智能变电站低压母线保护装置实现方式探讨.pdf

第 3 2卷第 6期 湖南电力 H U N A N E I C T R I C P 0 WE R 2 0 1 2年 1 2月 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s r L 1 0 0 8 0 1 9 8 2 0 1 2 0 6 0 0 1 智能变电站低压母线保护装置实现方式探讨 赵永生 ( 湖南省电力公 司科 学研究院，湖南 长沙 4 1 0 0 0 7 ) 摘要 ：针对智能变电站保护运行现状 ，提 出 1 0 k V母线保护原理及判据 ，并设计 1 0 k V母线保护动作逻辑，分析 1 0 k V母线保护在各种故障时的动作行为，建议在智能变 电站中配置 1 0 k V母线保护。 关键词：母线保护 ；智能变电站 ；1 0 k V线路 ；低压母线 ；保护装置 中图分类号：T M6 3 ； T M 7 7 4 1 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 8 0 1 9 8 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 0 1 0 4 Di s c u s s i o n o n t h e r e a l i z a t i o n wa y s o f l o w- v o l t ag e b u s p r o t e c tio n d e v i c e i n s ma r t s u bs t a t i o n Z HAO Yo n g s h e n g ( H u n a n E l e c t r i c P o w e r C o r p o r a t i o n R e s e r c h I n s ti t u t e ， C h a n g s h a 4 1 0 0 0 7 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e p rin c i p l e a n d c rit e rio n o f t h e 1 0 k V b u s p r o t e c ti o n i n s ma r t s u b s t a t i o n i s p r e s e n t e d，a n d t h e o p e r a t i o n l o g i c i s d i g n ed a c c o r d i n g t o p r o t e c t i o n s i t u a tio n i n s ma r t s t a t i o n T h e o p e r a ti o n a c tio n o f t h e 1 0 k V b u s p r o t e c ti o n i s a n a l y z ed a n d the a p p l i c a t i o n o f 1 0 k V b u s p r o t e c t i o n i n s ma r t s u b s t a t i o n i s s u g g e s t e d Ke y wo r d s： b u s p r o t e c t i o n；s n l a r t s u b s tati o n；1 0 k V p r o t e c t i o n；l o w v o l t a g e b u s b a r ；p r e t e c t i o n d e v i c e 目前运行的1 0 k V母线一般不配置专用的母线 保护装置，1 0 k V母线故障靠变压器后备保护延时 切除。 由于变压器后备保护延时切除故障的时间较 长，不能快速切除母线故障，容易烧毁母线、开关 等设备，形成 “ 火烧连营”的事故。为提高 1 0 k V 母线保护切除速度，按照电力系统反事故措施要 求，在变压器保护 1 0 k V侧配置了限时速断保护。 限时速断保护可以提高母线故障切除速度，但由于 必须和 1 0 k V线路保护配合整定，因此 1 0 k V母线 故障切除速度仍然难以满足要求。 若低压母线能增加 1 个快速保护 ( 即母线保 护) ，则能避免上述问题，防止事故的扩大，维持 电力系统的稳定运行。 对中高压母线保护一般采用电流差动保护，对 1 0 k V系统，一般间隔较多，采用常规电流差动保 护受到一定限制，需要各间隔电流接入保护装置， 收稿日期： 2 0 1 2 - 0 7 - 1 2 成本高，回路复杂。随着智能变电站建设的不断深 入 ，特别是采用 I E C 6 1 8 5 0 “ 9 - 2规范后 ，装置可以 通过网络获取每个间隔的状态量 ，为 1 0 k V母线保 护的实用化创造了条件。 