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1、第 39 卷第 2 期 2023 年 4 月当代化工 Contemporary Chemical Industry Vo1.39， No.2April ，202310kV 变电所母线保护的分析与应用*收稿日期：2023-03-02作者简介：刘翠1961-，女，辽宁抚顺人，高级工程师，1984 毕业于抚矿工学院工企电气自动化专业，从事公企电气设计工作。在电力系统中，35kV 及以下电压等级的母线由于没有稳定问题，一般未装设专用母线保护，但由于高压变电站的 10kV 系统出线多、操作频繁、简洁受小动物危害、设备绝缘老化和机械磨损等因素影响， 10kV 开关柜故障时有发生。多年的运行实践说明，虽然国
2、内外的高压开关柜的制造技术进步很快，10kV 母线发生故障的机率大为削减，但是仍旧有因个别开关柜故障引发整段开关柜“火烧联营”的事故发生，甚至涉及到变压器，造成变压器的烧毁。造成此类事故的缘由是多方面的，而没有配备快速母线保护也是重要缘由之 一。变电所的 10kV 母线一般不配置专用的快速母线保护是目前国内的典型设计做法，是符合国标及现行的电力行业规程标准要求的。因此，长期以来人们对中低压母线保护始终不够重视。但是，惨痛的事故教训已经引起电力部门及企业电气运行部门的广泛关注，在技术上寻求的继电保护方案也是宽阔继电保护工作者的目标之一。110kV 母线保护的应用现状及技术要求1.1 应用现状依据
3、国标电力装置的继电保护和自动装置设计标准GB 5006292， 对于主要变电所的 310kV 母线及并列运行的双母线，只有在以下状况下才装设专用的母线保护1：（1） 需快速而有选择地切除一段或一组母线上的故障，才能保证发电厂及电力网安全运行和重要负荷的牢靠供电时；（2） 当 10kV 用电系统发生母线故障时，要靠变压器低压侧的过流后备保护来切除。这种设计方案的弊端是一旦发生母线短路故障时，故障不能被快速切除，而只能等到过流后备保护动作。因后备过流保护动作时间一般整定为 1.22.0s 。所以在切除故障时将会加大设备的损坏程度，甚至引发相邻设备的大面积烧毁。1.2 技术要求对 10kV 母线保护
4、的要求，主要包括以下几个方面2：（1） 保护牢靠性要求高，不允许拒动和误动。特别是对防止误动的要求更高，由于拒动的结果是故障还可以靠进线或分段的后备过流切除，与目前不配置专用母线快速保护的结果是一样的，使用单位从心理上还可以承受，但是假设是发生误动，后果很严峻，直接影响到用户的供电牢靠性，运行单位会产生抵触，影响到承受该保护的乐观性。（2） 保护的构成尽可能简洁。不大量增加一次设备如电流互感器和外部电缆而且施工和改造工作简洁易行。（3） 保护不受运行方式的影响，可以自动适应母线上连接元件的转变。如从电源进线切换到分段开关运行，个别或局部元件的投入及退出运行，综合微机保护的调试和维护修理等状况。
5、（4） 保护可以适应安装在开关柜上的运行条件。2 专用母线保护方案为了解决在 10kV 系统发生母线故障时没有快速保护的问题，最直接的保护方案就是配置常规的母线差动保护，把全部母线段上各回路的电流量引入差动保护装置或差动继电器，但是在实施上这刘翠，王志南摘要：对 10kV 变电所母线的保护现状和存在问题进展了分析和争论，论述了装设 10kV 母线专用快速保护的必要性和可行性，并提出了 2 种母线保护的方案。关键词：变电所；母线保护；保护方案中图分类号：TM 645文献标识码：A文章编号：1671-0460202302-0212-03中国寰球工程公司辽宁分公司，辽宁抚顺 113006 种方案还存
