母差保护相关技术原则.docx

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母差保护相关技术原则

母差保护相关技术原则

一、断路器或隔离开关闭锁回路不能用重动继电器，应直接用断路器或隔离开关的辅助触点；操作断路器或隔离开关时，应以现场状态为准。

（二十五项反措福建实施细则）

在二次回路设计中必须注意：

防误闭锁回路中用于反映断路器（隔离开关）状态、且闭锁断路器（隔离开关）操作的触点（如发电机同期装置等）的应为断路器（隔离开关）的辅助触点，而不能用重动继电器触点，防止重动继电器损坏或直流电源消失造成闭锁回路失效。

对于母差及失灵保护等，其使用的位置接点应为断路器（隔离开关）辅助触点，或经双位置重动的接点，而不能用中间重动继电器接点。

注释1：

隔离刀闸辅节点及其电源直接影响母差保护可靠性

母差CT切换用的隔离刀闸辅助接点对于母差失灵保护的正常运行和可靠动作具有特别重要的意义，但该回路电缆长，辅助接点质量不好而经常发生异常，为了防止随隔离刀闸辅助接点从开关站引入强电而造成母差保护直流熔丝损坏，2001年省网反措细则要求母差失灵保护的直流电源和隔离刀闸辅助接点的开入直流电源分开由不同直流空开供电。

2003年3月3日15：

03分220千伏北郊变水北II线242隔离刀闸交流动力电缆和刀闸位置电缆从电缆架上脱落，与该线2421、2422刀闸之间C相引线放电，引起C相接地故障，北郊变220KVII段母线母差保护正确动作，60毫秒将水北II路、榕北II路、福北线，220KV母联及＃2主变开关跳闸。

水北II路线路保护刀闸辅助接点YQJ继电器接在操作电源的切换后公共电源上，本次故障时外部大短路电流通过本线隔离刀闸辅助节点侵入后，将本线开关两路操作电源均相继打坏，同时YQJ继电器烧坏。

由于母差保护跳闸快，在开关两路直流电源相继打坏之前将开关跳开，避免了一起开关拒动事故。

该站母差保护为RADSS中阻抗母差保护。

事故后检查发现其隔离刀闸辅节点直流切换电源熔丝在外部大短路电流通过北郊变水北II线隔离刀闸辅节点侵入后已烧断，母差隔离刀闸切换回路直流电源丢失，但母差正确动作，防止了主设备损坏和大面积停电的重大事故发生。

通过事故分析回顾，对母差保护装置及回路提出以下几点要求：

1、对于中阻抗集成母差保护的外加刀闸量，必须采用双位置继电器重动，母联母分开关的辅助节点，必须采用开关本体的节点而不能重动，各型母差失灵保护的直流电源和隔离刀闸辅助接点的开入直流电源分开必须由不同直流空开供电。

2、对于微机型母差保护，在其刀闸直流电源丢失后必须确保可靠跳闸。

对已运行母差保护进行细致分析，发现BP-2A型微机母差失灵保护存在类似问题：

该型母差保护正常对刀闸位置处自适应状态，若一路刀闸位置由于辅节点问题与实际不对应，母差保护均自适应调整并发信。

但若刀闸切换电源丢失，此时任一段母线故障，大差元件会动作，两段母线小差元件由于仅计算母联电流均会动作切除母联开关，但因其出线开关的出口节点经刀闸位置判别而无法切除故障母线出线开关，仅能靠对侧线路后备保护切除故障，时间较长可能带来系统稳定问题，而母线故障时若变电站地网不好，通常会将大电流或干扰电流通过刀闸辅节点引入而带来刀闸电源丢失问题。

现将母差保护程序修改，对于上述工况，若判别所有刀闸开入量均为“0”态，则判定装置开入电源消失，母差保护记忆掉电前的刀闸位置和母线运行方式，同时发“刀闸变位告警”和“刀闸电源丢失”信号且不可复归，该记忆功能直到开入电源恢复正常才消失，使母差保护在该状态下仍能确保可靠跳闸。

要求出现该信号后母线不得倒闸操作，并尽速处理。

对于目前大量采用光耦开入刀闸辅节点的量，将其视为中间继电器，其动作电压必须满足反措50%-70%Ue的要求，避免站内直流一点失地使开入光耦误翻转而影响母差保护的判别。

