微机母线保护在不同主接线方式中的应用探讨

　　摘要：简要阐述了母线保护的一般构成原理，对现阶段微机母线保护所常用的原理进行了阐述，详细分析了母线保护在不同一次主接线方式中的应用，并根据现场的实际应用情况，提出了微机母线保护在现场施工时以及运行时的一些注意事项。
　　
　　关键词：微机母线保护，不同主接线方式，应用探讨
　　
　　0引言
　　
　　母线保护是当母线发生故障时，迅速切除故障母线的主要保护，根据母线保护构成的原理不同，母线保护可以分为好几种类型。随着科技的不断发展，微机母线保护也被大量应用，其种类越来越多，但是其应用的主要原理还是没有太多的变化，大多还是采用完全电流差动原理构成的母线差动保护。微机母线保护其特点是对不同的一次主接线方式的适应性比较强，在一次运行方式变化时，其差动回路和出口回路有比较科学、合理的方法来跟随一次作相应的调整，本文就母线保护的构成原理和微机母线保护所采用的原理进行简要的阐述，对微机母线保护在不同的主接线方式中的应用进行了详细的应用分析。
　　
　　1概述
　　
　　1.1母线保护的一般分类
　　根据母线差动保护的差动回路构成方式不同，母线保护可分为母线完全差动保护和母线不完全差动保护。由于差动回路构成方式的不一样，各自的特点也不尽相同，其适用范围也有所不同，一般情况下：对于中性点直接接地的电网中，常用母线完全差动保护，而对于中性点非直接接地的电网，则采用母线不完全差动保护。
　　1.2母线完全差动保护的原理
　　母线完全差动保护是将母线上所有连接元件上的电流互感器按同名相、同极性连接到差动回路中，其中电流互感器的极性与变比均应相同，如果变比不同时，可以采用补偿变流器进行补偿。这样，在一次侧电流总和为零的情况下，理论上，二次侧电流的总和也应为零，在电流互感器的二次绕组在在母线侧的端子互相连接在一起，线路侧端子互相连接在一起，然后通过差动继电器线圈连接构成差动回路如图1所示:
　　
　　当正常和区外故障时，我们可以把母线看成一个节点，根据基尔霍夫定律可知，流入母线与流出母线的一次电流之和为零，即。而流入差动继电器的电流为所以差动继电器不会工作。当区外故障时，所有电源的线路都向故障点提供故障电流。从图1可知为故障点的总故障电流，亦是差动电流，差动继电器动作从而跳开母线上所有断路器。在实际的现场中，由于各组电流互感器特性不可能完全一样，所以就必然存在一定的不平衡电流。
　　1.3母线不完全差动保护的原理
　　母线不完全差动保护是将有电源的元件上装设特性和变比完全相同的D级电流互感器，如图2所示:
　　
　　只在发电机变压器、分段断路器（母联断路器）上装设电流互感器，且电流互感器只装设在A、C两相上。电路互感器二次绕组母线侧端子互相连接，线路侧端子互相连接，与差动继电器线圈连接组成二次电流差动回路。当正常运行时，由电厂发出的电流为，由于引出线XL1和XL2均没有电流互感器，所以在正常运行时，差动继电器电流为，即差动继电器电流等于没有装设电流互感器的所以元件负荷电流的总和。如果保护的动作值大于此电流值，则差动继电器不会动作。当区内故障时，全部电流流向故障点。由图2可以看出，此时流入差动继电器的电流为全部的短路电流，这个电流值很大，保护装置就能够很灵敏地动作。
　　1.4根据母线差动保护的判椐不同分类
　　根据母线差动保护判据的不同，母线差动保护又可以分为由电流差动原理构成的母线差动保护、母联电流相位比较原理构成的母线差动保护、电流相位比较原理构成的母线差动保护。
　　1.5电流差动原理构成的母线差动保护
　　对于电流差动原理构成的母线保护而言，它是通过判断母线上各支路电流电流矢量和是否为零或各有源支路的电流矢量和是否大于一定的值来判断母线是否故障。
