供配电网母差保护的综合自动化改造方案

张东平

（山西燃气规划设计研究院，山西 太原 030024）

供配电网母差保护的综合自动化改造方案

张东平

（山西燃气规划设计研究院，山西 太原 030024）

指出传统的35 kV变电站不设置母差保护，但是，随着电力负荷及运行方式的快速发展，供配电网需要配置智能化的母差保护。结合变电站综合自动化装置，采用基于IE C61850的GOO S E的逻辑判断元件，可以顺利实现母线差动保护，有力保障了供配电网的安全。

母线差动保护；IE C61850；逻辑判断模块

0 引言

目前在电力系统中，35 kV及以下电压等级的母线一般未装设专用母线保护。但由于35 kV及10 kV配电系统具有短路容量大、出线多、操作频繁、容易受小动物危害、设备绝缘老化和机械磨损等隐患，35 kV和10 kV开关柜故障时有发生。虽然国内外的高压开关柜的制造技术进步很快，10 kV母线发生故障的机率大为减少，但是多年的运行实践表明，仍然存在因个别开关柜故障，引发整段开关柜“火烧联营”的事故，造成开关柜不必要的损失，甚至造成变压器的烧毁。虽然造成此类事故的原因是多方面的，但是没有配备快速母线差动保护是重要的原因。

35 kV变电站的母线一般不配置专用的快速母线差动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规范要求的[1]。因此，长期以来人们对中低压母线保护一直不够重视。现场运行事故所造成的巨大经济损失逐渐引起供电和用电企业的高度关注，也警醒了继电保护技术人员探索应该把配置合理的继电保护做为解决此问题的方案之一。

1 母差设计原则和方案原理

快速、准确地切除所有母线故障，是母线差动保护的基本原则。另外由于35/10 kV母线的特点，要求实现母线差动保护的原理和方法尽量简单，同时不受运行方式的影响。

利用通讯技术在现有的综合自动化系统中附加母线保护是一种原理简单、实施方便又几乎不增加投资的方案。而现代的通讯技术尤其是基于网络技术的IEC61850规范的逐步实施和推广以及保护现场可编程技术的使用为应用此种原理创造了条件。

IEC61850中GOOSE信息采用旁路TCP/IP和UDP/IP直接基于ISO/IEC8802-3之上的传输协议，该种规约不经变电站层的通讯管理装置转发而是直接的IED之间的通讯，其传输的实时性不超过10ms。可靠性有双以太网冗余保证，必要时可以采用光纤介质。所以，网络上的任一台IED可以定制全站的任何运行信息且有实时性和可靠性的保证。

这样，进线保护单元就可以实时检测所有出线保护单元的运行状态和保护启动信息，从而判断出故障发生的位置，实现快速母线差动保护，同时也可以附加完成出线开关的失灵保护。

2 母差逻辑建模方案

以某公司使用的变电站综合自动化保护装置为例，本方案全面实现了包括 GOOSE技术的IEC61850标准，同时按照IEC61850的建模思想实现了面向对象的保护可编程。因此本系统具备了快速简单的实现母线差动保护可靠动作的条件。

2.1 母差组成元件

在每个进线保护单元（包括不同运行方式下提供电源的线路或母联）配置母线差动保护判断元件（PDIFg），而所有的出线保护单元（包括不同运行方式下的电源输出线路或母联）配置开放母线差动保护的逻辑，其中PDIFg的基本特征如图1所示。

图1 母差逻辑模块

Enable电压输入：控制元件的投入和退出，主要接入软压板、硬压板及电压闭锁信息等。

InputAx电流输入：用于接入保护电流的有效值。

Act激活信号输入：用于接入所有出线响应母差保护的开放信号。

Str启动输出：元件启动输出，用于把母线差动的启动信号发送给出线单元。

Op动作输出：元件动作跳开进线开关。

此外，本元件内置电流启动定值StrVal和延时定值OpDlTmms。

基本动作行为：在电压有效的前提下检测到输入电流超过定值时触发其启动Str输出，同时在1 s内检测到Act信号有效则经相应的延时定值（延时从保护启动时刻开始计算）后触发保护动作输出Op，同时发送故障报告，否则复归启动信号，一直到输入电流恢复到定值以下方能触发下一次判断过程。

出线保护单元的判断逻辑：收到进线单元的启动信号后，如果本单元的过流I段未启动或断路器失灵动作，则发送确认开放母差信号，否则发送闭锁母差信号。

2.2 母差检测信号和动作逻辑

当系统采用多电源输入或不同运行方式不同电源输入时，可以针对所有可能运行方式的进线和相应的出线单元设计完全独立的控制流程，任一个IED设备可以同时支持进线逻辑或多种出线逻辑。

以某公司35 kV变电站10 kV侧系统为例，介绍具体的实现配置，变电站系统图如图2所示。

图2 35 kV变电站10 kV侧系统图

其中1DL、2DL为进线开关，3DL为母联开关，4DL—7DL为出线开关且任何运行方式均不存在倒送电。其运行方式包括双电源独立供电和任一电源供电母联闭合。分析系统结果如下。

