中國南方電網超高壓輸電公司貴陽局的研究人員車曉駿、楊波、徐軍、袁仁彪、劉長發，在2017年第6期《電氣技術》雜志上撰文，介紹了青巖變電站220kV雙母線雙分段接線方式下母差保護的配置方式，對母聯和分段開關在失靈和死區故障情況下母差保護的動作邏輯進行了分析，闡明了母差保護中母聯及分段開關的失靈保護和死區保護的動作原理和動作過程，為運行人員實際處理此類事故時提供了參考。

隨著青巖變電站220kV間隔出線的不斷增多，考慮到地區電網的安全穩定運行越來越重要，青巖變電站進行了220kV雙母雙分段工程改造，把原來220kV的雙母線接線方式改造成為雙母線雙分段接線方式。

雙母雙分段母線運行方式擁有諸多的優點：運行調度靈活，對于母線上的任一線路，可以選擇由該條母線上的電源供電，也可以通過母聯單元或分段單元由其它母線單元電源供電。當雙母雙分段中一段母線停電檢修時，可將檢修母線上的線路單元切換至另一條母線運行，雙母雙分段接線方式需要切換的線路單元減少約一半，可以降低了運行人員的工作量和誤操作風險，運行更加可靠。

當母線發生故障時，母差保護動作跳開其中一條母線，故障影響的回路也減少了約一半，大大增強了電網的可靠性和穩定性。文中對改造后的母線保護配置、母聯及分段開關的失靈和死區保護等相關問題進行分析探討。

1 母線保護配置

圖1中230開關是連接I母和III母的分段開關，240開關是連接II母和IV母的分段開關，210開關是連接I母和II母的母聯開關，220開關是連接III母和IV母的母聯開關。所有間隔包括母聯和分段開關間隔均采用單電流互感器的配置方式。

其中230分段開關的CT在III母側，240分段開關的CT在IV側，210母聯開關的CT在I母側，220母聯開關的CT在III母側。母差保護采用雙重化配置，具體配置如下：I母和II母配置兩套不同廠家的母線保護，分別為第一套微機母線保護（南瑞PCS-915NB）和第二套微機母線保護（深瑞BP-2C）；III母和IV母也配置兩套不同廠家的母線保護，分別為第一套微機母線保護（南瑞PCS-915NB）和第二套微機母線保護（深瑞BP-2C）。

I/II母兩套保護和III/IV母兩套保護的保護范圍在兩個分段開關處交疊。以下將分別詳細討論母聯開關和分段開關發生失靈拒動以及死區故障后保護的一系列動作邏輯和動作過程。

圖1 青巖站改造后220kV雙母雙分段一次接線簡圖

2 母聯失靈保護

現以I母上發生短路故障，210母聯開關失靈拒動為例分析母聯失靈保護的動作邏輯。I母上發生短路故障后，I/II母母線保護大差元件動作,判別為母線區內故障，I母小差元件動作，判別I母為故障母線，同時I母復合電壓閉鎖開放，保護出口跳I母上各出線開關、230分段開關和210母聯開關。

由于210母聯開關失靈拒動使得II母上的電源線路經210母聯開關流經210開關電流互感器的短路電流仍然存在，這時保護經母聯失靈延時，封210開關電流互感器電流，即210開關電流不再計入II母小差差流的計算中。

封210開關電流后，由于II母小差只有流入電流而沒有流出電流使得II母小差元件動作，且故障期間母線復合電壓閉鎖元件一直保持開放，保護出口跳II母上各出線開關和240分段開關，整個母線短路故障就此全部切除。上述動作過程的保護邏輯框圖如圖2所示。

總結起來母聯失靈保護的關鍵點在于保護跳開故障段母線的出線和分段開關后封掉失靈拒動的母聯開關電流使得相鄰段母線的小差元件動作來徹底切除故障點。母聯失靈保護的動作后果即為一段母線故障造成兩段母線同時失電。

圖2 母聯失靈保護動作邏輯框圖

3 母聯死區保護

通常把發生在母聯開關和母聯電流互感器之間的故障稱為母聯死區故障。現以210母聯開關和電流互感器之間發生故障為例說明母聯死區保護的動作過程。值得注意的是，死區故障發生時母聯開關在合位或分位時保護的動作情況不一樣。現就這兩種情況分別加以討論。

當母聯開關在合位時，由于電流互感器在I母側，I/II母母線保護大差元件和II母小差元件都動作，同時經II母復合電壓閉鎖開放后，保護出口跳II母上各出線開關、240分段開關和210母聯開關。II母上所有開關都跳開后，I母上的電源線路仍然向故障點送短路電流。

