雙母雙分段母線系統(tǒng)保護配置方案

0雙母雙分段聚合物保護裝置在超高壓供電或220kv輸出恢復較多的供電單元中，為了在輸入線短路故障時將切斷范圍限制到最低，采用了多段線。目前國內(nèi)采用較多的是四分段即雙母雙分段母線。它是雙母線方式的延伸,繼電保護和二次回路比較簡單清晰。在任一段母線發(fā)生短路故障時,可將停電范圍限制到全廠或全所的四分之一。對雙母雙分段母線保護的配置有兩種模式:一種是用進口的分布式母線保護裝置,按間隔配置;另一種是采用國產(chǎn)的集中式雙母線保護裝置按兩個雙母線系統(tǒng)配置(如圖1所示),兩套裝置一起完成對整個雙母雙分段母線的保護。后一種配置模式是國內(nèi)普遍采用的。1較明顯的故障處理如圖1所示,單面保護屏所保護的范圍其實就是一個雙母線系統(tǒng),但它與一般的雙母線系統(tǒng)還有所不同。首先,它有兩個特殊的連接元件即圖1中所示的#2、#3元件,對整個雙母雙分段母線系統(tǒng)來說,它們是分段開關(guān),具有母聯(lián)的全部特點,母聯(lián)#1可能發(fā)生的故障分段開關(guān)#2、#3也都有可能發(fā)生。但對單面保護屏來說,它們又與兩條出線很相似,所以處理其故障時又不能完全像母聯(lián)一樣處理。另外,在該系統(tǒng)中當母線發(fā)生短路時,由于整個母線系統(tǒng)形成了環(huán)路,故障電流有可能迂回,從而產(chǎn)生了電流流出,如圖2所示。流出電流將會對保護靈敏度產(chǎn)生不利影響。本文將針對這些特殊性討論以下問題,即:母線故障時電流流出的影響及對策;分段斷路器失靈的對策;分段斷路器死區(qū)故障的處理方法;分段斷路器輔助接點的使用和防誤措施。2雙母雙分段導線整定以圖2所示系統(tǒng)為例,BⅡ母故障時,連接在該段母線上的發(fā)電機提供的電流為I,假設有kI的電流通過母線AⅡ、AⅠ和BⅠ迂回到故障點,即BⅡ母有kI的流出電流。差動保護的動作判據(jù)為:Id>Iset(1)Id>ZdIf(2)B組母線的大差及大差制動量計算如下:Id=I4-I3+I2=I-kI+kI=I(3)If=I4+I3+I2=I+kI+kI=(2k+1)I(4)BⅡ母線的小差及小差制動量計算如下:IdB·Ⅱ=I4-I3+I1=I-kI+kI=I(5)IfB·Ⅱ=I4+I3+I1=I+kI+kI=(2k+1)I(6)假設整定的差動定值Iset<I,即大差和小差的差電流都滿足判據(jù)式(1)。欲使B母線保護屏差動保護動作,大差和小差均需滿足判據(jù)式(2),即I>Zd(2k+1)I(7)從而得到制動系數(shù):Zd<12k+1(8)Ζd<12k+1(8)式(8)中電流流出的比例k小于1,所以制動系數(shù)Zd的極限是0.33,即如果故障時電流完全迂回,若Zd整定的大于0.33,保護將會拒動。所以雙母雙分段母線保護整定計算中選取制動系數(shù)Zd時,母線故障時電流流出的比例將是一個重要的考慮因素。電流流出比例是與電源到故障點的環(huán)路各段阻抗有關(guān)的,從圖2的系統(tǒng)示意中可以看出,一般情況下電源直接到故障點K的母線阻抗是不大于迂回路線的母線阻抗的,所以一般情況下電流流出比例k應不大于0.5,由式(8)可得Zd整定值小于0.5就能滿足實際運行的需要。從以上的計算分析,如果制動系數(shù)Zd固定為0.3,則保護一定不會因為故障時電流流出的影響而拒動,但在最大運行方式下有元件TA斷線時或者母線出口故障TA嚴重飽和時以及TA累計誤差太大時保護將有誤動的危險。為解決這個問題,一方面提高大差靈敏度,大差所用制動系數(shù)選一個較低的值,可以固定為0.3,小差所用制動系數(shù)Zd根據(jù)系統(tǒng)具體情況整定一個較高且合適的值;另一方面,因為所用制動系數(shù)不同造成大差比小差靈敏度高,在特定工況下母線故障時有可能出現(xiàn)大差動作條件滿足而小差動作條件不滿足的情況,為解決這個問題,可以考慮在大差動作而小差不動作的情況下有選擇性地跳開母聯(lián),破壞該母線系統(tǒng)的環(huán)路狀態(tài),從而使小差動作,有選擇性地切除故障母線。