擇動(dòng)作，一般在運(yùn)行方式考慮上盡量不破壞元件固定連接方式，但這樣將大大限制了電力系統(tǒng)調(diào)度的靈活性，這是該種母線保護(hù)的主要缺點(diǎn)。

在大電力系統(tǒng)中，破壞母線固定連接方式在實(shí)際運(yùn)行中是經(jīng)常出現(xiàn)的，雖然在元件固定連接方式變化時(shí)，為了保證選擇元件的選擇性，可以相應(yīng)地切換該元件的電流二次回路，但這不僅引起運(yùn)行維護(hù)工作的不便，且易于發(fā)生人為的誤操作事故。為此，目前在110 kV～220 kV 系統(tǒng)中廣泛采用了電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)，可以克服元件固定連接的雙母線差動(dòng)保護(hù)裝置缺乏必要靈活性的缺點(diǎn)，它適用于母線連接元件經(jīng)常變化運(yùn)行方式的情況，并具有較高的工作可靠性和動(dòng)作的選擇性。

大唐洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司新機(jī)的變電站母線采用110kV雙母線運(yùn)行，與洛陽(yáng)電業(yè)局所屬的陡溝變電站、拖廠變電站、同樂(lè)寨變電站和華山路變電站相連，其母線保護(hù)采用了電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)。

二、電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)的工作原理

電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)采用三相式接線，適用于大接地電流系統(tǒng)中作為110～220 kV系統(tǒng)雙母線的保護(hù)，為了提高保護(hù)裝置的可靠性，吸取了運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)比較成熟的母線電流差動(dòng)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，采用了反應(yīng)母線差動(dòng)電流的啟動(dòng)元件、交流電壓閉鎖、交流回路斷線閉鎖等，只有選擇元件采用電流相位比較繼電器，其工作原理是利用比較母聯(lián)開(kāi)關(guān)中流過(guò)的電流與差動(dòng)回路中的總電流的相位作為選擇故障母線的依據(jù)。當(dāng)?shù)谝唤M母線上發(fā)生故障時(shí)，流過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)中的電流是從第二組母線流向第一組母線；而當(dāng)?shù)诙M母線發(fā)生故障時(shí)，則母聯(lián)開(kāi)關(guān)中的電流是從第一組母線流向第二組母線。這樣母聯(lián)開(kāi)關(guān)中流過(guò)的電流的相位變化了180度，而總差動(dòng)電流則是反映母線故障時(shí)的總電流，其相位是不變的。因此，利用這兩個(gè)電流的相位進(jìn)行比較，就可以很方便地選擇出故障母線。按照此原理構(gòu)成的保護(hù)裝置，當(dāng)任意一組母線發(fā)生故障時(shí)，不管此時(shí)母線上的元件如何連接，只要母聯(lián)開(kāi)關(guān)中有電流流過(guò)，選擇元件就能正確地動(dòng)作。這樣在運(yùn)行方式的調(diào)度上就有很大的靈活性。該保護(hù)要求在正常運(yùn)行時(shí)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)必須處于合閘狀態(tài)，而且每組母線上都必須接有電源元件，以保證任一組母線發(fā)生故障時(shí)，都有足夠大的故障電流流過(guò)母聯(lián)回路，保證保護(hù)裝置進(jìn)行相位比較，否則選擇元件將無(wú)法正確動(dòng)作。

為保證保護(hù)裝置的選擇性，在元件連接方式改變時(shí)，二次回路也要做出相應(yīng)的切換。電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)利用每個(gè)元件的隔離刀閘的輔助接點(diǎn)，裝設(shè)了電壓切換繼電器，自動(dòng)將保護(hù)的出口回路進(jìn)行切換，簡(jiǎn)化了二次回路的切換動(dòng)作。

為提高母線差動(dòng)保護(hù)裝置選擇元件工作的可靠性，在保護(hù)裝置的接線中，采用了閉鎖措施。為此，電流相位比較繼電器接入保護(hù)裝置啟動(dòng)元件的常閉接點(diǎn)，在正常運(yùn)行或保護(hù)區(qū)外故障時(shí)，由于啟動(dòng)元件不動(dòng)作，其常閉接點(diǎn)將使電流相位比較繼電器處于閉鎖狀態(tài)，以防止不平衡電流引起的保護(hù)誤動(dòng)作。

三、電流相位比較式母線保護(hù)裝置的組成部分

1.啟動(dòng)元件和選擇元件。電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)裝置主要由啟動(dòng)元件和選擇元件兩部分組成。啟動(dòng)元件用來(lái)判斷母線上是否有故障，由差動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)，而選擇元件則用來(lái)判別故障發(fā)生的母線，由流過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)的電流相位和差動(dòng)回路電流相位比較現(xiàn)實(shí)的。由于篇幅限制，此處不再詳述。

