吳瓊

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

一種母線保護(hù)在中壓配電母線的應(yīng)用分析

吳瓊

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

以銅陵金冠銅業(yè)動力中心中壓配電系統(tǒng)為例，比較出線過流閉鎖式母線保護(hù)和微機(jī)型不完全母差保護(hù)原理，提出在大型廠礦的中壓配電母線裝設(shè)中壓母線專用保護(hù)的必要性和可行性，并提出了微機(jī)型不完全母差保護(hù)的方案、優(yōu)缺點(diǎn)以及改進(jìn)意見。

中壓電網(wǎng)；不完全差動母線保護(hù)；饋線過電流閉鎖

隨著系統(tǒng)短路容量不斷提升，接入大型廠礦配電系統(tǒng)高壓電動機(jī)負(fù)荷的增加以及節(jié)能型發(fā)電機(jī)組的投運(yùn)，使得中壓母線短路時產(chǎn)生的短路穩(wěn)態(tài)電流和沖擊電流過大，對母線所屬設(shè)備造成了極其嚴(yán)重的破壞。業(yè)內(nèi)常規(guī)的做法是利用主變低后備跳10 kV進(jìn)線開關(guān)或依靠進(jìn)線過流保護(hù)延時切除短路故障，沒有設(shè)置專門的母線保護(hù)。有文章指出中壓母線發(fā)生故障，各種燃弧時間對設(shè)備造成的破壞作用是不同的，35 ms時沒有顯著破壞；100 ms時損壞較?。?00 ms時設(shè)備損壞很嚴(yán)重。而主變低后備或進(jìn)線過流保護(hù)的動作時間一般在1～2 s,故障延時切除時間過長，可能會造成配電裝置嚴(yán)重?zé)龤?，對現(xiàn)場運(yùn)行人員也會造成嚴(yán)重的傷害，必須更換部分設(shè)備后再投入運(yùn)行，從而引起大范圍停電，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。

銅陵金冠銅業(yè)動力中心中壓配電系統(tǒng)為兩回分段運(yùn)行的單母線。作為大型廠礦的10 kV中壓配電母線，由于余熱發(fā)電機(jī)組作為電源點(diǎn)接入配電網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇姽疽约癎B/T50062-2008規(guī)范的要求，銅陵金冠銅業(yè)動力中心設(shè)置10 kV不完全母差保護(hù)。本文比較出線過流閉鎖式母線保護(hù)和微機(jī)型不完全母差保護(hù)原理，提出此次在動力中心應(yīng)用PA300微機(jī)型不完全母差保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)和改進(jìn)方向。

1 兩種母線保護(hù)原理區(qū)別

1.1 出線過流閉鎖式母線保護(hù)

這種保護(hù)適用于只有一條回路做為電源回路的中低壓母線。當(dāng)母線發(fā)生進(jìn)線故障時，只有電源回路流過短路電流；而當(dāng)饋線發(fā)生短路故障時，發(fā)生短路的饋線和進(jìn)線都有故障電流流過，從而實(shí)現(xiàn)區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障的判別。因此當(dāng)任意一條出線流過短路電流，即向母線保護(hù)發(fā)出閉鎖命令；如果出線保護(hù)均不啟動，母線保護(hù)要經(jīng)過短延時確認(rèn)出線保護(hù)均不啟動，母線保護(hù)才允許動作[2]。

1.2 微機(jī)型不完全母差保護(hù)

此方案的原理是將連接于母線上的有源元件的電流互感器接入差動回路，饋線回路電流互感器不接入母差回路。這樣構(gòu)成的母線不完全差動保護(hù)實(shí)質(zhì)上是一種過電流保護(hù)，母線上有故障時，保護(hù)將動作跳開母線上所有有源元件。為了實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性，采用饋線過流閉鎖的方法，將母線上各饋線保護(hù)的過電流無延時啟動信號作為閉鎖母線不完全差動保護(hù)的信號，當(dāng)區(qū)外發(fā)生故障，饋線過電流保護(hù)動作閉鎖差動保護(hù)。

