李卓陽(yáng)，李睿澤，朱寧寧

（1.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司超高壓分公司，河北 石家莊 050071；2.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司石家莊公司，河北 石家莊 050030）

0 引言

母聯(lián)開關(guān)在一次系統(tǒng)中起到聯(lián)絡(luò)2條母線的作用。在母線保護(hù)中，母聯(lián)電流參與多項(xiàng)主保護(hù)與后備保護(hù)的故障判別程序，也是母線保護(hù)識(shí)別一次設(shè)備運(yùn)行方式的重要依據(jù)。母聯(lián)電流由于其在母線保護(hù)中邏輯判別的復(fù)雜性，使得工作人員對(duì)其認(rèn)識(shí)不足，容易造成現(xiàn)場(chǎng)工作的失誤。

1 母聯(lián)電流在母線保護(hù)中的應(yīng)用

1.1 差動(dòng)保護(hù)

母線差動(dòng)保護(hù)由母線大差和各段母線小差組成。對(duì)于雙母線接線，大差和小差定義如下：大差是指由2段母線上所有電流支路構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)，不包含母聯(lián)和分段斷路器電流，可區(qū)分故障發(fā)生在母線內(nèi)部還是外部，但不能識(shí)別哪一條母線有故障；小差是指由與該段母線相連的所有支路電流構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)，包含與該母線相連的母聯(lián)和分段斷路器電流，所以可選擇出發(fā)生故障的母線。在雙母線（分段）發(fā)生短路故障時(shí)，大差和某條母線小差同時(shí)動(dòng)作，切除故障母線。其中，大差用于判別母線故障，小差用于選擇故障母線[1]。

1.2 母聯(lián)失靈保護(hù)

當(dāng)母差保護(hù)動(dòng)作或者母聯(lián)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作向母聯(lián)發(fā)跳令后，或獨(dú)立配置的母聯(lián)保護(hù)充電過(guò)流啟動(dòng)母差失靈后，若經(jīng)整定延時(shí)母聯(lián)電流仍然大于母聯(lián)失靈電流定值，則經(jīng)過(guò)母聯(lián)失靈延時(shí)，母聯(lián)失靈保護(hù)經(jīng)各母線電壓閉鎖分別跳相應(yīng)的母線[2]。

1.3 死區(qū)保護(hù)

所謂母聯(lián)死區(qū)，是指母聯(lián)開關(guān)與母聯(lián)電流互感器CT（current transformer）之間的故障區(qū)域。母聯(lián)死區(qū)故障形式一般有合位死區(qū)、分位死區(qū)、充電死區(qū)3種情況。其動(dòng)作結(jié)果分別為：在合位死區(qū)時(shí)，母差保護(hù)切除2條母線；在分位死區(qū)時(shí)，母差保護(hù)有選擇性地切除1條母線；在充電死區(qū)時(shí)，母差保護(hù)切除電源側(cè)母線[3]。

2 母聯(lián)CT位置與死區(qū)保護(hù)分析

2.1 單側(cè)布置

某變電站簡(jiǎn)化220 kV母線配置如圖1所示。圖1中，201為母聯(lián)開關(guān)，251線路接入I母，252線路接入Ⅱ母，2條線路代表母線上的全部負(fù)荷。其中，CT1—CT6均為母差保護(hù)電流互感器，CT1、CT3、CT5接入母差保護(hù)A，CT2、CT4、CT6接入母差保護(hù)B，母聯(lián)CT布置在I母?jìng)?cè)，所有CT以流出I母線方向?yàn)闃O性端。

合位死區(qū)：母聯(lián)合位死區(qū)邏輯如圖2所示。當(dāng)故障點(diǎn)發(fā)生在K1時(shí)，大差判斷為區(qū)內(nèi)故障，小差判斷為Ⅱ母故障，在母差動(dòng)作跳開Ⅱ母及母聯(lián)后，母聯(lián)CT仍有電流存在，此時(shí)母差保護(hù)經(jīng)150 ms延時(shí)后判定為死區(qū)故障，此時(shí)母聯(lián)電流要退出小差計(jì)算，I母小差跳I母切除死區(qū)。合位死區(qū)的最終結(jié)果是切除2條母線。

