母线保护中充电和死区

母线保护中的充电和死区浅探
摘要：本文就母线保护中的充电和死区的原理、逻辑和应用和一些特殊情况做简要探讨。

供继电保护和变电运行人员在对现场调试应用时参考。

关键词：母线保护；充电保护；死区保护；母联；分段
电力是现代社会和经济运行的神经中枢、动力之源，电力系统的安全运行决定了社会和民生的发展和稳定，而继电保护和自动装置作为电力系统的卫兵，在电力系统中起着保障系统安全可靠运行的作用，尤其是发电厂和变电所的母线，连接发电机、变压器、输电和配电线路，起着汇总和分配电能的作用，是电力系统中重要组成元件。

母线保护运行的安全与否，对发电厂、变电所和用户工作的可靠性具有极为重大意义，严重时甚至可能导致整个电力系统的瓦解崩溃。

对于现阶段的母线保护其组成部分均包括充电和死区保护两部分。

其中充电保护由于并非长期投入，随系统运行方式调整而投退，死区保护对部分现场工作者而言存在理解不深的现象，此两种保护在现场应用时均易出现问题，不易掌控。

一、充电保护
1、何谓充电保护
双母线的一条母线需要检修时，将所有连接元件切换到另一母线运行，检修完毕，利用母联断路器对检修母线充电投入运行时，为防止该母线存在故障隐患而导致母差保护动作，故需在合母联断路器的同时，利用取自母联断路器电流速断保护快速切除故障母
线，以达到缩小故障范围，减少设备损伤的目的。

2、动作条件
（1）充电保护投入
（2）一段母线无压，且母联（或分段）断路器断开
（3）母联电流从无到有
充电保护一旦投入自动展宽一段时限，在此期间内经可整定延时跳母联开关，不经复合电压闭锁，可根据控制字决定在此期间内是否闭锁母差保护。

3、充电和合环的区别
充电必须投充电保护，而合环是指在两端母线均有电压的情况下合母联或分段断路器，合环不能投充电保护，因为合环之后存在潮流交换，母联断路器有电流流过，一旦达到定值即误动。

二、死区保护
1、保护死区
属于本保护范围内但本保护无法保护到的地方即为死区。

对双母线接线方式而言，当断路器和流变之间发生故障，故障点在母线保护范围内，但是母线保护动作后跳开断路器侧母线后但是故障点仍然存在，依然流过故障电流，不能有效切除故障，这就是母线保护的死区。

2、解决方案
专设母联死区保护，在母差保护发跳令后，母联开关和断路器侧母线跳开后但检测到母联流变仍有电流，而大差和小差元件均不
返回的情况下起动死区保护经动作延时跳开另外一条母线。

3、合位死区和分位死区
（1）合位死区
母联合上时母线并列运行，死区故障，先跳母联和断路器侧母线，再按逻辑跳另一条母线，最终结果两母线全切除。

（2）分位死区
母联分位，双母线均运行，死区故障时不能将两条母线全部切除。

为避免造成故障范围扩大，必须采取相应措施，即在两母线均有电压时且母联开关分位时，母联电流不计入小差计算，可称为封ct电流。

这种情况下死区故障直接跳故障母线，最终结果可以保全正常运行母线。

由此可见母联位置开关量对于母线保护的重要性，在现场工作对此必须加以验证，稍有参差结果必然误动。

三、对母线保护的要求
按照继电保护设备标准化设计规范，对专用母差保护应该实现以下功能：
（1）双母线接线的母线保护，在母线分裂运行，发生死区故障时，应能有选择的切除故障母线；
（2）母线保护应能自动识别母联（或分段）的充电状态，合闸于死区故障时，应瞬时跳母联（或者分段），不应误切除运行母线；
（3）宜设置独立于母联跳闸位置、分段跳闸位置的母联、分段分裂运行压板。

同时明确要求以上三项按照以下原则实施：
（1）由操作箱提供的的shj触点（手合触点）和母联、分段ct “有无电流的判别”，作为母线保护判断母联（分段）充电并进入充电逻辑的依据；
（2）充电逻辑有效时间为shj触点由“0”变“1”后的1s内，1s后恢复为正常运行母线保护逻辑；
（3）母线保护在充电逻辑的有效时间内，如满足动作条件应瞬时跳母联（分段）断路器，如母线保护仍不复归，延时300ms跳运行母线，以防止误切除运行母线；
（4）母联、分段跳闸位置和分裂运行压板分别开入两个开入都为“1”，判为分裂运行，母联、分段ct电流不接入差动保护；任一开入为“0”，则母联、分段ct电流接入差动保护；
（5）母联（分段）死区保护应经电压闭锁元件控制。

四、几种特殊情况
1、双母接线下充电于死区
如图所示ⅰ母向ⅱ母充电时死区故障，此时母联流变无流，充电保护不能启动，死区保护也不满足启动逻辑，最终结果是切除正常运行母线。

此时单靠充电保护已不能实现跳母联保正常运行母线的目的，必须依靠其他方案去解决。

按国网标准化设计要求，在此情况下应该做到只跳母联，保全健全母线运行，因此首先在充电前状态不应封母联ct电流，确保
充电于故障母线充电可以正确动作。

其次在充电前状态时，如有母联手合接点开入变位，且母联ct无流，逻辑判断充电于死区，短时闭锁母差保护，瞬跳母联，保全健全母线，闭锁时间一般在300－400ms左右，如果在此时间之外或者母联流变有电流，则继续走正常故障逻辑。

此情况下的逻辑在不同厂家对标准化设计贯彻后有所变更，由以前的差动全跳改为只跳母联，保全运行母线，对应前文所述对母线保护的要求和实施原则。

2、双母双分段母线保护
（1）如分段开关有两组流变，则分别交叉接入两套母线保护装置，不存在分段死区故障问题。

（2）如分段开关只有一组流变，则两段母线故障范围由分段流变的位置确定，存在流变与断路器之间死区。

按前文所述，分段断路器断开时电流不计入小差计算，分段断路器合上计入小差计算，则在死区故障时，分段断路器的电流和断路器状态是否对应会影响保护判定和动作行为，必须做到互相配合。

双母双分段有四段母线参与差动计算，如在分段断路器闭合时不计其电流，则在区外故障时，大差可能动，小差误不取分段电流，也可能动，性质严重时候四段母线全跳。

而另外一方面，分段断开时，误将其电流参与小差计算，虽然正常断开时无电流仍平衡，但是死区故障时则会造成无选择多跳一段运行母线。

两者相比较，从概率上来说，区外故障远远大于死区故障，从后果上来说，全跳远
远恶劣于多跳一段母线。

因此，分段断路器的电流和断路器对应状态必须在严格配合的同时，应当做到短时滞后退出差动计算，超前加入差动计算。

同时对于双母双分段的合环来说，两套母线保护各自取电压，合环的同时不能判定是合环还是充电，合环操作前的充电压板必然是退出的，如果此时分裂压板未退，合环时分段断路器电流则不能参加小差计算，小差不平衡，虽经电压闭锁，但是其瞬时有可能产生不平衡电压，保护仍可能误动，是故在实施原则中要求母联（分段）死区保护应经电压闭锁元件控制。

对于母联跳闸位置和分裂运行压板，压板的投入意味不计母联分段ct电流,退出则参加差动计算。

按上述对后果的对比和对于要求，体现到对分裂运行压板的操作原则，并列操作时先退压板，分列运行操作时后投压板。

注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。