0　引言

　　非固定连接主接线方式的母线的优点是运行方式灵活，但相应的母差保护必须切换其差流回路和出口回路，使其与运行方式保持一致。为减少人工干预(繁琐并容易失误)，无论是集成电路还是微机母差保护都引入刀闸辅助接点，据此确定运行方式，切换内部回路。这个方法直接有效，但难以消除继电保护专业人员的担忧，即：在现有刀闸辅助接点和其引入环节并非十分可靠的情况下，如何保证母差保护的正确动作?为此，继电保护研究人员做了两方面的探索：一种方法是同时引入每一副刀闸的常开接点和常闭接点，以两对接点的组合来判别刀闸状态^［1］，这不但占用了大量开入通道和电缆，而且只能消除引入环节造成的错误，而不能解决由刀闸辅助接点一次设备的损坏而导致的错误；第二种尝试是摒弃刀闸辅助接点，利用微机的计算功能，通过负荷电流计算来判别母线运行方式^［2］，但由于等电流元件(双回线或同一电厂中出力相同的发电机)和空载、轻载元件的存在，这种尝试仍未成功。
　　本文提出了一套新的方案：在微机保护平台上，以刀闸辅助接点为主，以各单元负荷电流的计算来校验刀闸辅助接点的正确性并自动纠正其错误。每副刀闸仍引入一对接点，由微机实时计算电流瞬时值，根据电流判据，将稳态与暂态判断相结合，实时发现并纠正辅助接点的错误，减轻运行人员的负担，提高母差保护动作的正确率。

1　刀闸辅助接点的出错方式及其对母差保护的影响

1.1　刀闸辅助接点出错方式的分类
　　这里说的刀闸辅助接点出错是指：在保护装置及其外部接线经校验正确、投入运行后，由于刀闸一次设备、引入电缆和端子或装置内部开入通道的原因，使微机读入的运行方式与实际运行方式不一致。由此可将刀闸辅助接点出错方式归纳为以下3类：
　　a.刀闸主接点已闭合而辅助接点读入仍为0(闭合为1，开断为0)，称之为接点不良。
　　b.刀闸主接点已开断而辅助接点读入仍为1(闭合为1，开断为0)，称之为接点粘连。
　　c.读入值在0，1间翻转不定，称之为接点抖动。
1.2　刀闸辅助接点出错对母差保护的影响
　　在非固定连接主接线方式中，以双母线接线方式最为典型，以下分析均以双母线为例。
　　由刀闸辅助接点形成的母线运行方式字，在微机母差保护中是用来计算各段母线分差(小差)电流、切换各单元出口回路的，其结果只对保护的选择性产生影响。而区分母线区内、区外故障则是由不受母线运行方式影响的总差(大差)电流来判别^［3］。下面是双母线运行过程中可能出现的情况。
1.2.1　接点不良对母差保护的影响
　　接点不良表现为两种情况：
　　a.某一单元已投入运行，而保护未将其电流互感器(TA)电流加入相应差流回路。若该单元是电源或对侧有电源的负荷，则可能造成保护拒动(故障就发生在这段母线上)或失去选择性。若该单元是空载或轻载负荷，则对保护无大的影响。
　　b.某一单元倒闸过程中，两把刀闸都已闭合，而保护装置没有切换入互联状态。由于此时两条母线已经将两把刀闸连在一起，部分电流流过刀闸而不经过母联TA，如果仍然判分差电流选择切除母线，将降低保护灵敏度或延长故障切除时间。
1.2.2　接点粘连对母差保护的影响
　　接点粘连也分两种情况：
　　a.倒闸过程结束，拉开其中一把刀闸而其接点粘连，保护装置仍处在互联(非选择 )方式，一旦发生区内故障，将扩大故障切除范围。
　　b.某一单元开关断开，退出运行，刀闸拉开而接点粘连。在该单元下一次投入前不影响保护运行，但当该单元再次投入于另一条母线上时，母差保护误入互联方式，其结果同上。
1.2.3　接点抖动对母差保护的影响
　　接点抖动是由触点接触不良或其他原因造成。如不能及时发现，它对保护的影响就取决于故障发生时辅助接点的状态，如果恰好此时与主接点不符，其现象就是接点不良或接点粘连中的一种。
　　通过以上分析可知，辅助接点的错误虽然不会造成保护误动，但将导致拒动或扩大故障切除范围。为防止上述后果发生，应充分发挥微机保护计算与自检的优势，及时发现并纠正接点的错误。