6、在一些弊端，具体应用时会受到限制，很难得到运行单位的认可。以下是 2 种有应用业绩的保护方案介绍。2.1 承受差动保护方案过去因 10kV 系统开关柜内的电流互感器只有 2 个二次线圈，一个 0.5 级用于测量，一个 P 级用于本单元的保护。如要增加一个用于母差保护的二次线圈，只能再增加一组电流互感器，但受开关柜内空间的限制，一个开关柜根本布置不下， 除非再增加一个柜，这样对由很多面柜构成的一段母线来说，造价大大增加。近几年，具备 3 个二次线圈的电流互感器开头消灭和应用，这为实现 10kV 母线短路故障的快速保护制造了有利条件。如图 1 所示，各元件电流互感器的第 3 个二次线圈专用于母线差
7、动保护，为提高牢靠性，保护可以经电压元件闭锁，只有在消灭差电流和系统电压条件满足的前提下，保护才能出口。差动保护动作后跳开电源进线断路器或分段断路器。该方案的特点是构成简洁，利用了目前电流互感器制造方面的特点，开关柜投资增加不多。缺点是需增加的二次电缆较多，电缆投资大，现场施工工作量大。但如不增加电压闭锁回路，在发生 TA 断线状况时，保护的安全性较低。该方案保护可以集中组屏布置在继电器室内，也可以将保护布置在进线开关柜上。图 1 利用差动保护方案Fig.110kV bus bar differential protection scheme by using the third second
8、ary coil of TA2.2 2.2利用快速保护方案其原理是：利用各开关柜综合保护供给的故障信息硬接 点，经汇总后进展综合分析和规律判别，来实现 10kV 母线短路故障的快速切除。母线故障的快速保护功能“镶嵌”在进线保护装置及分段保护装置内，不以独立的母线保护装置形态消灭，从而进线保护装置及分段保护装置的设计也是格外标准的。其原理是如故障发生在母线之外，则必有某一个回路的综合保护发出闭锁信号，这样进线保护或分段保护被牢靠闭锁；假设故障发生在母线上，则进线保护接收不到闭锁信号，经一短延时该延时主要是为躲开暂态过程，提高保护牢靠性，一般 100ms 后出口跳闸。在母线区域内发生故障时，将快速
9、切除进线断路器，在用分段断路器带母线运行时，保护将快速切除分段断路器。该方案的构成如图 2 所示。该方案的特点是在构成上不需要增加和转变 TA 和 TV 设备和回路，只是在综合保护上增加构成母线快速接点的协作接点，增加的电缆也不多。其缺点是母线保护依靠于进线保护或分段保护，保护装置本身在物理上不独立，另外，目前的保护还没有考虑电压闭锁条件，保护的牢靠性略感缺乏。这种保护方案已经消灭了几年时间，但没有得到推广应用，估量缘由是用户对该保护方案信念缺乏。图 2 利用综合保护附加触点保护示意图 Fig.2The sketch of 10kV bus bar protection by using th
10、eauxiliary contact of protective equipment 3 型 10kV 母线保护的设想方案3.1基于数字网络技术的 10kV 母线保护方案 10kV 母线网络保护的核心思路是利用母线上各回路的综合保护装置和保护专用网络构成。系统构造如图 3 所示。各回路的综合微机保护需增加一个保护专用数字通讯接口，同时在保护程序中增加一段协作母线保护的效劳程序。承受数字通信网络技术来构成变电站的综合自动化功能是已经格外成熟的技术，如承受 LONWORK 、Profibus 、CAN 网等。目前在变电所综合自动化技术方案里，数字通讯网络主要用来传送掌握命令和监视、测量数据，不用作
11、实现继电保护功能，缘由是继电保护对牢靠性的要求高， 必需设置独立的、专用的装置和数字通道。图 3 数字网络母线保护方案Fig.3Protection scheme for digital network bus bar 213刘翠，等：10kV 变电所母线保护的分析与应用 2023 年 4 月Analysis on Bus Bar Protection of the 10kV Substation and Its Application LIU Cui ，WANG Zhi-nanChina Huanqiu contracting &Engineering Corporation Liaonin
