双母双分段母线保护及失灵保护应用研究

于广耀，于金立

（河南省电力勘测设计院，河南郑州 450007）

摘要：研究双母双分段母线保护及失灵保护的特点，分析运行方式对母线保护的影响，提出解决问题的措施。

关键词：双母双分段;保护;电气回路

1 引言

随着电网的快速发展，电网规模迅速扩张，运行管理更为复杂，为了运行方式灵活及大方式下短路电流水平，越来越多的厂站采用了双母双分段电气主接线。周密地分析研究双母双分段接线的特点，恰当的研制、设计、应用双母双分段母线保护及失灵保护对电网的安全运行有着重要现实意义。现以较复杂的郑州500kV变220kV 母线为例进行应用研究。

2 郑州变220kV电气主接线

郑州变220kV电气主接线现为双母单分段接线，2007年将改造为双母双分段接线，共有12回出线，2台主变，2个母联兼旁路， 2个分段。出线、主变、母联兼旁路对等的布置在北区和南区。北区母线编为I母、III母，南区母线编为II母、IV母。

各元件TA（电流互感器）均布置在断路器一侧，其中，出线、主变、母联兼旁路有规律地分别布置在断路器的旁母侧，分段分别布置在断路器的II母、IV母侧。出线、主变、母联兼旁路TA分别需向母线保护提供2组保护级次级，分段分别需向母线保护提供4组保护级次级。

图1 郑州变220kV电气主接线示意图

3 双母双分段接线保护特点

双母双分段接线原则上按两组双母线对待。按照重要母线保护双重化原则，郑州变220kV需配置4套母线保护及失灵保护（北区和南区各两套，各投一套失灵保护）。每套母线保护有一个大差（区内故障判别元件），两个小差（故障母线选择元件）。大差的动作量为北区（南区）所连主变、线路、分段（不含母联）电流的向量和，制动量为相应电流的绝对值和乘以制动系数；小差的动作量为每段母线所连主变、线路、母联、分段电流的向量和，制动量为相应电流的绝对值和乘以制动系数。

必须注意双母双分段母线闭环、开环、分列运行方式下故障时对母线保护大差灵敏度和小差灵敏度的影响。

每套保护需重点解决好母联兼旁路和两个分段的技术问题。

4母线运行方式影响分析及解决措施

208双母双分段接线有两个母联，两个分段。任一个母联或分段都存在通、断状态，由此可形成母线闭环（四个均闭合）或开环（任一个断开）及多种分列（任两个或两个以上断开）运行方式。

4.1 母线运行方式影响分析（参见图2）

图2 母线运行方式影响分析图

4.1.1 母线闭环方式：两个母联与两个分段均闭合。

若I母的一端K1点故障, I母的另一端有一大电源提供短路电流ID，可能其中大部分（ID1）沿I母流向故障点，另一部分（ID2）经ML1、FD2、ML2、FD1流向故障点。

北区大差：ID2及III母各电源支路提供的短路电流流经FD2、FD1到达故障点，对动作量无影响，但加大了制动量，影响大差灵敏度。

I母小差：ID2流经ML1、FD1到达故障点，对动作量无影响，但加大了制动量，影响小差灵敏度。

若III母的K3点故障, I母有一大电源提供短路电流ID。因I母各电源支路提供的短路电流除流经ML1外，还可能部分流经FD1、FD2到达故障点，影响北区大差灵敏度，但不影响III母小差灵敏度。

若II母的K2点或IV母的K4点故障, I母有一大电源提供短路电流ID。不影响南区大差及II 母或IV母小差灵敏度。

4.1.2 母线开环方式: 任一母联或分段断开。

经分析，母线开环方式不影响小差灵敏度。

若ML1断开，ML2、FD1、FD2闭合：I母的K1点故障，III母各电源支路提供的短路电流流经FD2、FD1到达故障点，影响北区大差灵敏度；同样，III母的K3点故障，I母各电源支路提供的短路电流流经FD1、FD2到达故障点，也影响北区大差灵敏度；若II母的K2点或IV母的K4点故障, 不影响南区大差灵敏度。

若ML2断开，分析思路同上。

若FD1或FD2断开, K1、K2、K3、K4任一点故障，不影响大差灵敏度。

4.1.3 母线分列方式: 任两个或两个以上母联（分段）断开。

经分析，母线分列方式不影响小差灵敏度。

若ML1、ML2闭合，FD1、FD2断开,北区与南区分列运行，K1、K2、K3、K4任一点故障，不影响大差灵敏度。

若ML1、ML2断开, FD1、FD2闭合，I、II母与III、IV母分列运行，K1、K2、K3、K4任一点故障，北区（南区）非故障侧母线各电源支路不提供短路电流，即对大差动作量无助增作用，但其正常的潮流却对大差制动量有助增作用，影响大差灵敏度。