注释2、母联开关位置节点与母差保护配合问题

中阻抗母差保护引入母联开关位置辅节点b1，在该节点动作后短接母联接入母差保护CT，用于母联死区故障。

在母联合闸时，一次电流已接入，而母联开关辅节点动作速度较慢，常有20毫秒以上，此时母联电流仍被开关辅节点短接而无法接入母差测量回路，将使母差保护依据穿越电流的大小而误动出口，如JMH中阻抗母差保护其母联辅助接点延时打开已造成母联空充主变或带大潮流合环时母差保护误动数次。

RADSS母差采用将母联电流切入母差后才发出合开关令的方式避免上述问题，如图一所示，但在某220千伏站主变启动过程中，在通过主变高压侧开关冲击主变时，发生220千伏Ⅰ、Ⅱ段该型母差保护发出跳闸信号，因有电压闭锁而没有出口。

经详细分析和现场试验，发现母联开关位置辅助节点b1在母联开关合闸后返回太慢，定值150毫秒短接母联开关CT,而实测其多次超过该延时，造成母差在母联合环时母联电流没有接入母差保护，而使母差误动（依母联穿越电流大小或报CT断线信号）。

图一：

RADSS母差保护的母联开关CT切换回路

（Figure一:

BuscouplerCt-DisconnectionInRadssBusbarProtection）

对图一的各继电器动作时间进行实测：

0秒手合开关，30毫秒D17.101继电器动作，（其触头115-116动作，母联开关辅助接点b1在150毫秒（绝对时间180毫秒）将母联电流接入母差短接（本回路计180毫秒）。

80毫秒后D17.113继电器动作，其触头115-116动作，手合接点出口，合闸开关，开关180毫秒合闸一次电流通过母联开关，200毫秒其辅助接点返回（本回路计200毫秒大于180毫秒），使母联一次电流已流通而二次电流被误短接。

将母联位置辅节点150毫秒短接CT的时间延长至180毫秒，可解决该问题；或母联开关位置加装一付压板，在母联合闸前将母联开关用于短接CT回路的辅助接点提前打开来防止母差误动，合闸成功后将母联辅助节点接入母差，并加强对于母联电流切换双位置继电器的运行监视。

二、母线互联或分裂运行时汲出电流影响母差灵敏度问题

对于双母单分段或双分段的母差保护，没有大差元件如radss中阻抗母差保护,在母线倒闸使母线互联时，母差将一段母线二次电流倒到另一段母差测量元件，若该段母线发生故障，将会使健全母线的差动保护存在很大的汲出电流，而影响母差保护灵敏度，如图二所示：

图二：

母线故障汲出电流分布

（Figure二:

TheLayoutOfFlowoutCurrentInBusbarFault）

正常运行时某出线接于I段母线，若需将该出线倒到III段母线，在刀闸互联时母差保护将I段母差二次电流切至III母差动元件，若此时I母发生故障，则由于III母测量元件存在很大的汲出电流，将影响差动元件的灵敏度，母差保护动作方程式：

Id>Idset

Id>Kr*Ir

Ir为和电流，是指母线上所有连接元件的绝对值之和，Id为差电流，是指母线上所有连接元件电流和的绝对值。

Kr为比率系数，取为0.5,Idset为差电流门槛定值。

以上情况母差保护III段差动元件的Id、Ir计算如下：

Id=（k1+k2）Ia+Ia

Ir=（1+k1+k2+2k3）Ia

则动作式：

（1+k1+k2）Ia>Kr*（1+k1+k2+2k3）Ia

即K3<0.5（1+k1+k2）

最极端情况，k1=k2=0,则K3<0.5

若Kr=0.8,则要求K3<0.125时，III段母差才能动作。

而K3受各母线及开关的接触电阻影响，无法确保满足上式，使母差保护在互联时由于汲出电流而存在拒动的风险。

目前，省网对于双母单分段或双分段的中阻抗没有大差元件的母差，均在母差上增设一个灵敏电流继电器作为母线分列保护，在母线互联时投入，该元件动作后，第一时间将非互联段母分开关断开。

