吴琼

（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031）

一种母线保护在中压配电母线的应用分析

吴琼

（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031）

以铜陵金冠铜业动力中心中压配电系统为例，比较出线过流闭锁式母线保护和微机型不完全母差保护原理，提出在大型厂矿的中压配电母线装设中压母线专用保护的必要性和可行性，并提出了微机型不完全母差保护的方案、优缺点以及改进意见。

中压电网；不完全差动母线保护；馈线过电流闭锁

随着系统短路容量不断提升，接入大型厂矿配电系统高压电动机负荷的增加以及节能型发电机组的投运，使得中压母线短路时产生的短路稳态电流和冲击电流过大，对母线所属设备造成了极其严重的破坏。业内常规的做法是利用主变低后备跳10 kV进线开关或依靠进线过流保护延时切除短路故障，没有设置专门的母线保护。有文章指出中压母线发生故障，各种燃弧时间对设备造成的破坏作用是不同的，35 ms时没有显著破坏；100 ms时损坏较小；500 ms时设备损坏很严重。而主变低后备或进线过流保护的动作时间一般在1～2 s,故障延时切除时间过长，可能会造成配电装置严重烧毁，对现场运行人员也会造成严重的伤害，必须更换部分设备后再投入运行，从而引起大范围停电，造成重大的经济损失[1]。

铜陵金冠铜业动力中心中压配电系统为两回分段运行的单母线。作为大型厂矿的10 kV中压配电母线，由于余热发电机组作为电源点接入配电网络，根据当地供电公司以及GB/T50062-2008规范的要求，铜陵金冠铜业动力中心设置10 kV不完全母差保护。本文比较出线过流闭锁式母线保护和微机型不完全母差保护原理，提出此次在动力中心应用PA300微机型不完全母差保护的优缺点和改进方向。

1 两种母线保护原理区别

1.1 出线过流闭锁式母线保护

这种保护适用于只有一条回路做为电源回路的中低压母线。当母线发生进线故障时，只有电源回路流过短路电流；而当馈线发生短路故障时，发生短路的馈线和进线都有故障电流流过，从而实现区内和区外故障的判别。因此当任意一条出线流过短路电流，即向母线保护发出闭锁命令；如果出线保护均不启动，母线保护要经过短延时确认出线保护均不启动，母线保护才允许动作[2]。

1.2 微机型不完全母差保护

此方案的原理是将连接于母线上的有源元件的电流互感器接入差动回路，馈线回路电流互感器不接入母差回路。这样构成的母线不完全差动保护实质上是一种过电流保护，母线上有故障时，保护将动作跳开母线上所有有源元件。为了实现保护的选择性，采用馈线过流闭锁的方法，将母线上各馈线保护的过电流无延时启动信号作为闭锁母线不完全差动保护的信号，当区外发生故障，馈线过电流保护动作闭锁差动保护。

2 基于PA300－B不完全母差保护软件原理

2.1 PA300-B软件原理

母线差动保护采用 “具有比率制动特性的不完全电流差动保护原理”。接入母线上电源线路的三相电流，通过各自的模拟通道、数据采集变换,形成相应的数字量后按各相别分别计算差电流。为了防止未接入差动保护的无源线路故障导致母差保护误动，从差动闭锁开入1或2接入线路保护的预动作信号。

回路1、2为I段母线电源电流回路,回路3为II段母线电源电流回路，回路4侧为分段开关流回路(方向指向I段母线)。回路1、2、3电流构成大差元件，回路1、2、4电流构成I母小差元件，3、4电流构成II母小差元件。大差元件为起动元件，I母和II母小差元件为故障选择元件。

2.2 差动保护逻辑

差动保护逻辑见图1。

图1 差动保护逻辑

2.3 差动保护定值设置

对于每相的差动判据，取各单元电流之和的绝对值作为差动电流，取各单元电流绝对值之和作为制动电流，其差动判据如下。

1）启动条件：

2）动作条件：

式中：K为比率制动系数,取K=0．5；Ij为第j个有源元件的电流；Icdzd为差动电流起动定值；Kk为可靠系数,取Kk=1．2；Iph为连接至母线的馈线电流，需考虑躲过大型电动机起动和部分变压器过载情况；Kr为继电器返回系数。

