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        微機型低壓母差保護若干問題分析
        發布時間: 2020-12-17 來源:包頭青辰科技有限公司 瀏覽次數:


        摘要:論述了低壓系統裝設母線保護的必要性以及低壓系統母線保護電流互感器配置和選擇情況,通過分析比較,提出了變電站低壓系統母線保護在設計中需要注意的若干環節。一是分段開關位置的作用和引入量,二是對目前配置多套母線保護時存在的問題進行分析,比較了兩種裝置的優缺點,并提出了改進意見。

        0 引言

        在電力系統中,35 kV 及以下電壓等級的母線由于沒有穩定問題,一般未裝設母線保護。近年來,由于各種原因開關設備被嚴重燒毀,有的甚至發展成"火燒連營"的事故時有發生。而主變壓器由于遭受外部短路電流沖擊損壞的事故也逐年增加,這些配網事故處理不當甚至被擴大發展為輸電網事故,造成重大的經濟損失,已引起電力部門的廣泛關注。究其原因大多是因為沒有裝設中低壓母線保護,未能快速切除故障造成的。為了保證變壓器及母線開關設備的安全運行,根據繼電保護快速性的要求,迫切需要配置專用中低壓母線保護。

        1 低壓母線裝設保護的必要性

        由于中低壓母線上的出線多,操作頻繁,三相導體線間距離與大地的距離比較近,容易受小動物危害,設備制造質量比高壓設備差,設備絕緣老化和機械磨損,運行條件惡劣,系統運行條件改變,人為和操作錯誤等原因,中低壓母線的故障幾率比高壓、超高壓母線高得多。但長期以來,人們對中低壓母線的保護一直不夠重視,大多采用帶有較大延時的后備保護來切除母線上的故障,往往使故障被發展、擴大,從而造成巨大的經濟損失。

        2 低壓母線保護的配置與分析

        2.1 低壓母線保護的分類

        低壓母線保護一般有以下兩類:母線差動保護和不差動保護。

        母線差動保護是將母線上的各連接元件的電流互感器按同名相、同性連接到差動回路,電流互感器的特性與變比均應相同,若變比不能相同時,可采用軟件進行補償,滿足I=0。差動元件的動作電流按下述條件計算、整定,取其值:

        1) 躲開外部短路時產生的不平衡電流; 2) 躲開母線連接元件中,負荷支路的負荷電流,以防止電流二次回路斷線時誤動。

        母線不差動保護只需將連接于母線的各有電源元件上的電流互感器,接入差動回路,在無電源元件上的電流互感器不接入差動回路,帶短延時出口,且增加無電源元件保護動作閉鎖條件。正常情況下差流為該母線上流過的負荷電流,如果發生區內故障,則差動元件動作,母差保護經短延時動作跳閘。若無電源元件發生故障,則無電源元件的保護動作后閉鎖母差保護。

        從上述可見因不差動帶延時故差動動作速度更快,因不差動要躲過母線負荷電流故差動動作靈敏度更高,因不差動需要無電源元件的保護動作閉鎖回路故差動動作可靠性更高,但從節約資金角度考慮不母差更具優勢。

        2.2 低壓母線保護的配置

        綜合考慮母差保護速動性、靈敏性和可靠性等方面的因素,河北南網選擇采用差動保護。

        為減少投資、簡化設計,當一套母差能夠滿足現場需要時,一般采用配置一套母差的方案。但因一套母差裝置可接入的元件數有限,一般不超過21 個元件,當站內中、低壓母線元件較多時,一套母差無法完成母差功能,考慮檢修方便和設計的對稱性,一般采用每一條母線配置一套母差的方案。當采用多套配置方案時要充分考慮母聯死區故障的問題。

        3 低壓母線保護CT 的選擇

        對于變電站電流互感器是三相還是兩相配置以及如何選擇等,在規程中并沒有明確的規定。因此,在不同的工程、不同的設計部門有不同的處理方法,筆者在下文進行一些分析,以期得出一個較為統一的設計方案。

        3.1 配置比較

        在電力系統中,35 kV 及以下電壓等級多采用兩電流互感器不星型接線,但由于被保護母線為小電流接地系統,假設在I 段母線的出線上發生A 相或C 相一點接地,在II 段母線上發生B 相一點接地時,II 段母差將可能拒動,無法快速切除故障。

