摘要：双母线运行是常见的接线方式，特别是现在线路的潮流越来越复杂，给母线保护提出了更高的要求。本文选择两种不同判据的母差保护装置作对比，两者各有优劣，互为冗余配置，提高了母线故障的动作可靠性。同时也介绍了使用中的一些改进。
关键词：数字式母差保护 动作判据 抗饱和
发电厂和变电所的母线是电力系统中的一个重要组成元件，当母线上发生故障时将使连接在故障母线上的所有元件在修复故障母线期间，或者转换到另一组无故障母线上运行以前被迫停电。此外，在电力系统中枢纽变电所的母线上故障时，还可能引起系统稳定的破坏，造成严重的后果。母线上发生的短路故障可能是各种类型的接地和相间短路故障，在110KV及以上的双母线和分段单母线上应装设专用的母线保护。
一、母差原理
为了满足继电保护速动性和选择性的要求，母线保护是按差动原理构成的，适用差动保护的基本原则，即：
（1）在正常运行以及母线范围以外故障时，在母线上所有连接元件中，流
入的电流和流出的电流相等；
（2）当母线上发生故障时，所有与母线连接的元件都向故障点供给短路电
流或流出残留的负荷电流：
（3）从每个连接元件中的电流的相位来看，在正常运行及外部故障时，至
少有一个元件中的电流相位和其余元件中的电流相位是相反的。具体来说，就是电流流入的元件和电流流出的元件中电流的相位相反。而当母线故障时，除电流等于零的元件以外，其他元件中的电流是接近同相位的。
根据原则（1）和原则（2）可构成电流差动保护，根据原则（3）可构成电流比相式差动保护。
按照母线差动保护装置差电流回路输入阻抗的大小，可将其分为低阻抗母线差动保护（一般为几欧）、中阻抗母线差动保护（一般为几百欧）和高阻抗母线差动保护（一般为几千欧）。常规的母线保护及目前使用的数字式母线保护均为低阻抗母线差动保护。因为低阻抗母线差动保护装置比较简单，一般采用先进的、久经考验的判据，系统的监视比较简单。但是低阻抗母线差动保护在外部故障使TA饱和时，母线差动继电器中会出现较大不平衡电流，可能使母差保护误动作。目前数字式低阻抗母线保护通过采用TA饱和识别和闭锁辅助措施，能有效防止TA饱和引起的误动。数字式低阻抗母线保护在我国电力系统中得到了广泛的应用。
二、动作判据对比
目前我厂根据电网要求替换了两套母差保护装置，即南瑞继保的PCS-915B和深圳南瑞的BP-2C-NW，虽然采用了不同的判据和算法，但都是以差动电流为基本原理。数字式母线差动保护普遍采用传统比率制动特性、复式比率制动特性、故障分量比率制动特性等方式。保护的差动回路包括母线大差回路和各段母线小差回路，母线差动保护由分相式比率差动元件构成，母线大差保护用于判断母线区内和区外故障，小差保护用于故障母线的选择。
为了提高保护抗过渡电阻能力，减少保护性能受故障前系统功角关系的影响，PCS-915B采用常规比率制动差动元件和由工频变化量电流构成的工频变化量差动元件相配合的快速差动保护，动作判据为：
当大差高值和小差低值同时动作，或大差低值和小差高值同时动作时，工频变化量差动元件动作。工频变化量取自于分相电流瞬时值与所对应的固定值和浮动值之和的对比，可以避免故障前的负荷电流对制动特性产生的不良影响，提高保护的灵敏度。
常规比率制动特性母线差动保护是利用穿越性故障电流作为制动电流来克服差动不平衡电流，以防止在外部短路时差动保护的误动作，但是母线内部故障时，差动继电器也有制动电流，加大了制动量，降低了保护的灵敏度，所以发展出了复式比率制动特性母线差动。深圳南瑞的BP-2C-NW就采用了此特性，其动作判据为：
由于在判据中引入了差电流，在理想条件下，母线外部短路时第一式的左边为零，保护不动作：在内部故障时，第二式的右边近似为零，保护可靠动作。则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故障区域。
