断路器失灵保护和母线保护的运行情况及安全举措分析

内蒙古蒙能建设工程监理有限责任公司 程 雷

失灵动作保护与母线差动保护非常相似，所以通常也被称之为母线的后备保护。断路器失灵保护借助故障设备的保护动作信息同未进行任何动作的断路器电流信息进行对接，从而在极短时间范围内对断路器失灵作出精准判别，可在极短的时间范围内将故障设备与厂内其它相关的断路器切断，尽可能缩减停电范围，确保电网处于稳定、安全的运行状态，将故障影响降到最低限度，避免产生整个电网系统停止运行的现象。

1 失灵保护分析

1.1 断路器失灵保护的基本工作原理

断路器失灵保护主要是指当电气设备产生故障时，继电保护动作发出但断路器未执行，通过故障设备保护动作信息与断路器电流信息共同组成对断路器失灵的精准判定，可在极短时间范围内将故障设备与其它支路连接断路器隔离，缩小影响范围，提高电网运行安全稳定性[1]。断路器拒绝执行动作是电网产生故障、断路器失灵两种故障同时产生的一种双重故障，可结合实际情况降低其保护需求，但必须要能够实现将故障切除的目的。现代化环境之下，断路器失灵保护实质上是一种后备保护方式，在多个领域均得到了广泛应用。

失灵保护是由多个部分共同构成，如电压闭锁元件、保护动作与电流信息共同组成的启动回路等。其中启动回路是核心模块，其与失灵保护功能能否发挥相应的效用存在直接关联，必须要确保其安全可靠性，必须要进行双重判别，避免单一条件判定导致断路器产生失灵，或由于保护触点出现异常状况、延误等误动作而发生意外状况[2]。对于启动回路来讲，其是由两大部分组成，其一是启动元件、其二是判别元件，这两个元件共同组成“与逻辑”，启动元件在具体动作的过程之中，既可运用瞬间返回时的出口跳闸继电器触点，同时还可运用与出口跳闸继电器并联的中间继电器触点，如触点动作没有进行复位，则代表熔断器发生失灵。

判别元件主要是通过各种形式对故障是否消除进行判定。现阶段主要应用“有流”判别形式，一般通过相电流或零序电流进行判定。当进行保护动作后回路之中仍存在一定的电流，由此表明故障并未彻底消除。在断路器失灵保护中时间元件是重要的中间环节，为避免单一时间元件故障导致失灵保护发生误动状况，时间元件须与启动回路共同动作，从而形成“与逻辑”，然后再将出口继电器启动[3]。失灵保护的电压闭锁通常由母线低电压、负序电压、零序电压继电器组成，如果失灵保护、母差保护在同一时间内共同运用跳闸回路，那么其将会共同运动电压闭锁元件。

1.2 断路器失灵保护的基本构成及其作用

时间元件是断路器失灵保护过程中的一个中间环节，如变电站采取双母线接线方式，那么可在一个断路器内设定一个时间元件，或采取多个断路器共同设定一个时间元件的方式。通常情每一条母线均需设定一个较为特殊的时间元件，即具备两段延时特征，这两段延时所发挥的功用也不相同，短延时主要是跳母线联络断路器，长延时主要跳其它断路器。如果变电站运用3/2接线方式，各断路器仅需设定一个时间元件，其中短延时主要跳跃本断路器、长延时主要跳过拒动断路器有关的断路器[4]。为避免单一时间元件故障导致失灵保护产生误动，时间元件须与启动回路共同动作，构成“与逻辑”，然后再将出口继电器启动。另外，如果变电站采取3/2接线方式，那么一般不会设定电压闭锁。

1.3 断路器失灵保护的配置与应用范围

《继电保护和安全自动装置规程》中明确指出，220～500kV的电网系统均需加装断路器失灵保护，通常情况下一些相对比较重要的110kV电力系统也需加装断路器失灵保护。现阶段综合自动化系统变电站均应用了微机型保护装置，其具备一系列突出优点，如灵敏度相对较高、可靠性高等，并拥有非常丰富的硬件系统资源，软件集成度也相对较高，接线设计非常简单，使保护动作的安全可靠性得到显著提升。

通常国内厂家会按照一席接线状况将失灵保护装置细化为两种类型：其一适合应用在3/2接线方式的断路器失灵保护装置；其二适合应用于单母线接线方式、双母线接线方式的保护装置，其中在第二种接线方式中，断路器失灵保护跳闸对象、母线差动保护跳闸对象完全相同，但相较于母线差动保护在工作原理、动作判别等方面存在较大差异，因此在该种接线条件下断路器失灵保护所通常是一种后备保护方式[5]。若电力系统运用3/2接线形式，那须在每一台断路器上加装保护装置，国内厂家在进行设计加工过程中通常会把失灵保护、三相不一致、重合闸等多种保护形式全部集成于保护装置中，而在工程设计方面通常会把线路保护单独组屏处理，然后再把断路器辅助保护、操作箱再进行单独组屏。

2 母线保护分析

2.1 母线保护的基本原理和优势

母线保护实质上就是通过电流差动原理实现保护功能，基尔霍夫定律是其主要理论依据。在母线系统中存在多条支路，其中差动电路实质上是流入电流、流出母线电路相加之后的矢量和。当系统处于正常运行条件时，流入故障点的电流将会产生重大变化，如果大于母差保护设定的动作电流值，那么母差保护将会进行相应的动作。

