继电保护死区分析
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继电保护死区分析范文第1篇
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
继电保护死区分析范文第2篇
【关键词】BP-2B型微机；母线；LXB型母线保护
母线是电能汇总、分配之所在。母线保护是正确迅速切除母线故障的重要保护装置，它的拒动或误动将给电力系统带来严重危害。因此，选择适当的母线保护已成为发供电企业确保安全稳定运行的必要条件之一。多年运行经验表明无论是从性能上还是运行维护等方面，本公司LXB型母线保护就越来越不能满足要求。因此63千伏母线保护改造就尤为重要。
一、LXB型电流相位比较式母差保护特点及存在问题
在63千伏母线保护改造前，本公司母线保护为LXB型电流相位比较式母线保护，该保护采用差动电流作装置启动量，比较差动电流与母联开关电流相位以判别故障母线。其主要特点是：原理简单，二次接线明了，能适应一次系统的倒闸操作。要求电流互感器特性、变比一致，否则要加辅助电流互感器。
LXB型母差保护的使用，其间经历过区内和区外故障的考验，为我公司的安全稳定运行做出了贡献，同时也暴露出其存在的某些缺陷，存在许多问题：
1.运行方式改变时，有时将导致保护灵敏性不能满足要求。
2.当63千伏南、北母线所接电源严重不平衡时，电源功率大的母线故障，小电源或无电源母线提供母联电流不能启动相位比较继电器，装置将不能选择出故障母线，使故障范围扩大。
3.因为我公司旁路兼母联开关电流互感器为单侧设置，在旁路兼母联开关与电流互感器之间发生故障，故障母线不能快速切除。
4.双母线分裂运行时，动作失去选择性，动作时间较长。
5.当母线近端发生区外故障时，由于电流互感器严重饱和出现差电流，可能导致母差保护误动作。
6.由于装置投运行时间已较长，继电器已存在不同程度的老化现象。
综上所述，无论是从性能上还是运行维护等方面，该保护都越来越难以满足要求。因此，63千伏母线保护的改造工作成为必然。
二、BP-2B型微机母线保护原理
BP-2B型微机母线保护装置是由深圳南京自动化研究所研发、深圳南瑞科技有限公司生产的。适用于500KV及以下电压等级各种母线接线方式。BP-2B型微机母线保护装置可以实现母线差动保护、母联充电保护、母联过流保护、母联失灵（或死区）保护、以及断路器失灵保护等功能。BP-2B型微机母线保护的原理如下：
1.起动元件
母线差动保护的起动元件由 “和电流突变量”和 “差电流越限”两个判据组成。“和电流”是指母线上所有连接元件电流的绝对值之和，“差电流”是指母线上所有连接元件电流和的绝对值。与LXB型母线差动保护不同，BP-2B型微机母线保护的“差电流”与“和电流”不是从模拟电流回路中直接获得，而是通过电流采样值的数值计算求得。起动元件分相起动，分相返回。
2.差动元件
母线保护差动元件由分相复式比率差动判据和分相突变量复式比率差动判据构成。
（1）复式比率差动判据：复式比率差动判据相对于传统的比率制动判据，在制动量的计算中引入了差电流，使其在母线区外故障时有极强的制动特性，在母线区内故障时无制动，因此能更明确地区分区外故障和区内故障。
（2）故障分量复式比率差动判据：根据叠加原理，故障分量电流有以下特点：①母线内部故障时，母线各支路同名相故障分量电流在相位上接近相等（即使故障前系统电源功角摆开）。②理论上，只要故障点过渡电阻不是∞，母线内部故障时故障分量电流的相位关系不会改变。根据这一特点，采用电流故障分量分相差动构成复式比率差动判据。
3.电流互感器饱和检测元件
为防止母线差动保护在母线近端发生区外故障时，由于电流互感器严重饱和出现差电流的情况下误动作，本装置根据电流互感器饱和发生的机理、以及电流互感器饱和后二次电流波形的特点设置了电流互感器饱和检测元件，用来判别差电流的产生是否由区外故障电流互感器饱和引起。
4.电压闭锁元件
以电流判据为主的差动元件，可以用电压闭锁元件来配合，提高保护整体的可靠性。与LXB型电流相位比较式母差保护只采用母线线电压低电压不同， BP-2B型母线保护电压闭锁元件用到了母线线电压低电压、母线三倍零序电压、母线负序电压。当母线线电压低于给定值、母线三倍零序电压大于给定值、母线负序电压大于给定值三个判据中的任何一个被满足，该段母线的电压闭锁元件就会动作，称为复合电压元件动作。如母线电压正常，则闭锁元件返回。本元件瞬时动作，动作后自动展宽40ms再返回。差动元件动作出口，必须相应母线段的母线差动复合电压元件动作。使保护更为合理可靠。
5.故障母线选择逻辑
