变电站电压侧母线的保护分析

   摘要：文章对变电站主变电压侧母线保护的现状和存在问题进行了分析和研究，讨论了装设快速母线保护的必要性和可行性，并提出了两种实现母线快速保护的新方案。

　
   关键词：变电站 主变母线 保护

    0 引言
    在电力系统中，35kV及以下电压等级的母线由于没有稳定问题，一般不要求装设专用母线保护。但由于高压变电站的10kV系统出线多、操作频繁、容易受小动物危害、设备绝缘老化和机械磨损等原因，10kV开关柜故障时有发生。经运行实践表明，虽然近年来高压开关柜的制造技术进步很快，10kV母线发生故障的机率大为减少，但仍然有因个别开关柜故障引发整段开关柜“火烧联营”的事故发生，甚至波及到变压器，造成变压器的烧毁。虽然造成此类事故的原因是多方面的，但是在发生主变低压侧母线短路故障时没有配备快速母线保护也是重要原因之一。

    变电站的低压母线一般不配置专用的快速母线保护是目前典型的设计做法，是符合国标及现行的电力行业规程规范要求的。因此，长期以来，人们对低压侧母线保护一直不够重视。但是，系统内惨痛的事故教训已经引起电力企业的广泛关注，在技术上寻求新的继电保护方案也是广大继电保护工作者的共同愿望。

    1 低压侧母线保护现状

    1.1 低压侧母线保护的应用现状 根据国标《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》(GB50062－92)：对于发电厂和主要变电所的3～10kV母线及并列运行的双母线，只有在下列情况下才装设专用的母线保护：

①需快速而有选择地切除一段或一组母线上的故障，才能保证发电厂及电力网安全运行和重要负荷的可靠供电时；

②当线路断路器不允许切除线路电抗器前的短路时。

    有相当一部分变压器差动的保护范围不包括低压侧断路器，其使用的电流互感器位于变压器和低压断路器之间。在变电站的设计中，低压侧母线故障要靠主变压器低压侧的后备保护来切除。

    常见的220kV(110kV)变电站低压母线的某一段接线情况。在主变低压侧母线或断路器发生故障时，要靠变压器低压侧的过流保护跳开DL1断路器来切除故障。同样的问题也存在于发电厂的6kV(10kV)厂用电系统，当中压厂用电系统发生母线故障时，要靠厂用变压器或启动／备用变压器低压侧的过流后备保护来切除。种设计方案的弊端是一旦发生母线短路故障时，故障不能被快速切除，而只能等到过流后备保护动作。因主变低后备过流保护动作时间一般整定为1．2～2．0s，所以在切除故障时将会有较长的延时，加大设备损坏的可能，甚至引发相邻设备的大面积烧毁。

    1.2 对低压侧母线保护的技术要求 对低压侧母线保护的要求，主要包括以下几个方面：

    1.2.1 保护可靠性要求高，不允许拒动和误动。特别是对防止误动的要求更高，因为拒动的结果是故障还可以靠进线(或分段)的后备过流切除，与目前不配置专用母线快速保护的结果是一样的，但是如果是发生误动，后果很严重，直接影响到用户的供电可靠性，甚至造成不良的社会影响。

    1.2.2 保护的构成尽可能简单。不大量增加一次设备(如电流互感器)和外部电缆，而且施工和改造工作简单易行。

    1.2.3 保护不受运行方式的影响，可以自动适应母线上连接元件的改变，如从电源进线切换到分段断路器运行，个别或部分元件的投入及退出运行，综合微机保护的调试和维护修理等情况。

   1.2.4 保护既可独立安装，也可以适应安装在开关柜上的运行条件。

    2 低压侧母线的保护

    2.1 采用电流互感器第三个二次线圈构成差动保护的方案 为了解决在35kV、10kV系统发生母线故障时没有快速保护的问题，最直接的方案就是配置常规的微机母线差动保护，把所有母线段上各回路的电流量引入差动保护装置。该方案保护可以集中组屏布置在继电器室内，也可以将保护布置在进线开关柜上。

    近几年，具备三个二次线圈的电流互感器开始出现和应用，这为实现低压母线短路故障的快速保护创造了有利条件。可以利用各元件电流互感器的第三个二次线圈专用于母线差动保护。为提高可靠性，保护可以经电压元件闭锁，只有在出现差电流和系统电压条件满足的条件下，保护才能出口。差动保护动作后跳开电源进线断路器(或分段断路器)。该方案的优点是构成简单，利用了目前电流互感器制造方面的新特点，开关柜投资增加不多。

    但是在实施这一方案时，经常会受到现场条件的限制。例如，在一些老式变电站，因10kV系统开关柜内的电流互感器大多只有两个二次线圈，一个0．5级用于测量，一个P级用于本单元的保护。若还要增加一个用于母差保护的二次线圈，则只能再增加一组电流互感器。由于受开关柜内空间的限制，一个开关柜一般布置不下，除非再增加一个柜。这样，对由很多面柜构成的一段母线来说，造价大大增加。因此，该方案的缺点是需增加的二次电缆较多，电缆投资大，现场施工工作量大。而且，如不增加电压闭锁回路，在发生TA断线情况时，保护的可靠性较低。

    2.2 利用各开关柜内综合保护构成的母线快速保护方案 其原理是：利用各开关柜综合保护提供的故障信息(硬接点)，经汇总后进行综合分析和逻辑判别，来实现低压侧母线短路故障的快速切除。母线故障的快速保护功能“镶嵌”在进线保护装置及分段保护装置内，不以独立的母线保护装置形态出现。

    出线上的所有单元的瞬时动作接点并联后接入后备保护装置，以闭锁后备保护装置的母线速断保护。当故障发生在母线之外，则必有某一个回路的综合保护发出闭锁信号，这样进线保护(或分段保护)被可靠闭锁；如果故障发生在母线上，则进线保护接收不到闭锁信号，经一短延时(该延时主要是为躲开暂态过程，提高保护可靠性，一般小于100ms)后出口跳闸。在母线区域内发生故障时，将快速切除进线断路器，在用分段断路器带母线运行时，保护将快速切除分段断路器。

    该方案的特点是在构成上不需要增加和改变TA和TV设备和回路，只是在综合保护上增加构成母线快速接点的配合接点，增加的电缆也不多。其缺点:一是变压器低压侧并列运行，无法正确选择故障母线；二是低压侧出线如为有源线路，无法区分母线和线路故障；三是对相继故障（线路故障转为母线故障），可能因电流继电器返回系数问题快速母线保护不能快速动作。

    因此，此方案可作为220kV及以上变电站中分段运行及无电源出线，且现有TA配置不满足加装母差保护要求的低压侧母线的快速保护。

    3 小结

    综上所述，变电站低压侧常规的的保护方案显然不能满足快速切除故障的要求，在变电站的低压母线上装设快速保护是很有必要的。为解决这一问题，某电网公司在成功吸取国内外正反两方面经验和教训的基础上，下达了补充反事故措施，制定了网内完善、整改计划。