12、g Branch Company ，Liaoning Fushun 113006，China Abstract ：The protection status quo and existed problems of 10kV substation bus bar were analyzed and discussed.The necessity and feasibility of installing special quick protection for 10kV bus bar were expounded. And two kinds of new protection schemes
13、 were proposed.Key words ：Substation ；Bus bar ；Protection schemes 正常运行时，母线保护治理单元循环向网络上每个 10kV 就地综合保护单元发出询问信息，其目的有两个：一是实时把握本段母线上各回路的运行状态，即运行方式，作为母线保护条件满足时的出口依据，即在分段断路器处断开，电源进线带本段母线运行时，保护去跳进线断路器， 而由分段断路器带本段运行时，保护去跳分段断路器；其次个目的是在母线保护治理单元感受到系统发生了故障时，要询问各回路的综合保护是否感受到有短路电流流过本保护单元，以作为母线保护治理单元发出动作跳闸命令的依据。母线保
14、护治理单元是本保护方案的核心，可以安装在进线断路器开关柜上。它是信息搜集和处理的中心，也是保护动作的执行者。为了提高本保护的牢靠性，在母线保护治理单元中还可以引入本段母线电压互感器的电压，作为保护出口的闭锁条件，降低保护误动的风险。在盘锦北方沥青 20 万 t/a 环烷基馏分油加氢工程和山东菏泽玉皇化工及 20 万 t/a 苯乙烯装置及系统工程中承受了以上保护方案。3.2 基于电弧光传感技术的 10kV 母线保护方案其原理是通过检测开关柜内部发生母线故障时产生弧光这一特性，并结合过流闭锁的动作原理，即它承受检测弧光和过流双判据原理。该原理保护有以下特点：（1） 该保护原理简洁，通过检测弧光短路
15、故障产生的电弧这一简洁原理来实现，其技术核心是电弧光传感器的承受。电弧光传感器安装在开关柜内部，作为光感应元件，将检测发生弧光故障时突然增加的光强，并将光信号转换成电信号传送给母线保护单元。（2） 动作牢靠性高，由于承受了“双判据”，即使弧光传感器误报信号，也不会出口。（3） 动作快速，通过检测弧光信号，整套保护的动作速度可达 57ms 。（4） 无论建或技改工程均简洁实施。5造价低。基于该原理的保护在国外已有应用，运行效果令人满足，在伊泰 16 万 t/a 煤基合成油工程中承受了该系统。鉴于该保护的上述优点，此系统定会以高度牢靠的动作性能，为用户的中、低压配电设备的安全经济运行供给有效的保障
16、，可以估量这种原理的母线快速保护定会在国内得到推广应用。4 完毕语综上所述，在高压变电所的 10kV 母线上装设快速保护很有必要，电力系统现行的保护方案明显不能满足快速切除故障的要求。电力系统迫切需要承受安全可 靠、简洁经济的型保护系统，来解决中低压母线故障的快速切除问题。期望提出的母线快速保护的方案能得到电气同行的重视，并在此根底上推出高质量的产品， 为电力系统的安全牢靠运行作出奉献。参考文献1GB 5006292，电力装置的继电保护和自动装置设计标准S2中国航空工业规划设计争论院. 工业与民用配电设计手册M.3版. 北京：中国电力出版社出版，2023. 214 当代化工第 39 卷第 2 期10 万吨生物乙醇工程落户内蒙古总投资亿元、年产万吨甜高粱茎秆燃料乙醇工程于年 月日落户内蒙古自治区五原县。据五原县政府办公室介绍，该工程总占地面积亩，分两期建设，一期工程打算投资亿元，实施年产万吨级甜高粱茎秆燃料乙醇先进技术集成工程，打算在今年月日建成投产。此工程建成达产后，可利用边缘性土地万亩，解决农村充裕劳动力万人，实现二氧化碳减排万吨。