浅谈如何保护变电站10kV母线
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摘要：在10kV变电站的日常管理和电力供应工作中，母线的管理和保护是十分重要的内容，只有采取有效的保护措施，才能使母线的故障发生率降至最低，保证母线回路中所有供电设备的正常运行。文章根据母线运行特征和电力供应要求制定合理的母线保护方案，采用先进、有效的母线保护手段，使变电站的供电管理工作取得更加长足的进步。
关键词：变电站；10kv母线；母线保护；日常管理；电力供应；供电设备 文献标识码：A
中图分类号：TM773 文章编号：1009-2374（2016）14-0131-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.14.066
随着我国国民经济建设的不断发展和电力事业的日益进步，各类变电站的建设速度和管理水平在全国各地都保持着迅猛增长的态势。然而，与电力供应事业蓬勃发展的现状相矛盾的却是我国变电站母线管理和保护工作水平的落后，这严重制约了电力供应事业的进一步发展。为了使变电站母线保护工作水平和电力供应事业发展水平得到有效提高，我们应当高度重视母线保护技术和手段的学习、引进，采用最先进的科学技术理念和保护措施，提升母线保护水平和供电管理水平。
1 变电站母线保护概述
母线是变电站的重要设备之一，又被称为汇流排，在整个电力运输和配送中起着十分关键的作用，因此，母线保护是变电站继电保护的重要组成部分。母线故障在电力供应中属于非常严重的故障，直接影响了所有母线连接设备的安全可靠运行，容易导致大面积的停电事故和用电设备损坏事故，将对电力系统产生极为不利的影响。母线保护措施和手段必须具备划分内部故障和外部故障的功能，并能确定具体的故障段落，从而立即采取短路故障切除措施，将电力供应中断带来的损失降到最小。在变电站的电力供应系统中，母线的主要功能是将电能进行汇合和分配，当流进母线的电流等于从母线流出的电流时，母线处于正常运行情况，也就是差流为零。当流进母线的电流与从母线流出的电流不相等，也就是差流不为零时，则可判断变电站的电力供应发生了故障。如不能及时解决母线故障，则会造成母线回路内的所有电力设备受到不良影响，导致整个电力供应系统出现问题，而在变电站采取母线保护措施的目的就是保证差流一直维持在零的状态。
2 变电站10kV母线保护工作基本要求
变电站的10kV母线具有短路水平高、影响范围大的特点，10kV母线故障主要是由设备老化、操作失误、自然灾害等引起的，当电力供应系统和设备受到冲击后，绝缘子对地放电，母线回路中产生单相接地故障，随后短路电弧发生位移，母线故障转为两相或三相接地短路。在进行变电站10kV母线保护方案设计过程中，应当充分考虑到保护措施的稳定性和可靠性，有效防止拒动、误动等情况的发生。当变电站10kV母线发生拒动故障时，必须对进线端采取后备过流的操作来消除故障，给电力供应和变电管理造成了麻烦，而误动现象则会直接导致变电站的电力供应不稳定或中断，直接影响电力供应的安全性和有效性。在母线保护装置的结构设置上，应当秉着简单、方便的设计原则，尽量避免一次性增加过多的电力设备和装置，使电力保护操作和电力供应改造工作的实施得以顺利进行。母线保护方式的设置应当尽量不受到电力运行工作的制约或影响，保证电源进线切换、电力元件运行、微机保护等工作流程都能充分适应母线连接方式的改变。
3 变电站10kV母线保护方案
3.1 差动保护措施
母线差动保护是变电站10kV母线区内故障的主要保护模式，当母线发生故障时，进出的电流平衡被打破，通过对电力平衡情况和电流相位一致情况的判断就能及时发现供电故障。一旦发现母线出现故障，供电系统立即启动保护动作元件，将母线上的所有断路器都断开。当两根母线同时运行时，保护装置有针对性地将母联开关和与发生故障的母线有联系的进出线路断路器断开，使电力供应停止的范围缩小到最低限度。
在任意一组母线经检修后重新投入使用之前，利用母联断路器对该母线进行充电实验，并使其进入母联充电保护模式，一旦母线发生故障，即可对母联采取充电保护措施，将故障切除。当母联断路器的断开状态变为闭合状态或流经的电流大于0.2A时，则开放充电保护，并维持300ms。如果此时的母联电流大于充电保护整定电流，则将母联切除。母联的电流保护可分为三段，任意一段通过修改控制字均可作为充电保护，如果充电保护控制字退出，则可进行一般性的电流保护。当任意一相母联电流大于电流整定值时，将母联开关断开。
