母差保护装置的现场应用.doc

WMZ-41A母差保护装置的现场应用摘要:本文以银江变电站220kV母线所配置的WMZ-41A型母差保护装置为例，分析母差保护的配置及原理以及倒闸操作、异常处理中可能出现的问题，并寻找相应应对措施。使运行人员能够较深入了解母差保护的应用，积极应对在运行和维护中可能出现的的各种问题，保障电网的安全稳定运行。关键词：WMZ-41A 原理 倒闸操作 异常处理概述：银江变电站220kV系统在设计时采用常规的双母线接线方式。当220kV一段母线出现故障时，只要系统能及时将其切除，另一段母线仍可以继续运行，从而保证供电的连续性。但是如果不能及时可靠的把故障母线从系统中隔离，必然会引起上一级电源将银江站整个220kV部分全部切除，从而给很多重要用户带来不必要的停电。另外由于其他保护切除故障的时间较长，对电网冲击比较大，一次性切除较大负荷会对电网的稳定运行带来严重的后果。因此配置先进的母差保护，并进行合理的整定起着至关重要的作用。但是，母差保护完善后，运行人员的操作不当和异常处理判断错误也为电网的安全埋下了可怕的隐患。本文以银江变电站220kV母线所配置的WMZ-41A型母差保护装置为例，该保护具有采用带比率制动特性的完全电流差动判据，利用采样值算法及突变量算法实现快速差动保护；采用同步识别法抗TA饱和措施，有效消除TA饱和对差动保护的不利影响，确保母线区内故障时，保护迅速出口，区外故障时，保护可靠不误动；能自动跟踪、识别双母线运行方式；TA断线监视闭锁、TV断线监视等功能。该保护配置有分相式电流差动保护、复合电压闭锁、断路器失灵保护、母联死区保护、母联充电保护等。通过分析母差保护的配置以及在倒闸操作、异常处理中可能出现的问题，并寻找相应应对措施。对运行人员能够较深入了解母差保护的应用，积极应对在运行和维护中可能出现的的各种问题，保障电网的安全稳定运行，有着重要的指导意义。1、配置母差保护的意义变电站的母线是电网中的重要电气元件，起着汇聚、分配电能的作用。母线故障的几率虽然很小，但由于它在电网运行中非常重要，在母线故障时，尤其是枢纽变电站的母线发生故障，不但会使连接在母线上的所有元件停电，严重时还会使整个电网的稳定运行受到破坏，使事故扩大，后果十分严重。为此快速的将故障母线切除，从而保证非故障母线的正常运行，使电网运行稳定，并尽量减少停电损失，在母线上装设母线保护，以减小故障所造成的后果，显得十分必要。2、WMZ-41A型母差保护装置的原理及功能1）电流差动保护引入母线所有支路（含母联）的三相电流构成具有比率制动特性的分相电流差动保护。取母线上各支路相电流和的绝对值作为动作量，取母线上各支路相电流绝对值之和作为制动量，其动作方程为：启动元件： （ 1）动作元件： （2）式中：i:第j支路的电流； N：参与差流计算的支路数 Icd：动作门坎 Ks：制动系数（Ks1）若母线上各支路电流同时满足方程（1）、（2），即认为母线故障，差动保护动作。以上两个动作判据是建立在“各单元主TA变比相同，电流极性正确的基础上” 。 当主TA变比不一致时，应通过引入“电流平衡系数”处理。母联单元被视为母线上的普通单元，即母联电流引入极性与母线上各单元的电流极性相同。在保护程序中，动作判据用电流的瞬时值算法进行计算。2）双母线运行方式的识别与跟踪保护装置能自动识别一次系统的运行状态并跟踪各单元刀闸操作后形成的新的运行状态，从而确保双母线保护动作的正确性及选择性。将运行于双母线的所有单元隔离开关的常开辅助接点引入保护装置，对其接点状态通过电流校验确定无误后，形成双母线运行状态字。