1 保护原理及判据 保护原理为不完全差动+ 方向闭锁判据，即利 用各间隔 ( 馈线、电容器、变压器低压侧、分段 保护)的方向判别元件的动作信息，作为母线保 护装置 区内外判别的依据 ，当有任何一个方向的元 件 ( 以流出母线为正)动作，向母线保护装置发 送闭锁的g o o s e 信息，闭锁母线保护，如装置启动 后经延时未收到任何闭锁信息，则母线保护动作跳 开与该母线相关 的电源元件 ( 指变压器低压侧开 关及分段开关) ，切除母线故障。 以某 1 1 0 k V变电站 1 0 k V母线为例进行讨论 ( 见图 1 ) 。 第3 2卷第6期 湖南电力 2 0 1 2 年 1 2月 临时电源 鬯坫用变 1 - 1 2 出线 电容器组 l 站用变 图 1 某智能变电站一次接线图 图 1中 ： D 1 一D 1 2对 应 线 路 3 0 4，3 0 6 ，3 0 8 ，3 1 2， 3 1 4，3 1 6 ，3 1 8 ，3 2 2 ，3 2 4 ，3 2 8 ，3 3 2 ，3 3 4的电流 方向判据，由I 母流向线路为正方向。 D 1 3 ，D 1 4对应电容器组 3 0 1 ，3 0 3的电流方 向 判据 ，由 I 母流向电容器为正方向。 D 1 5，D 1 6分别对应 1站用变 3 0 2和 2站用变 3 3 4的电流方向判据，由母线流向站用变为正方 向。 D + D一 对应分段开关 3 0 0的电流方向判据 ，其 中 D + 为 I 母流向母为正方向，和 I 母母线保护 元件 B 1 P D I R配合；D 一 为 母流向 I 母为正方向， 和 母母线保护元件 B 2 P D I R配合。 D O 1 对应 1 变压器低压侧断路器3 1 0的电流方 向判据，由 I 母线流向变压器为正方向。 1 1 启动元件 1 ) 电流突变量启动元件 变压器保护中设置低压侧相电流差突变量启动 元件，由变压器保护发送 g o o s e 信息到母线保护装 置 ；分段保护中设置相 电流差突变量启动元件 ，由 分段保护发送 g o o s e 信息到母线保护装置。电流突 变量启动元件定值一般整定为 1 A 。 2 )母线复合电压启动元件 母线 T V通过 M U向母线保护装置发送 9 - 2的 采样值报文。母线保护计算复合电压 ( 负序电压+ 相间低电压) ，满足定值后启动母线保护。或在T V 合并单元完成复合电压计算，通过 G O O S E报文送 母线保护 。 某一母线 退出后，应根据 rI v并列逻辑选 择另一组母线 T V进行复合电压计算。 2 T V断线逻辑：重点考虑母差保护不误动。 T v断线 ( 包括 T v数据不可信、T v断线 等) ，设置成复合电压启动判据不动作，即一直为 “ O ” ，闭锁母差保护。 对各元件的方向元件，当 断线 ( 包括 T V数据不可信、 断线等)时，设置成方向元件 动作，即一直为 “ l ” ，闭锁母差保护。 1 2 母线保护动作判据 1 )不完全差动判据 ( 电源侧过流判据) 设置不完全差动判据主要 目的是防止母线保护 正常运行误动，以及变压器或 1 1 0 k V系统故障母 线保护误动作，尤其是 1 0 k V侧无电源，所有方向 元件电流为 0 ，可能误动作。为整定计算方便，不 完全差动由各电源端和电流改为判各电源端单独电 流大小 ，即在变压器或分段开关任一个过流动作 ， 母线保护判断不完全差动动作。 判据 ： 本母线所接变压器低压侧电流大于整定 值 ( 整定原则：大于变压器最大负荷电流。一般 整定 1 5 J ，J 为变压器额定电流) ，变压器保护 发过流动作报文到母线保护；本母线所接分段开关 电流大于整定值 ( 整定原则：大于分段开关可能 流过的最大负荷电流 。一般整定 1 5 I N ， 为该分 段开关可能流过的变压器额定 电流之和) ，分段保 护发过流动作报文到母线保护。 2 )方向元件判据 方向元件 D O 1 ，D 1 - D 1 6都不动作；1 0 k V母 线保护判方向元件动作 ( 大差) 。其 中方向元件 D O 1 ，D + ，D 1 一 D 1 5都不动作；1 0 k V I 母母线保护 判 I 母方向元件动作 (I 母小差) 。方向元件 D 一 ， D 1 6 都不动作；1 0 k V I I 母母线保护判 母方向元 件动作 (1 1 母小差) 。 方向元件在电流大于无流定值时进行方向判 别 ，正方 向为 “ 1 ”，反方 向为 “ 0 ”；在 电流小于 无流定值时方向元件输出 “ 0 ” 。无流定值应大于 装置能可靠判断方向所对应的电流，一般为0 2 ， N 。 方向元件要充分考虑线路出口两相及三相故障 可靠动作，以及母线两相及三相故障可靠不动作 ， 因此必须引入第三相电压及记忆电压。 装置启动后若 D 0 1 ，D +( 或 D 一 ) ，D 1 - D 1 6 无 闭锁信息，不完全差动判据动作，则母线保护经小 延时 ( 建议取0 3 0 5 S )动作跳对应的变压器 低压侧开关、分段开关以及本母线上 1 0 k V线路断 路器 ( 可整定，线路对侧无电源可不跳闸；电容 器、站用变不须跳闸) ，切除母线故障。 第3 2卷第6期 赵永生：智能变电站低压母线保护装置实现方式探讨 2 0 1 2年 1 2月 1 3 死区保护 母线保护在 变压 器低 压侧 T A和断路 器之间、 分段开关 T A和分段开关之间存在死区。 