摘要：变电站母线是电力系统中的重要组成元件，当母线上发生故障时，母线保护将连接在故障母线上的所有元件快速切除以隔离故障，防止停电范围扩大，保证电力系统安全稳定运行。本文分析了一起因电容器投切引起的35kV母线保护误动作案例，提出要加强继电保护等二次设备例行检修，确保设备安全可靠运行。
关键词：母线；继电保护；电容器
Abstract:The substation bus is an important component of the power system.When a fault occurs on the busbar,Bus protection will quickly remove all components connected to the bus,prevent the power outage range from expanding.This paper analyzes a case of 35kV busbar misoperation caused by a capacitor switching,and proposes to strengthen the overhaul protection to ensure the safe and reliable operation of the equipment.
Keywords:bus；relay protection；capacitor
1、引言
母线是变电站的重要设备，在电力系统中起着非常重要的作用。母线差动保护反映母线上各连接单元TA二次电流的向量和。在正常运行或母线外部发生故障时，各连接单元的电流有流向母线的，有从母线流出的，各支路电流向量和为零；当母线发生故障时，各连接单元的故障相电流流向母线（电源支路）或降为零（负荷支路），各支路电流向量和不再为零。母线故障时母线保护可靠动作，而母线外故障时母线保护可靠不动作。
1.1 母线差动保护的基本原理
双母线接线的母线差动保护采用总差动作为差动保护总的启动元件，能够有效区分母线故障和外部短路故障。采用I母分差动和II母分差动作为故障母线的选择元件，能够区分出I母线故障还是II母线故障。总差动的保护范围涵盖了各段母线，因此总差动也常被称为“总差”或“大差”；分差动因其保护范围只是相应的一段母线，常称为“分差”或“小差”。
1.2 复式比率差动母线保护的动作判据
比率制动原理的母线差动保护，采用一次的穿越电流作为制动电流，克服区外故障时由于电流互感器TA误差而产生的差动不平衡电流，在电力系统中得到广泛应用。微机型母线差动保护一般采用完全电流差动保护原理。完全电流差动是指将母线上的全部连接元件的电流按相均接入差动回路。决定母线差动保护是否动作的电流量是动作电流和制动电流。
制动电流是指母线上所有连接元件电流的绝对值之和Ires。
动作电流是指母线上所有连接元件电流相量和的绝对值Id。
Ij为各元件电流二次值(相量)，Id为动作电流幅值，n为出线条数，Ires为制动电流幅值。
复式比率差动母线保护的动作判据：
制动电流采用复合制动电流，在发生区内故障时因Ⅰd≈Ⅰres，复合制动电流|Ⅰres-Ⅰd|≈0，保护系统无制动量；
在发生区外故障时Ⅰres>>Ⅰd，保护系统有极强的制动特性。
图1 母线保护动作逻辑框图
2、案例描述
2017年10月15日9时20分，某供电公司某220kV变电站35kV母线差动保护动作，造成35kV#2母线失压。
2.1 故障前35kV系统运行方式及设备运行状况
2.1.1 故障前运行方式
该变电站35kV#1母线、#2母线分列运行，#1主变带#1母线负荷，#2主变带#2母线负荷；1#主变、开发I线、水厂I线、钢铁线、#1电容器和#1所用变运行在35kV#1母线，#2主变、开发II线、水厂II线、纺织线、#2电容器和#2所用变运行在35kV#2母线。
2.1.2 相关保护的投入情况
（1）35kV母线保护投入
装置型号：BP-2A型，软件程序版本：
差动元件V2.05，闭锁元件V2.04
（2）35kV线路电容器保护投入
装置型号：线路保护为CSC-211，电容器保护为RCS-9631
（3）#2主变35kV侧后备保护投入
装置型号：LFP-973F
2.1.3 35kV母线保护相关定值
比率差动门坎2.0安
电流突变定值2.5安
CT断线门坎0.75安
差动保护低电压定值35伏
差动保护负序电压定值4伏
差动保护零序电压定值10伏
主变间隔CT变比1500/5
线路、电容器间隔变比400/5
2.1.4 负荷情况
35kV开发II线带两座35kV变电站负荷，水厂II线带一座35kV变电站负荷，纺织线带一座用户变电站，均无冲击性负荷。故障前#2主变负荷电流为93A，#2电容器组的串联电抗器按6%容量配置，正常电流为160A。
2.2 35kV母线保护动作及相关设备检查情况
2.2.1 35kV母线差动保护动作情况
