低压母线快速保护的应用

赵剑

(云南电网公司昆明供电局，昆明 650011)

0 前言

目前，我国110 kV 及以上的高电压母线上，均装有母差保护，在发生故障时可以快速切除故障，保证无故障设备的正常运行。10 kV、35 kV低压母线一般情况均未配置母差保护，母线一旦故障，只能依靠变压器后备保护动作来切除故障。

变电站10 kV、35 kV 低压母线直接连接线路断路器为用户提供电源，或者连接站用变压器或无功补偿设备，调节系统电压。与线路、变压器相比，10 kV、35 kV 低压母线故障率相对较低，但是，一旦低压母线发生故障，就会直接中断对负荷的供电，更重要的是，经主变后备保护延时切除故障，会使母线上所有设备和主变经受更长时间的大电流冲击。我国的设备制造存在高低压电器设备质量不均衡，相比高电压设备，10 kV、35 kV 设备稳定性相对较差，容易发生事故。另一方面，随着电网规模的发展，通过投切无功补偿设备来调节系统电压的频率加快，再加上低压母线设备一般装设在狭小封闭的开关柜，更容易发生闪络、小动物危害等情况，并且不容易通过巡视检查及时发现设备异常，这些状况导致低压母线出现故障的几率在增加。

中低压母线事故往往会造成事故的扩大，使配电设备甚至变电站的主设备被烧毁，长期中断供电，原因是其故障时短路电流较大，且不能快速被切除。解决这一问题的最有效的技术手段就是在变电站加装低压母线快速保护，在故障发生后保护快速动作，第一时间切除故障，使得故障对设备的损害降到最低，可以迅速恢复供电。

电流闭锁式母线快速保护不需增加专用保护装置和一次设备，就能满足可靠性和灵敏性的要求，这种方案已被广泛应用于变电站。

1 低压快速母线保护

主变差动保护范围为主变各侧差动电流互感器之间的一次电器部分，全线路都在线路保护的保护范围内，如果发生故障，主变差动保护和线路保护均能无时限切除保护范围内的故障。但是，如果10 kV、35 kV 母线未加装母差保护，故障范围又刚好处于两组CT 之间，那么，就只能靠主变低压侧后备保护、甚至主变高、中压侧复压闭锁过流保护以较长时限跳闸来切除故障。

图1 变电站低压侧出线至低压母线的接线方式图

变电站的低压快速母线保护，即电流闭锁式快速母差保护，是一种电流速断保护，可以设置时限。一般应用于变电站的10 kV 或35 kV 母线。为缩短主变低压侧故障时的切除时间，利用主变压器低压侧后备保护，以低压侧后备保护中的电流元件作为启动元件，母线上其它出线的瞬时动作的电流元件作为闭锁元件，一起构成母线速断保护。

图2 低压快速母线保护原理图

基本逻辑:

母线故障时，主变低压侧过流元件动作，其它负荷出线的过流元件和保护无动作信号，母线电压降低(低压和负序电压)，经T1 延时出口跳主变低压侧断路器，使母线或断路器故障时能有选择并快速地切除。T1 整定时间应能躲出线过电流发信号时间和过流速断保护动作出口时间，以及断路器跳闸后保护接点返回时间之和，一般取0.1～0.15 s。

如主变低压侧断路器故障或失灵，经T1 时间动作后，过流元件不返回，再经T2 跳开主变三侧断路器。T2 整定时间应能躲低压侧断路器跳闸及过流元件返回时间，一般取0.3～0.5 s。

如低压侧出线故障断路器失灵，装置检测到出线保护动作接点长时间不返回，主变低压侧过流也不返回，经出线断路器失灵跳闸时间T3 跳开主变低压侧断路器，实现断路器失灵保护功能。T3 整定时间应能躲过出线断路器动作时间和保护接点返回时间，一般取0.3～0.5 s。

2 变压器跳闸事故

2.1 简要经过

某监控中心远方操作断开220 kV 果林变电站10 kV 1 号电抗器045 断路器，同时，220 kV 1 号主变10 kV 侧001 断路器跳闸，220 kV 1 号主变三侧跳闸。

2.2 保护动作情况分析

现场检查220 kV 1 号主变10 kV 侧001 断路器开关柜有放电痕迹，多处被电弧烧伤变黑。从后台报文可看出，遥控切除10 kV 1 号电抗器约120 ms 后，最早动作的是B 套低压简易母线T1时限(合成信号为#1 主变保护动作)，由于简易母线T1 时限整定为100 ms，可推断出在切除电抗器后几乎同时，低压侧发生了故障。220 kV 1号主变A、B 套保护均有动作。

从主变保护动作情况、主变故障录波波形结合保护定值可看出:故障为低压侧三相短路，故障二次电流约9.2 A (一次值约22 000 A)，三相短路，持续时间约660 ms。B 套简易母线保护T1时限(4 A，0.1 s 跳低压侧)由于时限最短最先动作，在跳开低压侧断路器后故障仍未隔离，短路电流持续流经低压侧变压器保护用CT，进而引起A 套保护复压过流Ⅰ段2 时限(4 A、0.5 s 跳低压侧)、B 套保护复压过流Ⅰ段2 时限(4 A、0.5 s 跳低压侧)及B 套保护简易母线T2 时限定值(4 A、0.5 s 跳各侧)，导致主变各侧断路器跳闸，保护动作行为与故障点位置与电流波形相符。

结合主变故障录波图，故障前220 kV 1 号主变低压侧一次电流为800 A 左右，为低压侧站用变及电抗器负荷电流。由于故障点在录波CT 靠主变侧，所以故障发生时录波器无法感受到故障电流。A 套保护在故障发生后约500 ms 动作，B套保护在故障发生后约110 ms 动作，与主变保护动作报文相符。

图3 220 kV 1 号主变故障录波图

2.3 低压母线保护应用前后对比分析

根据以上分析，1 号主变A、B 套保护动作行为与一次设备故障点位置、故障电流波形大小及持续时间相符合，达到了保护电流及时间整定值，动作逻辑与设定的相一致，保护动作跳闸行为是符合预期整定要求的，本次故障相关保护均正确动作，及时切除故障有效地减少了主变及相关设备受到损害。

如果该变电站220 kV 1 号主变B 套保护未配置简易母差保护，那么本次故障保护的动作情况将会是这样:故障发生后，主变A 套保护复压过流Ⅰ段2 时限(4 A、0.5 s 跳低压侧)、B 套保护复压过流Ⅰ段2 时限(4 A、0.5 s 跳低压侧)保护动作，跳开低压侧断路器，但是由于故障点未切除，主变高后备保护将延时到1.6 s 才动作切除故障，比此次切除故障的时间增加了1 s，可能造成主变和母线上的相关设备烧毁。

3 结束语

通过对快速母线保护的理论分析和实际运行中事故案例的分析，证明了在变电站10 kV、35 kV 母线加装简易母差保护可以有效弥补因主变后备保护需经长延时才能动作切除故障，有可能造成设备烧损的不足，可以有效保护设备，缩短设备故障停电时间，提高供电可靠性。因此，在变电站加装低压快速母线保护是非常必要而且重要的。

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