在电力系统中，与母线相连的各个支路电流互感器通常会参照同名相、同极性与保护装置进行对接，接入母线保护装置的电流互感器特性必须保持一致，且电流互感器变化也应保持一致，如变比不统一，将会根据装置间的差异，可根据基准变化折算法、自适应法等来调节变比，从而确保正常运行过程中流入母线、流出母线的电流完全相同[6]。如果母线保护范围设备产生异常状况，母线故障电源支路将会结合实际状况，向故障点提供短路电流，将不同支路的短路电流相加便可以得出故障电流，该电流要远高于母差保护电流，当产生故障时，母差保护动作将会在短时间内快速动作，将其与母线相连接支路的断路器直接切断，从而实现运行设备、故障母线直接隔离的目的。

母线保护装置所设定的功能包括多种，如母联死区保护、母线差动保护等，目前“六统一”母线保护、“非六统一”母线保护的功能不存任何差异，在母线保护原理方面并不存在较大差异[7]。随着技术的不断完善，母线保护功能的功能也不断丰富，母线保护设备可对母联是否处在充电状态进行自动识别，如果死区故障进行合闸，那么便可达到瞬时跳母联的效果，并不会对处于运行状态中的母线产生影响。在具体应用的过程之中，“差电流”、“和电流”均不是由模拟电流回路中获取，而是依据电流采样值进行运算求出。利用对母线上不同支路中的CT电流值结合母线保护装置求出，因此CT是否可以获取较为精准的电流信息是母线保护正确动作的一个重要要素。

2.2 母线保护的技术原则

其一，断路器或者隔离封闭锁回路辅助触点的选取。对于断路器或者隔离开封闭锁回路来讲，其不可以运用重动继电器，而是结合实际情况，选取断路器或者隔离开关的辅助触点；其二，电流互感器选择要求。现阶段，电磁式电流互感器并非一个简单的非线性元件，其属于一个重要的铁芯元件，若一次电流相对较大，那么其内部的直流分量也会渐渐增加，如果铁芯还剩余磁，那么二次负载电阻将会增加，而工作点也会直接进入至磁化曲线之中，如此一来，将会造成电流互感器出现异常，出现误判，致使母线差动保护动作相对比较缓慢[8]。由于可能存在电力互感器饱和等问题，所以必须要对高压母线保护时的电感器选择做出精准分析，主要是由于母线故障时，一般所产生的电流较大，极易出现短路的状况，同时如果外部产生严重故障，那么电力互感器也会存在一定的差异，虽然母线两侧均选取了性能基本相似的电流互感器，但是其在饱和度方面存在一定的差别[9]。

3 断路器失灵保护和母线保护的安全举措分析

其一，断路器失灵保护的安全举措。为使动作可靠性得到进一步提升，只有同时满足下列条件才可确保断路器失灵保护进行动作：一是故障线路或设备保护可在极短时间范围内复归的继电器在进行相应动作之后不会发生返回；二是对于没有断开的判别元件，可直接应用在短时间内进行复归的相电流元件[10]。相电流判别元件的定值须结合实际情况，在确保线路末端不存在任何故障的条件下具备较强的灵敏度，要尽可能根据大于负荷电流进行整定处理，基于此，断路器失灵保护应采取下列几种安全举措：

首先，非电量保护并不能直接启动断路器失灵保护，由于非电量保护节点动作、返回时间均相对较慢，启动失灵保护的可靠性相对较差，所以在进行非电量保护动作过程中，电流并不会在短时间内快速增加，并不能达到失灵启动电流值，所以在此种条件下失灵保护并不会直接启动；其次，后备保护也不能直接启动失灵保护，如借助后备保护启动跳闸程序来实现直接启动失灵保护的目的，那么如果后备保护发生异常将会导致失灵保护发生误动作，进而造成事态影响增大；最后，辅助保护不可以直接作为失灵保护，例如，若把主变冷却器全停保护直接作为变压器的辅助保护，那么如果此保护发生动作，保护接点并不会瞬时动作，只有当冷却器工作或备用电源恢复后才可以使保护接点发生相应的动作，因此该类保护不可直接作为失灵保护的气动[11]。

其二，母线保护运行中的安全举措。不同的变电站所应用的母线保护设备型号存在较大差异，且配置方面也各不相同，在具体运用过程中所实现的功能也不同，所以必须采取下列几点安全举措：

首先，必须明确母线保护装置软件的版本信息，如果厂家不同母线保护装置的版本信息也存在一定差异，所以无论是在保护功能方面还是硬件配置、软件结构方面均存在一定的差异；其次，要结合实际情况对CT变比进行整定处理，与CT变比进行对接后，不同生产厂家具有完全不同的整定方式，一般主要包括两种类型：一是根据母线差动保护电力定值进行折算，其中基准变比为1。二是根据实际变比进行整定处理，具体的装置主要是依据实际CT变比进行这三处理；再次，当进行倒母线操作过程中，为确保操作过程中母线产生故障可在短时间内快速切除，在把母联断路器控制电源保险摘除前，应把母线保护定制设定为单母线运行模式；最后，如果母线保护产生异常，那必须立即采取应急处理措施，对母线保护动作情况进行详细记录，以便后续进行处理。

总之，随着科学技术水平的提升，各类保护装置的安全稳定性、可靠性均会得到显著提升，断路器失灵保护的瞬时跟跳功能、断路器断开功能等均是为了提高电力系统的安全稳定性。而母线保护在输电配电方面发挥着至关重要的作用，因此必须要高度重视母线保护，从而使电力系统稳定、安全运行。