220kV母线中失灵保护方案
电力系统中发生故障时，保护装置动作并发出跳闸命令，但因故障设备的断路器发生故障而导致拒动，为了尽快隔离故障点，避免事故范围进一步扩大，配置断路器失灵保护作为后备保护显得尤为重要。许继电气股份有限公司的研究人员张伟见、宋桂娥、朱军红、胡明会，在2020年第2期《电气技术》上撰文，对220kV母线中失灵保护方案进行了详细叙述。
电力系统中当输电线路、变压器、母线或者其他设备发生故障时，保护装置动作并发出跳闸命令，但因故障设备的断路器由于跳闸线圈故障（断线）、操作机构故障、气压或液压降低、直流电源故障、操作箱继电器等问题导致拒绝动作跳闸，若不尽快将故障点隔离，会造成主设备损坏、停电范围扩大、甚至整个系统瓦解等。
为在较短时间内切除与失灵断路器相关联的其他断路器，使停电范围限制在最小区域内，配置断路器失灵保护就显得尤为重要。利用断路器失灵时故障特征的相关信息作为断路器拒动的判别条件，构成断路器失灵保护。由于母线上有主变支路、线路支路和母联支路，这些支路均应配置相应的失灵保护作为其后备保护。
下面结合许继公司WMH-801A适用于常规变电的220kV母线装置，对断路器失灵保护方案进行详细介绍。
1 失灵保护介绍
1.1 失灵复合电压闭锁功能
由于断路器失灵保护动作跳闸范围大，因此提高断路器失灵保护动作的可靠性显得特别重要，所以将失灵复合电压闭锁引入到断路器失灵保护中。
断路器失灵保护采用复合电压闭锁元件与断路器失灵保护配合，实现分母线闭锁，复合电压闭锁采用母线任一相低电压、零序电压、负序电压以及断路器失灵元件来构成，有效确保断路器失灵保护的可靠、正确动作。
断路器失灵时会引起母线电压降低、有负序和零序电压产生，这样利用低电压、负序电压、零序电压作为开放失灵的条件会使断路器失灵保护动作更加可靠。但运行过程中有时会发生主变低压侧故障而高压侧断路器失灵且变压器高压侧阻抗很大，或线路末端故障时，线路阻抗很大，导致母线复合电压判别可能存在因灵敏度不足而引起断路器失灵保护拒动的问题，为避免类似情况发生，引入断路器失灵解闭锁功能来解除失灵复合电压，让母线装置的支路断路器失灵保护动作，从而隔离故障点。
1.2 低功率因数功能
在支路发生三相故障且三相开关均失灵时，由负序电流、零序电流组成的电流判据可能存在因灵敏度不足而引起保护拒动的问题，因此保护程序引入了低功率因数元件，该元件用于开放三相开关失灵时的负序电流、零序电流判据。低功率因数元件采用比相器算法构成，按相判别的方式，任一相电压幅值大于门槛值且对应相有流，判别电压与电流之间的相角，其动作方程如式（1）所示
式（1）
满足动作条件后开放低功率因数判据，另外，为了避免门口三相故障且断路器三相失灵时灵敏度不够，在三相电压均低于门槛值和三相均有流，且无电压互感器断线的条件下，也开放低功率因数判据。
1.3 断路器双重失灵功能
在母线运行过程中会存在多个支路断路器相继失灵的概率，如当线路发生故障跳闸，线路支路断路器跳不开，起母线保护装置内该线路支路断路器失灵保护动作，若同时又发生主变支路断路器失灵，因主变保护没有动作，母线保护装置没有主变保护动作的失灵开入，母差保护程序内部逻辑不能起动主变断路器失灵逻辑，不能实现联跳主变各侧断路器。
若主变支路不能跳开，则会继续往故障点提供故障电流，有可能会造成发电机、变压器等元器件的严重损坏或电网的崩溃瓦解事故。因此设计母线上任一支路断路器失灵保护跳闸时均能正确起动本支路所在母线上的主变支路断路器失灵（母联失灵保护跳闸时起相邻母线上主变支路断路器失灵），母线互联时，母线上任一支路断路器失灵保护跳闸时均能正确起母线上所有主变支路断路器失灵保护。
1.4 分相计时功能
