变电站运行方式对母差保护的影响

变电站运行方式对母差保护的影响摘要：母线保护装置的可靠性关系到电网系统的安全、稳定运行。变电站一次设备运行方式灵活，微机母差在适应一次运行方式过程中，国内微机型母线保护装置在软硬件设计制造上存在一些问题，本文分析了母线分裂运行对微机型母线保护装置灵敏度的影响，隔离刀闸辅助接点位置对母差保护的重要性，基准变比对TA断线的影响，母联兼侧路TA极性转换，以及双母双分段母线系统的特殊操作性，并由此提出了解决问题的措施。引言安装于变电站内的母线起着汇集和分配电流的作用，随着电网系统的不断发展，母线上元件数量越来越多，母线短路电流也在增加，如果不能快速、准确地切除母线发生的故障，将给电网系统带来严重的后果。[1]因此，母线保护装置的可靠性关系到电网系统的安全、稳定运行，基于微电子技术的微机型母线保护装置由于其可靠性高、性能容易通过软件更新提高，在电网中得到了广泛的应用。母差保护保护对象是母线设备，母线有别于线路、主变等单元设备，为了适应母线操作的灵活性，母线在实际运行中会出现多种运行方式，因此母差保护应该适应各种运行方式的需要。目前现场运行的微机母差在软硬件设计制造上存在一定缺陷或在运行操作中遇到特殊情况，需要在实际运行中不断完善其使用功能。以下，针对南京南瑞的RCS-915型和深圳南瑞BP-2B型母差保护，在现场运行中发现的问题进行简单分析，并提出相应的措施。1母线分裂运行对微机型母线保护装置灵敏度的影响1.1微机型母线保护装置原理简介数字式继电保护用数学公式运算，实现故障量的测量、分析和判断，微机型母线保护装置采用的是基于采样值的比率制动式电流差动保护，并且采用一次系统的穿越电流作为制动电流，以克服区外故障时由于电流互感器误差产生差动不平衡电流而造成的保护误动。[2]保护动作判据的依据是基尔霍夫第一定律，即：“任一时刻，流入任何一个节点的各支路电流之和为零”。两种型号的母线保护均采用瞬时采样值的比率制动电流差动保护方案，其中RCS-915AS型母线保护动作方程为[3]：（1）BP-2B型母线保护比率差动元件的动作判据[4]：（2）其中：K——比率制动系数；Ij——第j个连接元件的电流瞬时值，j=1，2，…m；Icdzd——差动电流起动定值。两种型号的装置采样点电流计算分别满足式（1）或式（2），就判为母线内部故障，保护动作。对于双母线接线方式，引入大差计算作为故障启动元件，大差电流计算范围定义为：“除母联开关外，母线上所有连接元件”，保护判据为式（1）或式（2）。RCS-915AS型母线保护具体计算动作值的方法是根据两条母线上所有连接元件（不含母联）的电流采样值的向量和，计算出大差的差流，将两条母线上所有连接元件（不含母联）的电流采样值的标量和，计算出大差的制动电流，用差流和制动电流的比值作为差动元件动作值，以保证区内故障时母差保护可靠动作，区外故障时由于制动电流的存在保证母差保护可靠不动作。BP-2B型母线保护比率差动元件动作判据与RCS-915AS型母线保护动作判据稍有区别，其采用复式比率制动原理，只是在制动电流中减去了差动电流，使其在母线区外故障时有极强的制动特性，在母线区内故障时无制动，因此能更明确地区分区外故障和区内故障。1.2母联开关位置对母线保护的影响由式（1）和式（2）两个动作方程可以发现，当母线分列运行时，母线发生故障，非故障母线流过穿越电流，该电流不计入差流，但参与制动，于是为防止在母联开关断开的情况下发生区内故障，非故障母线段有电流流出母线，导致比率差动元件的灵敏度不够，因此比率差动元件的比率制动系数K有高低两个定值，可自行整定，例如高值整定为0.5，低值整定为0.3。也就是说，当母联开关处于合闸位置时，比率差动元件采用比率制动系数高值，而当母联开关处于分闸位置，即母线分列运行时，比率差动元件自动转用比率制动系数低值。目前，在这两种型号的母线保护中，母联开关的位置对比率差动元件的比率制动系数是采用高值还是低值都有着直接的影响。