母線差動保護的基本原理

1、8.2 8.2 母線差動保護原理母線差動保護原理單母線完全電流差動保護單母線完全電流差動保護高阻抗高阻抗母線差動保護母線差動保護具有比率制動特性的具有比率制動特性的中阻抗中阻抗母線差動保護母線差動保護正常運行或區(qū)外故障時母線電流特征 為了滿足速動性和選擇性的要求，母線保護都是按差為了滿足速動性和選擇性的要求，母線保護都是按差動原理構成的。實現(xiàn)母線差動保護必須考慮在母線上一動原理構成的。實現(xiàn)母線差動保護必須考慮在母線上一般連接著較多的電氣元件（如線路、變壓器、發(fā)電機般連接著較多的電氣元件（如線路、變壓器、發(fā)電機等），因此就不能像發(fā)電機的差動保護那樣，只用簡單等），因此就不能像發(fā)電機的差動保護那樣

2、，只用簡單的接線加以實現(xiàn)。但不管母線上元件有多少，實現(xiàn)差動的接線加以實現(xiàn)。但不管母線上元件有多少，實現(xiàn)差動保護的基本原則仍是適用的。保護的基本原則仍是適用的。正常運行或區(qū)外故障時母線電流特征 （1 1）在正常運行以及母線范圍以外故障時，在母線）在正常運行以及母線范圍以外故障時，在母線上所有連接元件中，流入的電流和流出的電流相等。上所有連接元件中，流入的電流和流出的電流相等。 （2 2）當母線上發(fā)生故障時，所有與母線連接的元件）當母線上發(fā)生故障時，所有與母線連接的元件都向故障點供給短路電流或流出殘留的符合電流。都向故障點供給短路電流或流出殘留的符合電流。 （3 3）從每個連接元件中電流的相位來看

3、，在正常運）從每個連接元件中電流的相位來看，在正常運行及外部故障時，至少有一個元件中的電流相位和其余行及外部故障時，至少有一個元件中的電流相位和其余元件中的電流相位是相反的。元件中的電流相位是相反的。 根據(jù)原則（根據(jù)原則（1 1）和原則（）和原則（2 2）可構造電流差動保護，根）可構造電流差動保護，根據(jù)原則（據(jù)原則（3 3）可以構造電流比相式差動保護。）可以構造電流比相式差動保護。正常運行或區(qū)外故障時母線電流特征負荷1電源負荷21I2I3I321III負荷1電源負荷21I2I3I0321III 若支路1、2、3上均安裝相同變比的電流互感器，則三個電流互感器的電流之和應等于0（理想情況）。0I母

4、線故障時的電流特征 若支路1、2、3上都安裝有相同變比的電流互感器，則母線故障時，三個電流互感器的電流之和應等于短路電流（二次值）。電源1I2I3I0321kIIIIkI依依KCLKCL：即：即：kIIII3218.2.1 8.2.1 單母線完全電流差動保護單母線完全電流差動保護KD1pI2pI3pIpnI1sI2sI3sIsnIKAI011TA1nipinisiKAInII正正常常工工作作時時8.2.1 單母線完全電流差動保護KD1pI2pI3pIpnI1sI2sI3sIsnIKAIknipinisiKAInInIITA1TA111kI母母線線故故障障時時8.2.1 單母線完全電流差動保護差

5、動繼電器的整定方法差動繼電器的整定方法（1）躲過最大不平衡電流）躲過最大不平衡電流（2）躲開任一）躲開任一TA二次回路斷線引起的差動電流二次回路斷線引起的差動電流TAmax.max./1 . 0nIKIKIkrelunbrelsetrTAmax./nIKILrelsetrmax.LI任一元件中的最大負荷電流。任一元件中的最大負荷電流?？煽肯禂?shù)，可靠系數(shù)，取取1.3母線以外短路母線以外短路時的最大電流時的最大電流8.2.2 8.2.2 高阻抗母線差動保護高阻抗母線差動保護引入高阻抗母線差動保護的原因（電流互感器的極度飽和情況）引入高阻抗母線差動保護的原因（電流互感器的極度飽和情況）1X2XmXL

