基于国网标准化设计的母联死区保护和母联失灵保护分析

基于国网标准化设计的母联死区保护和母联失灵保护分析摘要：针对母联死区故障和母联失灵故障的特点，分析了各种运行情况下两种故障的继电保护配置方案，结合现场可能出现的一些异常情况，依据国网标准化设计规范提出了完整解决方案。

关键词：继电保护 ;母联死区 ;母联失灵 ;国网标准化设计规范; 解决方案
中图分类号：s611
文献标识码：a 文章编号：
1.引言：
母线故障是一种严重的电气故障，母联开关是母线的连接元件，母联失灵是指当母线发生故障时，母差保护或充电保护向母联发跳令后，母联开关拒动。

对于双母线或单母线分段，在母联（分段）单元上只安装一组ct情况下，母联（分段）ct与母联（分段）断
路器之间的故障，是母联死区故障。

这两种故障导致的继电保护动作行为相似，都可能跳开母联（分段）单元连接的两段母线。

虽然这类故障发生的概率比较小，但是母联失灵及死区故障时保护拒动或误动将给系统稳定带来严重的后果。

本文针对这两种故障的特点，依据国家电网公司发布的《变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范》（q/gdw 175—2008）（下文中简称
国网标准化设计规范），提出了具体的工程解决方案。

2.母联失灵保护和母联死区保护的技术规范：
国网标准化设计规范中，对母联失灵保护和母联死区保护提出的
技术要求有以下内容：
主保护：
双母线接线的母线保护，在母线分列运行，发生死区故障时，应能有选择地切除故障母线。

母线保护应能自动识别母联（分段）的充电状态，合闸于死区故障时，应瞬时跳母联（分段），不应误切除运行母线。

其他：
母联（分段）失灵保护、母联（分段）死区保护均应经电压闭锁元件控制；
母联（分段）死区保护确认母联跳闸位置的延时为150 ms；
3 母联失灵保护和母联死区保护的具体工程实施方案：
国内母线差动保护现多采用比率制动差动保护方案，双母线接线设置大差及各段母线小差，大差为不包括母联(或分段)的母线上所有元件构成的差流，小差为每段母线上所有元件(包括母联或分段)构成的差流。

大差作为起动元件，用以区分母线区内外故障，小差为故障母线的选择元件。

大差，小差都采用具有比率制动特性的电流差动算法，其动作方程为：
id≥ iset
id≥kif
式中：id为差动电流，if为制动电流，k为比率制动系数，iset 为差动电流整定门坎。

如果大差和某段小差都满足上式的动作方程，判为母线内部故
障，母线保护动作，跳开故障母线上的所有断路器。

在双母线或单母线分段接线中，当保护向母联发跳令后，母联跳闸失败，经整定延时母联电流仍然大于母联失灵电流定值时，母联失灵保护经两母线电压闭锁后切除两母线上所有连接元件。

只有母差保护和母联充电保护才起动母联失灵保护，母联充电保护不仅是指母差保护内部包含的母联充电保护，依据国网标准化设计规范，母联保护单独组屏，当母联保护动作于母联开关，母联开关拒动时，也需要启动母联失灵保护。

母线保护必须具备外部保护动作（充电，过流等）启动母联失灵保护的功能。

对于双母双分段系统，提供对侧差动启动分段失灵保护功能。

图1 母联（分段）断路器失灵保护功能框图
母联（分段）断路器失灵保护逻辑功能实现方案可以如图1所示，当某段（例如ⅰ段）母线故障而母差保护动作或断路器失灵保护动作，或充电(过流)于某段（例如i段）故障母线而充电保护动作，向母联（分段）断路器发出跳闸命令并经整定延时t1（该延时应大于母联（分段）断路器可靠跳闸与母联（分段）断路器熄弧时间之和）之后，若母联（分段）位置依然在合闸位置，母联（分段）单元中故障电流仍然存在，且两段母线电压均动作（或一段母线pt 断线时，另一段母线电压动作），则母联失灵保护功满足动作条件，向两段母线上所有连接单元的断路器发出跳闸命令。

母联（分段）单元的电流判据采用相电流 i ＞判据，三相电流采用或门逻辑。

母联（分段）死区保护的功能是当母联（分段）分列运行时，正
确切除故障母线。

当母联（分段）并列运行时，加快母线保护动作速度，缩短切除故障母线的时间。

图2死区故障示意图
如图2所示的f点死区故障，故障点位置在母联开关和母联ct 之间，一次上属i母，但二次上在ⅱ母小差动保护的区内，不在ⅰ母小差动保护范围。

母线保护配备有母联死区保护功能，具体实现逻辑可以如图3。

图3 母联死区保护功能框图
由图3可知：母联死区保护关键在于正确判断母联的运行状态，根据母联的运行状态考虑母联电流是否计入小差。

为正确判断母联的运行状态，国网标准化设计规范中规定设置分列运行压板，分列运行压板与twj同时为1时，母线保护判断为母联分列运行。

分列运行时小差差电流计算不计入母联电流，分列压板与twj任一条件为0，小差差电流计算中相应母联电流计入。

结合图2，当母线分列运行时（此时母联分位，分列压板为1且twj=1），由于母联电流不计入小差，ⅰ母保护动作并跳开该段母线上所有连接单元（包括母联（分段）单元）的断路器，将故障从电力系统中正确切除，ⅱ母保护不动作，避免事故范围扩大。