這時雖然大差元件動作，但是對I母小差，流入電流等于流出電流，小差元件不動作，故障無法切除。在這種情況下，保護于210母聯開關跳開后經150ms延時使母聯電流退出小差差流計算。封母聯電流后，I母小差元件動作，保護出口跳I母上各出線開關和230分段開關，致此，210開關母聯死區故障全部切除。保護封母聯電流邏輯框圖如圖3所示。

當母聯開關在分位，I母和II母分裂運行時，死區故障發生后，I/II母母線保護大差元件動作，同時母線復合電壓閉鎖被解除，而I母和II母的小差元件均不動作。在這種情況下保護經400ms延時封母聯開關電流。當母聯開關電流不計入小差差流計算后，I母小差元件動作，跳I母上各出線開關和230分段開關，死區故障就此切除。保護封母聯電流邏輯框圖如圖4所示。

圖3 母聯死區保護（母聯開關在合位）動作邏輯框圖

圖4 母聯死區保護（母聯開關在分位）動作邏輯框圖

由以上分析可知，母聯開關在合位時發生死區故障要同時切除兩段母線，造成兩段母線同時失電，故障范圍很大；而母聯開關在分位時發生死區故障只需切除電流互感器側母線，母聯開關側母線則可以繼續正常運行，減小了停電范圍。

4 分段失靈保護

現以I母發生短路故障，230分段開關失靈拒動為例說明分段失靈保護的動作過程。當I母發生短路故障后，I/II母母線保護大差元件動作，I母小差元件動作，同時解除I母復合電壓閉鎖，保護出口跳I母上各出線開關，230分段開關和210母聯開關。

由于230分段開關失靈拒動，保護在跳開其他開關以后故障沒有被切除，這種情況下I/II母母線保護的出口繼電器觸點將一直動作不返回，同時I/II母母線保護經本屏的啟動分段失靈壓板，再經III/IV母母線保護屏的啟動分段失靈壓板向III/IV母母線保護提供啟動分段失靈開入。

這時，III/IV母母線保護在滿足230開關電流大于分段失靈電流整定值以及III母復合電壓閉鎖開放的條件后經分段失靈延時跳III母上各出線開關和220母聯開關，至此故障被徹底切除。分段開關的失靈啟動和動作邏輯回路框圖如圖5—圖6所示。

圖5 I/II母母線保護啟動分段開關失靈保護動作邏輯框圖

圖6 III/IV母母線保護啟動分段開關失靈保護動作邏輯框圖

由以上分析可知，分段失靈保護的動作行為與母聯失靈保護相比有很大的不同。母聯開關失靈后，是在一套母差保護中完成母聯電流封鎖，啟動另外一段母線的小差動作來切除無故障母線上的所有開關。但是分段開關失靈后，需要兩套母差保護的配合，由故障母線的母差保護向非故障母線的母差保護啟動外部失靈回路來切除故障。

5 分段死區保護

與母聯開關的死區故障相比，分段開關死區故障的保護動作行為要復雜一些。同樣，我們以230分段開關在合位和分位兩種情況來討論。首先假設分段開關在合閘位置。當死區故障發生后，由于230分段開關電流互感器位于III母側，所以對I母來說故障屬于區內故障，而對III母來說則屬于區外故障。這時I/II母母線保護的大差元件動作，I母的小差元件動作，同時開放I母復合電壓閉鎖，保護出口跳I母上各出線開關，230分段開關和210母聯開關。在I母所有開關都跳開后，電源線路仍然通過III母向故障點送短路電流。

在這種情況下，III/IV母母線保護裝置檢測分段開關處于分位后延時150ms確認母線分裂狀態，封230分段開關電流，即230開關電流不再計入III母小差差流計算中。此后，III/IV母母線保護大差元件動作，III母小差原件動作，同時III母復合電壓閉鎖開放，保護出口跳III母上各出線開關和220母聯開關，故障被完全切除。保護的動作邏輯框圖如圖7所示。

圖7 分段死區保護（分段開關在合位）動作邏輯框圖

如果230分段開關在分閘位置。當死區故障發生時，兩套母線保護檢測分段開關處于分位并延時400ms確認I母和III母確是分裂運行狀態后封230分段開關電流。封鎖分段開關電流后，I/II母母線保護的大差和小差元件均不動作，而III/IV母母線保護大差元件動作，III母小差元件動作，同時III母復合電壓閉鎖開放，保護出口跳III母上各出線開關和220母聯開關，故障被切除。保護的動作邏輯框圖如圖8所示。