我公司63千伏系统的主接线为双母带旁路，旁路兼母联开关的接线方式，所以BP-2B型母线保护使用大差比率差动元件作为区内故障判别元件；使用小差比率差动元件作为故障母线选择元件。即由大差比率元件区分母线区外故障与母线区内故障；当大差比率元件动作时，由小差比率元件是否动作决定故障发生在哪一段母线。大差比率差动元件的差动保护范围涵盖各段母线，不受运行方式的控制；小差比率差动元件受当时的运行方式控制，但差动保护范围只是相应的一段母线，具有选择性。这样可以最大限度的减少由于刀闸辅助接点位置不对应造成的母差保护误动作。
母线上的连接元件倒闸操作过程中，两条母线经刀闸相连时（母线互联），装置自动转入‘母线互联方式’（非选择方式）――不进行故障母线的选择，一旦发生故障同时切除两段母线。
6.母联充电保护
双母线其中一条母线停电检修后，要通过母联开关对检修母线充电以恢复双母运行。此时投入母联充电保护，当检修母线有故障时，该保护跳开母联开关，切除故障。
三、BP-2B型微机母线保护的特点
通过对BP-2B型微机母线保护原理及特性的探讨，我们可以看出，该保护和LXB 型电流相位比较式母差保护相比，具有以下几个显著特点：
1.比率差动门坎定值按母线最小方式故障整定，保证母线最小方式故障时有足够的灵敏度。
2.大差比率差动元件作为区内故障判别元件，使用小差比率差动元件作为故障母线选择元件，很好地解决了LXB型电流相位比较式母差保护因南、北母线所接电源功率严重不平衡而使母差拒动的问题，同时亦可实现双母线分列运行时保护装置正确、迅速动作。
3.采用死区故障封母联开关电流互感器技术，减小了死区故障时保护的动作时间。
4.增设电流互感器饱和检测元件，有极强的抗电流互感器饱和能力，有效地防止了母线近端区外故障时，由于电流互感器饱和使保护误动作的可能性。
四、BP-2B型微机母线保护存在的问题
BP-2B型微机母线保护和传统继电器保护相比，具有很多的优点，但也存在不足，主要有以下几点：
1.保护装置主机CPU电源中断时可能出现异常。
2.母线保护回路中任何一个运行设备直流电源中断时，装置不能正确判断该设备刀闸实际状态，需人为手动切换。
五、结语
BP-2B型微机母线保护的应用，较好地克服了LXB型电流相位比较式母差保护的缺点和不足，完全适应我公司的现场实际，也必将为我公司的安全生产，系统稳定运行提供更加可靠的保障。
参考文献：
[1]李火原.电力系统继电保护与自动装置[M].中国电力出版社，2006-4-1.
继电保护死区分析范文第3篇
关键词：220kV变电站；母线保护；双重化改造
随着经济发展和社会进步，我国各大城市对电力能源需求不断增加，目前大多数城市需要220kV变电站建设到附近城区，才能够满足不断增长的用电量，保证城市正常运作。一旦电力设备出现故障或者相关的保护工作失去作用等就很容易引发安全事故，由于城市中人群密集，发生事故波及面比较大，损失严重。因此，电网变电站要加强保护，在变电站变压器的选择上要倾向不燃或难燃变压器，不仅如此还要对220kV变电站设立两层保险，将电流互感器特性变化保持一致，如果不能一致，就要通过补偿变流器进行调节，保证∑i=0。在220kV配电装置选择上，建议采用电脑运作设备，提高运行可靠性，保持小工作量以及可以现场安装调试的特点，发挥其在电网建设中的重要作用。近年来，高新科技的发展，例如微电子技术、计算机技术、传感技术等迅速发展，在电力行业领域迅速推广，开启变电站智能化保护新时代。
1 当前在我国的变电站母线保护中存在众多的问题
在我国变电站母线保护的应用个过程中，很多单位采用采用双母线单分段接线方式，这样安装保护装置，可以极大提高母线故障切除率，在对设备进行保护的时候能够十分快速有效的发挥作用，能够配合母线运行中的各种需要。通过良好的配合保证电网运行过程中变电站、变电器的安全稳定运行。虽然这样的运作方式基本上符合电网保护的规范，一定程度上提高了变电站母线的安全性，但在实际运行中，仍然存在很多问题，影响母线的安全：
1.1 如果变电站中一段母线停止运作，进行年度检查时，整套母线保护装置却仍然处于运作中，严重阻碍了年检工作的开展和作用的发挥。年检不彻底给母线运作留下安全隐患，虽然我国母线技术水平逐渐提高，但是不需要调试的装置是不存在的。
1.2 一般情况下，国产继电器保护设备，具有先进的设计原理，保护效果好，但是回路繁杂，不容易维修。对我国继电保护装置的研究可以发现，目前我国很多保护设备的生产技术都落后于国外保护装置生产企业，技术水平落后是继电装置在运行中经常停运的重要原因。
1.3 通过对继电装置的实践总结得出，低水平母线保护装置严重影响变电站正常运行，不能保证变电站供电安全。
