白 瑞，馬振國(guó)，張 悅

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

對(duì)于含有母聯(lián)開關(guān)元件的母線保護(hù)來說，由于母聯(lián)開關(guān)在一次系統(tǒng)中所起的特殊聯(lián)絡(luò)作用，母聯(lián)電流在母線保護(hù)中不僅要根據(jù)運(yùn)行方式來判斷是否參與差流運(yùn)算，而且還要參與死區(qū)等復(fù)雜故障的邏輯判別。母聯(lián)電流使用上的這種復(fù)雜性，常常使得人們對(duì)死區(qū)故障邏輯的理解存在很大差異，在現(xiàn)場(chǎng)多次發(fā)現(xiàn)測(cè)試人員對(duì)死區(qū)故障邏輯試驗(yàn)思路含糊以及母聯(lián)電流互感器CT（Current Transform）使用不當(dāng)造成設(shè)計(jì)失誤的情況。

1 母聯(lián)電流在母線保護(hù)中的應(yīng)用

1.1 母線保護(hù)動(dòng)作原理

目前，含有母聯(lián)元件的母線保護(hù)裝置，其原理均是以兩條母線上所有元件的“和電流”（不含母聯(lián)電流）形成“大差電流”來判別區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障；而以每條母線上所有元件的“和電流”（含母聯(lián)電流）形成“小差電流”來選擇故障母線進(jìn)行工作，當(dāng)大差元件和對(duì)應(yīng)母線的小差元件動(dòng)作時(shí)，母線保護(hù)就有選擇地切除故障母線。由此可見，母聯(lián)電流在參與各條母線“小差”運(yùn)算以及反應(yīng)母線運(yùn)行狀態(tài)方面起著重要的作用。

1.2 母聯(lián)電流在死區(qū)邏輯中的應(yīng)用

由于母聯(lián)CT配置的特殊性以及死區(qū)形式的多樣性，母線保護(hù)中設(shè)有專門的死區(qū)故障邏輯。所謂死區(qū)故障就是指斷路器和CT之間的故障。母線保護(hù)正是利用母聯(lián)電流并結(jié)合母線運(yùn)行狀態(tài)來對(duì)各種死區(qū)故障進(jìn)行判別的。母聯(lián)死區(qū)故障形式一般有合位死區(qū)、分位死區(qū)、充電死區(qū)3種情況。

2 母聯(lián)死區(qū)故障及動(dòng)作行為分析

2.1 單側(cè)CT安裝情況

母聯(lián)開關(guān)處只有1組CT時(shí)，它有2種安裝位置，1種是安裝在靠近Ⅰ母線側(cè)（CT1），另一種是安裝在靠近Ⅱ母線側(cè)（CT2），如圖1所示（CT應(yīng)有兩個(gè)保護(hù)級(jí)的二次繞組才可實(shí)現(xiàn)雙重化的母線保護(hù)配置）。以CT2情況進(jìn)行分析，然后對(duì)CT1、CT2兩種情況進(jìn)行闡述。

圖1 雙母線接線母聯(lián)CT安裝位置圖

2.1.1 合位死區(qū)及動(dòng)作行為分析

2.1.1.1 合位死區(qū)邏輯

合位死區(qū)就是母聯(lián)斷路器為合位，兩條母線并列運(yùn)行過程中，斷路器與CT2之間發(fā)生的故障（F2），如圖1所示。此故障對(duì)于Ⅰ母線是區(qū)內(nèi)；對(duì)于Ⅱ母線是區(qū)外，母線保護(hù)動(dòng)作跳母聯(lián)開關(guān)和Ⅰ母線元件后，F(xiàn)2故障仍然存在。為了解決這一問題，母差保護(hù)中設(shè)計(jì)了合位死區(qū)邏輯，如圖2所示。

邏輯過程是：在母線保護(hù)發(fā)出母線跳閘命令且母聯(lián)斷路器已跳開，但母聯(lián)CT2仍然有電流，且大差元件及小差元件不返回的情況下，經(jīng)150 ms延時(shí)后判定為死區(qū)故障，此時(shí)母聯(lián)電流要退出小差計(jì)算，由母線保護(hù)發(fā)出跳閘命令切除死區(qū)故障。

圖2 母聯(lián)合位死區(qū)保護(hù)邏輯圖

2.1.1.2 合位死區(qū)動(dòng)作行為分析

對(duì)于單側(cè)CT的情況，CT安裝靠近Ⅰ母?jìng)?cè)還是Ⅱ母線側(cè)，最終切除死區(qū)故障的效果是相同的，即Ⅰ母線、Ⅱ母線元件全部切除，但兩種CT安裝位置下的保護(hù)動(dòng)作行為過程有所不同。

