母联开关死区故障的母线保护动作行为分析.docx

2014 年 12 月SHANXI ELECTRIC POWERDec. 2014母联开关死区故障的母线保护动作行为分析白瑞， 马振国， 张悦（国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）摘要： 阐述了母联开关在分位、合位、充电等状态时母线保护死区故障的逻辑原理，分析了母联电流互感器不同配置及安装位置下母线保护的动作行为特征，对母线保护的现场测试、母联 电流互感器二次绕组的使用设计以及提高母线保护设备的安全运行水平具有一定的借鉴作用。关键词：母线保护；母联电流互感器；死区故障中图分类号： TM773文献标志码： B文章编号： 1671- 0320（2014）06- 0027- 03对于含有母联开关元件的母线保护来说，由于母联开关在一次系统中所起的特殊联络作用，母联 电流在母线保护中不仅要根据运行方式来判断是否参与差流运算，而且还要参与死区等复杂故障的逻辑判别。母联电流使用上的这种复杂性，常常使得 人们对死区故障逻辑的理解存在很大差异，在现场多次发现测试人员对死区故障逻辑试验思路含糊以及母联电流互感器 CT （Current Transform） 使用不 当造成设计失误的情况。工作， 当大差元件和对应母线的小差元件动作时，母线保护就有选择地切除故障母线。由此可见，母 联电流在参与各条母线“小差”运算以及反应母线运行状态方面起着重要的作用。1.2母联电流在死区逻辑中的应用由于母联 CT 配置的特殊性以及死区形式的多 样性，母线保护中设有专门的死区故障逻辑。所谓死区故障就是指断路器和 CT 之间的故障。母线保护正是利用母联电流并结合母线运行状态来对各种 死区故障进行判别的。母联死区故障形式一般有合位死区、分位死区、充电死区 3 种情况。1母联电流在母线保护中的应用1.1母线保护动作原理目前，含有母联元件的母线保护装置，其原理 均是以两条母线上所有元件的“和电流” （不含母联电流） 形成“大差电流”来判别区内、区外故 障；而以每条母线上所有元件的“和电流” （含母联电流） 形成 “小差电流”来选择故障母线进行2母联死区故障及动作行为分析2.1单侧 CT 安装情况母联开关处只有 1 组 CT 时，它有 2 种安装位 置，1 种是安装在靠近母线侧 （CT1），另一种是 安装在靠近母线侧 （CT2），如图 1 所示 （CT 应有两个保护级的二次绕组才可实现双重化的母线保 护 配 置）。 以 CT2 情况进行分析，然后对 CT1 、CT2 两种情况进行阐述。收稿日期：2014- 10- 08，修回日期：2014- 10- 19作者简介：白 瑞（1969），男，山西五台人，1999 年毕业于华北电 力大学电力系统及其自动化专业，高级工程师，从事继 电保护调试及仿真试验工作； 马振国（1978），男，山西大同人，2004 年毕业于华北电 力大学电力系统及其自动化专业，工程师，从事继电保 护调试及仿真试验工作；张 悦（1965），女，江苏苏州人，1988 年毕业于太原工 业大学电力分院电力系统自动化专业，高级工程师，从 事继电保护调试及仿真试验工作。CT1F1母线母联F2母线CT2支路支路图 1双母线接线母联 CT 安装位置图27山西电 力2014 年第 6 期2.1.1合位死区及动作行为分析2.1.1.1合位死区逻辑 合位死区就是母联断路器为合位，两条母线并列运行过程中，断路器与 CT2 之间发生的故障 （F2），如图 1 所示。此故障对于母线是区内；对 于母线是区外，母线保护动作跳母联开关和母线元件后，F2 故障仍然存在。为了解决这一问题，母差保护中设计了合位死区逻辑，如图 2 所示。逻辑过程是：在母线保护发出母线跳闸命令且 母联断路器已跳开，但母联 CT2 仍然有电流，且大差元件及小差元件不返回的情况下，经 150 ms延时后判定为死区故障，此时母联电流要退出小差 计算，由母线保护发出跳闸命令切除死区故障。此时母联电流就退出小差计算。如果此时发生死区故障母联电流突然出现时，仍有 400 ms 退出小差 的时间，保证可靠切除死区故障。母联电流退出小差图 3 母联分位死区保护逻辑图2.1.2.2 分位死区动作行为分析当发生 CT2 的死区故障 （F2） 时，母线保护 只切除母线元件，母线元件正常运行。当发生CT1 的死区故障 （F1） 时，母线保护只切除母线 元件，母线元件正常运行。2.1.3 充电死区及动作行为分析2.1.3.1充电死区闭锁逻辑 充电死区就是指利用母联断路器进行充电过程中，发生在断路器与 CT2 之间的故障。充电前状态应该是母线正常运行，母线是不带电的空母 线。当母线向母线充电同时发生死区故障情况时，为了防止母线保护将运行的母线误切除，设计了充电死区闭锁差动保护逻辑，如图 4 所示。逻辑过程是：由操作箱 （智能终端） 提供的手 合触点和母联 CT“有无电流”的判别，作为母线 保护判断母联充电并进入充电逻辑的依据；充电逻 辑有效时间为手合触点由“0”变为“1”后的 1 s内，1 s 后恢复为正常运行母线保护逻辑；母线保 护在充电逻辑有效时间内，如满足动作条件，瞬时 跳母联断路器；如 300 ms 后，母联断路器仍没有跳开，开放母差保护跳运行母线。2.1.3.2 充电死区动作行为分析a）为了清楚说明此逻辑的作用，特对充电到 死区、区内、区外 3 个过程进行分析比较。b）对于 CT2 安装情况，当有大差电流而母联 无电流时，这是充电到 F2 死区故障情况，此时充 电保护无法动作，只能通过充电死区闭锁逻辑瞬时闭锁差动保护，且同时跳母联开关，如果故障在300 ms 后仍没有切除就跳运行母线元件。