2　新方案对微机保护平台的要求

　　微机平台要能在每个采样间隔内完成大差和小差电流瞬时值的计算，能够在完成差动保护计算量的同时完成本方案的判断过程。
　　保护装置的电流测量精度越高，使用本方案的效果也越好。
　　由于装置对母线运行方式自校正，所以要有人机界面告知运行人员现有接点状态、出错位置、纠正结果。
　　由于倒闸过程的特殊性，设一中央信号“母线互联”，在两段母线互联时点亮，倒闸结束母线分开时熄灭。另设一中央信号“接点出错”，用于在发现刀闸辅助接点错误时提醒值班人员。
　　为方便保护投入时辅助接点的检修，可以在保护屏上强制设置刀闸接点位置。

3　刀闸辅助接点出错的判据

3.1　有电流而无刀闸接点
　　首先想到的是：某单元TA电流不为0，而该单元两把刀闸都开断，则该单元必然是接点不良。即：

(1)

其中　i_m是m单元流过的电流瞬时值；ε是大于0的正数；S_m1是m单元Ⅰ母刀闸状态，闭合为1，开断为0；S_m2是m单元Ⅱ母刀闸状态，闭合为1，开断为0。
　　判据(1)直观简洁，并能确定刀闸出错位于哪一个单元，但适用面窄，且无法确定如何纠正错误。
3.2　两段母线分差电流之和等于总差电流
　　由于刀闸辅助接点是用来计算分差(小差)电流的，所以可用小差电流的计算结果来校验运行方式的正确性。稳态情况下小差电流处于平衡状态，即：

(2)

　　判据(2)有局限性，所有下列情况该判据都不适用：
　　a.发生区内故障时，小差电流不平衡；
　　b.发生区外故障而TA饱和时，小差电流不平衡；
　　c. TA断线时，也使小差电流不为0；
　　d.倒闸过程中两条母线经刀闸相连，而刀闸上有电流。
　　由于电流的原因造成小差不平衡，同样也会影响到大差。在刀闸辅助接点正确的情况下，大差等于小差之和，即：

(3)

　　需要注意的是，当一个单元两把刀闸都闭合时其电流不能重复计入小差，即该电流计入了Ⅰ母小差，则不参与Ⅱ母小差的计算，反之亦然。式(3)作为本文提出的校验刀闸辅助接点正确性的通用判据，无论母线运行方式如何变化，流经母线的电流如何变化，都可以用此判据。只要刀闸出错的单元TA有电流，就能够发现错误。
3.3　母线是否处于互联的判断
　　判据(3)虽然在母线互联时适用，但它不能判别母线是否处于互联状态。这是非常重要的，因为母线互联时需将保护切换至非选择状态(只以大差判据作为出口依据，发生区内故障则将两段母线全部切除)。母线互联时，电流在两条母线上的分布如图1所示。

图1 母线经刀闸互联时电流分布示意图
Fig.1 Schematic diagram of current distribution when busbars are intrconnected through isolator

　　由图1可知，流经s单元Ⅰ母刀闸的电流为：

i_α=x i_s-(1-y)(i₁+i₂)

流经s单元Ⅱ母刀闸的电流为：

i_β=(1-x)i_s+(1-y)(i₁+i₂)

流经母联单元的电流为：

i_k=xi_s+y(i₁+i₂)

其中　x,y是电流分配系数，x，y∈(-1，1)。
　　所以当i_s计入Ⅰ母差回路时，

id1=i_β　　id2=-i_β

当i_s计入Ⅱ母差回路时，

id1=-i_α　　id2=i_α

　　发生区内故障时，则在故障段母线小差电流中加上故障电流i_f。
　　从以上分析可知，除非极特殊的电流分配，流经刀闸的电流不为0，所以此时两段母线的小差电流均不为0，而且满足判据(3)。因此母线互联的判据就是：

id1+id2=i_d　　id1≠0，id2≠0

(4)

