母线差流分析

REB-103母线差动保护差流分析

周健

( 江苏省送变电公司南京市210028 )

摘要：通过对REB-103母线差动保护原理的简要介绍，对正常状态下及电流互感器二次回路开路或短路时保护装臵中的差流进行分析，解释现场试验中出现的一些实际问题。

关键词：保护差流问题

1、设备简介：

REB-103母线差动保护是由瑞典ABB公司生产的中阻抗母线差动保护装臵。该保护的特点是：动作迅速，区内故障时出口时间在9毫秒以内，从而能有效地防止电流互感器饱和的影响；在区外出口故障、且出线电流互感器严重饱和时也有很高的稳定性，不会误动；通过变流器的变比的选择，可以在同一母线上使用不同变比的电流互感器；根据其外回路的不同接线方式，可以适用于各种电压等级、各种不同接线方式的母线作为母线保护。

2、选题理由：

在江苏的500kV变电站的母线保护中，大量使用了瑞典ABB公司的REB-103母线差动保护。此种保护的原理较为复杂，外回路接线不直观，图纸不大符合我国的设计思路。在实际的试验和运行过程中发现，在电流互感器二次回路发生各种不同类型故障时，流过差动继电器的差流的大小与国产母线差动保护有很大区别，出现的一些现象也不容易解

释，在投运时做试验难以通过。在此，通过对其原理的简要分析来对这些问题进行剖析。

3、现状分析：

江苏新投运的500kV石牌变、车坊变中500kV与220kV母线保护都使用了REB-103母线差动保护；在建的500kV盐城变也是此种配臵；早期完成的500kV武南变、东善桥变的220kV母线也已改为REB-103母线差动保护。

4、存在问题：

4.1正常时保护的差流值多大？允许值为多少？

4.2电流互感器二次回路开路时差流的大小？对母线差动保护有什么影响？

4.3电流互感器二次回路多点接地时差流的大小？对母线差动保护有什么影响？

5、问题分析：

5.1、保护原理：

REB-103母差保护为中阻抗型母线保护，输入阻抗较大，其原理图如图1所示：

图1：REB-103差动保护原理图

图中：AR 告警继电器US 制动电压

SR 启动继电器UD3 动作电压

DR 差动继电器URZ告警电压

?A1、?B1、?X1 系统一次电流(一次电流)

?A2、?B2、?X2 电流互感器二次电流(二次电流)

?A3、?B3、?X3 变流器二次电流(三次电流)

?T3 流入差回路的电流

?L 流出差回路的电流

?D1T 差流

假设母线上有三个出线，电流方向如图1箭头所示，LA、LB流进母线，LX流出母线。因TM2、RZ1、RZ2的阻抗都远大于差动回路阻抗，实际分得的电流也很小，在此我们忽略不计，此时下面的公式成立：?A1＋?B1—?X1＝0；

?A2＋?B2—?X2＝0；

?A3＋?B3—?X3＝?T3—?L= ?D1T=0；

这时，由于一次电流、二次电流、三次电流均能平衡，因而差动回路中亦无差流流过，保护处于平衡状态，差动继电器与启动继电器均不

动作，保护也不出口。然而，在实际应用中因电流互感器与变流器存在误差等原因，差流不可能完全为零。我们在几个500kV变电站的实际测试后证实，其差流正常时在几十微安到几百微安之间，视其变比的平衡情况而定。表1是500kV石牌变主变投运时I母线的试验数据，三个分路的变比均一致，所以差流较小。

表1：500kV石牌变220kV母线差动保护装臵投产试验报告：

但有一种情况下差流有可能较大，即当有一条分路的电流非常小时，由于差动保护装臵中存在二级管，二级管存在着门槛电压，当一次电流过小时有可能不足以使二级管导通，这时在差动回路中就存在着较大的差流，其值可达到1mA~2mA。这种情况主要是因线路负载过小所造成。