2 针对220kV变电站母线保护双重化改造技术问题分析
2.1 在对母线双重化改造过程中危险因素
2.1.1 在电流的回路处十分容易引发危险问题。在电流运行中药进行安稳装置、计量和测控所取CT绕组是和容易出现安全问题的，而针对这些问题，解决的方法是及时检查CT回路，通过检查避免导致送电时CT二次开路。
2.1.2 在保护和改造过程中防止母线失灵失误。在进行保护改造过程中，母线保护装置仍然处于运行当中，停电改造间隔的旧母线电流回路就需要用专门的短接线，禁止任何运行操作，这样可以避免差动回路电流不平衡造成对母线保护误动作；当母线保护改造在对全部开关测试完毕前，需要统一回复间隔开关跳闸二次线，其中相邻母线保护跳闸线和失效的保护跳闸线都要准确的接在正确的位置，同时做好标识工作，在接入之前要提前测量好二次线没有正电位之后才能进行。
2.1.3 在对母线双重化改造过程中增加保护有效性的具体措施。（1）主变间隔。保护装置失去作用，出现这种情况的原因很可能是不能区分失灵的断路器是否为主变单元，不能实现主变单位中压侧开关失灵联跳主变三侧功能。新安装母线在主变支路可接入三跳接点，但其它支路连接分相跳闸接点，由此得出，主变中压侧开关和线路开关的区别，从而最大程度发挥主变中压侧开关失灵联跳主变三侧功能的作用。（2）间隔线路。当连接旧母线保护屏的电路间隔“失灵起动”开入接点，同时将其连接到失灵的公用屏对应的“失灵起动”输入位置。在连接的回路中需要不断的提高对动作可靠性的判断，为失灵的起动回路以及跳闸回路各自添加一对操作箱提供的刀闸切换接点。然后经过起动回路中刀闸位置对失灵跳闸回路中的刀闸位置进行判断，判定这一位置与出现问题的母线位置相同时，在失灵起动开入之后需要通过保护保护电压闭锁以及跳闸脉冲才能够最终将信号传输到出现问题的母线上的间隔操作箱上，最终完成开关跳闸。
2.2 在开关间隔处二次绕组作用失效。针对间隔处二次绕组的失效，要将线路、母联、开关电源关闭之后，进过回路异动，空出原来用作故障录波器或者进行充电保护的接线，连接至第二套母线。故障录波器和充电保护用电流量的路线经过相关的保护盘，也可以引至监控中电流进行回路串接。但是这样形成的回路在结合开关停运进行维修时，需要更长的维修时间。
2.3 在开关、刀闸状态节点接引困难。如果在开关站施工过程中预留的敷设电缆金属管道严重腐蚀，那么如果新的电缆铺设过程中遇到问题，那么就要通过现在的电缆备用芯来与辅助接点相连接。在进行这样的检查过程中，要详细的对开关柜的图纸进行研究，找出能够使用的备用电缆芯。在图纸上标注后还需要在实际的设备中找到相应的备用芯。由于缺乏必要的标记，因此检查过程中需要对两端的线进行核对才能够确定是否可以使用。在这个过程中交流电缆备用芯由于干扰的原因，原则上不能利用。
2.4 母线主变高压侧开关的跳闸回路电缆施工困难。出现母线跳主变高压侧开关的跳闸回路经过继保室连接都厂房每台发变组保护柜，这个过程中要铺设较长的电缆，施工难度加单，但是这样的装置，第一套母线的保护可以通过两路独立跳闸回路，连通至发变组的保护装置中。对这种问题进行解决的方法是对现在使用的第一套母线保护下的跳闸线迅速转移至二套母线保护装置中，然后铺设电缆并接到对应的跳闸回路中。
2.5 关于差流问题的解决办法。当电路全部连接到二套母线的相关保护装置中时，保护装置出现差流报警，出现这种情况说明装置中存在着安全隐患，这种问题在找到原因之前不能进行主变高压侧进行间隔备用的二次绕组。只有通过相位表对比绕组和间隔的正常绕组，才可以得出有极性接反及相别接错。但是这样的处理方式不能彻底解决问题，这是因为设备还在运行中，仅仅可以通过保护箱侧对错误的接线加以更正，然后通过调整解决装置差流报警问题，使母线的运行恢复正常。
当二套母线的保护装置成功启动之后，220kV母线在运行中更加方便灵活，双重保护措施使运行更加稳妥，对母线的保护装置进行优化，降低了电力系统事故发生的概率。
3 结语
文章对实际应用中220kV变电站双重化保护下双母线差动保护技术进行总结和探讨，经过事故分析，对造成故障主要原因的变压器运行线路短路问题，绕组局部变形以及绝缘受损等事故隐患，进行处理。因为双母线系统母线差动保护装备劲射设置大差及各段母线小差保护装置，其中大差是将母线所有零件形成差流，而小差将每一段母线上的零件形成差流，因此对于母联并列运行发生死区故障，一旦开关节点分位，通过主接点与辅助接点间时序的调整母线故障就能切除。
参考文献
[1] 王飚，蔡庆.北京电网220kV母线保护改造[J].农村电气化，2011（05）.
[2] 许丽霞.浅析当前国内母线保护的发展与研究[J].中国科技信息， 2008（19）.