2.4 差动保护闭锁回路

为了确保故障线路保护装置发出的闭锁信号被无延时地传递到母线保护中，采用了硬接点汇合成信号小母线的直接电气传输方案。母线差动保护设置差动闭锁开入1和2，所有馈线保护装置投入预出口,并将馈线过电流定值设置成预出口定值。当采样定值超过过电流定值,即发送动作信号,闭锁不完全母差保护,其固有动作时间需＜30 ms。母差保护固有动作时间不低于50 ms,从而与馈线保护装置配合,接收过电流闭锁信号。但母差保护固有动作时间也不能过大,否则,将造成母线故障延误切除,引发配电装置损坏。根据引言提出数据，拟设定差动保护延时动作时间100 ms。

3 PA300－B不完全母差保护优缺点和改进意见

3.1 PA300-B不完全母差保护优点

1）相对于出线过流闭锁式母线保护，此种保护适应能力强，能适用于常规中压母线。母差保护装置信号接入的交流采样通道数量和采样数据的处理要求相对较低，有利于此方案的推广应用，大大降低了中压母线保护的硬件成本[3]；

2）此保护装置能够设置大差小差定值,实现故障母线的选择,不需增设功率继电器判断故障母线,缩小故障停电范围。

3）由于引入了比率制动的算法和“同步识别法”抗TA饱和措施,抑制了近端短路时,由于故障线路电流互感器饱和而可能造成的差动保护误动。

4）本方案采用硬接点将馈线闭锁信号接入母差装置中。如采用网络通讯手段传递过流闭锁信号,为了提高传输的可靠性和瞬时性,需要采用超高速以太网传输,提高对馈线及母差保护的要求,极大增加了相关设备投资。

3.2 PA300-B不完全母差保护缺点

1）相对于出线过流闭锁式母线保护，需增设专用母差保护装置，设备保护投资相对较高。

2）本装置只设定了4个电源输入回路，虽然对于常规双母线和单母分段母线保护适用，但对于有2条以上小型发电机接入回路的母线则不适用。软件不满足一次系统接线要求。

3）由于母差装置本身无法实现区内区外故障区分，需要从差动闭锁开入1或2接入线路保护的预动作信号从而实现母差保护的闭锁。因此要将馈线闭锁信号并接入此装置开入接点，带来的问题是如果馈线任意装置出现问题，如装置告警，则母差闭锁功能会丧失，可能引起误动作。

3.3 本次不完全母差保护改进意见

1）建议设定6个电源输入回路，可以应对多电源接入系统的中压母线，另外，为了提高定值灵敏度，可接入较大负荷回路电流，减小差动启动定值，从而提高CPU处理能力。

2）建议母线保护增设复合电压闭锁回路，引入低电压和负序电压闭锁可以适当降低启动电流，提高保护装置的灵敏度，避免大电机启动可能引起的母线保护误动作。

3）建议馈线保护开出带有方向的过电流闭锁。如果没有安装带有方向的过电流闭锁，则母线发生故障时，馈线电动机回路会因提供朝向母线方向的反馈电流，导致馈线回路误发出闭锁母线保护的命令，而使母线设备长时承受过大的短路电流，对设备将可能造成严重的损害。

4）建议馈线保护增设装置故障告警闭锁。中压配电母线馈线一般为十几条甚至数十条；因此运行中的保护装置一旦发生装置故障，将无法送出馈线闭锁信号，造成装置误动，极大影响整套装置的可靠性。因此建议增设馈线装置告警故障闭锁回路，引入母线保护装置，一旦发生馈线装置告警或故障，将闭锁母线保护，防止因馈线装置自身异常或故障，引起母线保护误动。

[1] 陈浪.中压母线装设电弧光保护的重要性[J].企业科技与发展，2009(8):54-56.

[2] 刘艳芬.中低压电网母线保护的研究和应用[D].保定：华北电力大学，2009.

[3] 梁晓亮，王波，张勇.几起10 kV母线故障分析及其保护装置的研发和应用[J].电力系统自动化,2004，28(17):97-99.

Application and Analysis on Busbar Protection in MV Distribution Busbar

WU Qiong
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Taking MV power distribution system of Tongling Jinguan Copper Industry Power Center as an example,the paper makes the comparison between outgoing over-current blocking busbar protection and micro-computer incomplete differential busbar protection principle,puts forward the necessity and feasibility of special MV busbar protection installed in MV distribution busbar of large plant/mine,and introduces schemes,advantages/disadvantages and improvement comments of micro-computer incomplete differential busbar protection.

MV power grid;incomplete differential busbar protection;feeder over-current blocking

TM77

B

1004-4345(2015)03-0075-03

2014-06-03

吴琼（1979—），女，工程师，主要从事电力系统运行与优化工作。