        如果相應的低壓母線保護裝設三相差動元件,采用-B 電流接入則可解決上述問題,綜上所述,低壓母線保護應采用三相CT 接線方式。

        3.2 CT 的選擇

        CT 的選擇要充分考慮母差保護本身的要求,及系統對CT 變比、伏安特性的要求,一般設計中應注意以下幾個問題:

        ① 母差保護對、小CT 變比的范圍的要求;

        ② 根據系統短路容量選擇CT 變比和伏安特性,因防止母線出口故障CT 不滿足10%誤差而造成母差誤動。

        ③ 對于所變等小容量設備CT 變比的選擇除要考慮上述問題外,還要考慮所變本身保護整定問題,防止因CT 變比過大而造成所變保護無法整定,設計中應盡量選擇帶抽頭的CT,所變保護采用小變比,母差保護采用大變比。

        4 設計中需要注意的幾個問題

        4.1 分段開關位置量對母線保護的影響

        下面以RCS-915 型母線保護為例母聯開關位置量在中所起的作用:

        ① 確定比率差動的比率制動系數的高、低兩個定值當分段開關處于合位時即TWJ= "0"時比率制動系數取高值,當分段開關處于分位時即TWJ="1"時為防止弱電源側母線發生故障時大差比率制動差動元件靈敏度不夠,比率制動系數自動取低值。

        ② 確定充電保護的動作當利用分段斷路器對其中一段母線進行充電試驗時,母線保護將對分段開關位置量進行判斷,即TWJ 位置開入由"1"變為"0",或TWJ= "1"時母聯由無電流變為有電流則母聯充電保護開放300ms。

        ③ 分段死區保護邏輯判斷分段開關位置量在RCS-915 分段死區保護中相當重要。若母線分列運行,分段在跳位時,發生死區故障,如分段開關位置量開入出錯,即母線保護判斷為分段合位,可能導致將母線全切除。


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        4.2 現場對分段開關位置量引入問題的考慮

        通過對分段開關位置量在RCS-915 型母線保護中所起作用的分析可看出,分段開關位置量開入的正確與否直接影響到母線保護的動作邏輯。

        按裝置要求,分段開關位置量的引入可采用取分段開關位置輔助觸點或分段開關位置繼電器的觸點。取分段開關位置輔助觸點可直接反映開關的實際位置,但此回路發生異常時,值班員不易發現;取分段開關位置繼電器的觸點雖然是間接反映分段開關的位置,但優點在于回路有異常時可通過分段開關的信號回路較為直觀地發現。通過以上的分析及現場接線的方便,我們采用了取分段開關跳閘位置繼電器的動合觸點作為母線保護中分段開關位置量的開入。

        為使母線保護分段開關位置量開入符合現場實際,并且在分段開關檢修時不造成保護的誤動或拒動,經與生產廠家技術人員進行研究后,我們在保護屏上增加了"分段開關檢修時投入"壓板。此壓板的功能在于當其投入時強制對母線保護進行分段開關位置量的開入,即TWJ 反應始終為"1"。此壓板的作用主要是分段開關檢修或對其傳動試驗時,不會影響微機母線保護的運行。因為當分段開關檢修或對其傳動試驗時分段開關可能進行分合,其位置反映并不代表它在運行狀態,此時母線保護并未退出運行,所采集的分段開關的位置量可能會造成錯誤的邏輯判斷,一旦發生母線故障,母線保護就有誤動或拒動的可能。所以增加此壓板并要求值班員只要分段開關在檢修或開關斷開時投入此壓板,對分段開關恢復運行前退出此壓板。

        4.3 注意分段死區故障問題

        目前各主要保護廠家所生產的低壓母差保護,大多沿襲原高壓母差保護軟、硬件配置而來,由于低壓母線出線較多,一套裝置的接線單元可能不夠,當采用多套裝置時應充分注意母聯死區故障的問題。以下就南瑞,南自公司的低壓配置多套裝置時對分段死區故障處理方法及存在的問題進行分析。