　　1.6母联电流相位比较式母线差动保护
　　母联电流相位比较式母线差动保护主要是在母联断路器上使用比较两电流相量的方向元件，引入的一个电流量是母线上各连接元件电流的相量和即差流，引入的另一个电流量是流过母联断路器的电流，在正常运行和区外短路是差流很小，方向元件不动作。当母线故障时，不仅差流很大且母联断路器的故障电流由非故障母线流向故障母线，具有方向性。因此方向元件动作且有选择故障母线的能力，当母联断路器断开时，将失去方向性。
　　1.7电流相位比较式母线保护
　　电流相位比较式母线保护是根据母线外部故障或内部故障是连接在改母线上各元件电流相位变化来实现的。当线路正常运行或外部故障是，电流流入母线的电流与流出母线的电流大小相等、方向相反，而当母线上故障时，电流都流向母线。在理想情况下，各支路电流的相位相同。显然，利用比较元件比较各元件电流相位，便可以判断母线是内部故障还是外部故障，从而确定保护的动作情况。
　　
　　2.微机母线保护常用的原理
　　
　　在现阶段，微机母线保护的应用比较广泛，其保护原理大多也采用完全电流差动原理构成母线保护，采用这一原理的主要原因在于由电流差动原理构成的母线保护，在不同的母线接线方式下或电网运行方式变化时，以及发生故障的类型、故障点过渡电阻等方面都具有较强的适应性，区外故障时能可靠不动作，区内故障时能可靠动作。从微机母线保护的现场实际运行情况来看，这些优点也得到了很好的验证和体现。
　　
　　3主接线方式的不同对微机母线保护的影响
　　
　　3.1主接线方式的不同对差动回路的影响
　　由于微机母线保护大多采用的是完全电源差动原理，所以差动回路与一次主接线方式密切相关。当一次主接线方式不同或者一次运行方式变化时，差动回路亦跟随一次方式变化而作相应的调整。根据完全差动原理，无论是一次系统如何变化，正常运行时，其一次电流对母线来说都是平衡的，所以二次差动回路在一次接线方式不同时或一次运行方式变化时，也要作相应的调整才能正确反映一次系统的电流平衡情况。在微机母线保护中，为了达到这一要求，通常是采用刀闸位置来判断本单元处在哪一母线，从而将电流归算到相应的差动回路中。对于特殊的接线方式和特殊单元（如旁路、母联等）采取特殊的约定，从而实现母线差动回路能够正确反映不同接线方式母线二次电流情况，为母线保护的正确判断提供可靠依据。
　　3.2主接线方式的不同对出口回路的影响
　　主接线方式的不同以及一次运行方式的变化对出口回路的影响，相对来说比较小，对于一般的出线，可以通过刀闸位置的判断来决定本支路属于那条母线，其出口回路是否动作。对于特殊单元（如母联等）可以通过特殊的约定，来决定特殊单元的出口回路是否动作。
　　
　　4微机母线保护在不同主接线方式下实现方案
　　
　　4.1差动回路及出口逻辑表示方法的假设
　　在微机母线保护差动回路的计算和出口回路的动作逻辑都与刀闸位置有着密切关系，为了下面表述的方便，我们用表示N单元Ⅰ母刀闸位置，用表示N单元Ⅱ母刀闸位置，其值为0或1（0表示刀闸分，1表示刀闸合），用表示母联的运行状态，其值为0或1（0表示母联分，1表示母联合），用表示N单元的电流数字量，表示母联的电流数字量，表示N单元的动作情况（0表示动作，1表示不动作）。、分别表示Ⅰ母和Ⅱ母的故障情况（0表示不故障，1表示故障），出线单元在这里我们把它都看成可倒单元。
　　4.2双母线接线方式
　　双母线接线方式是比较常见的一次接线方式。也是一种比较典型的一次接线方式。在微机母线保护中，对正常的出线单元通过刀闸辅助接点的判断来确定本单元的电流处于哪一差动回路，出口回路也是通过刀闸辅助接点来判断是否处在故障母线。在双母线中，母联是特殊单元，通过对母联电流互感器的极性的特殊约定，母联可以作为Ⅰ母的单元也可以作为Ⅱ母的单元。假定母联极性与Ⅱ母单元极性相同，我们可以通过一定的表达式来表示电流回路电流和出口回路的动作逻辑。