对于没有装设母线分裂继电器的母差保护，要求在母线倒闸操作时，将非互联母线段上的母联开关断开，则可避免上述的母差保护灵敏度问题。

对于采用大差元件的母差保护如BP-2A，由于其母联或分段断路器的辅助接点没有接入母差保护的相应输入口，在母联开关跳开或检修时，若Ⅰ或Ⅱ段母线故障时，由于大差元件将另一段母线的穿越电流作为制动电流，在某些运行方式下大差元件灵敏度不足可能无法切除故障母线，故我省规定以上方式时需要人为投入保护屏上的大差退出硬压板，由于手动投切无法做到精确跟随一次设备的工况，给系统安全带来隐患。

故对于配置BP-2A系列母差保护的220千伏双母线（专用旁路或母联兼旁路）、单母线分段接线的母差保护中，在母联或分段断路器断开时，需将母联或分段断路器的辅助接点（取母联或分段开关常开常闭节点互为验证）接入母差保护的相应输入口，以实现母联或分段断路器自动将母差保护的CT短接，将大差元件的复式比率制动系数从2置为0.5，确保大差元件灵敏度。

运规：

20.3由于母差保护大差元件灵敏度的问题，采用双母单分段的母线，即华能电厂、惠安变、泉州变、厦门变220千伏母线，当某两段母线由于倒闸置于“互联”状态时，要求母线不得环状运行。

经计算鼓山变220千伏母线两个母联（旁路）开关不能同时断开。

若运行中两个母联（旁路）开关无法投运时，要求确保鼓东I/II线在同一条母线上。

对于以上厂站，要求某段母差停役时，要求停役对应段母线。

三、要加强高频、母差、开关失灵等快速保护的建设。

对500千伏设备的主保护应实现双重化；220千伏及以上环网运行线路应配置双套快速保护；新建500千伏和重要的220千伏厂、所的220千伏母线应做到双套母差、开关失灵保护；已建500千伏和重要220千伏厂、所的220千伏母线可逐步做到双套母差、开关失灵保护。

对新建500千伏厂站的220千伏母线和重要的稳定要求较高的220千伏厂站220千伏母差应按双套配置。

目前新建站均按双母差双失灵配置，失灵电流判据在失灵保护装置内实现。

四、对于双母线接线方式的变电所，在一条母线停电检修时，要做好另一条母线的安全措施，防止因人为因素造成运行母线停电。

当给停电的母线送电时，有条件的要利用外部电源；若用母联断路器给停电母线送电，母联断路器必须带有充电保护。

运规17、线路、母线、开关、变压器、电抗器等充电及带负荷测向量试验时，可供选择的保护使用原则：

17.1被试开关与母联开关串联时，使用母联开关相过流保护，充电保护使用0～100毫秒时限（充线路及测向量时）或0.3～0.5秒时限（充主变），此时充电保护与接于被试线路（或主变）对侧母线上的其他出线保护不配，作为解列保护。

此时调度员需要控制试验系统的潮流不能超过规定值。

释义：

充电保护不能使用合闸短时开放的过流保护，应使用永久开放的过流保护。

17.2母联开关检修后进行充电时宜采用由装设母联CT的母线侧向另一段空母线充电，否则可能由于开关本体故障导致母差误动跳闸，本项措施由现场保证。

17.3利用母联开关作为母差保护和主变保护测向量的后备保护时，需将待测向量的母差保护投信号。

充电保护投0.3/0.5秒冲击主变时要将主变保护（差动未测相量）均投入。

若待测相量的母线发生故障或母线差动保护极性出错，则投信号的母差保护无法跳闸，但该段母差保护仍启动母联开关失灵保护而抢先将健全的母线段跳闸（时间约300毫秒比充电保护快）。

故在以上工况宜将母差保护全退出。

五、对3/2接线方式变电站的母差保护在一次设备进行检修时，应考虑一次系统接线方式的变化对母线保护断线闭锁元件的影响，应采取防止断线闭锁元件不正确动作而闭锁母差保护的有效措施。

