浅谈PCS—915母线保护

浅谈PCS—915母线保护
【摘要】母线故障是电气故障中最严重的故障之一，母联开关作为母线的连接元件，如果母线发生失灵或发生故障将对保护的动作逻辑产生很大影响。

而这类故障发生的概率虽然较小，但一旦发生必将给系统的稳定性带来极为严重的影响。

PCS-915是新一代母线保护措施，本文就PCS-915在变电站的保护作用加以介绍，并就其双失灵情况进行简单的分析。

【关键词】PCS-915；母线保护；母联失灵
1.引言
RCS-915系列母线保护是南京南瑞继保电气有限公司的一款主流产品，在变电站继电保护现场已经成功应用近十年时间，积累了丰富的实际应用经验。

而PCS-915母线保护则是在此基础上研发出的全新一代母线保护。

它继承了RCS-915系列母线保护的所有优点，并在保护原理方面有了进一步的创新和改进，同时人机接口方面更加友好，全面支持新一代的数字化变电站的应用要求。

但是在测试中，我们发现PCS-915在双失灵（先支路断路器失灵、后母联失灵）的情况下，没有对母联失灵做出判别，是为双失灵功能缺失，没有及时跳开另一条母线，导致故障持续发展。

对此，下面以PCS-915NS型母线保护装置为例，浅谈其双失灵功能的缺失。

2.PCS-915母线保护原理
2.1 硬件的工作原理
本装置是以南瑞继保的先进的UAPC平台研制为基础进行研发的，UAPC 平台具有以下诸多优点：①硬件的软件模块化使得通用灵活，且具有强大的扩展能力。

②具备良好的性能，安全可靠且抗干扰能力显著。

③具有能够进行数字化、网络化管理的接口本装置基于南瑞继保先进的UAPC平台研制，UAPC平台的主要特点是：硬件软件模块化，通用灵活，具有很强的扩展能力，高性能、高可靠性、高抗干扰能力，支持数字化、网络化的接口。

装置硬件原理如图1所示。

2.2 软件的工作原理
系统主程序能够按照固定的周期不断相应外部中断，同时在相关的中断服务程序中进行模拟量的采集与过滤，并采集开采量、自检装置硬件是否正常、检查外部异常情况、计算启动逻辑等，最后根据是否满足启动条件而进入正常程序运行或使得正常程序的运行发生故障。

正常的运行程序在自检装置时，装置不正常就会发出警告信号，这种信号通常分为两种，一种是异常运行报警，这时装置不会立即闭锁，而是通知检修人员进行相应处理；另一种是闭锁报警信号，这种信号发出的同时系统会立即自动将装置闭锁并保护退出。

故障计算程序负责各种保护算法计算的运行和跳闸逻辑的判断。

装置的启动和DSP的保护两者的故障计算程序是各自独立运行的，只有当两者同时判断故障出现时，装置才会作出相应的反应。

3.变电站母线失灵保护的要求
2012年发布的《南方电网220kV母线保护技术规范》对母线失灵做出以下的要求：“对于运行中变电站220kV电压等级采用各间隔判别断路器失灵的情况”、“失灵保护应有失灵跟跳本间隔、跳母联（分段）断路器和跳相邻断路器的功能”。

其对于开关量输入和开关量输出的部分关于失灵的要求摘录如表1所示。

PCS-915NS型母线保护装置设有母线差动保护、母联（分段）过流保护、母联（分段）非全相保护、母联死区保护、母联（分段）失灵保护、启动分段失灵保护及断路器失灵保护功能。

适用于各种电压等级的双母四分段主接线，母线上允许所接的线路与元件数最多为24个（包括母联/分段），并可满足有母联兼旁路运行方式主接线系统的要求。

4.PCS-915母联失灵保护原理
母联失灵保护动作需要以下三个条件同时满足：
（1）母差保护动作跳一母（二母）；充电保护动作；外部启动母联失灵投入且同时有开入；投母联过流启动母联失灵且母联过流保护动作。