2 基于PA300－B不完全母差保護(hù)軟件原理

2.1 PA300-B軟件原理

母線差動保護(hù)采用 “具有比率制動特性的不完全電流差動保護(hù)原理”。接入母線上電源線路的三相電流，通過各自的模擬通道、數(shù)據(jù)采集變換,形成相應(yīng)的數(shù)字量后按各相別分別計(jì)算差電流。為了防止未接入差動保護(hù)的無源線路故障導(dǎo)致母差保護(hù)誤動，從差動閉鎖開入1或2接入線路保護(hù)的預(yù)動作信號。

回路1、2為I段母線電源電流回路,回路3為II段母線電源電流回路，回路4側(cè)為分段開關(guān)流回路(方向指向I段母線)。回路1、2、3電流構(gòu)成大差元件，回路1、2、4電流構(gòu)成I母小差元件，3、4電流構(gòu)成II母小差元件。大差元件為起動元件，I母和II母小差元件為故障選擇元件。

2.2 差動保護(hù)邏輯

差動保護(hù)邏輯見圖1。

圖1 差動保護(hù)邏輯

2.3 差動保護(hù)定值設(shè)置

對于每相的差動判據(jù)，取各單元電流之和的絕對值作為差動電流，取各單元電流絕對值之和作為制動電流，其差動判據(jù)如下。

1）啟動條件：

2）動作條件：

式中：K為比率制動系數(shù),取K=0．5；Ij為第j個有源元件的電流；Icdzd為差動電流起動定值；Kk為可靠系數(shù),取Kk=1．2；Iph為連接至母線的饋線電流，需考慮躲過大型電動機(jī)起動和部分變壓器過載情況；Kr為繼電器返回系數(shù)。

2.4 差動保護(hù)閉鎖回路

為了確保故障線路保護(hù)裝置發(fā)出的閉鎖信號被無延時地傳遞到母線保護(hù)中，采用了硬接點(diǎn)匯合成信號小母線的直接電氣傳輸方案。母線差動保護(hù)設(shè)置差動閉鎖開入1和2，所有饋線保護(hù)裝置投入預(yù)出口,并將饋線過電流定值設(shè)置成預(yù)出口定值。當(dāng)采樣定值超過過電流定值,即發(fā)送動作信號,閉鎖不完全母差保護(hù),其固有動作時間需＜30 ms。母差保護(hù)固有動作時間不低于50 ms,從而與饋線保護(hù)裝置配合,接收過電流閉鎖信號。但母差保護(hù)固有動作時間也不能過大,否則,將造成母線故障延誤切除,引發(fā)配電裝置損壞。根據(jù)引言提出數(shù)據(jù)，擬設(shè)定差動保護(hù)延時動作時間100 ms。

3 PA300－B不完全母差保護(hù)優(yōu)缺點(diǎn)和改進(jìn)意見

3.1 PA300-B不完全母差保護(hù)優(yōu)點(diǎn)

1）相對于出線過流閉鎖式母線保護(hù)，此種保護(hù)適應(yīng)能力強(qiáng)，能適用于常規(guī)中壓母線。母差保護(hù)裝置信號接入的交流采樣通道數(shù)量和采樣數(shù)據(jù)的處理要求相對較低，有利于此方案的推廣應(yīng)用，大大降低了中壓母線保護(hù)的硬件成本[3]；

2）此保護(hù)裝置能夠設(shè)置大差小差定值,實(shí)現(xiàn)故障母線的選擇,不需增設(shè)功率繼電器判斷故障母線,縮小故障停電范圍。

3）由于引入了比率制動的算法和“同步識別法”抗TA飽和措施,抑制了近端短路時,由于故障線路電流互感器飽和而可能造成的差動保護(hù)誤動。

4）本方案采用硬接點(diǎn)將饋線閉鎖信號接入母差裝置中。如采用網(wǎng)絡(luò)通訊手段傳遞過流閉鎖信號,為了提高傳輸?shù)目煽啃院退矔r性,需要采用超高速以太網(wǎng)傳輸,提高對饋線及母差保護(hù)的要求,極大增加了相關(guān)設(shè)備投資。