　　大差电流
　　Ⅰ母小差电流
　　Ⅱ母小差电流
　　出口逻辑计算公式为：
　　
　　4.2母联兼旁路形式的双母线方式
　　当主接线为母联兼旁路时，母联到旁母的刀闸位置对保护来说就非常重要了，因为刀闸位置关系到母线保护对一次运行方式的判断。
　　若以Ⅱ母带旁路，那么就要求母联TA装于Ⅰ母侧无论断路器是作为母联用还是作为旁路用，TA的极性规定与Ⅱ母上的单元极性一致。母联的旁母刀闸和Ⅱ母刀闸处于合位时该元件作为旁路用，则差动回路电流和出口回路的动作逻辑为：
　　大差电流
　　Ⅰ母小差电流
　　Ⅱ母小差电流
　　出口逻辑计算公式为：
　　
　　4.3旁路代母联形式的双母线方式
　　假定第4单元为旁路单元，旁母到Ⅰ母（或Ⅱ母）有跨条，则跨条刀闸位置对保护装置对来说就非常重要，保护通过跨条刀闸位置来判断一次接线的运行方式。
　　若跨条接于Ⅰ母，当跨条刀闸和旁路单元的Ⅱ母刀闸处于合位时，保护通过跨条刀闸和旁路单元刀闸位置的判断，差动回路电流和出口回路的动作逻辑为：
　　大差电流
　　Ⅰ母小差电流
　　Ⅱ母小差电流
　　出口逻辑计算公式为：
　　
　　4.4母线兼旁母形式的双母线接线方式
　　母线兼旁母形式的双母线的一次接线方式与母联兼旁路时相类似，只是不再有旁母，没有母联到旁母的刀闸，而是取决于出线到母线的跨条刀闸的位置。当母线到出线的跨条刀闸位置和出线Ⅰ母（或Ⅱ母）刀闸位置为合位时，则装置将Ⅰ母（或Ⅱ母）当作旁母，其差动回路电流和出口回路的动作逻辑更为简单，如图3所示:
　　
　　假定SK2合上，则装置将Ⅱ母当作旁母，将母联当作旁路，母差保护范围为Ⅰ母，Ⅱ母不在母差保护范围之内。电流差动回路和出口回路的动作逻辑为：
　　差电流
　　出口逻辑计算公式为：
　　4.5单母分段接线方式
　　单母分段的一次接线方式其特殊单元是分段，我们可以把分段单元看着母联来处理。其他单元都是固定连接方式，也不存在切换回路的问题，其电流差动回路和出口动作逻辑更为简单。
　　4.6双母单分段接线方式
　　此种主接线方式下的母差保护主要考虑母联开关CT与分段开关CT 的极性的认定，其他基本与双母线接线下的母差保护判断逻辑基本相似，在此就不再敷叙。
　　4.7双母双分段接线方式
　　双母线双分段接线方式一般需要考虑采用两套保护来实现各段母线的保护，一套保护装置保护分段开关‘左’侧的两段母线，一套保护分段开关‘右’侧的两段母线，两套保护装置的保护范围在分段开关处交叠，在差动逻辑中，将分段作为该段母线上的一个元件。
　　
　　5结束语
　　
　　从以上对微机母线保护的差动回路和出口动作逻辑回路的分析，我们可以看出：其构成原理比较简洁、科学合理，实施起来比较方便，对交流量的采集比较精确，实际应用起来也比较灵活。但是对刀闸位置接点的采集要求比较高，刀闸位置接点采集的正确与否关系到保护装置能不能对一次接线方式、一次运行方式的正确判断，关系到电流差动回路的组成。所以，对现场工作的人员来说，对闸刀位置接点采集回路要特别重视，对回路的可靠性要有保证，并要通过操作一次设备进行正确性验证。各单元ＴＡ的极性要正确，特别是母联等特殊单元ＴＡ的极性要根据保护装置的要求来接线，同时对电流差动回路的接地要完全按照规程和反措的要求来实施。对于到高压开关场地的电缆，电缆两端的屏蔽层要按规程要求进行接地。相对于电磁型母差保护而言，在一次运行方式变化时，运行人员对微机母差保护的操作大大将少，但在刀闸位置变化时，运行人员必需对保护装置反映刀闸位置的情况进行核对，以便能够在有异常情况时能及时发现，更早地对异常情况进行处理。