圖2 母聯(lián)合位死區(qū)邏輯圖

分位死區(qū)：母聯(lián)分位死區(qū)邏輯如圖3所示。當(dāng)母聯(lián)開關(guān)在分位，投入母聯(lián)分裂壓板后，母線保護(hù)小差將母聯(lián)電流退出計(jì)算，從而有選擇性地切除一條母線[4]。

圖3 母聯(lián)分位死區(qū)邏輯圖

充電死區(qū)：母聯(lián)充電死區(qū)邏輯如圖4所示。母線保護(hù)應(yīng)能自動(dòng)識(shí)別母聯(lián)的充電狀態(tài)，合閘于死區(qū)故障時(shí)，應(yīng)瞬時(shí)跳母聯(lián)，不應(yīng)誤切除運(yùn)行母線。按如下原則實(shí)施。

圖4 母聯(lián)充電死區(qū)邏輯圖

a）由操作箱提供的SHJ觸點(diǎn)（手合觸點(diǎn)）、母聯(lián)TWJ、母聯(lián)（分段）CT“有無(wú)電流”的判別，作為母線保護(hù)判斷母聯(lián)（分段）充電并進(jìn)入充電邏輯的依據(jù)。

b）充電邏輯有效時(shí)間為SHJ觸點(diǎn)由“0”變?yōu)椤?”后的1 s內(nèi)，1 s后恢復(fù)為正常運(yùn)行母線保護(hù)邏輯。

c）母線保護(hù)在充電邏輯的有效時(shí)間內(nèi)，如滿足動(dòng)作條件應(yīng)瞬時(shí)跳母聯(lián)（分段）斷路器，如母線保護(hù)仍不復(fù)歸，延時(shí)300 ms跳運(yùn)行母線，以防止誤切除運(yùn)行母線。

需要強(qiáng)調(diào)的是，充電死區(qū)保護(hù)針對(duì)CT在無(wú)源側(cè)時(shí)起作用。在圖4中母聯(lián)CT布置在I母?jìng)?cè)，只有運(yùn)行的Ⅱ母充電至無(wú)電的I母時(shí)進(jìn)入充電死區(qū)判別邏輯[5]。當(dāng)故障點(diǎn)在K1時(shí)，在合上母聯(lián)201-1刀閘后還未合201開關(guān)前，I母線通過(guò)201-1刀閘直接接地，母線差動(dòng)保護(hù)瞬時(shí)母聯(lián)及I母負(fù)荷，導(dǎo)致變電站220 kV間隔全部失電，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。

2.2 雙側(cè)布置

目前新投入智能變電站采用CT雙側(cè)布置，典型接線方式如圖5所示。圖5中，各CT作用與圖1相同，母聯(lián)CT1、CT2布置于開關(guān)兩側(cè)。所有CT以流出IA母線方向?yàn)闃O性端。

圖5 母聯(lián)CT雙側(cè)布置圖

合位死區(qū)：故障點(diǎn)發(fā)生在K1或K2時(shí)，CT1與CT5包含的區(qū)域判為Ⅱ母區(qū)內(nèi)故障，母差保護(hù)A動(dòng)作跳201與252開關(guān)，CT2與CT4包含的區(qū)域判斷為I母區(qū)內(nèi)故障，母差保護(hù)B動(dòng)作跳201與251開關(guān)。此種母聯(lián)CT布置方式下的死區(qū)故障，由差動(dòng)保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作切斷故障，而非死區(qū)保護(hù)，消除了母聯(lián)合位死區(qū)。

分位死區(qū)：分位死區(qū)時(shí)，由于母聯(lián)CT不計(jì)入差動(dòng)計(jì)算，CT布置方式不影響分位死區(qū)邏輯，判斷邏輯與CT單側(cè)布置相同。

充電死區(qū)：由于充電死區(qū)只針對(duì)CT在無(wú)源側(cè)作用，當(dāng)I母線充電至Ⅱ母線時(shí)，若故障點(diǎn)在K2，CT2所屬的母差B充電死區(qū)動(dòng)作跳開母聯(lián)；當(dāng)Ⅱ母線充電至I母線時(shí)，若故障點(diǎn)在K1，CT1所屬的母差A(yù)充電死區(qū)動(dòng)作跳開母聯(lián)。