3.2 PA300-B不完全母差保護(hù)缺點(diǎn)

1）相對于出線過流閉鎖式母線保護(hù)，需增設(shè)專用母差保護(hù)裝置，設(shè)備保護(hù)投資相對較高。

2）本裝置只設(shè)定了4個電源輸入回路，雖然對于常規(guī)雙母線和單母分段母線保護(hù)適用，但對于有2條以上小型發(fā)電機(jī)接入回路的母線則不適用。軟件不滿足一次系統(tǒng)接線要求。

3）由于母差裝置本身無法實(shí)現(xiàn)區(qū)內(nèi)區(qū)外故障區(qū)分，需要從差動閉鎖開入1或2接入線路保護(hù)的預(yù)動作信號從而實(shí)現(xiàn)母差保護(hù)的閉鎖。因此要將饋線閉鎖信號并接入此裝置開入接點(diǎn)，帶來的問題是如果饋線任意裝置出現(xiàn)問題，如裝置告警，則母差閉鎖功能會喪失，可能引起誤動作。

3.3 本次不完全母差保護(hù)改進(jìn)意見

1）建議設(shè)定6個電源輸入回路，可以應(yīng)對多電源接入系統(tǒng)的中壓母線，另外，為了提高定值靈敏度，可接入較大負(fù)荷回路電流，減小差動啟動定值，從而提高CPU處理能力。

2）建議母線保護(hù)增設(shè)復(fù)合電壓閉鎖回路，引入低電壓和負(fù)序電壓閉鎖可以適當(dāng)降低啟動電流，提高保護(hù)裝置的靈敏度，避免大電機(jī)啟動可能引起的母線保護(hù)誤動作。

3）建議饋線保護(hù)開出帶有方向的過電流閉鎖。如果沒有安裝帶有方向的過電流閉鎖，則母線發(fā)生故障時，饋線電動機(jī)回路會因提供朝向母線方向的反饋電流，導(dǎo)致饋線回路誤發(fā)出閉鎖母線保護(hù)的命令，而使母線設(shè)備長時承受過大的短路電流，對設(shè)備將可能造成嚴(yán)重的損害。

4）建議饋線保護(hù)增設(shè)裝置故障告警閉鎖。中壓配電母線饋線一般為十幾條甚至數(shù)十條；因此運(yùn)行中的保護(hù)裝置一旦發(fā)生裝置故障，將無法送出饋線閉鎖信號，造成裝置誤動，極大影響整套裝置的可靠性。因此建議增設(shè)饋線裝置告警故障閉鎖回路，引入母線保護(hù)裝置，一旦發(fā)生饋線裝置告警或故障，將閉鎖母線保護(hù)，防止因饋線裝置自身異?；蚬收希鹉妇€保護(hù)誤動。

[1] 陳浪.中壓母線裝設(shè)電弧光保護(hù)的重要性[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2009(8):54-56.

[2] 劉艷芬.中低壓電網(wǎng)母線保護(hù)的研究和應(yīng)用[D].保定：華北電力大學(xué)，2009.

[3] 梁曉亮，王波，張勇.幾起10 kV母線故障分析及其保護(hù)裝置的研發(fā)和應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化,2004，28(17):97-99.

Application and Analysis on Busbar Protection in MV Distribution Busbar

WU Qiong
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Taking MV power distribution system of Tongling Jinguan Copper Industry Power Center as an example,the paper makes the comparison between outgoing over-current blocking busbar protection and micro-computer incomplete differential busbar protection principle,puts forward the necessity and feasibility of special MV busbar protection installed in MV distribution busbar of large plant/mine,and introduces schemes,advantages/disadvantages and improvement comments of micro-computer incomplete differential busbar protection.

MV power grid;incomplete differential busbar protection;feeder over-current blocking

TM77

B

1004-4345(2015)03-0075-03

2014-06-03

吳瓊（1979—），女，工程師，主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)行與優(yōu)化工作。