运规：

46、对于CT电流没有经过刀闸位置控制而直接接入母差保护的厂站，对于两个以上开关和电流的线路、主变保护，如3/2接线的厂站、后山变、东郊变、山兜变、马站变220千伏开关在检修而保护继续运行时，要求该开关和其两侧检修刀闸不能同时闭合，否则感应电流将影响运行保护，要将该开关CT接入保护的CT回路断开。

释义：

母差保护感应电流问题

对于图三所示的母线差动保护接线，在某500千伏站5011开关检修,5011开关闭合，地刀甲和地刀乙合上而5011开关两侧隔离刀闸断开时，发现I段母差保护偶尔出现母差CT短线信号而被闭锁，经检测发现有较大的感应电流If通过5011开关的母差保护用CT、地刀甲和地刀乙构成一个回路,该电流完全作为差流进入I母差动元件，该感应电流由相邻线路的负荷电流感应产生，若该站的I出线发生接地故障，而I段母差完全可能发生误动事故（有类似文献报道）。

图：

母差保护感应电流

六、福建省网母差保护专项工作安排

1、切实加强刀闸开关位置维护工作和运行人员对母差失灵保护信号的监视，全面核查微机型母差失灵保护节点报文信息，核对无人值守站母差失灵保护等重要保护装置启动异常信号接入集控站信息的完整和独立性，及时修编完善现场的运行操作规程。

各型母差保护屏上的压板命名，投退规定、各类异常信号、节点报文信息确保正确无误，其含义及处理要点保护专业人员要对运行人员交底清楚,并修编现场母差失灵保护运行操作规程。

在母线倒闸操作、母线互联、旁路操作后运行人员要立即核对母差失灵保护屏上的各刀闸位置指示正确，互联继电器动作正确，并建立定时巡视核对制度；在系统正常运行状态出现刀闸位置接触不良、母差CT断线信号、母差失灵保护电压闭锁元件动作等问题的厂站，各单位要引起充分重视，立即采取措施停役相关设备进行检查。

中阻抗母差保护（特指RADSS、REB103,PMH型母差保护），其母联开关合闸回路必须通过母差保护；对于装设中阻抗母差保护而使用母联开关备自投的110千伏母线，要求母联开关备自投的合闸回路必须通过母差保护出口，并制定严格规程，确保就地不得合闸母联（母联兼旁路）开关。

由于母联开关辅助接点短接CT实现母联开关死区失灵保护，要求确保母联开关位置接入母差保护的正确可靠并在操作母联开关后加强对该位置继电器的监视；对于母联开关辅助接点位置质量不好的厂站，要求立即更换相关设备；接入RCS916失灵保护装置的刀闸接点必须采用双位置或磁保持接点。

对于各型母差失灵保护，要求母差失灵保护装置的TA断线、TV断线、差动异常、闭锁异常、直流消失、自检错误、识别错误、电压闭锁开放等装置软硬件故障及重要闭锁元件开放节点信号（对于微机型母差失灵保护，以上信号必须有独立报文信号接入监控系统）必须与刀闸变位、母线互连、母线分裂、开入变位等正常运行节点信号严格分开，严禁将以上两种信号并在一起发中央（监控）信号。

对于综自站要求各厂局对于站内重要保护接入监控系统的报文进行全面核对，在监控系统上重要保护设备异常信号与一般的信号明显区分，并全面核查无人值守站母差失灵保护等重要保护装置异常信号接入集控站的信号完整和独立性。

2、继续加强设计基建管理和新投产设备的标准化验收管理，加强一次运行方式和母差保护的运行方式校验核对工作。

特别对母线兼旁路、母联兼旁路、旁路兼母联的厂站，其母联兼旁路开关的刀闸位置接入方式及刀闸位置的可靠与否直接影响母差保护的方式判断和动作正确，如山兜变、东郊变、梧侣等220千伏母差保护，要求加装压板由运行人员手动操作确保可靠。

