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10kV母線保護(hù)應(yīng)用研究

文檔作者：顧曉亮文檔來(lái)源：廣州供電局變電一部		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年12月11日
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西北水電·201 1年·第2期 49
文章編號(hào)：1006-2610(201 1)02—O049—旬3
1 0 kV母線保護(hù)應(yīng)用研究
顧曉亮
(廣州供電局變電一部，廣州511300)
摘要：對(duì)母線進(jìn)行保護(hù)，對(duì)于維持電壓穩(wěn)定，減少故障的附帶影響和經(jīng)濟(jì)損失具有重要意義。l0 kV母線保護(hù)的
重要性已經(jīng)受到電力部門(mén)的重視，而且不斷有新的保護(hù)方式出現(xiàn)。文章分析了10 kV母線保護(hù)的應(yīng)用現(xiàn)狀、技術(shù)
要求及常用的4種10 kV母線保護(hù)方式，介紹了一種基于面向通用對(duì)象的變電站事件(GOOSE)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新
型10 kV母線保護(hù)。
關(guān)鍵詞：10 kV母線；母線保護(hù)；GOOSE
中圖分類(lèi)號(hào)：TV664 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
Application research on 1 0kV busbar protection
GU Xiao—liang
(Power Transformation Department 1，Guangzhou Power Supply Bureau，Guangzhou 5 1 1 300，China)
Abstract：Protection of busbar is significant to maintaining the vohage stability，reducing the additional effect of fault and economic
loss．New ways of protection emerge continuously．This paper analyzes the application state of 1 0 kV busbar protection and its technical
requirements，4 types of 10 kV busbar protection．Finally，a new type of 10 kV busbar protection based on digital network technology
for common object-oriented substation incident(GOOSE)is described．
Key words：10 kV busbar；busbar protection；GOOSE
母線是電力系統(tǒng)中的樞紐元件，對(duì)其進(jìn)行快速、
準(zhǔn)確的保護(hù)有利于高壓或超高壓電網(wǎng)的穩(wěn)定、電力
系統(tǒng)的安全運(yùn)行及電力設(shè)備的安全。但中國(guó)的1O
kV母線，有相當(dāng)一部分并未設(shè)置專(zhuān)門(mén)的快速保護(hù)，
而是由進(jìn)線開(kāi)關(guān)保護(hù)或變壓器后備保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這
種方式需要與出線開(kāi)關(guān)相互配合，有300～500 ms
的延時(shí)。因此布置lO kV母線的快速保護(hù)具有相當(dāng)
的現(xiàn)實(shí)意義。
l l0 kV母線保護(hù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及技術(shù)
要求
無(wú)論是工業(yè)還是生活用電，隨著用電規(guī)模的不
斷擴(kuò)大，對(duì)中低壓母線進(jìn)行保護(hù)已勢(shì)在必行。母線
收稿日期：2009．12一l8
作者簡(jiǎn)介：顧曉亮(1984一)，男，江蘇省蘇州市人，碩士研究生
從事水利水能規(guī)劃利用與水利經(jīng)濟(jì)研究．
故障如果不能及時(shí)排除就會(huì)造成母線被嚴(yán)重?zé)龤В?
甚至發(fā)展成“火燒連營(yíng)”的重大事故。而且伴隨電
網(wǎng)的復(fù)雜化、部分電網(wǎng)的老化，主變壓器遭受外部短
路電流沖擊損壞的事故也逐年增加，造成較大的經(jīng)
濟(jì)損失。對(duì)10 kV母線進(jìn)行保護(hù)能在最短時(shí)間內(nèi)切
除故障。但是根據(jù)《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝
置設(shè)計(jì)規(guī)范》¨ ，“對(duì)于主要變電所的3～10 kV母
線及并列運(yùn)行的雙母線，只有在下列情況下才裝設(shè)
專(zhuān)用的母線保護(hù)：需快速而有選擇地切除一段或一
組母線上的故障，才能保證發(fā)電廠及電力網(wǎng)安全運(yùn)
行和重要負(fù)荷的可靠供電時(shí)；當(dāng)10 kV用電系統(tǒng)發(fā)
生母線故障時(shí)，要靠變壓器低壓側(cè)的過(guò)流后備保護(hù)
來(lái)切除”。這種設(shè)計(jì)方案的最大弊端就是不能滿足
“快速”要求，其延時(shí)一般在1．2～2．0 s，這可能會(huì)
加大設(shè)備的損壞程度，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。一般