母线运行过程中，存在某个支路发生转换性故障的可能性。为了避免同一支路发生转换性故障时保护动作延时接力，导致保护误动或者缩小延时定值保护动作的情况，保护程序内部设计为分相独立计时功能，即某相满足动作条件后，开始计时，计时时间不小于延时定值，保护动作；计时时间小于延时定值且该相故障消失，计时器自动清零。在某相计时器清零前其他相也满足动作条件后，其他相故障计数器应从零开始计时，不能在原有计时基础上累加计时。
1.5 主变支路断路器失灵保护
若变压器发生区内故障，变压器保护动作跳变压器各侧断路器，或母线发生区内故障，母差保护动作跳本母线上支路断路器，均能正确起动变压器支路断路器失灵保护，否则会经过主变支路失灵的断路器继续往故障点提供故障电流，这是不允许的。
前者由变压器保护动作后提供三跳失灵开入节点引入母线保护装置作为该支路的失灵起动开入，后者起动由母差保护程序内部直接实现。变压器支路断路器失灵电流判别采用任一相电流、负序电流或零序电流“或”逻辑，电流分别取整定的电流定值。为解决三相故障且三相失灵时，负序电流、零序电流可能存在灵敏度不足的问题，保护程序引入低功率因数判据，作为负序电流和零序电流判据的补充。
差动保护动作起动变压器支路断路器失灵时经变压器支路所在母线复合电压闭锁，母线互联运行时，经任一母线失灵复合电压闭锁，而外部三跳起动失灵开入起动变压器支路断路器失灵时，可经所在母线或互联运行时经任一母线失灵复合电压闭锁开放，也可经外部主变支路解闭锁开入解除电压闭锁。
断路器失灵保护设计有两个时限，第一时限动作跳母联支路，第二时限动作跳变压器支路所在母线上的相邻断路器并联跳变压器其他侧断路器。变压器支路断路器失灵保护逻辑图如图1所示，图中Isl、I0sl、I2sl分别为三相失灵相电流定值、失灵零序电流定值、失灵负序电流定值；T1、T2分别为失灵跳母联延时定值、失灵跳母线延时定值。
1.6 线路支路断路器失灵保护
若线路上发生故障时，线路保护动作跳断路器，同时提供三相或分相失灵起动开入节点引入母线保护装置作为该支路的失灵起动开入。线路支路断路器失灵电流判别采用相电流和零序电流或相电流和负序电流。为解决三相故障且三相失灵时，负序电流、零序电流可能存在灵敏度不足的问题，保护程序引入低功率因数判据，作为负序电流和零序电流判据的补充。
线路支路断路器失灵保护经本支路所在母线失灵复合电压闭锁，母线互联运行时，经任一母线失灵复合电压闭锁，也可经外部线路支路解闭锁开入解除电压闭锁，程序设计时为了节省硬件输入端子，所有线路支路公用一个失灵解闭锁开入。断路器失灵保护设计有两个时限，第一时限动作跳母联，第二时限动作跳该失灵支路所在母线上的相邻断路器。
线路支路失灵保护逻辑图如图2所示，图中I0sl、I2sl分别为失灵零序电流定值、失灵负序电流定值；T1、T2分别为失灵跳母联延时定值、失灵跳母线延时定值。线路支路失灵相有流门槛为相应支路的kIn。
图1 变压器支路失灵保护逻辑图
图2 线路支路失灵保护逻辑图
1.7 母联支路失灵保护
当保护动作向母联断路器发出跳闸命令，母联电流大于母联失灵电流定值且持续时间大于母联失灵延时定值时，母联断路器失灵保护动作切除与之相连母线上的所有连接支路。母联断路器失灵保护由差动保护、断路器失灵保护、相邻母联的母联断路器失灵保护、母联过流保护及外部起母联失灵开入（由外部单独配置的母联保护装置提供）起动，母联断路器失灵保护动作跳母线时需要本母线差动复合电压闭锁。母联断路器失灵保护逻辑图如图3所示，图中Is为母联分段失灵电流定值，Ts为母联分段失灵时间。
图3 母联支路失灵保护逻辑图
2 结论
本文结合许继公司WMH-801A系列母线保护装置，对220kV母线中失灵保护方案进行了详细叙述，通过介绍可知当有保护设备向断路器发送过跳闸命令后，该断路器未跳开且在一段时间内仍存在故障电流，此时由断路器失灵保护动作跳闸，切除故障，隔离故障点。这种失灵保护方案对以后的研究具有参考意义。