若ML1、FD1断开, ML2、FD2闭合，I母与II、III、 IV母分列运行，K1点故障，III母各电源支路不提供短路电流，即对大差动作量无助增作用，但其正常的潮流却对大差制动量有助增作用，影响北区大差灵敏度。对应的其它开、闭及故障组合分析思路同此。

若ML1、FD1、FD2断开, ML2闭合，I、III 母分列运行，K1或K3点故障，北区非故障侧母线各电源支路不提供短路电流，即对大差动作量无助增作用，但其正常的潮流却对大差制动量有助增作用，影响大差灵敏度。对应的南区开、闭及故障组合分析思路同此。

若ML1、ML2、FD1、FD2均断开, I、III、II、IV母均分列运行，K1、K2、K3、K4任一点故障，北区（南区）非故障侧母线各电源支路不提供短路电流，即对大差动作量无助增作用，但其正常的潮流却对大差制动量有助增作用，影响大差灵敏度。

4.2 母线运行方式识别办法及母差灵敏度问题解决措施

由以上母线运行方式影响分析可知：

只有母线闭环运行方式下，若双母双分段各母线电源支路分布不均，即某一母线电源明显过大，可能影响该母线小差灵敏度。

同理，母线闭环运行方式下，还可能影响该母线所在区（北区或南区）大差灵敏度。

209母线开环或分列运行方式下，任一母联或两个母联断开，会影响大差灵敏度；任一分段或两个分段断开，不影响大差灵敏度。

4.2.1 母线运行方式识别办法

目前的双母双分段母线保护引入了一个母联、两个分段断路器位置接点，应可判别一个母联、两个分段通断状态，但无法判别另一个母联通断状态。若每套母线保护输出两个本区母联位置信号开出量，同时设置一个另一区两套母线保护来的母联位置信号开入量，则可判别母线是闭环、开环还是分列运行方式。

4.2.2 母差灵敏度问题解决措施

母线保护小差灵敏度：

若能判别母线为闭环运行方式，则所有小差制动系数自动取低值，否则取高值，可有效克服对小差灵敏度的影响。建议母线保护研制单位参照上述母线运行方式识别办法进一步作些工作。

若采取大差动作先跳母联，可解除对小差灵敏度的影响。问题是母线环形运行方式下也可能影响大差灵敏度，同样需要判别母线为闭环运行方式，首先大差比率制动系数自动地取低值。

母线保护大差灵敏度：

母线开环运行或分列运行可能影响大差灵敏度已引起母线保护研制单位的重视，并相应采取了一些有效措施。例如，母联断开时，该母联所在北区（南区）母线保护大差比率制动系数自动地取低值。

尚未见到双母双分段闭环方式也可能影响母线保护大差灵敏度的有关论述。若能判别母线为闭环运行方式，则所有大差制动系数也自动取低值，否则取高值，可有效克服对大差灵敏度的影响。

设计及运行调度可采取的措施：

若电力系统条件允许，可采用断开一个分段断路器运行方式，则可避免闭环方式对小差、大差灵敏度的影响。断开一个分段断路器，只是开环，并未分列，在现有母线保护条件下值得考虑。

设计及运行调度尽可能将各个母线电源支路均匀安排，则可从源头避免或减轻母线闭环方式对小差、大差灵敏度的影响。郑州变220kV母线北区和南区对等布置，各个母线电源支路安排比较均匀，正常情况下母线闭环运行方式对母差灵敏度的影响较小。

5 母联兼旁路研究

母线保护及失灵保护母联兼旁路研究是该种接线的共有问题。郑州变220kV双母双分段母线北区和南区各有一个母联兼旁路，是该接线母线保护及失灵保护的关键技术之一，所以本文参照图1也进行一些探讨。

母联兼旁路（同一个断路器，同一组TA）作母联还是作旁路，牵涉到运行方式识别问题，TA 极性问题，该电流是否计入大差小差问题，失灵起动及失灵保护问题，母线保护跳闸或失灵保护跳闸问题。

5.1 运行方式识别

郑州变母联兼旁路作旁路运行北区是I母代路，南区是II母代路。

运行方式可通过I母刀闸（1G）、II母刀闸（2G）、旁母刀闸（PG）通断状态自动识别，也可通过连接片的投退手动识别。

5.2 母联兼旁路TA极性

母联兼旁路TA极性首先按作母联运行安排，作旁路运行时若与出线元件同名端不一致，应有方便的倒极性措施（旁母刀闸PG开入或连接片投退），或者改变作母联运行时同名端的约定。

多数厂家母线保护约定，母联TA同名端朝向I(II)母，郑州变母联兼旁路电流回路可与线路接线规律一致，作旁路不用倒换极性。个别厂家母线保护约定，母联TA同名端朝向III(IV)母，郑州变母联兼旁路TA需与线路接线规律相反，而且作旁路需倒换极性。