6、ZpIsII1X2XmXLZpIsII當當TATA不飽和時，不飽和時， 較小，一較小，一般不會超過般不會超過 的的10%10%，此，此時時 較大，基本能正確反較大，基本能正確反映電流變換關系。映電流變換關系。 IpIsI當當TATA極度飽和時，勵磁電抗極度飽和時，勵磁電抗 很小，很小， 很大，嚴重時可近似很大，嚴重時可近似認為：認為：mXI0sI2I3I當勵磁電流非常小時，由此產(chǎn)生當勵磁電流非常小時，由此產(chǎn)生的不平衡電流尚可通過設置差動的不平衡電流尚可通過設置差動繼電器的整定值來躲過。繼電器的整定值來躲過。正常工作時的情況區(qū)外故障使互感器嚴重飽和的情況)()()()(321332211321I

7、IIIIIIIIIIIIpppsssKA)9 . 09 . 0(0)()(212211321ppppsssKAIIIIIIIIII流過差動繼電器的電流較大，流過差動繼電器的電流較大，可能引起差動繼電器的誤動作?？赡芤鸩顒永^電器的誤動作。1I2I3I1I單母線完全電流差動保護單母線完全電流差動保護KD1pI2pI3pIpnI1sI2sI3sIsnIKAI011TA1nipinisiKAInII外外部部故故障障工工作作時時飽和飽和8.2.2 高阻抗母線差動保護解決電流互感器極度飽和問題的方法解決電流互感器極度飽和問題的方法 將將低內(nèi)阻低內(nèi)阻的的電流型電流型差動繼電器換成差動繼電器換成高內(nèi)阻高內(nèi)阻

8、的的電壓型電壓型差動繼電器，一般內(nèi)阻為：差動繼電器，一般內(nèi)阻為：2.47.5k。電壓型差動繼電壓型差動繼電器的動作判據(jù)為：電器的動作判據(jù)為：setrUU 高阻抗繼電器的電路原理非常小非常小非常大非常大當外阻非常小時，各支路電流將會當外阻非常小時，各支路電流將會通過外電路形成回路。此時，幾乎通過外電路形成回路。此時，幾乎所有電流都會流經(jīng)外電路。所有電流都會流經(jīng)外電路。當外阻非常大時，各支路電流將會當外阻非常大時，各支路電流將會在由支路自身構成的回路中流動，在由支路自身構成的回路中流動，外電路中的電流是非常小的。外電路中的電流是非常小的。+ +- -+ +- -+ +- -+ +- -1pI2pI

9、3pIpnI1sI2sI3sI0snI采用低阻抗的電流繼電器且外部故障時I011nisiI由于電流繼電器的阻抗非常小，所以各個電流互感器的電流基本由于電流繼電器的阻抗非常小，所以各個電流互感器的電流基本上都通過電流繼電器構成回路。此時，第上都通過電流繼電器構成回路。此時，第n n條支路電路互感器出現(xiàn)條支路電路互感器出現(xiàn)的嚴重飽和并不影響其它的的嚴重飽和并不影響其它的n-1n-1條支路的電流流入電流繼電器。條支路的電流流入電流繼電器。1pI2pI3pIpnI1sI2sI3sI采用高阻抗的電壓繼電器且外部故障時U11nisiI由于電壓繼電器的阻抗非常高，兼之第由于電壓繼電器的阻抗非常高，兼之第n條

10、支路電流互感器嚴重飽條支路電流互感器嚴重飽和時相當于短路，所以其他和時相當于短路，所以其他n-1條支路的電流基本上不通過電壓互條支路的電流基本上不通過電壓互感器而是通過感器而是通過 構成回路。于是，流入電壓繼電器的電流非常構成回路。于是，流入電壓繼電器的電流非常小，電壓繼電器的端口電壓也非常小，低于整定值，不會誤動。小，電壓繼電器的端口電壓也非常小，低于整定值，不會誤動。0rInTA第n個互感器嚴重飽和時的等效電路11nisiIpnI2Z1Z0Zurk5 . 75 . 2ur1pI2pI3pIpnI1sI2sI3sI采用高阻抗的電壓繼電器且區(qū)內(nèi)（母線）故障時UkrInITA1snIkI（二次側

