微机型母线保护分析与应用

康 毅 陈红艺

（三峡大学电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002）

0 引言

母线承担着汇集电能和分配电能的作用，其重要性在电力系统中不言而喻。母线故障是一种非常严重的故障，如不能及时切除，将会损坏众多电力设备并且破坏电力系统的稳定性，甚至造成全厂或全站停电，危害极大。随着计算机技术在继电保护领域的发展，微机型母线保护以其方便的调试维护、良好的保护性能在电力系统中得到了广泛的应用［1］。合理使用微机型母线保护的各项功能，处理好保护装置在使用中可能遇到的问题，能使微机型母线保护充分发挥其在电力系统中的作用，减少母线故障对系统的冲击。

1 微机型母线保护有关功能的使用

1.1 母联死区保护

当母线发生死区故障，即故障点在母联断路器与母联CT之间时，如图1中A点所示，需要靠死区保护动作切除故障，以弥补母线差动保护保护范围的不足。

图1 母联死区故障

1.1.1 死区保护动作逻辑

A点发生故障时，Ⅰ母小差保护判故障发生在区内，Ⅱ母小差保护判故障发生在区外，此时Ⅰ母小差虽然动作跳开Ⅰ母所连断路器及母联断路器，但故障点仍可从Ⅱ母获得故障电流，故障仍然存在。针对此种情况，可对Ⅰ母小差保护动作后的母联断路器开关位置进行判断，若母联断路器处于跳闸状态且仍有较大电流流过母联CT，经过一个较短延时（主要考虑主、辅接点的动作时序，一般为50ms）封母联CT，破坏Ⅱ母小差的电流平衡，Ⅱ母小差动作断开Ⅱ母所连的断路器，可达到切除故障的目的。

1.1.2 死区保护的改进方案

当发生如图1中A点所示的死区故障时，真正需要断开的是Ⅱ母小差保护范围内的所有断路器，而实际上保护首先跳开Ⅰ母，并经延时后最后将2条母线上所连的断路器全部跳开，从而扩大了停电范围。为了解决这个问题，出现了一种配置双CT的改进方案［2］，使保护动作更满足选择性的要求。

图2为死区保护改进方案，该方案在母联两侧各配置一组CT，其中CT1接入Ⅰ母小差回路，CT2接入Ⅱ母小差回路。在A点或B点发生死区故障时，可只跳开相应断路器切除故障。例如当A点发生故障时，大差和2条母线的小差全部动作，保护判定发生死区故障，首先断开母联断路器并封CT1和CT2。封闭2个母联CT后，Ⅰ母小差不动作，大差和Ⅱ母小差动作，切除Ⅱ母上所连断路器，从而隔离故障。该方案的优点是不需要将2条母线全部切除，减小断路器跳闸范围；缺点在于增加了成本与二次回路的复杂性。

图2 死区保护改进方案图

1.2 母联失灵保护

当母线并列运行时在母线上发生故障，若母联断路器由于操作机构回路异常等原因造成跳闸不成功，母联失灵保护将根据故障母线保护动作信息和断路器拒动信息判断母联断路器跳闸失灵，动作跳开2条母线上的所有元件。

母联失灵保护是为了防止故障长时间无法切除造成母线上的贵重设备损坏等而配置，一般只应由母线差动保护、母联充电保护或外部的启动母联失灵开入时启动。母联断路器是否真正发生拒动需要一段延时才能确认，该延时应大于断路器最大的跳闸动作时间及灭弧时间，并且留有裕度，一般推荐范围是150～300ms。母联失灵保护的跳闸逻辑与死区保护类似：跳母联断路器并经延时确认后，大差比率制动元件仍动作且母联CT电流大于失灵电流整定值，经封母联CT和复合电压闭锁后2条母线所连接的断路器全部跳闸。

1.3 母联充电保护的应用

母联充电保护是在新母线或完成检修的母线投运前，用额定电压通过母联断路器对该母线进行充电试验时投入的。一旦充电时新投运母线上发生故障，充电保护可瞬时动作断开母联断路器，避免故障范围扩大，保障系统的安全稳定运行。母联充电保护的配置有2种方案：一种是母线差动保护中配置的母联充电保护，另一种是单独配置专用母联充电保护。2种配置情况中的母联充电保护与母线差动保护、母线失灵保护的配合上存在一些差异。

1.3.1 母差保护退出时的使用

与母线差动保护（母差保护）公用的母联充电保护包含在母线保护装置中，与母差保护共用一组电源。当母差保护因需要校验等原因退出时，母联充电保护也无法使用。专用的母联充电保护有独立的电源，不受母差保护运行状态的影响。在母线保护退出时，仍可以利用母联充电保护对充电过程进行保护，使用更具灵活性。

针对在母差保护退出的情况下可继续使用的特点，专用的母联充电保护能有一种非正常的使用方法：当母线保护检修或接入新间隔需要长时间退出时，通过长时间投入单独配置的母联充电保护，充当母线保护的后备保护。实际上，这种使用方法并不能提高电网的安全可靠性，反而会造成区外故障误动和整定复杂的问题［3］，一般情况下，并不建议采用这种方法。

1.3.2 关于充电时闭锁母差保护

母线保护中含有的充电保护一般有可整定的控制字“投充电闭锁母差”，可通过设置保护控制字相关项来选择是否需要在充电保护投入期间闭锁母线差动保护，控制字设置为1时，保护装置根据母联断路器跳位继电器的状态和母线电流电压变化情况启动充电保护，充电保护开放期间闭锁母线保护差动300ms；对于专用的母线充电保护装置实现闭锁母差，需要引入母联断路器的手合触点作为母线保护装置的外部闭锁母差开入［4］。当“投外部闭锁母差保护”控制字设置为1且检测到手合触点开入后，闭锁母差保护。若此开入保持1 s不返回，母差保护的闭锁将被自动解除，并报“闭锁母差开入异常”。

