0 引言
母線差動保護是確?？焖俣羞x擇性地切除母線故障，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要保護。差動保護是利用基爾霍夫電流定律工作的，當母線正常工作和區(qū)外故障時，母線就相當于一個節(jié)點，流入的電流和流出的電流相等，差動保護不動作。當母線故障時，掛在母線上有電源的線路向母線提供短路電流，差動保護感受到的二次電流和正比于故障點電流，差動保護動作。
華北油田任東220kV站110kV側原為雙母線接線方式，母差保護為BP-2A微機型，后因供電方式需要改為雙母線單分段接線形式，因此，母差保護無疑必須配合一次接線進行相應調(diào)整，但如何結合產(chǎn)品對軟、硬件進行升級?如何檢驗動作過程?分析、判斷差動保護的運行情況?是值得深入探討研究的新課題。
1 110kV主接線改造簡介
任東220kV主接線的改造情況為：
1.1原110kV母線為110kV4、110kV5雙母線，根據(jù)供電方式需要，將原110kV4母線一分為二，分別稱為110kV4甲和110kV4乙母線。
1.2拆除原母聯(lián)145間隔設備，將其間隔改造為分段間隔，裝設隔離開關144-4甲、144-4乙、電流互感器、分段斷路器144。
1.3將原1個出線間隔改造為母聯(lián)145間隔，與原145布局不同的是電流互感器改在145斷路器與145-5隔離開關間。
改造后的110kV主接線簡圖見圖1。
圖1 110kV主接線簡圖
2 雙母線單分段差動保護邏輯設計
BP-2A微機母差保護裝置為復式比率差動保護，功能非常強大，可以實現(xiàn)母線差動保護、母聯(lián)充電保護、母聯(lián)過流保護、母聯(lián)失靈及死區(qū)保護、斷路器失靈保護等功能。主接線改造后，這些功能都要進行相應調(diào)整。本文只討論差動保護和分段、母聯(lián)失靈及死區(qū)保護的邏輯框圖設計，其余內(nèi)容不做討論。
原雙母線差動保護邏輯框圖見圖2。
差動回路由1個母線大差動和2個母線小差動組成。母線大差動是指除母聯(lián)145以外的母線上所有支路電流所構成的差動回路，某段母線小差動是指與該段母線相連接的各支路電流構成的差動回路，包括與該段母線相連的母聯(lián)145二次電流。
主接線變化后，差動保護必須適應這種變化，當母線發(fā)生故障后進行正確選擇跳閘，以可靠隔離故障點。具體來說就是：4甲母線故障跳144及該母線所有分支斷路器;4乙母線故障跳144、145及該母線所有分支斷路器;5母線故障跳145及該母線所有分支斷路器。
據(jù)此將邏輯框圖設計為圖3。
圖3 雙母線單分段差動保護邏輯圖
和原雙母線保護一樣，通過大差動判別區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障，通過各段小差動來選擇故障母線。母線大差動是指除分段144、母聯(lián)145以外的母線上所有支路電流所構成的差動回路，某段母線小差動是指與該段母線相連接的各支路電流構成的差動回路，包括與該段母線相連的分段144、母聯(lián)145二次電流。電流互感器的極性接法是至關重要的，規(guī)定母聯(lián)145電流互感器極性以電流從5母線流向4乙為正，分段144電流互感器極性以電流從4甲母線流向4乙母線為正，所有線路電流互感器極性以線路側流入母線為正。具體的母線小差計算公式如下所示：
差動電流Id為各支路電流的矢量和取模值，制動電流Ir為各支路電流矢量取模值的和。在制動量的計算中引入差動電流，使得該繼電器在區(qū)內(nèi)故障時無制動，而在區(qū)外故障時有極強的制動特性，能非常明確地區(qū)分區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障。復式比率差動繼電器的動作判據(jù)為[1]：
為防止在母線分列運行的情況下，弱電源側母線發(fā)生故障時大差比率差動元件的靈敏度不夠，比率制動系數(shù)設定高、低兩個定值，當母聯(lián)及分段斷路器均處于合閘位置時大差比率差動元件采用比率制動系數(shù)高值，而當母線分列運行時自動轉用大差比率制動系數(shù)低值;小差始終采用比率制動系數(shù)高值。
母線大差動的構成不受母線運行方式變化的影響，而各段母線小差動，則是根據(jù)各支路的隔離開關位置，由母線運行方式自適應環(huán)節(jié)來自動地、實時地進行組合。因此，為防止母線故障時，故障母線的進線隔離開關消失導致母線小差無法達到動作條件，母差保護另設一后備段，當母線大差動動作，且無小差動作，則經(jīng)過250ms切除母線上所有的元件。
3 分段、母聯(lián)失靈及死區(qū)故障問題
該站一次設備布局144電流互感器在靠近4甲母線側，145電流互感器在靠近5母線側。例如，若故障點發(fā)生在144電流互感器和144斷路器間，根據(jù)公式(2-1)、(2-2)、(2-3)，母差保護會判4乙母線小差動有差流，而4甲母線小差無差流，從而跳開4乙母線上各支路斷路器和分段斷路器，而故障點依然存在;若4乙母線發(fā)生故障，母差動作但144拒跳，4甲母線小差也無差流。雖然這類故障的概率相對較小，但將給系統(tǒng)穩(wěn)定帶來嚴重影響，必須充分考慮解決措施，進一步切除真正的故障點。145同樣可能發(fā)生類似144的問題。為此，設計母聯(lián)、分段失靈保護與母聯(lián)、分段死區(qū)保護。