对RCS-915AS型母线保护来说，只要有母联开关的TWJ开入，比率差动元件的比率制动系数就采用低值；对BP-2B型母线保护来说，只要母联开关常开辅助接点开入为“0”，常闭辅助接点开入为“1”，比率差动元件的比率制动系数就采用低值。这样一来，当单母线方式运行时，母联开关已经断开，母线保护比率差动元件的比率制动系数自然也就转为了低值。从上面的判据可以看出，尽管所有线路都在一条母线运行，但是运行线路的数目却没有改变，因此区外故障时电流互感器误差产生的差动不平衡电流就与两母线并列运行时是一样的，而制动量却因比率制动系数转为低值而降低了，从而使动作区增大了，也就是说，这样就削弱了母线区外故障时保护的制动特性，这无疑增加了母线保护误动的几率。由以上分析可以看出，这两种型号的母差保护在一条母线停电，另一条母线运行的情况下，将大差比率制动系数由原0.5降至0.3，增大了动作区，使大差的灵敏度增加了，如果此时电压闭锁解除，母线保护误动作的几率就增大了。1.3问题解决对策的探讨由以上分析可以看出，无论是南京南瑞的RCS-915AS母差保护还是深圳南瑞的BP-2B母差保护均是将母联开关一断开，就认定为母线分列运行，事实上，当母联开关断开时，还有可能是一条母线停电，另一条母线在运行中的情况。而这种运行方式在检修母线刀闸等情况时会经常出现。通过以上分析和判断，特提出以下解决问题的方案和对策以供探讨。建议生产厂家修改设计思想，通过引入母线电压和母联开关位置判别双母线运行方式。即当母联开关处于断位，并且两条母线均有电压时，为母线分列运行方式；当母联开关处于断位，而只有一条母线有电压时，为停一条母线运行方式。1.4对问题的进一步思考由于母联开关的位置对比率差动元件的比率制动系数是采用高值还是低值都有着直接的影响，因此当母线分列运行时，为防止检修母联开关而频繁分合开关，进而影响母差保护的正常运行，可以通过强制开入母联开关跳闸位置的方法避免以上不利情况的发生。这两种型号的母差保护都因此而分别设计了起这个作用的压板，对RCS-915AS型母线保护来说，就是保护屏上的“母联检修状态”压板；对BP-2B型母线保护来说，就是保护屏上的“母联分列”压板。运行人员在母线分列运行的过程中，需投入相应母线保护的强制开入母联开关跳闸位置的压板，不要遗漏对该压板的操作。2隔离刀闸辅助接点位置对母差保护的影响2.1原理简介对于存在倒闸操作的双母线、双母分段等主接线，差动保护使用大差比率差动元件作为区内故障判别元件；使用小差比率差动元件作为故障母线选择元件。即有大差比率元件是否动作，区分母线区外故障与母线区内故障；当大差比率元件动作时，根据各连接元件的刀闸位置开入计算出两条母线的小差电流，构成小差比率差动元件，最后由小差比率元件是否动作决定故障发生在哪一段母线。微机母线差动保护装置中各连接元件三相电流和刀闸位置都已转换成为数字量，由程序流程来实现保护动作逻辑。Ⅰ母小差电流计算范围定义为：“Ⅰ母线上所有连接元件加上（或减去）母联开关电流”，相应计算公式为：I1d=I1×S11+I2×S12+…+In×S1n-I1k×S1kⅡ母小差电流计算范围定义为：“Ⅱ母线上所有连接元件减去（或加上）母联开关电流”，相应计算公式为：I2d=I1×S21+I2×S22+…+In×S2n+I1k×S1k其中：I1，I2，…In——各元件电流数字量；I1k——母联电流数字量；S11，S12，…S1n——各元件Ⅰ母刀闸位置，0表示刀闸分，1表示刀闸合；S21，S22，…S2n——各元件Ⅱ母刀闸位置；S1k——母线并列运行状态，0表示分列运行，1表示并列运行。则出口逻辑计算公式为：T1=F1×S11+F2×S21T2=F1×S12+F2×S22Tn=F1×S1n+F2×S2nT1k=F1+F2其中：T1，T2，…Tn——差动动作于各元件逻辑，0表示不动作，1表示动作；T1k——差动动作于母联逻辑；F1，F2——分别表示Ⅰ母、Ⅱ母故障，0表示无故障，1表示故障。