可見，相較于母聯(lián)CT單側(cè)布置的情況，雙側(cè)布置的形式消除了母聯(lián)合位死區(qū)，差動(dòng)保護(hù)直接跳閘切除2條母線，省去了母聯(lián)跳閘后TWJ開入時(shí)間及150 ms死區(qū)判別延時(shí)，縮短了接地故障時(shí)間，有利于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

但雙側(cè)布置存在明顯的缺點(diǎn)，即在合位死區(qū)的情況下，2套母線保護(hù)動(dòng)作結(jié)果不同，切除的母線不同，并未實(shí)現(xiàn)真正的雙重化，且擴(kuò)大了故障切除范圍[6]。圖2中，若故障點(diǎn)位于K1、K2時(shí)，由CT1和CT5構(gòu)成的母差保護(hù)A瞬時(shí)跳開母聯(lián)及Ⅱ母線開關(guān)，由CT2與CT4構(gòu)成的母差B跳開母線及I母線開關(guān)。

當(dāng)一套母差保護(hù)退出運(yùn)行時(shí)（如擴(kuò)建間隔母差接入工作時(shí)，需要母差保護(hù)輪流退出運(yùn)行），合位死區(qū)的動(dòng)作邏輯與母聯(lián)單側(cè)布置時(shí)相同，失去了快速消除合位死區(qū)的優(yōu)勢(shì)[7]。

同樣對(duì)于充電死區(qū)，當(dāng)I母線充電至Ⅱ母線時(shí)，B套母差充電死區(qū)動(dòng)作，A套母差不動(dòng)作。當(dāng)Ⅱ母線充電至I母線時(shí)，A套母差充電死區(qū)動(dòng)作，B套母差不動(dòng)作。無(wú)論何種充電方式，只有單套母線保護(hù)充電死區(qū)動(dòng)作，也不滿足雙重化配置的要求。為此本文提出一種CT布置及死區(qū)邏輯判斷的改進(jìn)方法。

3 母聯(lián)CT雙側(cè)布置的改進(jìn)方法

母聯(lián)CT雙側(cè)布置改進(jìn)如圖6所示。圖6中，增加新的母線保護(hù)CT線圈CT1A與CT2B，二次回路分別接入母線保護(hù)A、B，專門用于死區(qū)輔助判別邏輯。

圖6 母聯(lián)CT雙側(cè)布置改進(jìn)圖

A套母差保護(hù)合位死區(qū)動(dòng)作邏輯如圖7所示。當(dāng)A套大差保護(hù)判斷為區(qū)內(nèi)故障時(shí)，母線保護(hù)瞬時(shí)跳開母聯(lián)，并開放延時(shí)判斷故障點(diǎn)是否位于母聯(lián)死區(qū)。

圖7 A套母差保護(hù)合位死區(qū)動(dòng)作邏輯

在增加CT1A進(jìn)入合位死區(qū)邏輯判別時(shí)，可以通過(guò)CT1A與CT1的CT極性對(duì)比來(lái)判斷故障點(diǎn)：若CT1A與CT1同極性，則為母聯(lián)區(qū)外故障，此時(shí)開放小差保護(hù)，母線保護(hù)A跳開故障母線，若CT1A與CT1極性相反，則為母聯(lián)死區(qū)故障。

若故障點(diǎn)位于K1，則CT1出現(xiàn)很大短路電流，CT1A無(wú)流，此時(shí)CT1退出小差計(jì)算，小差動(dòng)作跳I母負(fù)荷，故障切除。若故障點(diǎn)位于K2，則CT1A出現(xiàn)很大短路電流，CT1無(wú)流，此時(shí)CT1A退出小差計(jì)算，小差動(dòng)作跳II母負(fù)荷，故障切除。

B套母差保護(hù)合位死區(qū)動(dòng)作邏輯如圖8所示。當(dāng)B套大差保護(hù)判斷為區(qū)內(nèi)故障時(shí)，母線保護(hù)瞬時(shí)跳開母聯(lián)，并開放延時(shí)判斷故障點(diǎn)是否位于母聯(lián)死區(qū)。