在传统习惯中，在充电保护投入短时闭锁母差保护是为了避免被充电设备故障时由于母联开关位置辅助触点不能及时切换母联电流，造成差动保护误动切除正常运行母线上的元件。近些年来，辅助触点的动作速度已经能够满足及时切换要求，有些新推出的保护版本中已经省略了闭锁母差功能，同时在一些地区也出现了充电保护投入时不闭锁母差保护的工作方式。

1.3.3 母联断路器启动失灵功能

非单独配置的母联充电保护与母联失灵保护共同配置在同一个母线保护装置内，当母联断路器发生拒动时能够直接启动失灵保护。独立的母联充电保护与母线保护是独立组屏的2套设备，早期配置的专用母联充电保护没有启动失灵功能，主要是为了简化二次回路。近年来，新投运的专用母联充电保护装置通过将母联断路器操作箱的断路器拒动信号传至母线保护装置，从而增加了相对应的外部启动母联失灵的开入。

2 微机型母线保护使用中应注意的问题

2.1 刀闸位置对母线保护的影响及解决措施

微机型母差保护是通过引入母线刀闸辅助接点来判别母线运行方式。母线刀闸有时会出现辅助接点接触不良、接点粘连、接点抖动等问题，可能致使保护出现切除故障范围扩大或误动［5］。为了防止上述后果发生，可以对保护采用硬件和软件2个方面进行改进，以使保护能正确识别母线的运行方式。

在硬件方面采取同时引入常开、常闭2对辅助接点的方式来判别母线刀闸位置，以增强引入环节的可靠性。实现此方法需要额外增加开入通道和电缆，而且不能解决由于刀闸辅助接点本身的损坏而造成的错误，所以一般不采用这种方法。

用软件的解决方法是指一方面将刀闸的辅助接点引入母线保护中，一方面保护通过计算各支路的电流情况来检验辅助接点的开入是否正确，并可根据母线上实际的电流情况纠正错误的接点。当保护发现某条支路出现有负荷电流而辅助接点的开入为分位等辅助接点状态与实际情况不一致的情况时，将发出“开入异常”告警，并在错误纠正且经工作人员确认后告警才能解除。这种方法提高了保护装置识别母线运行方式的正确率，得到广泛应用。值得注意的是，如有多个刀闸的辅助接点同时发生故障，装置可能无法全部修正，必须在“运行方式设置”菜单中进行强制设定。

2.2 母联开关位置对母线保护的影响及建议

若母线分列运行时母联开关位置量读入错误，即保护装置误判母联开关位置在合位，如果这时发生母联死区故障，由于母联CT不会自动被封，将会造成一条母线的小差满足动作条件但电压闭锁不动作，另一条母线小差不满足动作条件，从而引起母线保护拒动；若母线并列运行时母联开关位置量开入错误，即保护装置误判母联开关位置在分位，如果这时母线上发生故障（非死区点），由于母联CT被封闭，2条母线小差均动作，且电压闭锁也均动作，就会造成2条母线连接元件全被切除，引起母线保护误动。此外，母联位置开关量还作为确定比率差动保护制动系数的高、低定值和充电保护启动（使用内置充电保护时）的依据。由以上分析可知，母联位置开关量的正确读入对母线保护装置至关重要。

在微机型母线保护中，有2个开入量可用来表示是母联开关位置：母联开关位置（DL）辅助接点和母联开关位置继电器（HWJ、TWJ）接点。DL的辅助直接反映开关的实际位置，但不容易及时察觉；HWJ或TWJ的接点虽不直接反映母联断路器位置，但发生异常时可通过信号回路较为直观的发现。通过以上分析，建议在保护中同时引入DL的常开接点和TWJ接点，以起到相互检验的作用。同时，建议在保护屏上增加“母联检修”压板。在对母联断路器进行检修前投入该压板，则检修时母联断路器的开关位置开入将被强制置为分位。因此，检修过程中实际的母联断路器位置状态将不会给母线保护对其的读入造成影响。这样一来，可以大大减小母线检修期间母线故障时保护发生拒动或者误动的可能性。

3 结语

微机型母线保护不仅包含母差保护，还包含母联失灵保护、母线死区保护、母联充电保护等功能。母联失灵保护与死区保护的跳闸逻辑类似，但死区保护延时更短，可以加速隔离死区故障的过程。现在各个厂家普遍采用的死区保护方案存在停电范围过大的缺点，有人提出了一种可以避免2条母线全部切除的方案，但增加了接线的复杂性。微机型母线保护的母联断路器和刀闸状态的正确开入都会对保护的动作产生影响，实际工作中应尤其注意，力求将保护误动或者拒动的可能性降到最低。

［1］杨奇逊，黄少锋.微型机继电保护基础［M］.第3版.中国电力出版社，2007

［2］任立辉，樊文东，程天保，等.母线保护中母联死区故障保护逻辑的研究［J］.继电器，2006，34（10）：12～14

［3］张太升，张继武，刘海洋.母联充电保护应用分析［J］.继电器，2007，35（3）：69～72

［4］李新，熊炬，董泉，等.基于母联断路器为跳闸对象的保护方案综述［J］.电力系统保护与控制，2010（22）：242～246

［5］王鹏程.刀闸辅助触点状态出错对母差保护的影响［J］.电力系统保护与控制，2010，38（5）：124～126