35kV母线差动保护动作，#2主变35kV侧0832开关、开发II线0834开关、水厂II线0837开关、纺织线0838开关、#2电容器0839开关掉闸（所用变间隔无断路器），35kV2#母线失压；35kV母差保护装置显示“Ⅱ母C相差动动作”，母差保护装置跳闸出口L2、L4、L7、L8、L11、L13、LK信号灯亮，差动跳Ⅱ母信号灯和PT断线告警信号灯亮。
2.2.2 相关一二次设备检查情况
该站35kV系统设备为敞开式布置，根据现场设备情况，综合相关的保护报告，分别对相关一二次设备进行了检查、试验。
（1）对35kV#2母线、全部断路器、隔离开关、CT、PT、#2所用乃至各个支持瓷瓶进行全面检查，均未发现故障点。
（2）35kV#2母线绝缘试验（用2500V摇表检测），A相：250兆欧B相1000兆欧C相300兆欧，均合格，满足设备运行要求。
（3）故障时全部35kV线路和电容器保护装置、#1主变和#2主变35kV侧后备保护装置、故障录波器装置均未启动，检验传动相关保护均能正确动作，未发现异常。根据一二次设备检查试验情况，排除35kV母线和线路等一次设备故障造成母差保护动作的可能。
2.2.3 母线保护装置详细检查及处理经过
借助专用分析软件调取母线保护装置动作录波与记录，发现保护动作期间L2（#2主变）间隔的C相无电流，导致C相出现大差电流；查看装置电压闭锁记录，发现母线保护动作时有短时电压开放。
现场检查母线保护装置发现，L2间隔的C相电流采样显示为0.0A，A相为0.4A，大差C相和Ⅱ母C相都有0.4A，A相差流为零。用钳表测量屏柜L2间隔外部电缆有0.4A电流，可以确定产生差流的原因为保护装置C相采样通道硬件故障，该保护装置已运行11年。由于CT断线定值是0.75A，而负荷电流为0.4A，因此电流回路异常后不能发出告警。对照电压开放出现的时刻检查自动化监控系统记录，发现当时有投入#2电容器操作。
更换35kV母线保护装置模数转换插件后进行补充检验，装置和支路电压电流采样幅值、相位均正确，模拟母线区内、区外故障，保护装置动作行为正确，经严格检测，判断装置满足现场运行要求后重新投入运行。
2.3 35kV母线保护动作原因分析
检查中发现35kV#2电容器在投入时通常会出现约250ms的电压闭锁元件开放，原因是投入35kV#2电容器时，造成#2母线电压存在暂态不平衡而短时出现零序或负序电压，达到保护定值，从而闭锁元件开放。
#2电容器组电抗器按6%容量配置，投入时瞬时冲击电流约为额定值的4至5倍，约为640-800A，同时因#2主变C相采样为零，造成保护出现C相差流并达到差动动作电流定值。
母线保护动作行为分析：L2、L4、L7、L8、L11、L13间隔在Ⅱ母上运行，L13间隔为#2电容器。#2电容器投入时造成母线电压暂时开放，并产生较大充电电流，而Ⅱ母上其他间隔电流较小（L4为开发II线、L8为水厂II线，L7纺织线近乎空载，L11为所用变），同时由于L2主变间隔C相电流采样异常，C相出现较大差流（从下面录波图可看出L13间隔在电容器充电时初始谐波分量很大，导致差流达到2A动作门槛），满足差动保护动作条件，35kV母线保护动作。
结论：35kV母线保护装置模数转换插件故障造成#2主变间隔C相电流采样异常，在#2电容器投入时母线电压出现暂态不平衡和瞬时冲击电流作用下引起母线保护误动。
图2 保护装置录波波形
具体保护录波波形详见图2。
2.4防范措施
该公司仍有11套BP-2A型母线保护，均运行10年以上，元器件濒临老化，存在运行风险。事故发生后，立即采取以下措施：
（1）对上述11套BP-2A型母线保护进行专项检查，重点检查电压电流采样有无异常，并对全部支路进行加压、通流试验，及时发现处理设备隐患。
（2）对全部母差保护定值进行核查，检查CT断线定值与负荷电流配合情况，适当降低该项整定值以提高装置灵敏度，及时发出CT断线告警信号。
3、结束语
通过分析可以看出，二次元器件的老化，会直接影响继电保护装置的正常运行，甚至会引起装置误动或者拒动。因此，对二次设备按周期进行检修、更换，尤其是相关的插件、板卡进行详细的检查对保持设备健康水平和电网安全稳定运行是必不可少的。但是伴随大电网的区域互联，受电网运行风险和供电可靠性的影响，停电进行大修技改工作会变得愈发困难，这就要求进一步推进二次设备的状态化智能检修，以提高设备运行可靠性。
参考文献：
[1]陈刚，钱碧甫，王策.一起CT断线告警引起母线保护退出运行的故障分析[J].电工电气,2014（11）.
[2]杨继明，刘高会，吴艳军，陈永耀，席湘林.BP-2B与RCS-915AB母线差动保护的原理分析及应用[J].电力科学与工程,2011（7）.
论文作者:张涵
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/12
标签：母线论文; 电流论文; 差动论文; 电容器论文; 故障论文; 动作论文; 间隔论文; 《电力设备》2018年第13期论文;