2.電流互感器的二次回路斷線閉鎖裝置。在差動(dòng)回路中線上裝設(shè)了一個(gè)電流繼電器，以監(jiān)視交流電流回路的完好性，當(dāng)回路中有斷線時(shí)發(fā)出交流電流回路斷線信號(hào)，并啟動(dòng)閉鎖繼電器，斷開(kāi)母線保護(hù)的正電源，使保護(hù)裝置不能動(dòng)作。同時(shí)為防止閉鎖繼電器接點(diǎn)接觸不好或直流電源熔斷器熔斷造成保護(hù)裝置拒絕動(dòng)作，回路中還裝設(shè)了監(jiān)察繼電器，當(dāng)直流電源失去時(shí)，發(fā)出直流電源消失信號(hào)。

3.復(fù)合電壓閉鎖回路。為防止在正常運(yùn)行情況下保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，母線保護(hù)回路中裝設(shè)了復(fù)合電壓閉鎖回路，由低電壓繼電器、零序電壓繼電器、負(fù)序電壓繼電器及中間繼電器組成，同時(shí)為了提高母線故障時(shí)母聯(lián)開(kāi)關(guān)跳閘的可靠性，接線中母聯(lián)開(kāi)關(guān)的跳閘回路不經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖。

四、電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)運(yùn)行分析

1.正常運(yùn)行時(shí)的分析。大唐洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司新機(jī)110 kV 變電所系統(tǒng)共有8 回出線，與四個(gè)變電站相連接，即每個(gè)變電站均為雙回線，電源有兩臺(tái)機(jī)組和一臺(tái)啟備變，其接線的原則是無(wú)論發(fā)電機(jī)還是出線凡是編號(hào)為單數(shù)的連接于110 kV 南母線，雙數(shù)的連接于110 kV 的北母線，母聯(lián)開(kāi)關(guān)正常運(yùn)行時(shí)投入。

根據(jù)保護(hù)的工作原理，線路元件或電源元件既可以運(yùn)行在南母，也可運(yùn)行在北母，只要每條母線上有電源元件，并且母聯(lián)開(kāi)關(guān)在投入狀態(tài)即可，運(yùn)行方式的選擇十分靈活。電壓回路也是自動(dòng)切換，操作起來(lái)方便，較固定連接母線差動(dòng)保護(hù)二次回路在方式變化時(shí)需要手動(dòng)切換有明顯的改進(jìn)。當(dāng)任意一條母線故障時(shí)，母線保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)該母線上連接的所有元件，而連接在另一條母線上的所有元件都不會(huì)跳閘，可以繼續(xù)供電。

2.根據(jù)電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)原理，當(dāng)采用以下幾種特殊的運(yùn)行方式時(shí)，母保的選擇性需要退出。

（1）單母線運(yùn)行。在一條母線檢修時(shí)，需要將該母線上的所有元件切換至另一條母線上。此時(shí)，母線保護(hù)選擇性存在已經(jīng)沒(méi)有意義，故需要將母線選擇性的直流小刀閘DK推上。在運(yùn)行母線發(fā)生故障時(shí)，母保的總差動(dòng)電流啟動(dòng)母線保護(hù)裝置切除運(yùn)行母線上連接的所有元件。

（2）雙母線運(yùn)行、但母聯(lián)開(kāi)關(guān)是斷開(kāi)的。由于此時(shí)母聯(lián)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，無(wú)法進(jìn)行對(duì)母聯(lián)開(kāi)關(guān)中的電流與總差動(dòng)回路中的電流的比較，因此母線保護(hù)的選擇性也不存在，所以應(yīng)將DK刀閘推上，任一條母線故障，都將跳開(kāi)兩條母線上所有的連接元件。這種方式從原理上講是可以存在的，但從運(yùn)行方式上考慮很少采用。因?yàn)榇藭r(shí)雙母線分開(kāi)運(yùn)行，一旦系統(tǒng)發(fā)生問(wèn)題，易造成雙母線不同期，母聯(lián)開(kāi)關(guān)無(wú)法達(dá)到同期合閘條件，無(wú)法合閘；而且此時(shí)由于母線保護(hù)的選擇性不存在，一旦一條母線發(fā)生故障，保護(hù)動(dòng)作時(shí)將非故障母線也從系統(tǒng)中切除，損失太大。因此，除非母聯(lián)開(kāi)關(guān)需要停電檢修，一般情況是不采用這種運(yùn)行方式的。

