母线差动保护的工作原理和保护范围

母线保护装置是正确迅速切除母线故障的重要设施,它的拒动和误动都将给电力系统带来严重危害.母线倒闸操作是电力系统最常见也是最典型的操作,因其连接元件多,操作工作量大,对运行人员的综合操作技能也提出了较高的要求.基于一次设备的客观实在性,运行人员对一次设备误操作所带来的危害都有一个直接的较全面的感性认识. 但对母线差动保护在倒闸操作过程中进行的一些切换、投退操作则往往认识模糊.

1 母线差动保护范围是否是确定的,保护对象是否是不变的

通常讲的差动保护包含了母线差动保护、变压器差动保护、发电机差动保护和线路差动保护.实现差动保护的基本原则是一致的,即各侧或各元件的电流互感器,按差接法接线,正常运行以及保护范围以外故障时,差电流等于零,保护范围内故障时差电流等于故障电流,差动继电器的动作电流按躲开外部故障时产生的最大不平衡电流计算整定.

但也应该十分清楚,母线差动保护与变压器差动保护、发电机差动保护又有很大的不同:即母线的主结线方式会随母线的倒闸操作而改变运行方式,如双母线改为单母线运行,双母线并列运行改为双母线分段并列运行,母线元件(如线路、变压器、发电机等)可以从这一段母线倒换到另一段母线等等.换句话说,母线差动保护的范围会随母线倒闸操作的进行、母线运行方式的改变而变化(扩大或缩小),母线差动保护的对象也可以由于母线元件的倒换操作而改变(增加或减少).忽视了这一点,在进行母线倒闸操作时,对母线差动保护的一些

必要的切换投退操作肯定就认识模糊、甚至趋于盲目了.

2 母线倒闸操作时是否须将母线差动保护退出

“在进行倒闸操作时须将母线差动保护退出”是错误的,之所以产生这种错误认识,是因为一些运行人员曾看到过,甚至在母线倒闸操作时发生过母线差动保护误动,但其根本原因是对母线差动保护缺乏正确认识.母线倒闸操作如严格按照规定进行,即并、解列时的等电位操作,尽量减少操作隔离开关时的电位差,严禁母线电压互感器二次侧反充电,充分考虑母线差动保护非选择性开关的拉、合及低电压闭锁母线差动保护压板的切换等等,是不会引起母线差动保护误动的.因此,在倒母线的过程中,母线差动保护的工作原理如不遭到破坏,一般应投入运行.根据历年统计资料看,因误操作引起母线短路事故,几率还很高.尽管近几年为防止误操作在变电站、发电厂的一次、二次设备上安装了五防闭锁装置,但一些运行人员违规使用万能钥匙走错间隔、误合、误拉仍时有发生.这就使在母线倒闸操作时,保持母线差动保护投入有着极其重要的现实意义.投入母线差动保护倒母线,可以在万一发生误操作造成母线短路时,由保护装置动作,切除故障,从而避免事故的进一步扩大,防止设备严重损坏、系统失去稳定或发生人身伤亡事故.

事实上,与其说母线倒闸操作容易引起母线差动保护误动,倒不如说,母线倒闸操作常常会使母线差动保护失去选择性而误切非故障母线.

3 母线倒闸操作后,是否要将母线差动保护的非选择性开关合入

实际工作中一些运行人员片面地认为,母线倒闸操作会使母线差动保护失去选择性,故在操作完成后,合入母线差动保护的非选择性开关.产生这一认识误区的根源在于他们不明白母线差动保护装置中设置这一非选择性开关的目的.

母线保护有多种类型,不同类型的母线保护其实现保护的工作原理是不一样的.某些类型的母线保护由于其工作原理本身存在缺陷, 在进行母线倒闸操作时会使装置失去对故障母线的选择性.因此,问题的关键是运行人员要弄清楚:哪种类型的母线保护在母线倒闸操作时会失去对故障母线的选择性以及怎样在适当的时候将装置的非选择性开关合入, 在什么时候又该将装置的非选择性开关拉开,抑或是否应使该开关保持合入状态.

这里仅就固定连接的母线差动保护和母联电流相位比较原理差动保护以及电流相位比较式母线保护作一简单说明.

