母线保护闭锁备自投装置动作方式探讨

母线保护闭锁备自投装置动作方式探讨

母线故障被母线保护切除后，在某些情况下备自投能够动作于合闸，使变电站的断路器合闸于故障，導致事故扩大。本文以110kV单母分段接线具备4出线间隔的变电站为例，通过分析不同母线运行方式下的故障特征，总结备自投装置动作情况。针对合于故障的备自投运行方式，设计了母线保护闭锁备自投的三种方式，以满足不同条件的备自投装置选择特定的闭锁方式。

关键词 保护配合;闭锁方式;母线保护

引言

在变电站内，当母线因线路故障导致失压时，备自投装置能够动作恢复母线电压，降低线路故障的影响。然而，当母线上发生故障时，由于备自投装置感受的故障特征条件与线路故障时一致，在满足动作条件时，备自投装置会动作，并合于母线故障，后果轻则导致分段断路器爆炸，重则直接威胁全站电力设备安全。本文采用过程分析法，以110kV单母线分段的变电站为模型，对母线故障时的备自投动作情况进行分析推断，确定母线保护与备自投装置动作冲突点，并提出了防止备自投装置动作合闸于母线故障的多种方式。

1 母线保护及备自投装置概述

1.1 母线保护

母线是变电站电能流通的枢纽，是变电站内最重要的电力设备，当母线发生故障时，母线保护能快速动作切除母线相连各断路器，以隔离故障点，减少设备停运范围。母线保

护需要判断母线电压及母线相连运行间隔的电流矢量值。当电压和差动电流条件均满足时，母线保护动作断开分段断路器、故障母线上的线路断路器及变压器高压侧断路器。目前部分110kV单母分段接线变电站已完成母线保护改造并投入运行。

1.2 备自投装置

备自投装置全称是备用电源自动投入装置，当其感受到母线电压降低，电源线路电流消失时，备自投装置能够主动断开电源线路断路器并自动投入备用电源线路，它的应用能有效减少电力负荷损失。在110kV单母分段接线变电站中，均有设计110kV备自投装置[[参考文献：

国家标准. 继电保护和安全自动装置技术规范[S]. GB/T 14285-2006]]。110kV备自投功能分为进线备自投和分段备自投，动作区别在于恢复母线电压的方式不同，前者通过切换电源线路完成，后者则通过合上分段断路器来恢复母线电压。以110kV单母分段接线及四条出线间隔的变电站为例，110kV备自投具备14种运行方式，投入进线备自投的运行方式6种，投入分段备自投的方式有8种。这14种方式对应不用状态下的变电站电力一次设备状态，当电力一次设备状态满足备自投装置对应的运行方式时，备自投装置将会完成充电。当电力一次设备状态改变且满足备自投装置动作条件时，备自投装置将会动作。

1.3 强制进线备自投

考虑到区域电网并列问题，并且对于缺少合于故障后加速跳闸功能的备自投，其分段备自投功能可能导致合于故障后无法及时切除故障，从而导致全站失压，并且短路电流长时间存在，直接危害电力设备安全。[[[] 朱丰堂，朱财乐. 强制进线备自投的应用研究[J]. 电工技术， 2015（02）：71-72]]据继电保护反事故措施规定，对于上述备自投，采取强制

进线备自投功能。即通过人为置位的方式，虚拟出分段开关合位开入，使备自投装置“判断”分段开关位置保持在合位。从而使备自投装置的进线备自投功能逻辑充电。使用强制进线备自投功能后，备自投装置需要在两段母线同时失压时才能动作，且失去分段备自投的功能。在母线分列运行时，无法避免因电源线路故障导致的单母失压结果。

2 母线故障后备自投动作分析

以110kV侧单母分段的110kV典型设计标准变电站作为故障分析模型，分别对并列运行、分列运行下两种状态的母线故障进行探讨，另外还对具备强制进线备自投功能的备自投装置在母线故障下的动作状态进行分析。本文将以母线运行方式为论证出发点，分析采取闭锁回路前母线保护及备自投装置动作状态，并探讨出采取闭锁回路的方式。由此制定闭锁回路设计的思路。思路图如图2.1所示。

2.1 分列运行时母线故障

母线故障指母线及直接相连的导线上发生短路的故障。母线发生故障的特征具体表现为母线电压降低及电源间隔电流增大，通过将母线各个间隔的电流进行矢量计算，可以得出母线差流值，母线保护根据电压值降低量及差流值的增大量综合判断母线是否存在故障。110kV母线分列运行时母线上发生故障，110kV母线保护会动作切除与故障母线相连的间隔断路器，包括分段断路器、线路断路器及变压器高压侧断路器。110kV母线保护的动作条件包括母线失压（低于无压定值）、大差动作（大差差流满足动作条件），而判断及选择故障母线的条件则是小差动作（通过差流大小来判断母线是否存在故障）来完成。

2.1.1 分段备自投动作分析

以110kV单母分段接线的变电站为例，110kV母线分列运行时，分段备自投方式充电，当某一条110kV母线发生故障时，母线保护会瞬时切除相连断路器。当母线失压时，备自投装置将启动计时，经3500ms延时跳开失压母线上电源线路断路器，收到该线路断路器跳位后，备自投动作合上分段开关。由于备自投装置无法识别导致母线失压的原因是母线故障还是电源线路故障，在母线故障时备自投装置同样会动作于分段断路器合闸，致使合于故障母线。综上所述，在分列运行的母线上发生故障时，由母线保护切除故障后分段备自投会使分段断路器合于母线故障，导致事故扩大。因此，母线保护动作后，分段备自投不应动作，应被闭锁。[[[] 张新来. 110kV变电站母线保护与备自投配合关系分析[J]. 电工技术， 2017（5）： 86-87.]]

