母联保护的应用及常见问题

母联保护的应用及常见问题

母联断路器是两条母线电气联系的纽带，一般情况下母联断路器是合闸状态，即母线并列运行。并列运行时如果一段母线上发生故障，考虑到不将故障波及到另一条母线上，要求继电保护能够快速的跳开母联断路器，并瞬时切除故障母线上的所有元件。我厂220KV的主接线为双母双分段带旁路接线，设有两个母联断路器，分别为1号母联2250开关和2号母联2260开关，经技术改造后，由原来的电磁型保护更换成超高压线路成套保护装置和断路器失灵起动及辅助保护装置。

故障引起母联保护动作的分析

某市变电站的GIS是户内SF6气体绝缘全封闭组合电器，三相分箱式，双母线接线，220KV出线5回，变压器出线2回。同时，220KV侧为固定连接方式，其中Ⅰ母包括1号主变、D线路和E线路；Ⅱ母包括2号主变、A线路、B线路和C线路，220KV母联开关在合闸位置。在运行中GIS内部发生过一起特殊故障，维修人员无法从外观上进行判断和检测。根据我国多年来相关经验的总结，形成母线故障的原因是多方面的，如绝缘子表面污闪，母线TA、TV损坏或爆炸引起母线故障；母线上所连线路间隔单元出现故障，然后波及母线等。主要故障类型为单相接地故障及相间短路故障。母线故障，大部分是因为绝缘子对地放电引起的，开始表现为单相接地故障，然后发展为相间故障故障短路。本文对此特意进行了深入的分析，通过

综合事故后装置的录波数据和报告、母线的动作行为，及正确的理论计算，藉以寻求故障点的精确位置，保障系统的快速修复。

一、母差保护的基本概念及原理。

1）母联保护基本概念。做为保证电网安全稳定运行的重要系统设备，母差保护具有安全性、可靠性、灵敏性和快速性等优点，可以保证整个区域电网的安全。在我国电网中，母联电流比相式差动保护、电流相位比较式差动保护、比率制动式差动保护都曾被广泛运用过，用户普遍认为，其中比率制动式母差保护效果最好，它按分相电流差动原理构成，能够很好地适应母线运行方式、故障类型、过渡电阻等。

2）母差保护基本原理。通过实践可以知道，母线差动保护与其它类型差动保护的区别是：母线差动保护的范围会随母线倒闸操作的进行，母线运行方式的改变而变化，母线差动保护的对象也由于母线元件的倒换操作而改变。故障事例是双母线接线，其原理接线图如下图。其中电流互感器TA1、TA2、TA3、TA4与差动电流继电器KD3组成，在运转中可以明确地反映母线上是否出现故障。

母联保护改造方案研究

依托于IEC61850通讯规约，以一次设备智能化、二设备网络化为基础的智能化变电站，可实现站内智能电气设备间信息共享和互操作，是今后变电站发展的重要方向。[1]。数字化保护作为智能化变电站的重要组成部分，数字化保护改造是智能变电站改造的重点与难点。数字化母线保护以其保护范围及应用条件的重要性与特殊性，在

智能化变电站的数字化保护改造中占有极其重要的地位。

从目前的智能化变电站的技术来看，智能化变电站的保护改造可分为三个部分：过程层改造、间隔层改造、站控层改造。具体工程实施时，由于智能化变电站数字化线路保护站控层与常规保护IEC61850协议站差异不大，故本文数字化母差保护改造重点介绍继电保护间隔层与过程层改造部分，不涉及站控层改造部分。

2数字化母差保护改造方案比较

2.1方案一：直接改造方案

方案介绍：

若母线接线方式为双母线接线，可通过两段母线分列运行，改造前所有间隔挂接其中一段母线，并接入传统母线保护装置，改造过程中，将所有间隔依次停电进行数字化改造，将改造后的间隔挂接另一段母线，并将改造后间隔的合并单元与智能终端直接接入数字化母差保护装置。

优点：改造过程简单，接线方便。

缺点：改造过程母线长期分列运行，降低了系统可靠性，且改造方案不适用于所有主接线。

2.2方案二：单间隔改造方案

改造前将常规交流采样与开入开出量接入DAU(模拟量合并单元)与智能终端，进行模数转换后接入数字化10KV母联保护装置。改造过程中，已完成数字化改造间隔的合并单元与智能终端通过光纤直接接入母差保护主机，未改造的传统间隔仍通过DAU与智能终端接入

数字化母差保护主机。全部间隔数字化改造完成后，数字化母差保护主机接入所有间隔的合并单元与智能终端，原DAU与智能终端及相关接线拆除。

优点：改造过程不影响全站的保护运行方式及负荷分配，适用于各种主接线。

缺点：改造前后合并单元与智能终端布置位置需要调整，工程接线工作量大。

对于采用电子式互感器的数字化母差保护改造，需按间隔增加模拟量合并单元。

2.3方案三：多间隔改造方案

改造前增加母差保护子机接入多个间隔的传统开入开出量以及交流采样，并转换为数字量后通过光纤接入数字化母差保护主机。改造过程中，已完成数字化改造间隔的合并单元与智能终端通过光纤接入数字化母差动保护主机，未改造的传统间隔通过母差保护子机接入母差保护主机。

