一种纵联式母线保护装置的尝试

一种纵联式母线保护装置的尝试

黄陈谱

（中国石化上海石油化工股份有限公司上海市200540）

摘要：在上海石化35千伏电磁型母差保护更新过程中，尝试利用现成保护装置组合成一套新型的母线保护装置来代替现有电磁型母差保护。本文着重介绍了这种以纵联保护为基本原理的母线保护的基本情况和性能利弊。

关键词：纵联式母线保护；母差保护

1前言

上海石化股份有限公司三个220千伏变电站的35千伏母线采用的是RADSS/S比率制动式母差保护，投运时间已接近使用年限需更新。原装置的生产厂家已关闭，市场上已经没有电磁型母差保护产品，而现有的微机型母差装置最多支持24个支路，而上海石化的35千伏母线支路数均超过36路，所以我们不得不利用现有的保护装置成品组装一套纵联式母线保护。

2基本原理

在每个有源支路（主变、母联、分段、旁路、联络线）和无源支路（终端出线）上安装过流保护动装置，由专门的逻辑处理装置来判断母线上是否存在故障，并跳开相应的电源开关。当只有流入母线的过流保护动作时判为区内故障；同时有流入和流出母线的过流动保护动作则判为区外。保护装置还监视一次设备和保护装置自身的状态从而来辅助逻辑处理中心做出正确判断。

3主要逻辑

如图1所示，本保护跳闸逻辑需满足母线各种运行方式下的故障切除：

（1）母线分列运行逻辑：区内故障，0秒跳开电源开关；

（2）母线并列运行逻辑：先通过大差判断为区内故障，0秒跳开分段/母联开关，再延时0.3秒回到母线分列运行逻辑。如0.5秒内分段/母联开关未跳闸，则判为失灵，直接跳电源开关；

（3）母线互联运行逻辑：大差判断为区内故障后直接0秒跳开所以电源开关。

图1纵联式母线保护主要逻辑图

4系统配置

本套母线保护全部采用的是SEL公司的继电保护和网络通讯产品，由网络把所有装置连接起来，这些装置包括：

（1）SEL-351A保护测控装置：应用于有源支路，提供方向过流保护信号，采集开关、闸刀位置信号，执行母线保护跳闸指令。

（2）SEL-487B母线保护装置：用来测控无源支路的，作用于SEL-351A一样。一台装置含有7路过流元件和1路电压元件，性价比高，节约很多成本。

（3）SEL-2440测控装置：采集各种开关量信号，包括支路保护投入信号、母线保护投入总信号、母线互联信号、跳闸信号、装置故障信号等。

（4）SEL-3530逻辑处理中心：接收各装置送来的各种信号，按预设的逻辑进行动作逻辑运算，判断出区内区外故障，向相应的SEL-351A装置发出跳闸指令。

（5）SEL-2730M以太网交换机：用于建立星形以太网，实现各装置间采集信号和跳闸指令快速传输。

（6）SEL-2407对时装置，用于个装置间的时钟同步。

5技术细节

（1）反向过流信号延时

本保护的信号是通过网络传输的，发生区外故障，如果反向过流动作信号先于正向过流动作信号送到逻辑处理中心就会判断为区内故障造成误动。因此在保护逻辑中给反向过流动作信号增加了一个20ms延时，以避免了传输延时造成的误动。

（2）分段/母联开关失灵问题

母线并列运行方式下，先由大差判断区内区外故障，跳分段/母联后再由各段母线各自判段区内区外，当分段/母联开关失灵拒动时，保护逻辑就中断了，不能切除故障。因此增加失灵保护逻辑，当发出母联/分段开关跳闸指令后，若0.5秒内开关没有跳开，则跳开并列母线上所有电源开关切除故障。

（3）分段/母联开关辅节点异常问题。

分段/母联开关辅节点异常会影响保护对母线运行方式的判断，所以开关辅节点异常时默认为“合”还是“分”逻辑相当重要。

当辅节点出现异常而开关实际是“分”状态，此时选择默认开关为“合”按并列运行方式判断故障，先跳开分段/母联开关。但辅节点还处于异常，位置信号还是“合”，判为失灵，0.5秒后跳开所有电源开关。但因非故障母线电压正常，该母线跳闸指令被闭锁，所以保护只切除故障母线，没有扩大事故范围，只是增加了0.5秒动作时间。反之，默认开关为“分”，而实际状态是“合”，相邻母线无论发生区内或区外故障，本侧母线都会误判为区内故障而造成误动，扩大事故范围。

所以本保护在开关辅节点异常时选择“合”逻辑。

6存在的不足

（1）用户端合环造成拒动

当用户端进行并解操作合环时发生母线故障，出线会有故障电流流向母线。而出线的SEL-487B装置中过流保护不支持方向元件，这导致出线过流元件动作，系统认为母线既有故障电流流入又有流出，判为区外造成拒动。这个缺陷的不利后果可以通过改变并解操作方法来改善，比如利用分段的快切功能进行并解操作，合环时间完全可忽略不计，用户端绝大部分装有快切，对没有快切的用户端则选择主变低压侧并解。

（2）母线运行方式的限制

本保护不适用三段母线即有并列又有互联的方式。这种方式只发生在三段母线互联操作过程中，即分段/母联中的一个开关已改运行非自动，另一个开关则已改为运行但还未改非自动的间隙。保护忽略了只持续几分钟的操作过程的运行方式，省去了复杂的额外逻辑。

7与母差保护比较

（1）保护范围

两者的保护范围相同，都是母线各段所有电源、出线开关母差CT间的一次电气部分,即全部母线和连接在母线上的所有电气设备。

（2）动作时间

母差保护能在各种运行方式下瞬时动作切除区内故障，如分段、母联开关失灵则延时跳开电源开关。而本保护在母线分列或互联方式下瞬时动作；在母线并列方式下，0秒跳分段、母联开关，延时0.3秒跳电源开关，若分段、母联开关0.5秒内未跳开，则立即跳开并列母线所有电源开关。

（3）运行方式限制

母差保护只根据母线上所有支路的CT电流就足够判断故障在区内区外，母线的任何运行方式都能适用。本母线保护不适用三段母线即有并列又有互联的方式，也不适用馈出线在用户端合环的方式。

（4）死区故障

在母差保护中有专门的死区保护逻辑了解决分段/母联的死区问题，相应会增加故障切除时间。在本保护中，不监视分段/母联电流，不存在死区。

（5）CT断线闭锁

在母差保护中，CT断线存在2个危害情形，1）母线正常运行时CT断线，负荷电流可能达到差动启动定值，此时相邻系统短路导致本母线低电压，母差就会误动；2）CT断线线路发生故障，直接造成误动。所以在母差保护中，CT断线都是闭锁母差的。

在本保护中，正常运行时，CT断线不会导致过流元件启动，所以不会误动。在故障状态，只有故障线路的故障相CT全断才会造成过流拒动，导致保护误动，所以CT断线闭锁不是很必要。

8总结

本保护与传统的母差保护原理完全不同，传统母差成熟、可靠，本保护只是一个应急替代产品，因为没有条件做严格高级的技术测试，本文只是从功能角度做比较。本保护在功能上能够对母线进行有效的保护，但在可靠性方面有待实践的检验。

参考文献

[1]《SEL-351A使用手册》.美国SEL公司.