注意必須將TA飽和的影響考慮進去,差動判別必須采用抗TA飽和措施,從而防止大差起動誤跳母聯(lián)。3分段濾波器失靈的判定如圖1所示,假設BⅠ母故障,當B母線保護屏動作跳BⅠ母時,應把#2分段斷路器跳開,如果它失靈,則應跳開相連的母線AⅠ母。保護的處理邏輯是當B屏動作跳#2分段斷路器的同時發(fā)給A屏一個該分段斷路器跳閘的信號,A屏接收到該信號后,經(jīng)過延時(可整定,躲分段斷路器跳閘時間、熄弧時間并考慮一定裕度),若#2分段電流越限(可整定,按最小運行方式下母線故障時流過分段斷路器的短路電流整定,并考慮一定的靈敏度,盡可能躲過最大運行方式下流過分段斷路器的負荷電流),則判定為#2分段斷路器失靈,A母線保護屏將跳開該分段斷路器連接的母線上所有連接元件(即AⅠ母,包括#1母聯(lián)),最終切除故障。同理,當B母線保護屏動作跳BⅡ母時,應把#3分段斷路器跳開,這時B屏同時發(fā)給A屏一個該分段斷路器跳閘的信號,A屏接收到該信號后,經(jīng)過延時,若#3分段電流越限,則判定為#3分段斷路器失靈,A母線保護屏將跳開該分段斷路器連接的母線上所有連接元件(即AⅡ母,包括#1母聯(lián)),最終切除故障。A母線保護屏動作時,一樣發(fā)給B屏相關(guān)的分段斷路器的動作信號,B保護屏接收到信號后將做同樣的邏輯判斷并動作切除相關(guān)母線。本質(zhì)上,分段斷路器失靈的處理邏輯對單套母差保護屏來說等效于一般出線的失靈保護。只不過失靈起動由兩面母差保護屏互相提供。4分段熱備用狀態(tài)下分段一/二合一段按分段巖如果分段斷路器兩側(cè)裝設TA,如圖3所示,#3TAB接入B母線保護屏,#3TAA接入A母線保護屏,交叉接線消除了分段斷路器的保護死區(qū),K點發(fā)生故障時兩套保護都會瞬時動作。這也是保護設備配套者建議的一次設計方式。如果分段斷路器僅一側(cè)裝設TA,即圖3中虛線框內(nèi)TA不存在,則存在分段死區(qū)問題。分段死區(qū)故障可以按分段斷路器失靈處理。在圖3中K點發(fā)生故障,BⅡ母判為區(qū)內(nèi),將瞬時動作,AⅡ母判為區(qū)外,將不動作,這時故障將仍然存在,分段斷路器失靈邏輯將會成立,兩套保護將會按分段失靈邏輯相繼切除BⅡ母和AⅡ母。大多數(shù)情況下上述兩種分段死區(qū)處理模式都不會有什么問題。但如果分段斷路器處于熱備用狀態(tài),即刀閘GAⅡ、GBⅡ合而#3分段斷路器在分位。在死區(qū)點發(fā)生故障時,非故障母線BⅡ母將會瞬時誤跳,而故障母線AⅡ母在分段斷路器單側(cè)裝設TA時將會延時動作。傳統(tǒng)上,BⅡ母的誤跳是允許的。但如果把分段斷路器失靈和分段死區(qū)故障區(qū)別對待,這個問題是可以解決的。為此保護要求引入分段斷路器的跳閘位置觸點TWJ(常閉觸點),當保護識別到分段斷路器的TWJ閉合(即分段斷路器處于分位)時,保護將“封掉”相應的分段TA。在分段斷路器運行時,若發(fā)生分段死區(qū)故障,判為區(qū)內(nèi)的母線(BⅡ母)先跳閘,分段斷路器(#3)斷開,對側(cè)保護(即A母線保護)識別到分段跳開(對應的TWJ=1),該分段TA的電流將不再計入差流(即所謂的封TA),從而破壞電流平衡,加速A屏母差動作,最終切除故障。這比按分段失靈邏輯處理動作速度更快。在分段熱備用狀態(tài)下,分段TA一直處于被“封閉”狀態(tài),發(fā)生死區(qū)故障時,非故障母線BⅡ母因為不把分段電流計入差流,差流保持平衡,所以不會誤動;而真正的故障母線AⅡ母也因為不把分段電流計入差流,差流產(chǎn)生,所以能夠正確地瞬時動作。