摘要：母线是变电站的重要组成部分，是汇集电能及分配电能的重要设备。母线包括一次设备部分的主母线和设备连接线、站用电部分的交流母线、直流系统的直流母线、二次部分的小母线等。在母线上连接着发电厂和变电站的发电机、变压器、输配电线和调相设备等。如果母线故障不迅速切除，将引起事故进一步扩大，可能影响到电网的稳定，造成电力系统解列事故。
关键字：变电站；母线故障；保护
1变电站母线保护概述
微机母线保护原理是通过整定调整系数设置 TA 系数，提供相关数据判断母线保护与 TA 相关故障。结合差动保护原理，实际运行中流入母线的电流与流出母线的电流向量和为零，一旦母线出现短路故障，向量和等于故障电流。当故障电流被保护装置检测到后，选择性切除故障，将与母线连接的所有电力设备提供保护。目前 110kV 及以上电压等级系统均采用双母线方式，采用大差回路与小差回路共同组成的母线保护方式，直接反映出母线的单向故障与相间故障。母线的差动判据包括大差判据与小差判据，其中前者通过检测母线上出国母联断路器与分段断路器之外的所有线路电流和，小差判据则是检测母线上所有支路电流之和。大差判据主要用作启动元件；小差判据可以准确判断故障位置，因此一般用于选择软件。小差保护动作直接保护最先断开母联的断路器，接着断开与故障母线相连的所有线路上的断路器；而大差保护动作则是第一时间跳开母线上的所有断路器，但并不判断故障发生未知。基于最小影响考虑，实际中通常采用小差保护投入，判断故障母线未知。实际中为防止刀闸并列时出现环流出现误动作，倒母采用大差保护方式。母线保护装置主要包括逻辑处理、负压闭锁及管理三部分。逻辑处理通过采集系统分析相关数据逻辑后作出具体判断，给出相应的信号实现故障点断开；负压闭锁部门对母线电压信号进行检测，判断数据能否满足母线保护条件；最后管理部门则主要记录数据、人机交互等。
2母线故障案例
2.1故障经过
某220kV 变电站 220kV母线差动保护动作，将所有220kVⅠ母、220kVⅡ母的开关和母联开关都切除，导致了220kV变电站发生失压，同时，5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。
2.2保护动作行为分析
保护故障发生在 220kV 变电站的母联开关 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。
2.3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。
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（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B 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。
3 总结——母线保护动作的处理方法
当母线保护装置暂时停止使用时或者保护装置失灵时，母线及其连接的设备上发生故障时，母线保护不会动作，而由对侧开关跳闸造成母线失压时，应该联系调度，等待对侧对母线恢复供电。
当安装有母线差动保护且保护装置正常运行，当母线保护动作时，现场工作人员应根据仪表指示、故障录波、事件打印，继电保护动作状况及设备外观，及时判断出故障发生的原因及地点，特别要认真检查母差保护范围内的设备，有无爆炸、击穿、起火、冒烟、异物等。如果经判断是母线本身故障所引起的，对于非GIS设备，应将故障母线上的所有开关和刀闸拉开，将故障母线上元件倒至备用的母线上恢复送电，然后联系调度送电。如果经判断是连接在该母线上的元件故障所造成的，首先要把故障元件进行隔离，然后才能恢复对该母线送电。
考虑到母线故障时，由于故障电流很大，故障录波装置必然启动，如果经查看，故障录波装置上没有明显的故障电流电压波形，微机打印报告也无明显的故障电流电压波形，可以认为是母差保护误动。
如果母差保护动作信号能够复归，此时运行人员可暂时停用母差保护，然后请示调度后，对母线试送电，然后再对各个馈线逐一送电。如果母差保护动作信号不能复归，此时运行人员应检查母差保护装置有无异常、直流母线绝缘是否良好等。
当母线差动保护动作时，如果站内未发现任何问题，当能够确定是由于下级开关拒动引起母线越级跳闸时，应立即切除拒动的回路，然后恢复对母线恢复送电。在这个过程中，对单电源供电的母线，经调度同意后，可以强送一次；对于一用一备电源供电的母线，可以用备用电源对母线供电；对两个或多个电源供电的母线，应立即拉开母线上的所有开关，联系调度后，由检修人员进行处理。
如果母线保护动作后，经查找是运行人员误动误投切压板引起的，此时应立即停止手头的操作，经调度同意后，把保护回路和压板恢复到操作前的运行状态。
对于GIS设备，考虑到GIS设备的特殊性，当母差保护动作时，一般都是永久性故障造成的，而且也无法快速查找出故障点，此时，为了避免处理母线故障时扩大停电范围，在进行倒闸操作时，应将故障母线上所有的馈电线路退出运行，禁止通过母联开关对故障母线充电，这是因为当充电到故障点上时，对GIS设备冲击太大，容易损坏设备。除此之外，当母线发生故障时，还应对母差保护范围内的气隔用化学检测法进行测试，根据测得的SF6气体的分解情况，从而判断出到底是哪个气隔发生了故障，将故障气隔隔离后，把其它间隔倒至备用的母线运行。
参考文献：
[1]张保会，尹项根.电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，2008.
[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.
论文作者:郭丹,贾庚,李瑞荣,薛毅赳
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/28
标签：母线论文; 故障论文; 电流论文; 动作论文; 变电站论文; 回路论文; 判据论文; 《电力设备》2018年第22期论文;