在母线差动保护体系向母联发出跳闸命令后，经过整定延时操作，如母联电流仍大于母联失灵电流定值，则将母线欠压闭锁，切除母线连接的所有元件。当母线所连接的元件经跳闸整定后母联电流仍大于失灵电流值，则立即断开母联断路器和所有与母线连接的元件的断路器。为了避免出现主变压器的内部故障，复合电压元件的不启动有可能导致母线保护拒动，这时可通过投退控制字的方式将对应线路变为支路，消除母线故障的进一步影响。当双母线同时运行、母联处于合位时，发生母联死区侧母线小差动作，将母联开关断开，如果母联电流大于母联失灵电流，再延时100ms将母联电流退出小差计算，经复合电压闭锁后将母联死区侧母线迅速切除。当双母线同时运行、母联处于分位时，发生母联死区故障，如果母联电流大于母联失灵电流，则延时100ms将母联电流退出小差计算，经复合电压闭锁后将母联死区侧母线切除。
3.2 快速保护措施
快速保护是指当变电站10kV母线发生故障时，先将母线分段的电闸断开，再将主变的10kV电闸断开，然后按实施时间的长短设定，并对复合电压和复合电流进行闭
锁操作，使有条件跳分段和主变低压侧得到快速保护。
复合电流闭锁快速保护由主变变低10kV母线侧后备保护装置和10kV母线出线保护装置中的电流闭锁装置发出作用，当10kV母线出现相间短路现象时，闭锁元件能及时发现故障并予以处理，同时流进主变变低开关的电流陡然增大，适当闭锁元件发出闭锁信号，10kV母线保护回路获取信号后将10kV母线闭锁，形成快速保护作用。当将10kV母线快速保护设备设为投入控制字，且10kV母线分段开关位于断开位置使，表明10kV母线出现故障，闭锁元件做出动作、发出信号，10kV母线快速保护系统将主变开关延时断开，10kV母线闭锁元件闭锁自投，分段开关设置投入控制字，闭锁10kV母线快速保护电流。当10kV母线的电容器、电抗器等启动操作时，闭锁电流返回，解除对母线区域的闭锁。
3.3 数字网络技术保护措施
数字网络技术应用10kV母线的综合保护和网络保护装置对电力供应系统予以保护，10kV母线回路中的综合胃镜保护装置在母线接入数字通讯接口，并配备10kV母线保护服务流程程序，利用Profibus等技术手段实现10kV母线的通信综合保护自动化网络功能，加强变电站电力供应有效性和稳定性。
为了加强变电站10kV母线数字网络保护技术的应用效果，利用数字信号传输系统将测量数据、监测情况、控制命令高等传至数字信号控制台。同时建立数字信号和监测信号传输通道，将变电站综合系统中的继电保护功能延伸至10kV母线数字网络技术保护系统。
当10kV母线保护管理单元发出询问信号时，电源进线端断路器断开，各个回路的断路器也同时断开，电力供应保护元件接收信号后也做出综合保护反应，发出跳闸命令。10kV母线数字网络技术保护系统中，母线保护管理单元是各类故障处理和命令信号的收集中心，并向回路中的各个设备发出处理指令，通过断开开关灯方式切除10kV母线故障。
3.4 电弧光传感技术保护措施
当10kV母线出现故障时，保护动作在100ms内产生，断路器断开，将母线故障切除。当电弧光设备检测到弧光的产生和电流流量的增加时，发出跳闸命令信号，电弧光传感器将该信号传给动作单元，动作单元检测到信号后又接着发出跳闸信号，使10kV母线断路器断开。电弧光传感系统的主单元由电流检测系统和断路器检测系统构成，当10kV母线出现短路情况时，电流和弧光传感器发出信号，主单元收集到信号后予以分辨和处理，并发出10kV母线回路开关断开命令，将母线故障切除。弧光传感器位于变电站10kV母线控制系统中，是一种光感应元件，在接收故障信号后发出强光，并将其转化为命令信号传至回路及其中的各部件，从而及时将短路故障消除。
10kV母线电弧光传感保护系统中的辅助单元在弧光传感器发出信号后收集命令信息，并将其传给主单元，主单元则在仪器显示屏上显示辅助单元和传感器设备的信号编号，从而实现命令信号的准确传输和处理。
4 结语
总的来说，随着科学技术手段日新月异的发展和我国电力供应事业的不断进步，变电站管理工作和母线保护工作正发挥着越来越重要的作用。各级电力供应部门和变电站有关管理人员应当予以母线保护工作应有的重视，学习和引进国内外的先进母线保护理念和手段，制定合理的母线保护制度、方案，积极吸引、培养业内优秀人才，加强差动保护、快速保护、数字网络技术保护、电弧光传感技术保护工作系统，使我国的变电站母线保护工作水平得以显著提高，为我国的电力供应事业发展、各项基础建设和居民生活、工作用电提供有力保障和先决条件。
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作者简介：林忠福（1979-），男，福建莆田人，国家新闻出版广电总局824台工程师，研究方向：电力自动化。