运行于双母线的所有单元隔离开关的常开辅助接点还应接入母联开关辅助接点，以解决双母线分列运行发生死区故障时母差保护可能产生的错误行为。双母线保护装置中，配置有两套“小差”（按母线设置的分差动）及“大差”（两条母线总电流差动，但不计入母联单元电流），两小差根据其运行状态字分别计算差流，各单元电流在两小差保护中实现无触点切换。大差差动保护范围涵盖各段母线，不受运行方式的控制；小差差动保护受当时的运行方式控制，但差动保护范围只是相应的一段母线，具有选择性。3）复合电压闭锁以电流判据为主的差动元件，为了防止由于差动及失灵出口回路的误碰或出口继电器损坏等原因导致母线连接元件误跳闸，在保护装置中采用复合电压闭锁元件来配合，提高保护整体的可靠性。复合电压元件采用低电压、零序电压（3U0）、负序电压（U2）及电压突变量组成复压判据，判据中的任何一个条件被满足，该段母线的电压闭锁元件就会动作，称为复合电压元件动作。电压闭锁接点串入母差或失灵保护每个元件的出口跳闸回路，为了解决双母线其中一段母线TV检修或回路发生断线时，低电压动作使整套母线保护失去电压闭锁功能，在保护屏上配置了TV投切开关，便于运行人员投入或退出该段母线的电压判别功能。4）抗TA饱和措施当系统发生故障而TA饱和时，由于饱和TA的二次不能正确反映一次电流，将使动作判据中的差动量Id不能正确反映母线各支路一次电流的实际分配，从而导致差动保护装置的误判。WMZ-41A微机母差保护采用“同步识别法全新的抗TA饱和新方案”解决了TA饱和对母线差动保护的不利影响。同步识别法准则：在系统发生故障瞬间，无论一次电流多大，TA不可能立即饱和，从故障发生到TA饱和至少经1/4周波的时间，在此期间TA能正确传变一次电流；TA饱和后，二次电流波形出现畸变、缺损，但当一次电流过零点附近时，饱和TA二次侧将出现一个线性传变区（即二次电流能正确反映一次电流）。同步识别法的实质：判别“故障发生”与“差流越限”是否同步发生。若“故障发生”与“差流越限”同时出现，则认为“差流越限”是由母线区内故障引起，此时差动保护动作，快速切除故障；若判别到“故障发生”与“差流越限”不是同时出现，而是“故障发生”在前而后出现“差流越限”，则认为“差流越限”是由母线区外故障TA饱和所引起。此时将母差保护闭锁一个周波，然后在下一个周波内重复上述判据。若仍然是区外故障，则在随后的每个周波内判别一次，直至区外故障消失，若发展成了区内故障，则经判定后发出跳闸命令。5）断路器失灵保护 为解决母线上的联接单元（不含母联）发生故障而断路器失灵或故障发生在各联接单元（不含母联）的断路器与电流互感器之间时，母线保护能快速切除故障，则需要配置断路器失灵保护。断路器失灵保护启动条件：联接单元保护动作，而该单元还有电流。断路器失灵保护与差动保护公用出口跳闸回路。6）母联死区保护母线并列运行，由于母联单元只安装一组CT，当故障发生在母联开关与CT之间时，母差保护将拒绝动作（即存在死区）。设置母联死区保护可有效解决死区问题。当母线保护动作后，经短延时将母联电流从两小差判据中退出（使小差保护中不计入母联电流）。此时故障母线小差保护（母联死区保护）动作，切除该母线上所有单元。母联死区保护动作后发“母联失灵”动作信号。7）母联充电保护双母线其中一段母线停电检修或备用后，可以通过母联开关对检修或备用母线充电以恢复双母运行。此时投入母联充电保护，当检修母线有故障时，母联电流大于充电保护电流定值，则充电保护启动，经延时发“母联充电保护”动作信号并动作跳开母联开关，切除故障。