大差、小差保护范围如图1所示。图1大差、小差保护范围2.2隔离刀闸辅助接点位置对母差保护的重要性双母线运行时，各连接元件在系统运行中需要经常在两条母线上切换，母差保护需要正确跟随母线运行方式的变化，才能保证母线保护的正确动作，也就是说正确识别母线运行方式直接影响到母线保护动作的正确性，BP-2B和RCS-915AS母线差动保护装置均利用隔离刀闸辅助触点判别母线运行方式，因此隔离刀闸辅助触点的可靠性就直接影响到保护的安全运行情况。正是考虑到这点，BP-2B和RCS-915AS母线差动保护装置都对刀闸辅助触点进行自检，并具有刀闸变位修正功能，即当某条支路有电流而无刀闸位置时，装置能够记忆原来的刀闸位置，并根据当前系统的电流分布情况校验该支路刀闸位置的正确性，或因刀闸位置错误产生小差电流时，装置会根据当前系统的电流分布情况计算出该支路的正确刀闸位置。由上述可见，微机母线差动保护装置对刀闸位置的校验或修正都是在判别支路有电流的情况下进行的，如果某支路负荷较轻或者空载运行，那么即使该支路的刀闸辅助触点无法正确反映刀闸位置，微机母线差动保护装置也会因为二次电流分布近乎平衡，大差、小差电流都几乎为0，而无法修正该支路刀闸位置，甚至都不会发出报警信号，这样一来如果此时发生区外故障，母差保护将极有可能误动，笔者曾经发现过两次运行的母差在线路轻负荷的情况下，刀闸位置节点接触不良，由于负荷近似于空载，母差保护未发出任何差流告警信息，而运行人员没有注意到刀闸变位信息。此时如发生区外故障母差极有可能发生误动。2.3问题解决对策的探讨制造厂高度重视了该回路的可靠性，当刀闸辅助接点变位时，BP-2B母线差动保护装置能发出“开入异常”信号，RCS-915AS母线差动保护装置能发出“刀闸位置报警”信号。由于这种情况下线路轻载，保护缺少重要判别量电流，保护装置无太好的解决办法，只能在加强该回路的维护工作，就是需要运行人员在操作过程中关注母差保护上显示的刀闸位置情况是否与一次系统对应，不要轻易复归刀闸变位信息，在确认确实由操作引起刀闸变位后再复归，如果发现并确认刀闸位置与一次不符，可以通过设在保护屏上强制开关指定正确的刀闸位置。3TA断线的判别3.1原理简介微机型母线差动保护装置对支路交流电流回路断线的检查方法是：大差电流大于TA断线整定值，经过一定延时发TA断线报警信号，同时闭锁母差保护。TA断线逻辑框图如下：图2TA断线逻辑框图来源:变比不同，RCS-915AS母线保护装置需要人为设定基准变比，在计算差电流时，各连接元件需将各自实际变比除以基准变比进行变比折算，得到TA调整系数，BP-2B母线保护装置则是自动选取实际设定的所有元件TA变比中的最大值为基准变比，并自动进行变比折算，差电流就是各元件二次电流乘TA调整系数后的矢量和，即归算到了基准变比的二次侧。由上述可见，保护差流告警定值是按基准变比折算的二次值给出的，在各个不同现场，基准变比的选取不是唯一的。当基准变比选取较大时，实际上是提高了动作的门槛值，当基准变比选取较小时，实际上是降低了动作门槛值。如果某支路负荷较轻或者空载运行，并且实际变比较其它支路小，那么其TA调整系数就较其它支路小，归算到基准变比的二次侧数值就更小了，这时该支路TA断线，很可能差流小于TA断线整定值而无法发出TA断线告警，进而无法正确闭锁差动保护，增大了差动保护误动的几率。3.3问题解决对策的探讨由于上述情况的存在，建议生产厂家将TA断线整定值设定为交流电流一次值，电流二次值根据实际变比归算为一次值后计算差流，检查交流电流回路是否断线，从而避免经过多次折算后电流值太小，保护装置无法正确识别TA断线的情况发生。来源:极性与Ⅰ母上的元件相同，但系统接线不同，Ⅰ母或Ⅱ母都可能带路，因此设置了“母联带路”和“TA极性负”两个压板，当母