當保護向母聯(lián)發(fā)跳令后，經(jīng)整定延時母聯(lián)電流仍然大于母聯(lián)失靈電流定值時，母聯(lián)失靈保護經(jīng)相應母線電壓閉鎖后切除對應母線上所有連接元件。母聯(lián)失靈保護邏輯如圖4所示。
母聯(lián)死區(qū)保護分母聯(lián)跳位死區(qū)保護與母聯(lián)合位死區(qū)保護。當母聯(lián)斷路器在合位時，若母聯(lián)斷路器和母聯(lián)電流互感器之間發(fā)生故障，在差動保護發(fā)母線跳令后，母聯(lián)斷路器已跳開而母聯(lián)斷路器仍有電流，且大差比率差動元件及斷路器側小差比率差動元件不返回的情況下，延時150ms跳開另一條母線。
當兩母線都有電壓且母聯(lián)在跳位時母聯(lián)電流不計入小差。此時根據(jù)公式(2-1)、(2-2)、(2-3)便可選擇出正確的故障母線，從而保證只切除故障母線，避免了事故范圍的擴大。母聯(lián)跳閘位置繼電器為三相常開觸點(母聯(lián)斷路器處跳閘位置時觸點閉合)串聯(lián)。同時特別提出，判斷分段、母聯(lián)斷路器合分狀態(tài)，應通過斷路器輔助觸點而不應通過144、145保護裝置內(nèi)的合閘位置繼電器、跳閘位置繼電器觸點，因為繼電器易受直流影響。母聯(lián)死區(qū)保護邏輯圖如圖5所示。(以分段斷路器144為例)
4 帶負荷測試分析
母線差動保護實現(xiàn)方式相對復雜，設計、安裝、整定過程中的疏漏如線接錯、極性弄反尤其是分段或母聯(lián)電流互感器的極性最易弄錯，若不能及時發(fā)現(xiàn)，當系統(tǒng)無故障或區(qū)外故障卻引發(fā)母差保護誤動造成母線全停的后果是非常嚴重的。按照邏輯圖，生產(chǎn)廠家對程序開發(fā)和硬件進行改造后，必須經(jīng)過模擬區(qū)內(nèi)故障可靠動作、模擬區(qū)外故障可靠制動的傳動試驗和對母線差動保護進行帶負荷測試，才能正式運行。本文不討論傳動試驗方法、過程。
帶負荷測試主要分析、判斷、檢查差動保護電流回路極性組合的正確性和差流是否正確，對保證母差保護安全、可靠運行至關重要。
4.1檢測出線極性組合的正確性
將標準電流表、電壓表、相位表分別接入各二次回路，結合控制屏上的電流、有功、無功功率表數(shù)據(jù)，與BP-2A液晶顯示屏顯示的各電流的幅值和相位等數(shù)據(jù)進行對比，核實電流互感器變比、分析判斷極性正確與否。
4.1.1 144和145分位、101、120、156、111、112、113、115斷路器掛4甲母線;102、116、146、117、103、118斷路器掛4乙母線。
電流、電壓幅值檢測通過表計及母差保護顯示屏顯示數(shù)據(jù)相互對比。
角度檢測結合負荷潮流進行。如：101線路向母線送出有功80MW、無功60Mvar，101電流互感器極性以流入母線為正，則其二次電壓、電流夾角φ=Arctag(60/80)=37°;母線向線路111送出有功80MW、無功60 Mvar，111電流互感器以流入母線為正，則其二次電壓、電流夾角φ=-Arctag(60/80)=-37°。
檢測大差、4甲母線小差、4乙母線小差應為零。
4.1.2 144和145分位、101、120、156、111、112、113、115斷路器掛5母線。
進行各支路電流幅值及相位、大差及5母線小差檢測。
4.1.3 144和145分位、102、116、146、117、103、118斷路器掛5母線。
進行各支路電流幅值及相位、大差及5母線小差檢測。
4.2 分段、母聯(lián)的檢測
母聯(lián)或分段帶負荷測試必須在可能的幾種運行方式下分別進行。
4.2.1 144合位、145分位，101掛4甲母線，103掛4乙母線。檢查大差、4甲母線小差、4乙母線小差應為零;合上145，111掛5母線，檢查大差、4甲母線小差、4乙母線小差、5母線小差應為零。
4.2.2 144合位、145分位，102掛4乙母線，111掛4甲母線。檢查大差、4甲母線小差、4乙母線小差應為零;合上145，103掛5母線，檢查大差、4甲母線小差、4乙母線小差、5母線小差應為零。
4.2.3 145合位、144分位，101掛5母線，103掛4乙母線。檢查大差、4乙母線小差、5母線小差應為零;合上144，111掛4甲母線，檢查大差、4甲母線小差、4乙母線小差、5母線小差應為零。
4.2.4 145合位、144分位，102掛5母線，103掛4乙母線。檢查大差、4乙母線小差、5母線小差應為零;合上144，111掛4甲母線，檢查大差、4甲母線小差、4乙母線小差、5母線小差應為零。
經(jīng)過上述檢測證明設計的邏輯及編制的程序正確無誤后，將母差保護正式投入運行。
5 結束語
本文在深入掌握BP-2A微機母線差動保護原理、實現(xiàn)方式的基礎上，針對主接線改變，設計出了雙母線單分段的差動保護邏輯框圖及分段、母聯(lián)失靈及死區(qū)故障保護邏輯圖，并特別提出對各隔離開關狀態(tài)及分段、母聯(lián)斷路器狀態(tài)判斷采用隔離開關、斷路器相應輔助觸點，不采用相關繼電器觸點，介紹了帶負荷測試方法，經(jīng)過各種狀態(tài)下的測試分析，證明邏輯設計正確無誤并經(jīng)實際運行檢驗，保證了雙母線單分段接線方式下，母線差動保護的安全、可靠運行。
參考文獻
1.BP-2A微機母線保護裝置技術說明書.深圳：深圳南瑞科技有限公司，2005.
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