        4.3.1 南瑞繼保

        南瑞公司目前的低壓母線保護裝置RCS915AB-DM 是按照單母分段、單母三分段主接線在每段母線裝設一套母差保護設計的。該裝置為防止在分段熱備用時發生分段死區故障時保護拒動或多跳一段母線擴大事故范圍,當分段開關在分位時,相應分段電流從差動保護中退出,此時發生死區故障,CT 側母差裝置直接將故障母線切除,事故范圍不擴大。同時為防止在有分段備自投或手合分段的情況下,分段合閘時會有較大的電流,此時若將分段電流仍從差動保護中退出,母差將會有較大的差電流有可能誤動,因此,將備自投投分段的觸點和手合(遙合)觸點并聯接入母差,母差保護內定義一個"分段合閘開入",當母差在此觸點動作時重新將分段電流計入母差,防止誤動。當分段開關位置開入量錯誤時可能出現以下兩種情況:1)若母線分列運行,分段在跳位,如分段開關位置量開入出錯,即母線保護判斷為分段合位,發生死區故障,可能導致分段側母差誤切除而CT 側母差拒動。2)若母線并列運行,分段在合位,如分段開關位置量開入出錯,即母線保護判斷為分段分位,如此時分段電流不計入母差,則可能導致兩套母差均動作。相比而言,后者更易出現且后果更惡劣。因此該裝置為提高裝置的可靠性,分段的開關位置觸點引入雙位置節點,當雙位置觸點異常時默認為合位;同時裝置在判斷分段跳位邏輯加入了電流判據,電流越限后判分段在合位。

        目前這種裝置仍存在如下缺陷:1)該裝置只在分段熱備用時退出相應分段電流,當分段電流大于0.04In時分段電流不退出,當母線并列運行時發生死區故障,開關側母差保護動作造成多跳一段母線, CT 側母差由于此時不判分段位置而拒動,此時只能由本側主變低壓側后備保護動作切除故障。2)母線并列運行時,當一段母線故障而分段開關失靈時,相鄰母差保護此時不滿足動作條件,只能由本側主變低壓側后備保護動作切除故障。

        4.3.2 國電南自

        國電南自公司產的WMZ-41B 型母線保護裝置一般接入單元數量為24 個,可視情況調整單元數或增設裝置。但當出線較多如采用一套裝置,將造成屏面、端子排、電纜布置困難等問題,故一般采用多套母差的配置方案。

        以邯鄲供電公司220 kV 崇州站為例,低壓35 kV側為單母三分段接線,由于低壓分路較多,采用兩套WMZ-41B 母線保護裝置,Ⅰ母、Ⅱ母元件接入母差裝置一,Ⅲ母元件接入母差裝置二,母差裝置一與母差裝置二間相互給出動作觸點,即一套母差裝置動作觸點作為一個開入接入另外一套母差裝置。無論Ⅱ母、Ⅲ母分列運行還是并列運行時,如發生分段死區故障,開關側母線保護滿足動作條件跳開本母線并向CT 側母線保護發動作信號,若此時CT側母線保護判分段仍有電流,則動作切除本母線元件;分段失靈后的動作行為分析同上。

        存在缺陷:正常運行方式下,即分段開關在斷位母線分列運行時,如發生分段死區故障或分段開關失靈情況時,分段開關兩側母差均會動作造成不必要的過切。

        4.3.3 改進建議

        從上述分析可以看出南瑞繼保的母差解決了正常運行方式下即分段開關在斷位母線分列運行時,分段死區或分段失靈故障能正確動作、不過切的問題。但在分段開關在合位母線并列運行時,分段死區故障時不能正確、及時切除故障。國電南自的母差雖然在任何方式下,如發生分段死區或分段失靈故障時均能快速切除故障,但正常運行方式下分段開關在斷位母線分列運行,分段死區或分段失靈故障會造成過切。

        導致出現上述問題的根本原因是:母差保護接入單元有限,必須配置多套母差,從而造成只能將分段間隔作為出線看待接入母差,故母差保護中的分段死區、分段失靈等功能不能再使用。

        因此用一套母差完成低壓母線的母差功能是解決方案,因此筆者對于低壓出線較多一套母差無法直接接入的情況提出如下建議:將同一母線CT 變比相同的不同間隔的CT 二次電流接成和回路接入母差裝置的一個間隔,母差保護該間隔的出口分別跳上述CT 并接的開關,這樣就解決了一套母差接入間隔數量不足的問題,從而可將分段開關接入母差的分段間隔,可以使用母差保護中的分段死區、分段失靈等功能解決了上述問題;但此方案不適用于雙母線接線方式。

        5 結語

        為了保證變壓器及低壓母線開關設備的安全運行,根據繼電保護快速性的要求,應在220~500kV 變電站配置專用低壓母線保護。低壓母線保護的設計中應注意CT 的設置、CT 變比、CT 伏安特性的選擇,同時還應注意母差數量的配置及分段開關死區或失靈故障的合理解決。

        參考文獻

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