（此四个条件任意一个满足即可）
（2）母联A、B、C相电流任意一相大于母联失灵定值。

（3）一母（二母）电压闭锁开放。

如图1所示，可见在母联为合位的状态下，一母小差和二母小差都将母联电流计算在内。

以一母为例，无论是一母区内或区外故障时，当母线大差达到门槛值启动母差，一母小差达到门槛值且一母（二母）母线电压闭锁开放，将启动母差跳一母（二母）。

5.变电站中的应用
PCS-915系列的母线保护装置所采用的是面向间隔对象的母线保护设计。

而由于这种方式的的采用，装置能够便捷的与各种特殊主接线方式相适应匹配，例如某些系统中的特殊接线方式（图3所示）。

这种方式与传统的双母单分段主接
线方式主要的不同之处在于特殊开关B2的存在，这个特殊开关由多种功能可以分别作为分段、母联1、母联2开关。

同时B2之路上串联限流电抗器，用于检修母线的充电。

而对于该保护在差动回路中的位置必须根据其刀闸位置的组合关系来加以确定。

对于大型的变电站尤其是高电压等级的变电站，大多存在：①电缆消耗量大。

②因电流互感器二次电缆过长而导致电流互感器负担重。

③跳闸电缆的长度过长使得电磁的兼容出现问题等。

对与此类的问题的解决可以通过选择分布式母线保护来加以解决。

根据变电站的实际情况，既可以选择按照每个间隔来配置母线子站来便于间隔检修，也可以根据现场的间隔布置情况使用多个间隔使用一个子站来降低母线保护的整体成本。

在实现分布式母线通信环节的同时提高整个保护系统的安全可靠性。

在电力系统中，通常母线的主接线方式会随系统容量增加而发生改变。

例如在一起工程中采用双母单分段主接线方式，在二期工程中采用双分母双分段主接线方式。

在二期工程的改造过程中因母线保护二次回路的改造工作量十分巨大，需要将大量的电源、开入开出电缆以及电压等由一面母线保护屏改接变为两面母线保护屏，正如图4所示（改图仅为电流回路的改造示意图）。

采用PCS-915系列分布式母线保护方式可以使得改造过程中关于二次回路的改造工作量大幅减少，如图5所示，母线各从机的间隔接入情况可根据改造后的开断点进行分配，在双母单分段接线方式下母线主机接入所有从机；而在二期改造成双母双分段后，所有原从机的二次回路中的电缆都可以不用移动，只要安上一个新的母线主机，同时改变从机与主机之间的光纤连接方式即可。

而当母线主机的保护方式均为双母双分段时，上述的分布式母线方案的提出可以减少主接线改变时母线改造所引起的二次回路的改造工作量，母线保护实际使用中没有分布式安装的需求，即分布式母线主机与从机可以集中安装。

6.存在问题及原因分析
当出线1A点发生故障，断路器SK1发生拒动，母差保护延时跟跳SK2，再延时200ms失灵跳母联SK2，此时SK2也发生拒动，故障电流仍然存在，母联失灵动作跳开一母及二母上所有开关。

但在实际试验中，当SK2也失灵时，PCS-915保护只是判断为一母失灵，跳开一母上所有开关，但是由于SK1、SK2均失灵拒动，致使故障电流一直存在，将依靠二母上支路的远后备保护来切除故障，无疑会对系统造成很大的影响。

存在这种动作误区是因为在判别母联失灵时需要失灵电流大于母联过电流动作定值。

发生连续开关失灵时，故障点在一母的出线上，母联合位、TWJ为1。

7.结束语
PCS-915母线保护继承了其之前系列中母线保护设备中的先进技术手段，可以广泛的应用于各种电压等级的常规变电站中的不同主接线方式。

但对于层的数字化处理还有很多工作需要完善，在国际市场中对此类的保护提出很多新的需
求，例如支路死区保护、按支路配置的反时限过流保等，这些都有待进一步的研究开发。

参考文献
[1]李斌，马超，贺家李，等.基于IEC61850的分布式母线保护方案[J].电力系统自动化，2OlO-34（20）：66-70.
[2]操丰梅，宋小舟，秦应力.基于数字化变电站过程层的分布式母线保护的研制[J].电力系统自动化，2008-32（4）：69-72.
[3]吕航，王风光.PCS-915母线保护装置[J].电力系统自动化，2012-36（16）：118-122.。