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摘要：文章介绍220kV 母线保护的基本原理，详细分析事故经过和保护动作情况，针对事故原因提出改进措施。
关键词：220kV；母差保护；故障；措施
0 引 言
母线保护装置是极其重要的二次设备，其拒动与误动对于电力系统来说，都具有非常严重的危害性。通过分析多次母线故障的处理过程，尽管调度运行人员已经可以较为全面地认识到一次设备误操作而带来的危害性，但是，在不同运行方式下，对于母线差动保护动作行为的认识方面，仍然是比较模糊的。自从 220kV 变电站 220kV母差保护动作事故发生后，在故障未调查清楚的情况下，一般调度运行人员会将线路间隔 T 区充电，保证安全以后，再将该条线路倒换到另一正常母线上。然而在有些情况下该做法不可行，甚至还可能会导致保护误动作。因此，解决母差保护动作事故关键在于深入分析 220kV 母差保护的动作原理，提出针对性的处理办法和改进措施。
1 220kV 母线保护的基本原理
1.1 动作原理
基尔霍夫电流定律是差动保护分析的基础。在理想的情况下，保护范围外或者正常运行而发生故障的时候，流入与流出母线的电流是相等的，即电流差为零；当在保护范围内发生故障的时候，电流差与故障电流相等。然而，在实际的工程中，受CT 饱和、CT 传变误差等因素的影响，对差动继电器的动作电流进行整定时，通常是按照躲开外部故障的最大不平衡电流来计算的。
母线大差回路与小差回路是母线差动保护差动回路的两种类型。其中母线大差回路指的是除了母联开关和分段开关以外，所有支路电流组成的差动回路；某段母线的小差回路指的是连接在该段母线上包括母联开关和分段开关在内的所有支路电流而构成的差动回路。判别母线区内和区外故障时使用母线大差比率差动，选择故障母线时使用小差比率差动。
1.2 母线保护产品的型号
某电网的 220kV 母线差动保护采用的是南京电力自动化设备总厂的 WMZ-41 母线保护装置，已经运行了十年，基本已达到运行的年限了。
1.3 母线的运行方式
接双母线或者分段母线时，大差不需要考虑刀闸的位置，计入所有的连接设备，小差则依据各个连接元件刀闸位置，来计算两母线小差电流。而判别母联开关则依据的是其 TWJ 状态。
如图 1 所示，L1 为双母线上的一条支路，G1、G2 为其隔离开关，母差保护开入插件接 G1、G2 的辅助触点。高电平“1”时开关合上，低电平“0”时开关断开。连接设备 L1 的具体运行状态如下：
图 1 母线运行状态示意图
当 G1 和 G2 都是 0 时，L1 停运；当 G1 是 0，G2 是 1 时，L1在Ⅱ母线运行；当 G1 是 1，G2 是 0 时，L1 在 I 母线运行；当 G1和 G2 都为 1 时，L1 同时在 I、Ⅱ母线运行。
母联开关状态：当 TWJ＝0 时，不管其两侧的刀闸是否合上，都表示该母联开关在运行；当 TWJ＝1 时，不管其两侧的刀闸是否合上，都表示该母联开关停止运行。若母联开关处于正常运行的状态（双母并列方式），那么在故障母线选择时小差会把母联开关的电流计入；如果母联开关处在分位（双母分裂运行），在故障母线选择时小差不会把母联开关的电流计入。
2 事故经过和保护动作情况
某日，220kV 变电站 220kV 母线差动保护动作，将所有220kVⅠ母、220kVⅡ母的开关和母联 2012 开关都切除，导致了220kV 变电站发生失压，同时，6 个与该变电站有电气联系的110kV 变电站也发生失压。检查现场时发现母联三相的开关构架和气动机构储压罐的连接处出现烧黑，很明显有放电痕迹。双母线母联单 CT 母差保护作为二次保护配置，型号为南瑞BP～2B 型的保护装置。放电的迹象说明，母联开关的外部存在故障，即母线故障。
通过查寻录波文件和保护动作记录，发现从故障发生到40ms 的时候，Ⅰ母和Ⅱ母的母线 B 相电压下降到几乎为零，而所有的间隔 B 相电流则明显变大，因此，判断有 B 相接地故障发生。
在 40ms 后，Ⅰ母三相电压变成零，挂Ⅰ母运行的所有间隔三相电流变成零，Ⅱ母 B 相电压仍然几乎是 0。母联间隔 B 相电流则变大。
在 195ms 之后，Ⅱ母三相电压变成零，挂Ⅱ母运行的间隔三相电流变成零，母联电流也变为零。
3 保护动作行为分析
保护故障发生在 220kV 变电站的母联 2012 开关 B 相，故障初始阶段，大差与Ⅰ母小差是有差电流的，故障电流的有效值大约是 21.2kA，大于母差保护差流的整定值 2.4kA；在故障持续了 40ms 之后，Ⅰ母差动的保护动作在先，跳开了挂Ⅰ母所有的间隔开关。