如果TWJ的識別出了問題,死區(qū)故障時保護將自動按分段失靈來處理。以保證萬無一失。只不過動作時間要長一點,為分段失靈延時時間。5twj和hwj同時關(guān)閉在分段死區(qū)故障的處理方案中使用了斷路器的輔助位置觸點TWJ,它將影響大差和小差計算時對分段電流的取舍。母差保護原理中大差是起動元件,它不應受母線運行方式的影響,這樣才能保證母線運行方式識別有異常時大差不會誤起動,從而保證保護的可靠性。在雙母線保護中就是這樣的。如果在雙母雙分段母線保護中也按該原則進行大差的計算,分段死區(qū)故障和分段失靈將無法區(qū)分,分段熱備用情況下死區(qū)點故障時非故障母線的誤跳也將不可避免。但從安全性方面考慮,寧愿如此。筆者認為,安全性方面的擔心主要是怕輔助觸點失靈或與主觸頭不同步對繼電保護產(chǎn)生不利影響。輔助觸點由主觸頭拉動,但因為主觸頭行程長而輔助觸點行程短,所以輔助觸點和主觸頭不同步是可能的?，F(xiàn)場實測表明輔助觸點的變化與主觸頭的變化是基本同步的,偶爾有快于主觸頭的情況,但一般也只是幾個毫秒的差異。西門子SF6開關(guān)的技術(shù)參數(shù)表明:(以線圈得電為時標0點)主觸頭斷開時間為40ms,TWJ(常閉觸點)閉合時間為30±6ms。極限情況下考慮TWJ閉合時間為24ms,則TWJ有可能在主觸頭完全斷開前16ms閉合。這樣,如果保護一識別到TWJ閉合就“封掉”對應的分段TA,則有可能在正常跳分段時無故障母線提前誤封電流造成差流不平衡,引起差動誤動。輔助觸點的變化當然也有可能晚于主觸頭的變化。合分段開關(guān)時,如果TWJ的打開滯后于主觸頭的閉合,保護將會因為分段TA仍處于“封閉”狀態(tài)而產(chǎn)生差流,引起差動誤動。為消除這些不安全因素,要求:合上斷路器時,輔助觸點應先于主觸頭變化;斷開斷路器時,輔助觸點應后于主觸頭變化,保證二次回路始終與一次回路相對應,正常情況下,不產(chǎn)生差流。為消除合分段開關(guān)時TWJ滯后主觸頭的影響,可以引入分段開關(guān)的手合觸點SHJ。SHJ的閉合應該是先于主觸頭的動作,當SHJ閉合時,表明有合分段的操作,保護將不再用TWJ封TA,按刀閘位置直接認為分段已經(jīng)投入,分段電流計入差流。從而消除合分段過程中差動誤動的可能。對于斷開(跳開)斷路器時,TWJ可能先于主觸頭斷開的不同步問題,參考西門子開關(guān)參數(shù)相差約16ms,另考慮斷路器的熄弧時間20ms,并考慮一定裕度,母差保護在識別分段斷路器由合位變?yōu)榉治?由輔助觸點判別開關(guān)斷開時應有50ms的延時確認時間,以消除不同步的影響。輔助觸點還有可能出現(xiàn)失靈,即該閉合時因觸卡死而合不上,該斷開時因粘連而斷不開,還有可能因為保護光隔擊穿而誤識別。所以在正常運行時對輔助觸點開合的正確與否加以監(jiān)視是必要的。對TWJ可以用斷路器的常開觸點HWJ(斷路器斷開時打開,斷路器運行時閉合)來校核,斷路器只存在一種狀態(tài),要么斷開,要么閉合,所以TWJ和HWJ不應該同時都閉合也不應該同時都斷開。如果保護識別到的TWJ和HWJ出現(xiàn)不對應的情況,應延時發(fā)告警信號。在這種情況下,保護如果以TWJ為主,認為對應的分段斷路器處于分位(不運行),假設實際是運行的,發(fā)生區(qū)外故障時因為“封掉”了分段電流有可能引起母差保護誤動,所以這時閉鎖母差保護是必要的。保護如果以HWJ為主,認為對應的分段斷路器處于合位(運行),假設實際是不運行的,發(fā)生死區(qū)故障時因為沒有“封掉”分段電流,非故障母線將會誤動,故障母線將會延時動作?？紤]到母線發(fā)生故障的機率遠小于線路發(fā)生故障的機率,所以筆者認為當出現(xiàn)TWJ和HWJ不對應時以HWJ為主的方案更