發(fā)生在CT2的死區(qū)故障（F2） 時(shí)，此故障對(duì)于Ⅰ母線是區(qū)內(nèi)，對(duì)于Ⅱ母線是區(qū)外，母差保護(hù)是先跳Ⅰ母線和母聯(lián)斷路器，延時(shí)150 ms判定為死區(qū)故障后，再跳Ⅱ母元件。

發(fā)生在CT1的死區(qū)故障（F1） 時(shí)，此故障對(duì)于Ⅱ母線是區(qū)內(nèi)，對(duì)于Ⅰ母線是區(qū)外，母差保護(hù)是先跳Ⅱ母線和母聯(lián)斷路器，延時(shí)150 ms判定為死區(qū)故障后，再跳Ⅰ母線元件。

2.1.2 分位死區(qū)及動(dòng)作行為分析

2.1.2.1 分位死區(qū)邏輯

分位死區(qū)就是母聯(lián)斷路器為分位，兩條母線分列運(yùn)行過程中，斷路器與CT2之間發(fā)生的故障，如圖1所示。此故障對(duì)于Ⅱ母線是區(qū)外，因此按常規(guī)情況母線保護(hù)是不能動(dòng)作的。為了切除此故障，母差保護(hù)中設(shè)計(jì)了分位死區(qū)邏輯，如圖3所示。

邏輯過程是：母線正常運(yùn)行時(shí)，母聯(lián)斷路器分列運(yùn)行壓板投入且母聯(lián)斷路器位置為跳位，再結(jié)合母聯(lián)無流，裝置判定該斷路器處于分列運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)母聯(lián)電流就退出小差計(jì)算。如果此時(shí)發(fā)生死區(qū)故障母聯(lián)電流突然出現(xiàn)時(shí)，仍有400 ms退出小差的時(shí)間，保證可靠切除死區(qū)故障。

圖3 母聯(lián)分位死區(qū)保護(hù)邏輯圖

2.1.2.2 分位死區(qū)動(dòng)作行為分析

當(dāng)發(fā)生CT2的死區(qū)故障（F2） 時(shí)，母線保護(hù)只切除Ⅱ母線元件，Ⅰ母線元件正常運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生CT1的死區(qū)故障（F1）時(shí)，母線保護(hù)只切除Ⅰ母線元件，Ⅱ母線元件正常運(yùn)行。

2.1.3 充電死區(qū)及動(dòng)作行為分析

2.1.3.1 充電死區(qū)閉鎖邏輯

充電死區(qū)就是指利用母聯(lián)斷路器進(jìn)行充電過程中，發(fā)生在斷路器與CT2之間的故障。充電前狀態(tài)應(yīng)該是Ⅰ母線正常運(yùn)行，Ⅱ母線是不帶電的空母線。當(dāng)Ⅰ母線向Ⅱ母線充電同時(shí)發(fā)生死區(qū)故障情況時(shí)，為了防止母線保護(hù)將運(yùn)行的Ⅰ母線誤切除，設(shè)計(jì)了充電死區(qū)閉鎖差動(dòng)保護(hù)邏輯，如圖4所示。

邏輯過程是：由操作箱（智能終端）提供的手合觸點(diǎn)和母聯(lián)CT“有無電流”的判別，作為母線保護(hù)判斷母聯(lián)充電并進(jìn)入充電邏輯的依據(jù)；充電邏輯有效時(shí)間為手合觸點(diǎn)由“0”變?yōu)椤?”后的1 s內(nèi)，1 s后恢復(fù)為正常運(yùn)行母線保護(hù)邏輯；母線保護(hù)在充電邏輯有效時(shí)間內(nèi)，如滿足動(dòng)作條件，瞬時(shí)跳母聯(lián)斷路器；如300 ms后，母聯(lián)斷路器仍沒有跳開，開放母差保護(hù)跳運(yùn)行母線。

2.1.3.2 充電死區(qū)動(dòng)作行為分析

a）為了清楚說明此邏輯的作用，特對(duì)充電到死區(qū)、區(qū)內(nèi)、區(qū)外3個(gè)過程進(jìn)行分析比較。

b）對(duì)于CT2安裝情況，當(dāng)有大差電流而母聯(lián)無電流時(shí)，這是充電到F2死區(qū)故障情況，此時(shí)充電保護(hù)無法動(dòng)作，只能通過充電死區(qū)閉鎖邏輯瞬時(shí)閉鎖差動(dòng)保護(hù)，且同時(shí)跳母聯(lián)開關(guān)，如果故障在300 ms后仍沒有切除就跳運(yùn)行Ⅰ母線元件。

c）當(dāng)有大差電流且母聯(lián)有電流時(shí)，這是充電到Ⅱ母線上故障情況，此時(shí)大差元件和Ⅱ母線小差元件動(dòng)作（充電保護(hù)也動(dòng)作），瞬時(shí)跳母聯(lián)開關(guān)，Ⅰ母線仍然可以正常運(yùn)行。