在故障发生 40ms 之后，因为母联 B 相依然有故障电流存在，而母联开关却已经跳开了，从保护的角度判断，这是 CT 与母联开关之间出现了死区故障。这时候，Ⅰ母小差动作和母联开关会发生跳闸，母联 CT 却还有电流，此时，Ⅱ母故障电流的有效值大约是 14.4kA，大约在故障发生 98ms 的时候，可判断母差保护发生了母联死区的故障，BP～2B 依据母联开关状态延时了 50ms 来封母联 CT，此时，Ⅰ母小差电流就消失了，Ⅱ母则出现了差流，在 195ms 的时候，Ⅱ母小差动作则又跳开了挂Ⅱ母的间隔开关，至此故障被完全切除了。
4 事故原因剖析
从继电保护的角度来看，不管是理论分析，还是根据录波数据推断，都说明是由母联死区发生故障而引起的保护动作事故。但是，表象问题却得不到合理的解释。开关的外部有放电的痕迹，这说明有接地故障存在，而此故障点却不在死区位置，这属于母线故障。这样一来，保护动作行为就是误动。从不同的角度出发，可以得出不同的结论，这正是问题的关键所在。以下从继电保护和检修两个专业角度进行深度调查分析：
（1）继电保护专业的调查
①查看值班记录本，并没有工作人员在工作中的失误。
②核对装置的定值与保护定值单，无误。
③核对母线保护外部的二次回路接线方式，无误。
④测试母线保护的二次回路和 CT 回路的绝缘性，其值都超过了 80MΩ，说明其绝缘很好，能够满足运行规程的要求。
⑤检查母差 CT 的二次回路接地，能够满足有关规程的要求。
⑥检查 220kV 线路端子箱与主变端子箱二次回路，均完好，没有漏水及放电烧伤的痕迹。
⑦查阅运行记录，除 220kV 线路 F4 发生瞬时故障外，该220kV 变电站 220kV 母线连接的一次和二次设备都没有闪烙点出现。
（2）检修专业的调查
检修专业的人员抽取了母联 2012 开关三相气室里的 SF6气体，并对其进行成份分析，分析结果发现 B 相开关气室里的气体内含有大量的氟化亚硫酰和二氧化硫，这些气体是强电弧放电拉弧的 SF6气体分解后的产物。这表明开关的内部有严重的放电情况发生过。
为了调查处事故的真相，变电部门解剖了开关，在 B 相开关的内部发现有灼烧痕迹与大量烧灼物。由此断定是母联2012B 相开关主导体对开关的金属外壳进行了放电。而 故障电流又比较大，一部分电流通过 B 相开关构架注入到了地网，另一部分则经过开关气动机构储压罐的连接管经过 A 相、C相的开关构架注入到了地网。由于开关构架和气动机构储压罐连接处的焊接面积小，当较大电流通过时，就会有灼烧现象出现。
5 改进措施
在该案例中，母联 CT 采用的是单 CT 接线的方式，CT 同时接到了Ⅰ母小差与Ⅱ母小差当中。当死区故障发生的时候，延时检测母联开关位置处的 CT，从而将原则上本会跳开的母线切除了。该过程的主要缺点是在切断母联的时候，也把不应停运的另一条母线给切除了，扩大了停电范围。针对以上缺点，本文提出了相应的改进措施。配置时将母联双 CT 交叉接线，CT 交叉算入到小差回路中。将母联双 CT电流瞬时值的绝对值作为起动判据。绝对值大约为零的时候，判断母线出现故障，相应母线小差的出口出现跳闸，瞬时将故障切除；当其绝对值达一定值的时候，判断出现死区故障，此时跳母联，在母联开关分位确认之后，再封母联双 CT，大差依然启动，死区位置一侧有母线小差动作，电压闭锁则开放，故障切除。这样一来，另一个母线小差则不动作，少切掉一条母线。如此能够保证少切除正常母线，减小停电范围，提高了供电可靠性。
6 结束语
220kV 母差保护动作方式比较特殊，而不同厂家的母差保护型号和动作结果可能不同。在实际电网运行中，电网调度员要求对母差保护的动作原理非常熟悉，对于不同厂家的保护型号也要有一定的了解，这样才能正确处理母差保护事故，保证电网的安全稳定运行。
参考文献：
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［2］ 陈喜峰，库永恒，闫启祥.某 220kV 变电站 220kV 母差保护动作事故分析［J］.继电器，2007（5）：72~74.
［3］ 刘奇，林少华，黄志元.220kV 母线保护动作分析及事故处理［J］.电力系统保护与控制，2010（17）：153~157.
论文作者:翟胤魏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/22
标签：母线论文; 故障论文; 电流论文; 动作论文; 回路论文; 死区论文; 发生论文; 《电力设备》2017年第25期论文;