1DL独立供电时，I母线的进线为1DL，出线为3DL—5DL；II母线的进线为3DL出线为6DL—7DL。

2DL独立供电时，I母线的进线为3DL，出线为4DL—5DL；II母线的进线为2DL，出线为3DL、6DL—7DL。

独立分裂供电时，I母线的进线为1DL，出线为4DL—5DL；II母线的进线为2DL，出线为6DL—7DL。

可见与进线1DL关联的所有出线为3DL—5DL，与进线2DL关联的所有出线为3DL、6DL—7DL，与进线3DL关联的所有出线为4DL—7DL。所以设计3个独立的判断进程。

进程a：1DL为进线，3DL—5DL为全部出线。

进程b：2DL为进线，3DL、6DL—7DL为全部出线。

进程c：3DL为进线4DL—7DL为全部出线。

3个进程可以覆盖所有的运行方式。

以进程a为设计进线逻辑如图3所示（在1DL的保护单元实现）。

出线的判断逻辑如图4所示。

当1DL的保护单元的PDIFg检测到故障电流而触发Str输出，其启动信号通过GOOSE信息发送到所有出线单元，如果此时出线单元过流I段未启动或断路器失灵动作则发送开放母差保护的GOOSE信息到进线保护单元，所有的出线均发送GOOSE信息开放母差保护，则进线单元的Act信号有效，母差保护会在经整定延时后输出Op信号，跳开进线断路器。

图3 进线逻辑模块

图4 出线逻辑模块

当故障点位于4DL或5DL的线路侧时，1DL检测到故障后发送启动信息但故障线路4DL或5DL的过流I段会同时启动而闭锁其母差输出，则母差保护不会误动作；同理，当故障点位于6DL或7DL线路时3DL的过流I段启动而闭锁母差保护；当故障点位于I母线时，所有出线过流I段均不启动从而使能母差保护动作跳开1DL；当故障点位于II母线时则会启动与此进程相似的进程c处理逻辑，3DL母差元件启动但4DL—7DL均没有故障电流而激活3DL的母差保护动作跳开3DL，实现选择性。

进程b、进程c逻辑与进程a相似，分析可知在3种运行方式下，均能进行有选择性的跳闸。这样只需在1DL和2DL中各配置1个运行母差的动作逻辑PDISg、3DL中配置1个运行母差动作逻辑PDISg和2个母差出线响应逻辑、4DL—7DL中配置3个母差出线响应逻辑即可完成全运行方式下的母差保护。

2.3 母差设计的整定配合

按此方案实现母差保护需要一些继电器整定配合。

a）所有出线（包括母联）中装设过流I段，其启动信号参与母差开放判断。

b）出线的断路器失灵保护可以通过母差保护实现。

c）母差保护PDIFg的电流定值应躲过任一条出线的I段动作区，否则可能引起母差误动作。同时保证故障运行方式下母线故障有灵敏度。

d）母差动作仅在故障后1 s内有效，与其配合的过流I段及断路器失灵延时不能超过1 s。

e）母差动作无延时的母线故障整组动作时间小于100ms（出线数不大于32个）。

f）当母线上有多个电源时，对每个电源来说，其他电源都应视为出线但其相应的过流I段应有方向闭锁。上例中如果支持双电源并网供电方式则母联3DL的过流I段应考虑方向闭锁，但上例也可通过开关位置实现闭锁。

3 结论

可见在变电站综合自动化保护装置上应用IEC61850的GOOSE技术及可编程技术，能方便快捷地实现10 kV或35 kV的母线差动保护，同时具有速度快、动作可靠和不增加硬件投资的优点，是解决母线故障快速切除的良好解决方案。

［1］ 国家电力调度通信中心.Q/GDW441—2010智能变电站继电保护技术规范［S］.北京：中国电力出版社，2010.

The Reconstruction Scheme of the Busbar Differential Protection of Power Supp ly and Distribution System

ZHANG Dongping
（Gas Planning and Design Institute of Shanxi Province，Taiyuan，Shanxi 030024，China）

It is pointed out that traditional35 kV substation is shortofbusbar differential protection，but in recentyears，with the rapid development of power load and operation mode，power supply system needs to be configured with intelligent busbar differential protection.Combining with automation devices in substation，using logic elements based on GOOSE of IEC61850，busbar differential protection can be implemented smoothly，which could guarantee thesecurityofpower supply and distribution system.

busbardifferentialprotection；IEC61850；logic judgmentmodule

TM773+.4

B

1671-0320（2015）01-0037-04

2014-11-19，

2014-12-20

张东平（1963），男，山西稷山人，1985年毕业于太原理工大学电机系电力专业，2011年毕业于太原理工大学研究生院电气工程专业，工程硕士，高级工程师，从事电气工作。