圖4 充電閉鎖母線差動(dòng)邏輯圖

d）當(dāng)無大差電流而母聯(lián)有電流時(shí)，這是充電到支路上的故障，此時(shí)大差元件、小差元件均不動(dòng)作，此故障由充電保護(hù)切除。

e）此邏輯僅適用于斷路器側(cè)母線向CT側(cè)母線充電的情況，反之充電則是屬于合位死區(qū)邏輯范疇。

f）同理，對(duì)于CT1死區(qū)故障情況的動(dòng)作行為與CT2死區(qū)故障同對(duì)應(yīng)。

2.2 雙側(cè)CT安裝情況

母聯(lián)開關(guān)處有2組CT時(shí)，一般2組CT安裝在母聯(lián)開關(guān)的兩側(cè)（常見于GIS設(shè)備中），如圖1所示。此種情況一般是每側(cè)CT只有1個(gè)保護(hù)級(jí)二次繞組，而繼電保護(hù)要求母線元件必須雙重化配置，這樣2套保護(hù)的母聯(lián)電流就分別取自不同的CT二次繞組。為了分析方便假如第一套保護(hù)采用了CT1，而第二套保護(hù)采用了CT2。

2.2.1 合位死區(qū)及動(dòng)作行為分析

當(dāng)發(fā)生F2故障時(shí)，2套保護(hù)的獨(dú)立表現(xiàn)是：對(duì)于第一套保護(hù)，此故障屬于Ⅰ母線小差區(qū)外，Ⅱ母線小差區(qū)內(nèi)，不判為合位死區(qū)，第一套保護(hù)瞬跳母聯(lián)和Ⅱ母線元件；對(duì)于第二套保護(hù)，由前可知，此故障屬于Ⅰ母線小差區(qū)內(nèi)，Ⅱ母線小差區(qū)外，母線保護(hù)是跳Ⅰ母線元件和母聯(lián)，此時(shí)保護(hù)不需經(jīng)150 ms延時(shí)判死區(qū)，死區(qū)故障就已經(jīng)切除了。

2.2.2 分位死區(qū)及動(dòng)作行為分析

當(dāng)發(fā)生F2故障時(shí)，2套保護(hù)的獨(dú)立表現(xiàn)是：第一套保護(hù)不動(dòng)作，第二套保護(hù)判為分位死區(qū)故障跳Ⅱ母線元件。對(duì)于F1故障時(shí)，動(dòng)作行為與F2故障同對(duì)應(yīng)。

2.2.3 充電死區(qū)及動(dòng)作行為分析

當(dāng)Ⅰ母線向Ⅱ母線充電發(fā)生F2故障時(shí)，2套保護(hù)的獨(dú)立表現(xiàn)是：第一套母線保護(hù)內(nèi)的充電保護(hù)動(dòng)作跳母聯(lián)，Ⅰ母線正常運(yùn)行；第二套母線保護(hù)判為充電死區(qū)故障只跳母聯(lián)，Ⅰ母線正常運(yùn)行。對(duì)于Ⅱ母線向Ⅰ母線充電發(fā)生F1故障時(shí)行為與此類同對(duì)應(yīng)。

綜上所述，由于2套保護(hù)采用了不同安裝位置的CT電流，所以2套保護(hù)的動(dòng)作行為出現(xiàn)了不一致的情況。雖然死區(qū)故障可以切除，但動(dòng)作行為不是真正意義上繼電保護(hù)雙重化配置要求的結(jié)果。另外在實(shí)際的事故中，會(huì)對(duì)事故分析造成干擾，引起誤導(dǎo)錯(cuò)判現(xiàn)象的發(fā)生。

3 結(jié)論

死區(qū)保護(hù)是母線保護(hù)中附帶的一個(gè)保護(hù)功能，在實(shí)際測(cè)試中容易被忽視，但母線保護(hù)是一個(gè)涉及多間隔的保護(hù)設(shè)備，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中不應(yīng)忽視任何一個(gè)保護(hù)邏輯，應(yīng)該充分理解和掌握母聯(lián)死區(qū)故障邏輯中的相互配合關(guān)系，理清各種死區(qū)故障的動(dòng)作行為過程，避免出現(xiàn)試驗(yàn)中的隨意性。另外，在母聯(lián)CT設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)要求一次設(shè)備廠家配有足夠數(shù)量的保護(hù)級(jí)二次繞組，以滿足2套母線保護(hù)電流的正常取用，真正實(shí)現(xiàn)保護(hù)雙重化配置的原則要求。