当母联并列运行时（此时母联合位，分列压板为0且twj=0），母联电流计入小差，ⅱ母保护动作并跳开该段母线上所有连接单元（包括母联（分段）单元）的断路器，而ⅰ母保护不动作。

母联（分段）断路器跳闸后，此时由于故障点在死区，故障并未从系统中切除，大差
返回条件不满足，相应的复合电压闭锁元件依然开放，此时母联跳闸且twj＝1，按国网标准化设计规范要求，母线保护经150 ms延时确认母联跳闸位置，将母联电流退出小差计算，此时i母动作，加快切除故障。

母联死区保护中分列压板和twj位置接点对逻辑判断起到了重要作用，为防止误投分列压板或母联twj位置异常造成母联保护误判断母联运行工况，可考虑采取以下措施：
1) 母线保护中需考虑设计分列运行压板/母联twj接点/母联电流是否有流的校验，异常告警逻辑。

2) 母联twj 为三相常开接点（母联开关处跳闸位置时接点闭合）串联接入母线保护，现场twj接点有可能出现位置异常情况，为解决此问题，可考虑确保母联跳闸后经延时t1（此延时应长于母联失灵延时整定值）后，此时无论twj处于什么位置，保护均强退母联电流一段时间。

当任一组母线检修后再投入之前，需利用母联断路器由一段母线对另一段母线加电压（用额定电压通电试验），即进行充电试验。

国网标准化设计中要求母线保护应能自动识别母联（分段）的充电状态，合闸于死区故障时，应瞬时跳母联（分段），不应误切除运行母线。

母线保护装置首先应能够自动识别母联（分段）的充电状态。

母线保护需接入母联断路器的手合触点（shj），当母联断路器的手合触点由断开变为闭合时，母线保护通过追溯一个周波（20ms）前的母联相邻两段母线电压、母联ct电流，判定是否进入充电状
态。

当检测到至少有一条母线无电压、母联ct无电流（ibc = 0）、母线保护自动识别为母联断路器对空母线充电状态，将此状态自动展宽t1时间。

在检测到充电状态后，自动闭锁差动300ms。

具体处理如下：
图4充电状态识别及充电死区保护功能逻辑图
结合图4按照故障点不同的情况分类分析如下：
1）故障发生在被充电母线，此时母联有故障电流，不进入闭锁差动保护逻辑，差动保护动作，跳开母联断路器，若母联断路器失灵，则启动母联断路器失灵保护，母联断路器失灵保护延时时间满足条件后，切除运行母线。

2）故障发生在死区，充电时母联断路器和ct之间故障可能有两种情况：
ct装在电源母线侧，隔离开关合闸立即发生故障，此时shj未闭合，充电保护尚未起动，且跳开母联断路器也无法切除故障，只能靠差动保护跳开电源母线的所有连接单元断路器（此时母联断路器未合，差流不计及母联电流，该故障被差动保护判断为区内故障）。

ct装在被充电母线侧，充电时，母联断路器合闸立即发生故障，ct无电流，跳开母联断路器可切除故障，但由于电源母线段的差动保护符合动作条件，会误跳电源母线段上的所有连接单元。

为防止这种误动，母线保护判断出充电状态时应闭锁母线差动保护300ms，并在大差差流id过量时作为充电一段的动作条件（考虑差电流的误差，提高为1.1倍差动定值），不带延时先跳母联断路器。

300ms
后若有故障发展或母联断路器失灵则跳运行母线
3）故障发生在运行母线
充电保护启动后，此时母联无电流，大差有差电流，同上一种工况，大差差流id过量时作为充电一段的动作条件，先跳母联，300ms 后跳运行母线。

4 结论
本文根据母联死区保护和母联失灵保护这两种电力系统中严重电气故障的特点，按照国网标准化设计的要求，讨论了各种工况下的解决方案，有助于设计和现场维护人员对此问题的理解和运用。

参考文献：
【1】王春生，等：母线保护[m], 北京中国电力出版社，1997 【2】《变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范》（q/gdw 175—2008）[s]，2007
作者简介：张澄宇 1972.10 男汉族江苏南京人工程师大学本科从事继电保护的技术支持工作。