因此，只要正常运行时的差流不足以使差动继电器动作，同时告警继电器也不告警，就是完全可以接受的。

5.2、当有一条线路电流互感器二次回路开路时的情况：

如图2所示，假设线路LB的电流互感器二次回路在Y点由于某种原因开路了：

图2：线路LB二次回路开路时的保护回路图

此时，电流关系变为：

?A1＋?B1—?X1＝0；

?A2＋?B2ˊ—?X2＝–?B2≠0；(?B2ˊ=0)；

?A3＋?B3ˊ—?X3＝?T3—?L＝?D1T≠0；

由上式可看出，由于LB线路的二次电流开路，因而在二次回路产生了差流，其差流大小应为未开路时的–?B2。相应的在三次回路中也因缺少了LB线路中的三次电流而不能平衡，产生差流，其差流大小也相应为未开路时–?B3。此时按理所有的差流均应流入差动继电器回路，即?D1T ＝–?B3。但由于此种母线差动保护为是中阻抗差动保护，所以其差回路的阻抗较大，数值达到千欧级，而一次侧开路的变流器此时相当于在差动回路上并了一个阻抗，如图3所示，其数值与差回路相差不大，因而在变流器上将分得一部分差流，且不同变流器的分流也是不一样的，在实际试验中我们测得其数值甚至达到实际差流的一半左右，相应的流入差动继电器的差流这时也只有实际差流的一半了。此时保护差动执行元件动作，因未达到启动元件的动作值，保护将在延时5秒后闭锁保护，使母线差动保护退出运行，母线失去保护。

图3：线路LB二次回路开路时的等值图

类似的情况还有：将备用间隔的变流器切入差动回路，其对差动回路的影响与电流互感器二次开路相似，不同的是此时母差由于无差流，保护不会闭锁，只有到需要动作时才产生影响，这种情况在实际运行中经常会出现，因此需特别小心，在试验完后需认真核对变流器切入位臵。

5.3、电流互感器二次回路多点接地时的情况：

在500kV车坊变220kV系统投产试验时发现，正常时差动回路无差流，这时属正常情况。但当我们将任一出线的三次电流短接，并退出母差时，B相和C相有差流，而A相却一直没有差流。经多次试验后发现：系母联的A相二次电流（图4中A点串入电流表测试）在其余出线的A 相三次电流的投、切时数值有较大变化，而这过程中A相差动回路中一直无差流流过。因正常时电流互感器的二次电流由一次电流根据互感器变比来决定，根本不应受别的分路的影响的，很显然是二次回路有问题，初步分析应是电缆绝缘不好，将电流在电流互感器端了箱短接后，用万用表就能测出，A相电缆直接对地短路。通过接地电阻大小的测试，分析出接地点应该在母差保护屏内，在将电缆皮扒开后证实，A相电缆接

线时被刮伤露出了芯线，在多次移动后芯线直接接触到屏蔽层上，直接对地短路。因二次回路在端子箱已有接地，现在在保护屏A相又接地，所以将A相二次电流直接短接了，未能进入变流器，我们在A点测试的LB出线A相电流就不是实际的二次电流了。

图4：线路LB二次回路短路时的保护回路图此时，电流关系变为：

?A1＋?B1—?X1＝0；

?A2＋?B2—?X2＝0；

?A3＋?B3ˊ—?X3＝?T3—?L＝?D1T 0；

由上式可看出，由于LB线路的二次电流短路，一次电流与二次电流均能平衡，但三次回路中因缺少了LB线路中的三次电流而不能平衡，产生差流，其差流大小相应为一点接地时的–?B3。此时按理所有的差流均应流入差动继电器回路，即?D1T＝–?B3，但实际上?D1T却无电流，差流基本上从变流器TMB中分流了，即此时?B3ˊ＝–?B3。这是因为一次侧短路的变流器从其二次侧看过去，变流器实际上变成了一个小阻值的阻抗，其值远远低于差动回路，与高阻抗的差动回路相比就相当于短路，其等值电路如图5所示：

图5：线路LB二次回路短路时的等值图

此时相当于差动回路被短路，差动回路中只能流过很小的差流，因此保护也认为现在处于正常状态，不告警，无任何异常现象。而实际上母线差动保护已失去作用。此种现象很隐蔽，在投产试验时一定要小心谨慎，对出现的不合理现象要仔细分析，查明原因，以免留下隐患。

6、结论和见意：

由于此种母线差动保护的特殊性，在做此保护之前，需对此种保护有较深的认识，对其原理、回路做到心中有数。在试验时一定要认真细致地检查电流回路，防止电流开路或短路现象，要绝对保证电流互感器的二次回路只有一点接地。在投入运行前要对保护的差动回路进行全面带负荷测试，发现异常问题及时处理，防止留下隐患。

参考文献：

[1]ABB REB 103 User's Guide