母联充电保护的起动需同时满足三个条件：母联充电保护压板投入；其中一段母线已失压，且母联开关已断开；母联电流从无到有。3、WMZ-41A型母差保护装置在倒闸操作中功能的应用1)互联功能对于双母线接线，如果一条出线的母刀需要检修，通常需要将该母线停下来，同时将该母线上运行的所有开关（母联开关除外）转移到另外一段母线上运行，运行人员俗称“翻排”。通常方法有两种：一种是逐一将各回路由运行转到冷备用状态，再由冷备用状态改至另外一段母线上运行，这种方法俗称“冷翻”。虽然不需要母差保护进行配合，但会导致多条线路临时停电，不利于供电的可靠性，同时操作也很繁琐，增加了电网安全运行的风险。另一种方法是采用母线短时间内通过两把刀闸硬连接，先合上某条出线的断开刀闸，再拉开该出线的另一把刀闸，这种方法俗称“热翻”。由于每一条出线都需要短时间内将两段母线硬连接，所以需要母差保护临时变更方式来配合。这种方法，不但不需要线路停电，同时提高了操作效率。为满足操作需要和解决倒闸操作过程中因隔离开关主触头和辅助接点行程不同步时，有可能短时出现差电流的问题，母差保护在“热翻”过程中，需要将母差保护互联切换开关切至“投”位置，使母差保护在互联状态下运行，此时母线故障，母差保护无选择性动作直接切除母线上的所有元件。倒闸操作完毕后，一次系统恢复正常运行，将母差保护互联切换开关切至“退”位置。2）极性测试为保证母差保护动作的正确性，新线路投运前，应先退出母差保护，带负荷测试极性，保证CT极性、相序、二次接线正确后，再将母差保护投入运行。3）二次电压切换对于双母线系统上所连接的电气元件，在两组母线分开运行时，为了保证一次系统和二次系统在电压上保持对应，以免发生保护或自动装置误动、拒动，要求保护及自动装置的二次电压回路同主接线一起进行切换。WMZ-41A型微机保护装置虽然不需要通过隔离开关的辅助接点去切换差动回路和出口回路，但微机保护的逻辑计算却需要刀闸逻辑位置与现场一次设备一致，因此操作母线刀闸后均应该及时检查二次电压切换正常，以保证母差保护的逻辑计算的正确，提高母差保护的灵敏性和可靠性。4、WMZ-41A型母差保护装置的异常处理1）直流电源消失，值班员应汇报调度，退出各元件跳闸压板，再查明原因。消除故障后恢复装置运行。异常情况如不能及时消除，应通知专业人员处理。2）当发出“TA断线”，装置闭锁差动保护，防止发生区外故障时母差保护误动。值班员应进行信号复归，若无法复归则立即查看各间隔电流幅值、相位关系，确认变比设置正确，如仍无法排除，则应汇报调度，退出保护装置，待消除后恢复运行。3）当发出“TV断线”，装置不会闭锁差动保护，一般可不退出母差保护，但会使保护元件中该段母线失去电压闭锁，值班员应立即查看各段母线电压幅值、相位，确认电压空气开关处于合位，如无法查找原因，则应汇报调度，在调度的命令下进行方式调整4）当发出“互联状态”信号，通常为以下几种情况：母线上任一回路两把母刀同时在合位，母差保护处于非选择性状态；“互联”开关在投位置时；“互联”控制字在“投”时；该信号发出后，值班员经检查后如无法处理，应汇报调度，按调度的命令处理。5）当发出“识别错误”信号，通常为刀闸辅接点与一次系统不对应；值班员立即按“复归”，如无法复归，则应立即检查出位置不对应的刀闸，并在模拟盘将该刀闸的位置由“自动”改为“强制手动”，使其与现场一次设备一致，同时汇报调度。待处理恢复正常后，将手动小开关切至“自动”位置。6）当装置发生“自检错误”时，先打印自检报告，根据报告分析确定装置错误所在，若闭锁保护，则退出保护出口板，复归一次保护。自检信息与处理方式对应关系见下表：结束语：攀枝花电网由于地理位置特殊，与四川