而言，對(duì)10 kV母線進(jìn)行保護(hù)的技術(shù)要求有：① 保
護(hù)可靠性要求高，不允許拒動(dòng)和誤動(dòng)。② 保護(hù)的構(gòu)
50 顧曉亮．10 kV母線保護(hù)應(yīng)用研究
成盡可能簡(jiǎn)單。避免一次大量增加各種設(shè)備，如電
流互感器、電纜等。③ 保護(hù)不受運(yùn)行方式的影響，
可以自動(dòng)適應(yīng)母線上連接元件的改變。④ 保護(hù)可
以適應(yīng)安裝在開(kāi)關(guān)柜上的運(yùn)行條件。
上所有支路的三相(或兩相)電流，母線保護(hù)實(shí)時(shí)計(jì)
算母線差動(dòng)電流，以判別母線區(qū)內(nèi)外故障。
3 基于GOOSE數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新型
1 0 kV母線保護(hù)
2 4種10 kV母線快速保護(hù)方式 3
． 1 基于G()()sE數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的10kv母線
根據(jù)具體實(shí)現(xiàn)原理的不同，大致可分為以下4 保護(hù)構(gòu)思
種方式：
(1)出線過(guò)流閉鎖式母線保護(hù)。這種方式假設(shè)
被保護(hù)的10 kV母線，只有1條電源進(jìn)線，而其它回
路均為饋出負(fù)荷。在這種條件下，當(dāng)母線發(fā)生短路
故障時(shí)，僅電源進(jìn)線過(guò)流保護(hù)啟動(dòng)，而其它饋出線過(guò)
流保護(hù)均不啟動(dòng)，而任一饋出線上發(fā)生短路故障時(shí)，
電源進(jìn)線和故障出線過(guò)流保護(hù)將同時(shí)啟動(dòng) j。啟
用這種保護(hù)模式，不論故障發(fā)生在母線內(nèi)部或者外
部，作為啟動(dòng)元件的復(fù)合電壓元件以及過(guò)流元件都
會(huì)動(dòng)作。如果出線保護(hù)啟動(dòng)，則標(biāo)志著母線保護(hù)啟
動(dòng)，否則必須經(jīng)過(guò)短延時(shí)等待確認(rèn)出線保護(hù)均未啟
動(dòng)后，其他保護(hù)才允許動(dòng)作。這種保護(hù)方式邏輯清
晰，安裝和調(diào)試相當(dāng)容易。
(2)方向過(guò)流比較式母線保護(hù)。在被保護(hù)母線
的各條進(jìn)出線上均裝設(shè)一個(gè)方向過(guò)電流判別元件，
其正方向過(guò)流元件指向被保護(hù)的母線，電流定值按
躲過(guò)最大負(fù)荷電流或最小短路電流來(lái)整定，且應(yīng)大
于所有負(fù)荷出線的過(guò)流判別元件和所有電源線反方
向過(guò)流元件的整定值。在這種模式下，一旦母線發(fā)
生故障，電源進(jìn)線的正方向過(guò)電流判別元件都會(huì)動(dòng)
作，而反方向過(guò)流元件均不會(huì)動(dòng)作；在某一個(gè)帶電源
的進(jìn)線上發(fā)生故障時(shí)，接在該線上的正方向元件不
會(huì)動(dòng)作，而反方向過(guò)流元件將動(dòng)作。因此通過(guò)比較
正、反方向過(guò)電流判別元件的動(dòng)作狀態(tài)，就可以判別
出母線有無(wú)故障。當(dāng)正方向過(guò)電流判別元件動(dòng)作而
反方向過(guò)流元件均不動(dòng)作時(shí)。母線保護(hù)立即啟動(dòng)。
(3)電流相位比較式母線保護(hù)。它將接于被保
護(hù)母線上的所有設(shè)備的電流互感器TA二次側(cè)的電
流引入到保護(hù)中，以電流最大的電源進(jìn)線電流為比
相基準(zhǔn)，對(duì)各進(jìn)出線電流進(jìn)行比相，相位一致時(shí)判為
區(qū)內(nèi)故障，否則為區(qū)外故障 。如母線內(nèi)部故障
時(shí)，所有負(fù)荷出線的電流都不會(huì)大于其電流判別元
件的定值，所以它們不會(huì)參與比相。
(4)帶制動(dòng)特性的電流差動(dòng)保護(hù)。該方式與電
流相位比較式母線保護(hù)類(lèi)似，它同樣需要接人母線
隨著數(shù)字化、信息化技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)保護(hù)中也
大量運(yùn)用了信息技術(shù)。對(duì)于1O kV母線保護(hù)而言，
同樣可以采取數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。目前數(shù)
字化變電站的核心技術(shù)是采用IEC61850通信協(xié)議
代替?zhèn)鹘y(tǒng)的IEc60870—5—103規(guī)約，實(shí)現(xiàn)所有間隔
層設(shè)備與監(jiān)控層的通信。該標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)對(duì)變電站自動(dòng)
化系統(tǒng)中的對(duì)象統(tǒng)一建模，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和獨(dú)
立于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的抽象通信服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間
無(wú)縫連接。面向通用對(duì)象的變電站事件(GOOSE—
Generic Object Oriented Substation Event) 是
IEC61850標(biāo)準(zhǔn)所定義的面向?qū)崟r(shí)突發(fā)變量傳輸?shù)?