5.3 不同运行方式的逻辑区别

母联兼旁路作母联运行时，该间隔电流计入两个小差，不计入大差，两侧任一组母线故障时，均跳开该断路器；母线保护动作且母联失灵（或死区故障）在母线保护中解决（母联失灵保护）；母联单独装设的充电保护、过流保护跳闸时起动母线保护中母联失灵保护；两侧母线任一组失灵保护动作时，均跳开该断路器；当两母线都有电压且母联断路器在跳位时母联电流不计入小差。

母联兼旁路作旁路运行时，该间隔电流仅计入I母（II母）小差，且计入大差，只有所接母线故障时，才跳开该断路器；旁路保护动作且该断路器拒动时在失灵保护中解决，旁路失灵起动回路需接入失灵保护；只有所接母线失灵保护动作时，才跳开该断路器。

这里值得注意的是作母联与作旁路失灵逻辑是不一样的。作母联时充电保护起动失灵及失灵跳闸与母联两侧母线失灵保护有关；作旁路时旁路保护仅起动I母（II母）失灵，仅I母（II

210母）失灵保护动作才跳开该断路器。两个失灵起动开入及其内部逻辑是分开的，保护装置的研制及组柜设计应注意此问题。

6 两个分段研究

正确处理两个分段问题是双母双分段母线保护及失灵保护的关键技术，参照图1进行分析。

6.1 分段TA极性及次级组数

分段TA极性应分别与北区、南区母线出线元件同名端一致。在分段电流回路接线规律与北区出线一致时，南区母线保护所用TA次级应倒极性。

除北、南4套母线保护需4组分段TA次级外，分段断路器保护还需1组TA次级，每个分段需5组保护级次级。

6.2 有关逻辑回路

每个分段断路器固定接于北、南区相应母线，原则上相当于一回线路对待，但必须注意其特点。

每个分段电流分别固定计入北、南区4套母线保护相应4个（I母、II母或III母、IV母）小差，计入北、南区4套母线保护大差；北南区相应母线故障时，才跳开该断路器。

与母联不同，相应母线保护动作且分段失灵时在失灵保护中解决，可设北区、南区母线保护及失灵保护相互起动失灵的开出、开入回路；分段单独装设的充电保护、过流保护（其实还有北区、南区母线保护）跳闸时起动TJR永跳继电器，TJR接点经电流判据起动北南两侧失灵保护；每套失灵保护中北、南母线保护相互起动失灵与分段保护起动失灵开入并接；北南相应母线失灵保护动作时，才跳开该断路器。

6.3 对分段断路器保护的特殊要求

每个分段保护需有两组起动失灵输出回路，用于起动北南两侧失灵保护，装置的生产及设计应给予注意。7 其它需要注意的问题

双母双分段母线保护需要接入母联、分段断路器A、B、C相常闭（动断）串联辅助接点，有的还需要接入母联、分段断路器A、B、C相常开（动合）并联辅助接点。

由于线路保护双重化，母线保护双重化，控制、测量、计量、遥信等需要，断路器辅助接点越来越紧张。特别是每个分段需要配合4套母线保护，就更紧张了。

当然，可以利用母联、分段断路器保护柜操作箱中备用的TWJ跳位继接点、HWJ合位继接点代替。经多方查证，现有的母联保护柜操作箱中备用的TWJ接点一般可满足两套母线保护的需要，分段不能满足，HWJ接点均不能满足需要。

郑州变采用一套母线保护及失灵保护利用操作箱中备用接点，另一套利用断路器辅助接点设计，把负担分散开来。利用室外断路器辅助接点宜用强电开入。

8 结束语

双母双分段母线保护及失灵保护装置功能和逻辑回路有待进一步完善，各种运行方式及故障类型特点应进行充分研究，在设计和运行中不断探索并积累经验，从保护研制、工程设计、运行管理多方面采取措施，一定能把双母双分段母线保护及失灵保护技术推向更高水平。

于广耀（1975.11-），男，工程师，从事电气回路及元件保护研究和工程设计。

于金立（1944.10-），男，高级工程师，从事电力系统继电保护研究和工程设计。

Application Research about Bus Protection and Breaker Failure Protection for

Double Busbar with Bus Couple and Double Bus Section

YU Guang-yao，YU Jin-li

(Electric Power Survey & Design Institute of Henan Province，Zhengzhou 450007 China)

Abstract：The paper research character about bus protection and breaker failure protection for double busbar with bus couple and double bus section. Analyze impact to bus protection by on or off of bus couple and bus section. Take measures on solve problem.

Key words: double busbar with bus couple and double bus section；protection；electric circuit

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