运规：

45、对于母线兼旁路的母线结构，旁代主变步骤（以Ⅱ段母线旁代为例）：

⑴将Ⅰ段母线各间隔均倒到Ⅱ段母线，将主变倒到Ⅱ段母线（要求母联开关操作电源熔丝解除，倒排结束后将母联开关操作电源熔丝投入）。

⑵将母联开关CT切入主变差动保护，主变保护跳闸投跳母联开关，将母联开关失灵启动回路投入，主变保护跳母联开关解除母差保护电压闭锁回路投入。

⑶将母差保护屏上主变旁代的功能压板投入（将Ⅰ段母差保护退出，母联电流切入母差大差元件，以上功能由母差保护自动实现），将主变旁路刀闸投入。

⑷将主变开关停用，将主变保护跳闸投跳主变开关退出，将主变保护投跳主变开关同时解除母差保护电压闭锁回路退出，将主变开关失灵启动回路退出，将主变开关CT接入主变保护的CT断开短接并脱离主变保护回路。

事故注释：

2004年1月15日16：

21，220kV厦禾变220kV失灵保护I母动作出口，同时跳开在I母上运行的嵩禾I线（291）、1号主变（29A）和母联（29M）。

一、事故现象及调查

1跳闸前运行状态

220kV母线I段：

嵩禾I线（291开关）、1号主变（29A开关）和母联（29M开关），220kV母线II段：

禾半线（294开关）

220kV母线母差保护、失灵保护，1号主变保护，嵩禾I线保护和禾半线保护均正常运行。

2保护动作信号及信息

220kV失灵保护为深圳南瑞生产的BP－2A型微机母线失灵保护装置，保护装置报“差动异常、通讯异常”信号，失灵保护CPU插件中无任何动作记录，无录波记录。

失灵保护装置信号灯具体指示如下：

跳闸出口信号红灯：

L1（291）LA（29A）LK（29M）

失灵信号红灯：

跳I母；告警信号灯：

PT断线、差动异常

管理单元显示信息：

GOD0ERR1GOD02（表示CPU1差动元件的通讯异常）

电源监测单元绿灯：

出口投入、电源I正常、电源II正常；差动元件：

差动投入；闭锁元件：

闭锁投入

跳闸后检查差动元件和闭锁元件的采样数据，在不同的时间内各自出现负序电压异常的现象

差动元件（V）

闭锁元件（V）

I母

II母

I母

II母

Ua

61.7

61.3

59.5

60.3

Ub

---

---

60.3

60.8

Uc

---

---

62.2

60.5

U2

18.6

1.0～16.2

4.2~12

9.1~15.6

U0

0.0

0.1

0.1

0.1

3故障录波器波形数据分析

从故障录波器录取的波形可以看出，失灵保护动作时一次设备无故障，线路和主变各间隔只有负荷电流，母线电压也正常无波动。

4失灵保护动作存在的疑点

差动元件和闭锁元件均出现负序电压异常现象；失灵保护元件无保护动作记录；

I母失灵保护动作出口，却同时瞬时跳开母联和主变、线路的三个开关，并未按定值延时跳闸。

5失灵保护动作出口回路原理

失灵保护出口由两套电路组成：

失灵保护出口模块和电压闭锁开放模块。

它们分别由独立电源供电，并经独立的隔离回路，最终构成失灵输出接点和电压闭锁开放输出接点窜连的跳闸出口回路。

失灵输出：

由失灵启动开入和失灵复合电压开放构成。

电压闭锁开放输出：

由电源自检回路，CPU运行自检回路和闭锁复合电压开放回路构成。

二、保护误动原因分析

1、保护装置存在的问题：

通过现场试验检查情况及发现问题：

⑴BP-232模数转换板上有一块电容（EC4）炸毁，该电容为-15V滤波电容，其损伤会造成模拟量采样有偏差，导致失灵输出要求的失灵复合电压开放。

⑵失灵插件总线板有焊点虚焊，其对外部总线造成的影响会造成开入开出量有误，在闭锁开放的情况下导致出口。

⑶电压闭锁板时序回路有问题，造成在电压正常的情况下出现负序电压，导致闭锁输出要求的电压开放条件满足。

在这三个条件都会获得满足下，失灵保护将不依据动作时序及判据直接出口跳闸，造成本次误动出口。

责任部门：

设备制造厂深圳南瑞科技有限公司

2、其他问题：

⑴厦禾变的220千伏BP-2A失灵保护信号告警回路将CT断线、PT断线、失灵异常、闭锁异常、直流消失和刀闸变位信号合并在一起发信到监控系统：

信号名称：

220千伏公用BP-2A（S）柜异常，造成开关操作时刀闸变位即发220千伏公用BP-2A（S）柜异常信号，直接影响运行人员对于保护装置真正故障时的判断。

⑵从2003年7月故障至发生本起事故，厦禾变220千伏BP-2A失灵保护管理板到监控系统的通信联系中断，使保护装置内部故障的详细报文信息无法上传监控系统，运行人员无法获知装置故障的具体内容。