圖8 分段死區保護（分段開關在分位）動作邏輯框圖

由以上分析可知，分段死區故障的切除同樣需要兩套母線保護的配合來完成，而母聯死區故障的切除在一套母線保護裝置中就可完成。保護動作的后果，在兩種情況下也各不相同：分段開關在合位時，保護動作需切除分段開關連接的兩段母線，引起的停電范圍很大；而分段開關在分位時，保護動作只需切除電流互感器側母線，分段開關側母線則可以繼續正常運行，減小了故障引起的停電范圍。

但理論上來說，母線并列運行時發生分段死區故障，只需切除230分段開關和III上所有連接開關，不需要切除I母。而實際結果確是I母先被切除了，保護在230分段開關跳開后經150ms延時才切除了III母，不但擴大了停電范圍也沒能在第一時間瞬時切除故障。

這樣的情況在母聯死區故障（母聯開關在合位）時也是一樣。這是母聯開關和分段開關只有單側電流互感器死區故障保護的一個顯著缺點，優點是只用一組電流互感器，節約了成本且保護的二次接線簡單。

6 結論

1）雙母雙分段接線方式下，母聯失靈保護和母聯死區保護都只在一套母線保護里完成，而另一套母線保護不動作。

2）分段失靈保護和分段死區保護需要兩套母線保護的配合才能完全切除故障。分段失靈保護是一套母線保護動作不返回，啟動外部分段失靈回路給另一套母線保護提供分段失靈開入來最終切除故障；分段死區保護在封鎖分段開關電流后，也需要另一套母線保護的配合來切除故障。

3）母聯失靈故障、母聯死區故障（聯絡開關在合位）、分段失靈故障和分段死區故障（聯絡開關在合位）都需要切除兩段母線才能將故障點徹底隔離，停電范圍很大；母聯死區故障（聯絡開關在分位）和分段死區故障（聯絡開關在分位）只需要切除電流互感器側的母線就能將故障點隔離，減小了停電范圍。

4）對于聯絡開關在合位時，母聯死區故障和分段死區故障母線保護無選擇性且不能第一時間瞬時切除故障擴大停電范圍的問題還需要進一步研究探討，相信隨著繼電保護技術理論的不斷發展創新，這個問題定能得到完美解決。

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直流混線的查找方法：

1、斷開二母線絕緣監察裝置接地點，合上分段開關，將二母線上負荷倒至一母線，拉開分段開關。

2、測量一母線對地電壓，正極對地為＋110V，負極對地為－110V，二母線對地電壓為正極對地為0V，負極對地為0V。

3、將直流負荷依次倒至二母（倒前合分段開關，倒后拉分段開關），并檢測二母對地電壓，當正對地或負對地電壓有電壓指示時，表明該負荷與一母之間有直流混線。

4、確定出混線的直流負荷后，可采用瞬斷負荷電源的方法，進一步查找，直至查出混線原因。

1、對帶有母聯開關和分段開關的母線要求開關失靈保護應首先動作于斷開母聯開關或分段開關,然后動作于斷開與拒動開關連接在同一母線上的所有電源支路的開關,同時還應考慮運行方式來選定跳閘方式。

2、開關失靈保護由故障元件的繼電保護啟動,手動拉開開關時不可啟動失靈保護。

3、在啟動失靈保護的回路中,除故障元件保護的觸點外還應包括開關失靈判別元件的觸點,利用失靈分相判別元件來檢測開關失靈故障的存在。

4、為從時間上判別開關失靈故障的存在,失靈保護的動作時間應大于故障元件開關跳閘時間和繼電保護返回時間之和。

5、為防止失靈保護誤動作,失靈保護回路中任一對觸點閉合時,應使失靈保護不被誤啟動或引起誤跳閘。

6、開關失靈保護應有負序、零序和低電壓閉鎖元件。對于變壓器、發電機變壓器組采用分相操作的開關,允許只考慮單相拒動,應用零序電流代替相電流判別元件和電壓閉鎖元件。

7、變壓器發生故障或不采用母線重合閘時,失靈保護動作后應閉鎖各連接元件的重合閘回路,以防止對故障元件進行重合。

8、以旁路開關代替某一連接元件的開關時,失靈保護的啟動回路可作相應的切換。

9、某一連接元件退出運行時,它的啟動失靈保護的回路應同時退出工作,以防止試驗時引起失靈保護的誤動作。

10、失靈保護動作應有專用信號表示。