优点：改造过程不影响全站的保护运行方式及负荷分配，适用于各种主接线。

适用于常规互感器与电子互感器智能化变电站改造，回路接线简单。

缺点：需增加母差保护子机设备，改造过程较复杂，现场工作量较大。

改造过程中母差保护主机需根据接入间隔更改配置文件。

2.4方案比较

方案一要求母线长期分列运行，且改造过程中存在一段母线带全站负荷运行方式，不仅对系统运行方式影响很大，而且母线故障后无法马上恢复供电，不利于系统安全稳定运行。

方案二与方案三不影响母线运行方式，系统安全稳定性高，可灵活安排停电改造计划，但改造过程中需增加转接设备与接线，且改造过程中需更改数字化66KV母联保护测控装置配置文件，增加了改造工作量与复杂度。

综合考虑工程改造操作复杂度与变电站运行可靠性，对于主接线间隔较少，系统允许母线长时间分列运行的变电站，采用直接改造方案。对于接线规模较大，系统运行方式要求较严格的变电站，采用多间隔改造方案。

3数字化母差保护改造典型工程应用

3.1.多间隔改造方案简介

多间隔改造方案改造过程采用母差保护子机进行转接，母差保护由数字化母差保护主机与母差保护子机构成。主机实现母线差动保护、母联充电保护、母联过流保护、母联非全相保护、母联失灵（或死区）保护及断路器失灵保护出口等功能。子机完成间隔模拟量、开关量及压板状态等的采集。[3]

采用母差保护子机转接的多间隔改造方案在实际智能变电站工程改造中应用较多，6KV母联保护测控装置现以该方案作为典型改造方案，对数字化母差保护改造工程应用进行说明。

多间隔改造方案可分为两个阶段，第一阶段为传统间隔接入母差保护子机后转接到数字化母差保护主机。

对于需要进行数字化母差保护改造的变电站，将传统间隔电缆接线接入母差保护子机，母差保护子机通过光纤与数字化母差保护主机进行数据交互。

第二阶段为改造完的数字化间隔接入数字化母差保护主机，同时取消对应间隔通过母差保护子机转接至主机的回路接线。

第二阶段停电工作配合间隔数字化改造来进行，改造间隔一次设备需停电。为减少变电站停电次数，可采用同时若干间隔同时改造的方式，并综合考虑运行安全及负荷分配，将母联间隔、主变间隔分不同批次进行数字化改造。采用多间隔同时改造的方式可减少数字化改造时配置文件更改次数与调试工作量。

改造过程中母线保护同时接入母差保护子机、合并单元与智能重点，连接示意图如图1所示：

图1常规与数字采样间隔母差连接示意图

所有间隔数字化改造完成后，数字化母差保护主机独立完成母线保护功能，取消母差保护子机及其接线，连接示意图图2所示：

图2全数字采样间隔母差连接示意图

3.2.多间隔改造方案优点

采用母差保护子机转接的多间隔改造方案与其他方案相比，有以

下优点：

适用于各种母线主接线形式。

改造过程不影响母线运行方式。

改造过程中不影响母线保护正常运行，大大减少母差保护退出运行时间。

改造过程中采用母线保护子机进行转接，与接入间隔合并单元及智能终端的单间隔改造方案相比，可减少110KV微机保护测控装置接线更改，降低工作量及停电时间。

综上所述，采用母差保护子机转接的多间隔改造方案是现阶段智能变电站母差保护改造工程应用常用方案。

4数字化母差保护改造注意事项

4.1.交流采样同步测试

交流采样同步性直接影响到母差保护差流计算的正确性，交流采样数据的同步性对母差保护性能至关重要。

为保证母差保护交流采样的正确性，需在设备联调与验收时对母差保护子机与各合并单元同步性能进行专项测试，测试方法如下：将标准源输出的模拟交流量连接到互感器校验仪的交流采样输入，将同一路交流采样接入合并单元或者差保护子机，发电机转子接地保护装置同时将合并单元与子机数字采样输出光口连接到校验仪的光口。将变电站的同步信号接到校验仪的同步信号输入，或者使用本校仪的同步信号则将检验仪的同步信号输出连接到合并单元。根据校验仪输出的角差与比差，可测试合并单元以及母差子机输出延时是

否准确，并确定采样波形是否满足要求。[4

4.2.母差保护配置文件测试及备份

为保证后期改造过程中配置正确性，联调测试时可搭建联调系统并配置全站SCD文件，对数字化母差保护主机、母差保护子机、合并单元、智能终端、间隔保护等设备SCD连线一一验证。

由于母差保护改造间隔数量多，改造过程相对复杂，且接入不同间隔时数字化母差保护主机需更改配置，故需针对母差保护智能化改造不同改造阶段的配置文件需行专项联调测试。

针对改造过程各个阶段接入不同改造间隔情况，对母差保护接入不同间隔时的配置文件进行联调测试，测试正确后将配置文件进行存档，改造过程中可直接导入配置文件，综合保护可极大提高改造过程中工作效率，并保证改造工作配置正确可靠。

5结论

本文从智能化变电站改造过程中的实际需求出发，结合数字化母差保护工程改造方案的现状，介绍和比较了现阶段常用的数字化母差保护改造方案。选取母差保护子机转接的多间隔改造方案作为典型方案，具体介绍了数字化母差保护改造的工程实施过程，并对工程应用中的注意事项进行说明。