c）当有大差电流且母联有电流时，这是充电 到母线上故障情况，此时大差元件和母线小差元件动作 （充电保护也动作），瞬时跳母联开关，bn母联电流退出小差图 2 母联合位死区保护逻辑图2.1.1.2合位死区动作行为分析对于单侧 CT 的情况， CT 安装靠近母侧还 是母线侧，最终切除死区故障的效果是相同的， 即母线、母线元件全部切除，但两种 CT 安装位置下的保护动作行为过程有所不同。发生在 CT2 的死区故障 （F2） 时，此故障对 于母线是区内，对于母线是区外，母差保护是先跳母线和母联断路器，延时 150 ms 判定为死 区故障后，再跳母元件。发生在 CT1 的死区故障 （F1） 时，此故障对 于母线是区内，对于母线是区外，母差保护是先跳母线和母联断路器，延时 150 ms 判定为死 区故障后，再跳母线元件。2.1.2分位死区及动作行为分析2.1.2.1分位死区逻辑 分位死区就是母联断路器为分位，两条母线分列 运 行过程中，断路器与 CT2 之间发生的故障， 如图 1 所示。此故障对于母线是区外，因此按常 规情况母线保护是不能动作的。为了切除此故障， 母差保护中设计了分位死区逻辑，如图 3 所示。逻辑过程是：母线正常运行时，母联断路器分列运行压板投入且母联断路器位置为跳位，再结合 母联无流，装置判定该断路器处于分列运行状态，28母联 Ia0.1In1母联 I 0.1I母联 Ic0.1In&母差跳母联150 ms大差元件&母差 TWJ母差 HWJ两母线均运行&0 ms 400 ms&母联 TWJ&母联 HWJ母线分列 运行压板母联 Ia0.04In1母联 Ib0.04In母联 Ic0.04In2014 年 12 月白 瑞，等：母联开关死区故障的母线保护动作行为分析跳母联开关闭锁差动图 4 充电闭锁母线差动逻辑图第一套保护不动作，第二套保护判为分位死区故障母线仍然可以正常运行。d）当无大差电流而母联有电流时，这是充电到支路上的故障，此时大差元件、小差元件均不动 作，此故障由充电保护切除。e）此逻辑仅适用于断路器侧母线向 CT 侧母线充电的情况，反 之充电则是属于合位死区逻辑 范 畴。f）同理，对于 CT1 死区故障情况的动作行为 与 CT2 死区故障同对应。2.2 双侧 CT 安装情况母联开关处有 2 组 CT 时，一般 2 组 CT 安装 在母联开关的两侧 （常见于 GIS 设备中），如图 1所示。此种情况一般是每侧 CT 只有 1 个保护级二 次绕组，而继电保护要求母线元件必须双重化配 置，这样 2 套保护的母联电流就分别取自不同的CT 二次绕组。为了分析方便假如第一套保护采用 了 CT1，而第二套保护采用了 CT2。2.2.1 合位死区及动作行为分析当 发 生 F2 故 障 时 ， 2 套保护的独立表 现 是 ： 对于第一套保护，此故障属于母线小差区外，母线小差区内，不判为合位死区，第一套保护瞬跳母联和母线元件；对于第二套保护，由前可知， 此故障属于母线小差区内，母线小差区外，母线保护是跳母线元件和母联，此时保护不需经150 ms 延时判死区，死区故障就已经切除了。2.2.2 分位死区及动作行为分析当 发 生 F2 故 障 时 ， 2 套保护的独立表 现 是 ：跳母 线 元 件 。对 于 F1 故障时，动作行为与 F2故障同对应。2.2.3充电死区及动作行为分析当母线向母线充电发生 F2 故障时，2 套 保护的独立表现是：第一套母线保护内的充电保护动作跳母联，母线正常运行；第二套母线保护判为充电死区故障只跳母联，母线正常运行。对于母线向母线充电发生 F1 故障时行为与此类同 对应。综上所述，由于 2 套保护采用了不同安装位置的 CT 电流，所以 2 套保护的动作行为出现了不一 致的情况。虽然死区故障可以切除，但动作行为不是真正意义上继电保护双重化配置要求的结果。另外在实际的事故中，会对事故分析造成干扰，引起 误导错判现象的发生。3结论死区保护是母线保护中附带的一个保护功能，在实际测试中容易被忽视，但母线保护是一个涉及 多间隔的保护设备，在现场测试中不应忽视任何一个保护逻辑，应该充分理解和掌握母联死区故障逻 辑中的相互配合关系，理清各种死区故障的动作行 为过程，避免出现试验中的随意性。另外，在母联CT 设计时，应要求一次设备厂家配有足够数量的 保护级二次绕组，以满足 2 套母线保护电流的正常 取用，真正实现保护双重化配置的原则要求。Bus Protection Action Analysis of Bus Coupler Breakers Dead-zone FaultBAI Rui，MA Zhenguo，ZHANG Yue（State Grid Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi030001，China）Abstract: This paper represents several logic principles of bus coupler breakers dead- zone fault when bus coupler breaker is closed，opened or being charged. The action behaviors of bus protection when bus coupler current transformer is in varied collocation and installation position are analysed. Some standpoints ar