(1) 固定连接的母线差动保护.这种母线差动

保护要求母线上的电源元件,必须按照事先规定好的固定连接方式运行,母线故障时,母线差动保护的动作才有选择性.当母线保护采用此种类型时,进行电源元件的倒换,将使保护失去选择性.因此,倒换前合入母线差动保护非选择性开关,倒完后也不拉开.对负荷元件,则在倒换前合入非选择性开关,倒换后拉开非选择性开关,同时负荷元件的跳闸压板也作相应的切换.

(2) 母联电流相位比较原理的母线差动保护.

这种保护无固定连接的要求.只要母差保护的跳闸压板位置与元

件母线隔离开关所接母线位置相对应就可以了.因此,倒换操作前将非选择性开关合入,倒换后再拉开,并对母线差动保护跳闸压板及重合闸放电压板,切换到倒换后所对应的母线位置就可以了.这种保护存在的缺点是2组母线分列运行时,母线将失去选择故障母线组的能力.

(3) 电流相位比较式母线差动保护.这种保护

只反应电流间的相位,具有较高的灵敏度.倒闸过程中,需合入非选择性开关,倒闸后将被操作元件的跳闸压板及重合闸放电压板切换至与所接母线对应的比相出口回路就可以了.

如果片面地认为倒闸操作就使保护失去选择性,并没有适时地合入或拉开保护的非选择性开关,相反地会使母线差动保护不能按设计的工作原理工作,从而真正失去选择性.更具体地讲,倒母线时,母线差动保护的非选择性开关合理的操作顺序是:①双母线改为单母线运行前,先合入非选择性开关,后取母联断路器直流控制回路熔断器;②单母线改为双母线运行后,先投入母联断路器直流控制回路熔断器,后拉母线差动保护非选择性开关.这样,就能保证在任何情况下,由母线差动保护装置动作切除故障.

4 母联断路器代路时,是否母线差动保护可不作任何切换操作

一些运行人员错误地认为母联断路器自然是母差保护的范围,母差保护动作母联断路器也该跳开.殊不知,母联断路器代路时,由母联断路器送电的备用母线,实际上已是线路的一部分.线路上发生故障理应由线路断路器跳闸切除,而此时母联断路器代路实际上就只能

起到线路断路器的作用.但如果此时母差保护不作任何切换,则备用母线故障母线保护也将动作.显然这种代路方式母线保护动作是不必要的,也是不合理的.

这时,正确的切换操作是把母联断路器所代线路及其母线划出母线差动保护范围之外.无论哪种原理的母线差动保护,均要操作母联断路器的母线差动保护电流试验盒(或连片),同时使被代线路本身的母线差动保护电流互感器TA从运行的母线差动保护电流回路上甩开,短接好.这样,才能保证母联断路器代路时,母线差动保护安全、合理运行.

5 做相关试验时,是否只要母线元件的隔离开关拉开了,就不会影响母线差动保护的正常工作

运行人员本应该非常清楚,母线差动保护的动作与否取决于加入差动继电器的差电流大小,只要达到了动作值,母线差动保护就会动作切除母线元件.虽然停电母线元件的隔离开关拉开了,但因母线差动保护的所有电流互感器二次回路是并在一起的,即使一次设备已停电,其二次回路也要按运行设备对待,不得将母线差动电流回路随便接地、短路或误引入外接电源.运行人员要特别重视如下几个环节: (1) 运行中的母线差动保护的电流互感器二次

电路被短接后,不管这种短接与母线差动保护的总差回路脱离或相连、均已破坏了母线差动保护的工作原理,在正常或发生穿越性故障时,均将引起二次差电流的不平衡,并可能产生误动.

(2) 母线元件设备做一次回路短路试验,如电

流互感器TA的一次通电试验,工作前应将母线差动保护停用,或将与试验回路有关的母线差动保护的电流互感器TA从运行的母线差动保护电流回路上甩开,短接好.

应该指出,母线差动保护在母线倒闸操作过程中的切换、投退要与该母线采用的母线保护的类型,保护的技术特性、母线的结线方式及倒闸前后母线运行方式的变换,甚至要与电网的运行方式具体结合起来.运行人员在进行倒闸操作时,要十分明确:操作是否破坏了固定连接的要求、是否会使保护失去选择性;操作完毕后,母线方式是否改变、母线保护是否具有自适应性等等.只有这样,才能确保倒闸操作过程中及其操作完成后母线及其保护的安全合理运行.