为了防止母线保护在母线近端发生区外故障时TA严重饱和的情况下发生误动，需要设置TA饱和检测元件：
南瑞继保的PCS-915B设置两个检测元件，一个是采用自适应阻抗加权算法，基本上利用了TA饱和的同步识别法。即当母线区外故障时，无论故障电流多大，TA在最初故障的瞬间（1/4周波内）都不会饱和，在饱和之前差电流很小，母线差流元件不会误动，若以母线电压构成差动保护的启动元件，在故障发生时则可以瞬时动作，两者的动作有一段时间差；当母线区内故障时，差电流增大和母线电压降低同时发生，利用此特点可识别故障区域。另一个是采用谐波制动原理，具有极强的抗TA饱和能力，对一般转换性故障（故障由区外转到区内）和在TA饱和时发生同名相转换性故障的极端情况都具有快速切除故障的能力。
深圳南瑞的BP-2C-NW检测元件使用基于暂态饱和全程测量的可变特性差动算法，根据母线区外和区内故障时TA饱和情况下△Id和△Ir的动作时序截然不同，并且在饱和时虽然差电流波形畸变，但每周波都存在线性传变区，暂态饱和波形中存在丰富的谐波分量，准确测出饱和发生的时刻，并实时调整差动相关算法，来达到抗TA饱和的目的。这是利用波形特性和线性传变区的综合算法下的抗饱和方式，对准确判断饱和时刻的能力要求较高。
两套装置的动作原理没有优劣之分，都是建立在基尔霍夫电流定律的基础之上，反映了各个连接元件电流的相量和，只是启动时引入的制动量不同，目的是消除或减少差动保护的影响因素，提高保护的灵敏度。如何抗TA饱和的措施仍在发展中，随着电子设备和算法的更新换代，可靠性进一步提高。一套完整的母差保护装置还包括了母联（分段）过流保护、充电保护、非全相保护、失灵保护，母联死区保护，启动分段失灵及断路器失灵保护。同时为了在双母线上连接元件在系统运行中经常切换的情况下正确实现母差保护，加入了利用隔离刀闸辅助触点来判断母线运行方式，并可对辅助触点自检的功能。
三、应用心得
两套新母差保护装设于继保室，信号引至一期网控屏并和中调联网。运行人员要注意的是在合上或分开220KV线路及变压器间隔的刀闸后，在两套母差保护屏的相应母差及失灵保护装置模拟盘检查刀闸指示在正确位置，然后按屏上“刀闸位置确认”按钮，通知母差保护读取正确的刀闸位置；合上220KV母联及分段间隔的开关后，在两套母差保护屏的相应母差及失灵保护装置“接点输入量”检查开关状态开入正确；母联或分段开关检修时，切开关之前投入两套母差保护屏的相应开关的“投XX开关检修状态”压板，检修结束投运母联或分段开关前退出该压板；在倒闸操作时，取下母联开关的控制保险前，必须先投入两套母差保护屏的大差保护屏相关母线的“母线互联”压板；在用母联开关给空母线充电的操作票中，操作前投入以下保护压板：5LP1跳闸一、5LP2跳闸二、5LP4投充电保护、5LP6投过流保护、5LP10充电过流动作一、5LP12充电过流动作二，操作后退出以上压板。以上压板为母联保护（RCS-923）保护屏上压板，非母差保护屏压板；在用分段开关给空母线充电的操作票中，操作前投入以下保护压板：5LP1跳闸一、5LP2跳闸二、5LP4投充电保护、5LP6投过流保护、5LP10充电过流动作一、5LP12充电过流动作二、5LP14充电过流动作三、5LP16充电过流动作四，操作后退出以上压板。以上压板为分段保护（RCS-923）保护屏上压板，非母差保护屏压板。
当前两套装置经过长时间的应用在多次的220KV系统刀闸和断路器的操作或维护中工作良好，由于采用了软件计算，排除了传统继电器误动拒动的可能性，在实际中证明了其可靠性。
论文作者:刘 嘉
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/9/26
标签：母线论文; 故障论文; 电流论文; 差动论文; 元件论文; 压板论文; 动作论文; 《城镇建设》2019年第16期论文;