圖8 B套母差保護(hù)合位死區(qū)動(dòng)作邏輯

在增加CT2B進(jìn)入合位死區(qū)邏輯判別時(shí)，可以通過(guò)CT2B與CT2的CT極性對(duì)比來(lái)判斷故障點(diǎn)：若CT2B與CT2同極性，則為母聯(lián)區(qū)外故障，此時(shí)開放小差保護(hù)，母線保護(hù)A跳開故障母線；若CT2B與CT2極性相反，則為母聯(lián)死區(qū)故障。

若故障點(diǎn)位于K1，則CT2B出現(xiàn)很大短路電流，CT2無(wú)流，此時(shí)CT2B退出小差計(jì)算，小差動(dòng)作跳I母負(fù)荷，故障切除；若故障點(diǎn)位于K2，則CT2出現(xiàn)很大短路電流，CT2B無(wú)流，此時(shí)CT2退出小差計(jì)算，小差動(dòng)作跳Ⅱ母負(fù)荷，故障切除。

對(duì)比2套母差保護(hù)在同一母聯(lián)死區(qū)故障點(diǎn)的動(dòng)作行為：故障點(diǎn)位于K1或K2時(shí)，2套保護(hù)同時(shí)跳母聯(lián)開關(guān)，經(jīng)短延時(shí)判斷故障點(diǎn)位置，同時(shí)動(dòng)作切除故障母線。

此種方式布置，可以在合位死區(qū)時(shí)只切除一條母線，就能隔絕故障點(diǎn)。且2套保護(hù)動(dòng)作邏輯相同，不會(huì)出現(xiàn)2套保護(hù)出口不同的情況。當(dāng)一套保護(hù)退出運(yùn)行的情況下，單套保護(hù)仍有只切除1條母線的優(yōu)勢(shì)。在圖8中，若B套母差退出運(yùn)行，由于A套母差保護(hù)CT1A與CT1布置于母聯(lián)兩側(cè)，動(dòng)作邏輯不變，仍可通過(guò)短延時(shí)切除故障母線，保留1條母線的運(yùn)行狀態(tài)。

充電死區(qū)保護(hù)邏輯如圖9所示。在充電死區(qū)原有保護(hù)邏輯中，同樣將CT1A和CT2B納入故障判別程序。母線保護(hù)通過(guò)I母與Ⅱ母電壓判斷一次設(shè)備充電方式，當(dāng)識(shí)別到I母運(yùn)行向Ⅱ母充電時(shí)，CT1與CT2B分別用于母差保護(hù)A與母差保護(hù)B的充電死區(qū)保護(hù)；母線保護(hù)識(shí)別到Ⅱ母運(yùn)行向I母充電時(shí)，CT1A與CT2分別用于母差保護(hù)A與母差保護(hù)B的充電死區(qū)保護(hù)。

圖9 充電死區(qū)保護(hù)邏輯

對(duì)比2套母差保護(hù)在同一母聯(lián)死區(qū)故障點(diǎn)的動(dòng)作行為：故障點(diǎn)位于K1或K2時(shí)，2套保護(hù)根據(jù)充電方式判斷故障點(diǎn)位置，同時(shí)跳母聯(lián)開關(guān)切除故障。

4 結(jié)束語(yǔ)

在雙母線接線工程設(shè)計(jì)中，采用母聯(lián)電流互感器常規(guī)布置，對(duì)于在死區(qū)或者交叉區(qū)域位置的故障點(diǎn)，都會(huì)存在2條母線被斷開的風(fēng)險(xiǎn)。本文在母聯(lián)CT雙側(cè)布置的基礎(chǔ)上，提出增加2組母聯(lián)電流互感器，分別引入2套母線保護(hù)的方式，增加了在母聯(lián)合位死區(qū)、充電死區(qū)的邏輯判據(jù)，實(shí)現(xiàn)了母線保護(hù)在各類母聯(lián)死區(qū)情況下的雙重化設(shè)計(jì)，提高了電網(wǎng)安全運(yùn)行的穩(wěn)定性。