（3）用母聯(lián)開(kāi)關(guān)向另一條母線充電時(shí)。該方式的采用是在一條母線運(yùn)行，另一條母線將要恢復(fù)時(shí)。用母聯(lián)開(kāi)關(guān)向備用母線充電，只用投入母聯(lián)開(kāi)關(guān)的本身速斷保護(hù)，即使充電到故障母線，母聯(lián)開(kāi)關(guān)速斷保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)，不影響工作母線及與其連接的元件。在備用母線充電過(guò)程中，若將選擇元件投入工作，當(dāng)此時(shí)運(yùn)行母線發(fā)生故障，而被充電母線未接有電源元件，不能經(jīng)母聯(lián)回路向故障點(diǎn)提供電流，使選擇元件無(wú)法工作。為此，在用母聯(lián)開(kāi)關(guān)向備用母線充電時(shí)，應(yīng)將母線保護(hù)DK 開(kāi)關(guān)投入，以防在運(yùn)行母線發(fā)生故障時(shí)母線保護(hù)拒動(dòng)。

（4）雙母線運(yùn)行，但有電源的元件集中在一條母線上。有電源的母線經(jīng)過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)向另外一條母線提供電流，當(dāng)無(wú)電源母線發(fā)生故障時(shí)，母線保護(hù)能夠有選擇地切除無(wú)電源母線上的元件；但在有電源的母線發(fā)生故障時(shí)，將沒(méi)有電流流過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)選擇性，母線保護(hù)將無(wú)法動(dòng)作，因此，這種方式下，需要退出保護(hù)的選擇性，一旦任一母線故障，將切除兩條母線上的所有連接元件。

（5）進(jìn)行母線倒閘操作中。進(jìn)行母線倒閘操作時(shí)，為防止母聯(lián)開(kāi)關(guān)突然誤跳而造成帶負(fù)荷推、拉刀閘，此時(shí)應(yīng)將母聯(lián)開(kāi)關(guān)操作回路的保險(xiǎn)取下，不讓母聯(lián)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。此時(shí)任一母線故障，由于母聯(lián)開(kāi)關(guān)的操作保險(xiǎn)取下，母聯(lián)開(kāi)關(guān)無(wú)法跳開(kāi)，因此需要將母線保護(hù)DK刀閘推上，退出母保選擇性。

（6）利用母聯(lián)開(kāi)關(guān)串帶某一元件開(kāi)關(guān)時(shí)。此時(shí)的運(yùn)行情況是將一條母線上的元件倒至另一條母線，只留下需要串帶的元件。在這種情況下，電源均集中在一條母線上，母聯(lián)開(kāi)關(guān)中的電流方向是單向的，母線保護(hù)無(wú)法選擇，也應(yīng)將母線保護(hù)DK 刀閘推上，退出選擇性。

3.電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)運(yùn)行中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。

（1）母線電壓互感器停電。此時(shí)將電壓互感器二次切換開(kāi)關(guān)合上，兩組母線電壓互感器二次側(cè)連在一起，母線保護(hù)可以正常投入，不需要倒母線，選擇性不用退出，僅將直流二次回路做相應(yīng)切換即可。

（2）在進(jìn)行倒閘操作，元件連接方式改變后，應(yīng)及時(shí)檢查電壓自動(dòng)切換回路是否切換正常，以免保護(hù)不能夠正確動(dòng)作。

（3）正常運(yùn)行時(shí)要注意檢查母差電流回路的差電流是否增大，若超過(guò)40 mA，應(yīng)將母線保護(hù)及時(shí)退出。

（4）在母聯(lián)開(kāi)關(guān)串帶某一元件運(yùn)行時(shí)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)在差動(dòng)回路中的極性要做相應(yīng)改變，即由南向北或由北向南，否則母線差電流增大，母保不能正確動(dòng)作。

（5）母聯(lián)開(kāi)關(guān)串帶某一元件時(shí)，應(yīng)及時(shí)將母聯(lián)開(kāi)關(guān)的保護(hù)定值改為所帶元件的定值，退出所串帶元件的本身保護(hù)，同時(shí)母線保護(hù)選擇性退出。

（6）在母線保護(hù)交流回路斷線信號(hào)發(fā)出時(shí)，應(yīng)及時(shí)退出母差保護(hù)。在母線保護(hù)差動(dòng)回路的一相中接有一電流繼電器，以監(jiān)視交流電流回路的完好性，當(dāng)回路中有斷線時(shí)發(fā)出交流電流回路斷線信號(hào)，并閉鎖母線差動(dòng)保護(hù)。

綜上，通過(guò)對(duì)電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)的運(yùn)行分析，它比固定連接式母線差動(dòng)保護(hù)具有操作靈活、簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，只要母聯(lián)開(kāi)關(guān)在投入，而且兩條母線上均有電源元件，其運(yùn)行方式可以有多種選擇，而且不用手動(dòng)切換二次回路，大大提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的靈活性，適合廣泛應(yīng)用。