一起由母联开关故障引起的死区保护动作分析

一起由母联开关故障引起的死区保护动作分析

摘要：微机母线差动保护在电力系统中得到了非常广泛的应用。文章结合工程实例探讨一起由母联开关故障引起的死区保护动作并提出改进措施。

关键词：母线差动保护死区保护

引言：目前，微机式母线差动保护在电力系统中得到广泛的应用，基于运行方便和操作上灵活性的需要，大多数220kV变电站采用了双母线的接线方式。其中，母联开关常常装设一组或两组电流互感器，母联开关和母联CT之间的地方习惯定义为死区。死区故障在运行中较难判断和处理，本文以一起事故为案例，详细分析了由开关故障引起的死区保护动作原因和动作原理。

事故概况：某日17时32分，某一220kV变电站（记名为220kVG 站）母线差动保护动作，切除220kV正母、220kV副母所有线路开关和母联2012开关，导致220kVG站全站失压，与之联系的3个110kV 变电站同时失压。事故前，G站双母并列运行，线路2701开关、2801开关、1号主变2201开关运行于220kV正母线，线路2702开关、2802开关、2号主变2202开关运行于220kV副母线。母联CT装在靠220kV 副母线这一侧。

现场检查和判断：值班员对现场检查发现，母联三相气动开关机构储压罐与开关构架处有烧黑现象，为明显的放电痕迹。放电迹象初步显示为母联开关外部故障（母线故障）。查询故障录波文件显示，故障发生后40ms时，220kV正副母线B相电压几乎降为0，所有间隔B 相电流明显增大，由此判断为B相接地故障。40ms之后，220kV正母三相电压变为0，挂正母运行的线路电流降为0，220kV副母B相电压接近与0，母联间隔B相电流增大。150ms后，副母和母联间隔电压电流均降为0。

母线差动保护动作原理：双母线差动保护设置了大差和各出线的小差保护。大差为除母联（或分段）之外母线上所有元件构成的差流，小差为每段母线上所有元件（包括母联和分段）构成的差流，大差作为起动元件，用于区分母线区内外故障，小差作为故障母线的选择元件。对于母联并列运行时发生死区故障，母联开关接点一旦处于分位，即封锁母联CT（母联电流不计入小差），则另一段母线母差保护可动作切除故障。当母线并列运行时，故障发生在发生在母联开关和母联

流变之间时，开关侧母线段跳闸出口无法切除该故障，而流变侧母线段的小差元件不会动作，这种情况即为死区故障，此时，母差保护已动作于另一段母线，大差电流元件不返回，母联开关已跳开而母联流变仍有电流，死区保护应经母线差动复合电压闭锁后切除相关母线。 母联开关分位差动动作充电动作

或延时50ms

或

封母联开关TA 母联失灵延时母联失灵过流Ⅰ母小差复式比率动作

大差复式比率动作

Ⅱ母小差复式比率动作

Ⅱ母差动复合电压Ⅰ母差动复合电压与

与

与与Ⅰ母出口

Ⅱ母出口

图（1）母联失灵、死区故障保护实现逻辑图

母差保护动作过程分析：故障发生在220kV Ｇ站母联2012开关的Ｂ相。初始时刻，大差和正母小差都有故障电流，母差保护40ms 启动后跳开220kV 正母上所有间隔。动作后由于母联开关B 相还有故障电流，而此时母联开关已跳开，所以从保护角度上可判断为母联开关和CT 间的死区故障。正母线和母联开关跳开后，故障仍然存在所以大差不返回，母联CT 中还有故障电流。根据BP-2B 保护原理，母差保护延时封锁母联CT （约150ms 时），此时220kV 正母小差电流消

失，220kV副母出现小差电流，母差动作跳开副母所有间隔开关，故障消除。

事故原因分析和认定：从继电保护角度和录波数据看，事故是由于母联死区保护动作引起的，然而却不能解释外在的表相问题。母联开关本体外部有明显的放电痕迹，说明有接地故障，但是此故障点并非死区位置，应属母线故障。这样看来，保护动作就属于误动。所以现场继保和运行人员本着“四不放过”的原则进行了深入的调查分析以认定事故真正的原因。首先排除了运行人员是否误操作、母差二次回路接线是否正确、母差CT回路绝缘是否良好等情况。试验人员还抽取了母联2012开关三相气室内SF6气体成分进行分析，结果发现B相内部有硫化物的成分，确认是强电放电拉弧时SF6的分解物，表明开关内部发生过放电的情况。通过进一步解剖开关，发现了开关B相内部有大量的灼烧物和灼烧痕迹，所以可以判定故障情况为母联2012开关B相的主导体对开关金属外壳放电。由于故障电流较大，一部分电流通过开关B相构架注入地网；另一部分电流通过开关气动储压罐的连接管分别通过A相和C相注入地网。因三相气动储压罐与构架连接处，焊接面积较小，所以在大电流通过时出现灼烧的迹象。总结：本案例中，母联开关内部发生短路后电弧击穿构架形成母联死区故障。当母线发生死区故障时，保护靠延时检测母联开关位置来封锁CT切除需跳开的母线，但在切除母联开关的同时切除了另一条正常母线，故而扩大了事故范围。鉴于这种缺点，本文提出一种改进措施，在双母线母联开关两侧采用双CT的配置方式，CT交叉接入小

差回路，通过计算两CT回路之和的绝对值判断为母线故障或是死区故障。当绝对值约为0时，判为母线故障，电压闭锁开放，相应母线小差出口跳闸，瞬时切除故障；当绝对值达到一定值时，判为死区故障，这时只跳母联开关，确认母联分位后，同时封锁母联双CT，此时大差仍启动，死区位置侧小差动作，电压闭锁开放，该母线小差保护出口跳开母线上所有间隔解除故障，另一条不动作，少切一条母线。这种方法改进了动作逻辑，发生故障时尽量减少切除正常元件范围，不断提高供电可靠性。