2.1.2 强制进线备自投动作分析

强制进线备自投在110kV母线分列运行时投入，当单段母线故障时，强制进线备自投不会动作，不会扩大事故范围。在两段母线同时发生故障时，母线保护动作切除所有断路器后，强制进线备自投会动作合上备用电源线路断路器，即合于母线故障，短路电流会流经上一级电源的变压器，严重时烧坏变压器。因此，母线保护动作后，强制进线备自投不应动作，应被闭锁。2.2 并列运行时母线故障

同以110kV单母分段接线的变电站为例，110kV母线并列运行时，单段母线上发生故障时，两段母线电压同时降低，短路电流流经分段断路器，母线保护能够选择出故障母线予以切除。母线保护动作的原理以及特征与分列运行时的情况一致。

2.2.1 进线备自投动作分析

在110kV母线上有2条及以上电源线路且进线备自投充电的运行方式下，母线发生故

障时，两段母线同时失压，母线保护动作切除分段断路器及故障母线上相连间隔的断路器，非故障母线维持正常运行。当分段断路器被切除后，两段母线中一段有电压，另一段无电压，满足备自投装置放电逻辑，备自投装置不会动作。

当并列的母线上只有1条电源线路运行且进线备自投充电的情况下，母线发生故障时，两段母线同时失压，母线保护动作切除分段断路器及故障母线上相连间隔的断路器。若故障母线为电源线路所挂接的母线，则母线保护动作后，全站母线将失压，进线备自投会动作合上备用电源线路断路器，恢复非故障母线电压。若故障母线不是电源线路所挂接的母线，则母线保护动作后，故障母线被切除隔离，非故障母线继续运行，备自投装置不会动作。综上所述，并列运行的母线发生故障，母线保护动作后不需要对备自投装置进行闭锁。

3 备自投装置的闭锁方式

通过上文的分析，可以采取多种方式来闭锁备自投装置的动作行为。闭锁的逻辑需要考虑母线是否在并列运行，当母线在并列运行时，母线保护动作不需要闭锁备自投装置。当母线在分列运行时，母线保护动作需要闭锁备自投装置。另外，在单段母线检修时，备自投装置无相关运行方式，为简化二次回路设计，可以并入母线分列运行的情况。闭锁的方式包括增设开入、退出总功能开入、断开开入电源或改变线路断路器合后位置状态。[[[] 黄剑. 220kV备自投装置外部闭锁回路设计问题[J]. 广东输电与变电技术， 2010（2）：19-20

3.1 增设备自投总闭锁开入

增加备自投总闭锁开入的设计是最直接的闭锁方式。对于具备总闭锁开入的备自投装置而言，将母线保护动作接点串接入其总闭锁开入回路当中，可以实现母线保护动作时闭

锁备自投。考虑到母线分列、并列时母线保护动作后闭锁备自投的情况不同，需要在闭锁回路中串接反应母线并列的接点，如串接分段断路器节点及其两侧刀闸的节点作为母线并列的接点、电压互感器并列装置的并列继电器接点。另外，若备自投装置有装置总闭锁压板，则需要将上述闭锁开入的首尾并接至总闭锁压板两端。考虑防止母线保护检修时误闭锁备自投的情况，具体实现的回路如图3.1所示，图中省略备自投装置屏内部接线。

3.2 退出备自投总功能

部分110kV备自投装置缺少闭锁总功能开入，但具有备自投功能开入。因此闭锁备自投可以采取退出备自投总功能的方式，其原理与增设闭锁回路相似。区别在于备自投装置的开入逻辑完全相反，退出备自投总功能回路需要应用母线保护动作的动断接点，当母线保護动作时，断开备自投总功能开入回路以实现闭锁备自投。同时需要将母线并列反应到回路当中，因此需要将表示母线并列的动合接点并接至母线保护动作的动断接点。具体回路实现如图3.2所示。图中省略备自投装置屏内部接线。

3.3 母线保护采用手动跳闸

当母线保护跳开断路器方式采用手动跳闸时，电源线路断路器的合后位置被复归，使备自投装置放电。在二次回路设计上，此方法较容易实现。但采取手动跳闸时，会不利于事故后故障分析，并且无法生成事故总信号，有碍于调度进行监测。如采取母线保护手动跳闸各线路断路器的方式，则应该完善变电站故障录波功能及加强母线保护动作的遥信级别。

4 结束语

在110kV变电站内，当110kV母线分列运行或有母线检修时，母线发生故障并由母线保护切除后，需将备自投装置闭锁，以防止其动作合闸于故障，扩大事故范围。本文通过分析不同运行方式下的母线故障情况，探讨了对应运行方式下备自投的动作是否应该被闭锁。并结合了现场二次回路的简化目的，总结出母线分列运行及单段母线检修状态下，母线保护动作应闭锁备自投装置，而在母线并列运行状态下，母线保护动作不闭锁备自投装置。设计了三种能够防止备自投装置动作合闸于故障的方式。从简化回路的角度，第一种方式实施难度较小，实施后果影响及风险较小。但对于不具备闭锁备自投开入的装置而言，需要采取第二种或者第三种方式。当母线保护采取手跳断路器的方式时，需要加强完善变电站故障录波能力及母线保护动作遥信告警等级。