注：

事故检查发现失灵保护装置的管理单元显示信息：

GOD0ERR1GOD02（表示CPU1差动元件的通讯异常），且估计已存在较长时间。

对于综自站，保护装置放置在就地小室的设计模式，运行人员习惯远方复归保护装置异常信号，从本起事故看，远方复归保护信号无法同时复归通信接口设备的异常信号，为该装置在程序设计上的缺陷。

责任部门：

设备制造厂深圳南瑞科技有限公司

监控主站在无法同失灵保护装置管理机通信情况自下，应由监控主机发该保护装置通信异常信号，而事实上该套系统没有发出异常信号。

责任部门：

监控系统制造厂北京四方有限公司

附件：

（2004）闽电调继便字5号：

关于福建省网BP-2A母差失灵保护软硬件升级的通知

针对目前省网BP-2A母差保护运行问题，为完善该型母差失灵保护总线板和电压闭锁单元时序的监控回路，提高通信模块的冗余度，解决保护装置电源滤波电容元件损坏问题；同时对保护装置的报文信息、节点信息、录波量、现场运行注意事项和运行规程修编内容进行规范。

在BP-2A母线保护改动后装置全套试验验证基础上，现将省网220千伏及110千伏BP-2A母线保护（含母差保护和失灵保护）功能作如下更新（原软件版本VER2.04F升级为新版本VER2.05F）。

请各厂局提前准备电缆放置和设计图纸变更、母差停役申请工作，通知本厂站监控系统制造商到现场进行配合。

一、装置软硬件升级内容

1、硬件升级内容:

⑴更换所有模数A/D板件的模拟电源抗干扰电容为全进口钽电容：

22微法，耐压由25V改为35V。

⑵更换现场所有装置的总线板。

⑶升级BP238板：

实现当检测到时序出错时，立即闭锁装置硬件出口；恢复正常后，延时恢复装置运行。

⑷更换一块BP235板：

从“LN跳闸出口/LN闭锁重合闸”端子处，引出两副“闭锁开放”硬接点，同时接至故障录波装置和信号系统。

⑸对于母差失灵单独配置的厂站，失灵屏增设主变动作解除失灵电压闭锁信号灯，取消CT断线信号灯。

2、软件升级内容:

⑴增强逆变电源异常自检功能。

⑵闭锁开放时，增加事件通讯报文。

增加闭锁主机的事件记录，方便现场维护。

⑶加强通讯的容错处理，避免通讯中断，并增设通信中断报文。

⑷对于母差失灵单独配置的厂站，在失灵屏上的刀闸变位、刀闸互连、与有流无刀（母线上元件刀闸辅助节点接触不良）软报文分开。

二、外回路调整内容

1、母差失灵保护发送的中央信号或监控节点信号应尽量分开，若没有足够的光字牌位置，至少分以下三个中央信号或监控节点信号：

确保监控系统和保护通信中断后监控系统要发保护装置通信中断信号。

⑴Ⅰ（Ⅱ）母差动动作信号+闭锁开放+主变解除失灵电压闭锁；

⑵CT断线+PT断线+刀闸变位；

⑶差动异常+闭锁异常+直流消失。

2、故障录波信号接入量：

⑴Ⅰ（Ⅱ）母差动动作信号；

⑵母差失灵电压闭锁开放；

⑶Ⅰ（Ⅱ）母失灵动作信号

三、现场运行注意事项和规程修编

在母线倒闸操作、母线互联、旁路操作后运行人员要立即核对母差失灵保护屏上的各刀闸位置指示正确，并建立严格的定时巡视核对保护装置的面板指示灯、监控系统报文、保护板管理板液晶数码显示内容等管理制度；

文件附BP-2A保护装置各类信号说明及处理方法，各厂局要针对进行运行人员的培训和修编现场母差保护运行规程。