裝置間對(duì)等通信機(jī)制，直接基于以太網(wǎng)鏈路層進(jìn)行
傳輸。GOOSE實(shí)現(xiàn)10 kV母線保護(hù)的核心思路是：
通過(guò)GOOSE，將分散在10 kV母線段上的各間隔保
護(hù)單元，包括出線保護(hù)裝置、分段斷路器保護(hù)裝置、
進(jìn)線保護(hù)裝置聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)裝置間的信號(hào)連接，進(jìn)
行信息交換傳輸，共同完成母線保護(hù)功能。
其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
GOOSE網(wǎng)L—T—一
l變壓器單元 母聯(lián)分段單元
(K)OSE網(wǎng)
饋線單元 站用變單元I I電容器單元
圖1 基于GOOSE數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的10 kV母線保護(hù)結(jié)構(gòu)圖
3．2 基于GOOSE數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的10 kV母線
保護(hù)構(gòu)成原理
利用10 kV母線進(jìn)線(變壓器低壓側(cè)或母聯(lián))
保護(hù)的過(guò)流保護(hù)元件作為啟動(dòng)，并通過(guò)10 kV母線
的出線保護(hù)(包括線路、電容器等)出口啟動(dòng)信號(hào)對(duì)
其進(jìn)行閉鎖。當(dāng)母線區(qū)外故障時(shí)，相關(guān)的出線保護(hù)
能夠發(fā)出閉鎖信號(hào)閉鎖10 kV簡(jiǎn)易母線保護(hù)；母線
區(qū)內(nèi)故障時(shí)，相關(guān)的出線保護(hù)不能發(fā)出閉鎖信號(hào)，簡(jiǎn)
易母線保護(hù)可以快速動(dòng)作切除故障。
10 kV母線保護(hù)不設(shè)置專(zhuān)門(mén)的保護(hù)裝置，而是
將母線保護(hù)功能集成在變壓器低壓側(cè)和母聯(lián)的保護(hù)
西北水電·201 1年·第2期 51
中，由嵌入在變壓器后備保護(hù)或母聯(lián)裝置中的動(dòng)作
元件和出線(包括線路、電容器等，)保護(hù)裝置中的
閉鎖元件組成。
10 kV母線保護(hù)構(gòu)成如圖2所示。
閉鎖G(X~E
出現(xiàn)保護(hù)l
(出口元件)J閉鎖GOgSE信
變壓器后備保
護(hù)(過(guò)流元件)
母聯(lián)保護(hù)
(過(guò)流元件)
跳變低開(kāi)關(guān)
跳母聯(lián)開(kāi)關(guān)
圖2 10 kV母線保護(hù)構(gòu)成圖
3．3 基于(川()SF數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的10 k、母線
保護(hù)優(yōu)點(diǎn)
(1)保護(hù)構(gòu)成簡(jiǎn)單，不需要裝設(shè)復(fù)雜的專(zhuān)用保
護(hù)設(shè)備，也不需要大量的外部電纜，工程施工、改造
容易。
(2)基于以太網(wǎng)鏈路層進(jìn)行傳輸，代替間隔層
裝置之間的電纜連接，沒(méi)有了CT電流回路和跳閘
出口回路，保護(hù)可靠性更高，再不受CT斷線影響，
再不擔(dān)心誤碰的問(wèn)題。
(3)采用GOOSE通信，具有完善的通信應(yīng)用服
務(wù)功能，可以任意增加連接，可擴(kuò)展性很強(qiáng)。例如要
在10 kV母線上增加幾個(gè)出線間隔，只需用光纜將
他們連起來(lái)，設(shè)置保護(hù)參數(shù)就可以。而常規(guī)的母線
保護(hù)就需要增加很多的電纜。
(4)GOOSE信號(hào)具有毫秒級(jí)的實(shí)時(shí)性，裝置問(wèn)
信號(hào)傳輸快速。
(5)具有完善的回路監(jiān)視功能，通過(guò)發(fā)送報(bào)文
可以實(shí)現(xiàn)鏈路的狀態(tài)檢修。
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