3.4　接点抖动的判据
　　实际运行中，对同一副刀闸在一个时段内不可能重复多次操作。可以对刀闸变位的情况作统计，当同一接点短时间内变化多次时，即可判其接点抖动。
3.5　用瞬时值判断的实时性
　　为了能实时发现并纠正刀闸辅助接点的错误，必须用瞬时值来计算大差和小差电流。考虑到在电流波形过零点±30°范围内，电流瞬时值的大小可能不满足判据的灵敏度，所以最多不超过(20/6) ms就能根据以上判据判断出接点错误并纠正。

4　如何确定出错接点并纠正错误

　　在讨论这个问题前，先作两个假设：
　　a.每个出错单元的电流都能被检测到；
　　b.在同一时刻(20/6 ms内)，只发生一次接点错误。
　　关于这两个假设的合理性在第5节中将专门予以说明。
4.1　稳态运行时的判断流程
　　稳态运行是指没有区内、区外故障发生，差动判据也未启动的时段。
　　保护投入运行后，微机实时计算每个采样点的大差和小差电流瞬时值(差动保护也需要)。首先判别是否有两把刀闸同时闭合的单元，用判据(4)来验证。如果此时母线的确处于互联状态，则保护进入非选择性方式，并点亮“母线互联”信号。如果不是，则尝试将该单元的电流加入Ⅰ母或Ⅱ母的母差回路，如能使两段小差都为0，该单元就连在这段母线上；否则，将该单元连于刀闸后合的那段母线，显示出错信息，点亮“接点出错”信号。
　　如果没有两把刀闸同时闭合的单元，则不断用判据(3)来校验刀闸辅助接点。一旦发现错误，启动判据(1)，对各单元电流进行巡检，即可找到有电流却两把刀闸都未闭合的单元。尝试将该单元的电流计入Ⅰ母和Ⅱ母的母差回路。若联于Ⅰ母时满足判据(3)，则可判定该单元Ⅰ母刀闸接点不良，上报该信息，并按此修改运行方式字；若联于Ⅱ母时满足判据(3)，则可判定该单元Ⅱ母刀闸接点不良，与上述情况类似处理。
4.2　暂态过程时的判断
　　暂态过程是指母线发生区内或区外故障，差动判据启动，保护还未出口的时段。
　　暂态过程中各单元的电流都要发生变化，形成新的平衡，而判据(1)、判据(3)、判据(4)在暂态过程都能适用，因此利用暂态过程中的电流值重新对刀闸辅助接点作一次校验是对稳态判别的有益补充。这样做也使保护具备了在接点出错同时发生故障时正确动作的能力。对接点错误的判断方法与稳态时一样，关键是发现接点错误时，要立即用新的运行方式字修正原先的小差电流，重新用差动判据决定保护的动作行为。

5　对两点假设的说明

5.1　为什么说接点出错单元的电流能被检测到
　　随着微机采样技术不断提高，装置固有的测量误差不断减小，使用高分辨率的A/D完全可以精确测量10 mA量级的电流。所以大多数轻载单元的电流都足以被检测到，而且只要其对侧有电源，在发生母线故障时其电流也足够大，对于空载单元，误切或不切对系统或设备都没有影响。对那些开关已断开的单元也是一个道理。
5.2　在同一时刻只发生一次刀闸辅助接点错误
　　由于每个刀闸辅助接点及其引入环节都相对独立，同一个原因不会造成多个接点错误(开入正电源消失除外，此时装置闭锁)。对判据(1)，只有同一单元的两个刀闸辅助接点同时出错才失效；对判据(3)，只有对空载单元的接点出错不能被及时发现，但这不影响其对第2次出错的校正。随着一次设备制造水平的不断提高和二次接线的规范，同时出现两次接点错误的概率很小。

6　结语

　　本文提出的方案虽然没有解除母线保护装置为实现运行方式自适应对刀闸辅助接点的依赖，但它将刀闸辅助接点与电流识别两种方法的优势结合起来，最大限度地使母线保护在接点出错时也能正常运行、正确动作，减少了运行值班人员的负担，提高了母线保护投运率和动作正确率。

［1］ABB. REB500 Numerical Busbar and Breaker-Failure Protection. 1998
［2］张　军.微机母线保护自适应研究：〔硕士学位论文〕.南京：电力自动化研究院，1994
［3］李　栋，毛亚胜，陆征军.BP-2A微机母线差动保护.电力系统自动化，1998，22(6)