1 )变压器低压侧 r A和断路器之间死区处理 死区故障后，I 母母线保护动作，跳低压侧断 路器，故障没有消除，I 母母线保护向变压器保护 发出 I 母母线保护动作信号， 变压器保护在收到该 信号且低压侧电流大于整定值 ( 整定原则：大于 变压器最大负荷电流，一般取 1 5 ， N )时延时 ( 整定原则：躲开 3 1 0断路器跳闸时间，一般整定 为 0 3 s )跳变压器三侧。 2 母线保护装置逻辑及动作行为分析 母线保护装置及动作参见图 1 、图2 。 2 )分段开关 T A和分段开关之间死区处理 死 区故 障后 ，母母 线保护动作 ，跳分段 开 关 ， 但故障没有消除，I 母母差保护再收到 母母 差保护动作信号且分段 T A电流大于整定值 ( 整定 原则：大于分段开关可能流过的最大负荷电流，一 般取 1 5 ， N )时延时 T ( 整定原则：躲开 3 0 0断路 器跳闸时间，一般整定0 3 s )跳 I 母母线所接的 变压器低压侧断路器以及 I 母线 1 0 k V线路断路器 ( 可整定，线路对侧无电源可不跳闸；电容器、站 用变不须跳闸) 。 图 2 1 0 k V母线保护逻辑 2 1 1 0 k V I 母线 K 1 点故障 K 1 故障为 I 母线区内故障。 D 1 - D 1 5判断为反方向故障 ( 负荷侧有电源时 或无流)不动作 ( D 1 - D 1 5 = 0 ) 、D + 判断为反方向 故障 ( 母有电源时或无流)不动作 ( D + = 0 ) ， D 0 1 判断为反方向故障不动作 ( D 0 1 = 0 ) 、变压器 及分段保护启动、复合电压动作、 1 变有流动作 ， I 母母线保护动作，经延时后母线保护动作跳变压 器低压侧开关及分段开关，并发 g o o s e 信号到变压 器保护；如 3 1 0 断路器跳开，由于经3 1 0 断路器电 流为 0 ，变压器保护不动作；如 3 1 0断路器未跳 开，由于 3 1 0断路器电流有流，变压器保护动作， 3 第3 2 卷第6期 湖南电力 2 0 1 2 年 l 2月 延时跳变压器三侧断路器。 对 母母线保护：如果 母线无电源，则分段 开关无流，母母线保护不动作；如果 母线有电 源，则分段开关 D - IJ 断为正方向动作 ( D 一 =1 ) ， 闭锁 母母线保护，因此 母母线保护不会误动 作。 2 2 1 0 k V母线 l 点故障 K 2 故障为 母线区内故障。 D 1 6 判断为反方向故障 ( 负荷侧有电源时或无 流)不动作 ( D 1 6 ： 0 ) 、D - ) IJ 断为反方向故障不 动作 ( D 一= 0 ) 、分段保护启动、复合 电压动作、 分段开关有流，因此母母线保护动作 ，经延时后 母线保护动作跳分段开关。如 3 0 0 断路器跳开，由 于流经3 0 0断路器的电流为 0 ，I 母母线保护不动 作；如3 0 0断路器未跳开，由于 3 0 0断路器有流， 经延时 I 母母线保护动作跳开变压器低压侧断路器 31 0。 对 I 母母线保护：由于分段开关 D + IJ 断为正 方向动作 ( D + =1 ) ，闭锁 I 母母线保护，因此 I 母母线保护不会误动作。 2 3 1 0 k V I 母线出线 1 ( 3点故障 I( 3 故障为 I 母线区外故障。 D 0 1 判断为正方向故障动作闭锁 I 母母线保护 ( D + = 1 ) ，I 母母线保护不动作。 对 母母线保护，如果母线无电源，则分段 开关无流， 母母线保护不动作；如果母线有电 源，则分段开关 D 一 判断为正方向动作 ( D 一 =1 ) ， 闭锁 母母线保护，因此 母母线保护不会误动 作 。 2 4 变压器 K4点故障 K 4 故障为 1 0 k V母线区外故障。 当 1 0 k V 母负荷有电源时，D 0 1 判断为正方 向故障动作闭锁 I 母母线保护，分段开关 D 一 判断 为正方向动作闭锁 母母线保护。 I 母和 母母线 保护都不会误动作。 当 1 0 k VI I 母负荷无电源、1 0 k V I 母负荷有电 源时，D 0 1 判断为正方向故障动作闭锁 I 母母线保 护，分段开关 D 一 判断为无流正方向不动作，但分 段开关过流元件不动作闭锁 母母线保护。I 母和 母母线保护都不会误动作。 当 1 0 k V负荷无电源时，3 1 0 及 3 0 0过流元件 不动作， I 母和 母母线保护也都不会误动作。 4 2 5 1 0 k VI I 母线出线 K 5点故障 I ( 5故障为 母线区外故障。 D 1 6 判断为正方向故障动作 ( D 1 6 =1 )闭锁 母母线保护，母母线保护不动作。 对 I 母母线保护，由于分段开关 D + 判断为正 方向动作 ( D + = 1 ) ，闭锁 I 母母线保护，因此 I 母母线保护不会误动作 。 2 6 分段开关和 T A之间 K6点故障 K 6 故障为母线保护死区故障。 D 1 6 判断为反方向故障 ( 负荷侧有电源时或无 流)不动作 ( D 1 6 = 0 ) 、D 一 判断为反方向故障不 动作 ( D 一 = 0 ) 、分段保护启