11、）由于電壓繼電器的阻抗大，同時流過的電流由于電壓繼電器的阻抗大，同時流過的電流 也較大，所以電壓也較大，所以電壓繼電器的端口處將出現(xiàn)較大的電壓，電壓繼電器動作切除故障。繼電器的端口處將出現(xiàn)較大的電壓，電壓繼電器動作切除故障。注意：當內(nèi)部短路電流非常大時，流過電壓繼電器的差動電流注意：當內(nèi)部短路電流非常大時，流過電壓繼電器的差動電流非常大，此時在電壓繼電器中將出現(xiàn)很高的電壓，危及絕緣。非常大，此時在電壓繼電器中將出現(xiàn)很高的電壓，危及絕緣。rI+ +- -8.2.3 8.2.3 具有比率制動特性的中阻抗母線差動保護具有比率制動特性的中阻抗母線差動保護 將將比率制動的電流型差動保護比率制動的電流型差

12、動保護應用于母線：應用于母線：（1 1）最大值制動）最大值制動（2 2）模值和制動）模值和制動 0 .max1setiresniiIIKI0 .11setniiresniiIIKI8.2.4 8.2.4 電流比相式母線保護電流比相式母線保護基本原理基本原理 當母線發(fā)生故障時，各當母線發(fā)生故障時，各有源支路有源支路的電流相位幾乎是的電流相位幾乎是一致的；一致的； 當外部出現(xiàn)故障時，當外部出現(xiàn)故障時，非故障有源支路非故障有源支路的電流流入母的電流流入母線，線，故障支路故障支路的電流則流出母線，兩者相位相反。的電流則流出母線，兩者相位相反。 利用這種相位關系構成的母線保護稱為電流比相式利用這種相位關

13、系構成的母線保護稱為電流比相式母線保護。母線保護。 負荷1電源負荷21I3I4I電源2IkI母線故障時，有源支路的電流母線故障時，有源支路的電流是近似同相的，即是近似同相的，即 和和 是近似同相的。是近似同相的。1I2I負荷1電源負荷21I3I4I電源2I負荷1電源負荷21I3I4I電源2I21II、和和4I是反相的。是反相的。1I和和是反相的。是反相的。2I母線故障時故障出現(xiàn)在非有源支路故障出現(xiàn)在有源支路8.2.5 8.2.5 元件固定連接的雙母線電流差動保護元件固定連接的雙母線電流差動保護 在發(fā)電廠及重要變電站的高壓母線上，一般都采用雙母在發(fā)電廠及重要變電站的高壓母線上，一般都采用雙母線同

14、時運行（母線聯(lián)絡器經(jīng)常投入），每組母線上采用連接線同時運行（母線聯(lián)絡器經(jīng)常投入），每組母線上采用連接一部分（大約為一部分（大約為1/21/2）供電和受電元件的方式。這樣，任一）供電和受電元件的方式。這樣，任一母線出現(xiàn)故障時，只會影響一半的供電和用電負荷，大大提母線出現(xiàn)故障時，只會影響一半的供電和用電負荷，大大提高了供電的可靠性。這樣就需要母線保護具有高了供電的可靠性。這樣就需要母線保護具有選擇故障母線選擇故障母線的能力。的能力。IIIKD1KD3KD2QF1QF2QF3QF4QF51234100A100A200A200A-50A-50A-250A-250A300A300A300A300A1A1

15、A2A2A-3A-3A-0.5A-0.5A-2.5A-2.5A3A3A50A50A250A250AIIIKD1KD3KD2QF1QF2QF3QF4QF51234使使QF1和和QF2跳閘跳閘使使QF5跳閘跳閘8.2.5 元件固定連接的雙母線電流差動保護 缺點：當固定連接方式被破壞時，差動保護將誤動作。缺點：當固定連接方式被破壞時，差動保護將誤動作。即元件固定連接的雙母線電流差動保護受系統(tǒng)運行方式的即元件固定連接的雙母線電流差動保護受系統(tǒng)運行方式的影響較大。當采用此種保護方式時，必然會影響影響較大。當采用此種保護方式時，必然會影響電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)調(diào)度調(diào)度的靈活性。的靈活性。8.2.6 8.2.6 母聯(lián)電流比相式母線差動保護母聯(lián)電流比相式母線差動保護 在元件固定連接的母線差動保護的基礎上進行改進，克在元件固定連接的母線差動保護的基礎上進行改進，克服了其缺乏靈活性的特點，使之更適合服了其缺乏靈活性的特點，使之更適合元件連接方式經(jīng)常改元件連接方式經(jīng)常改變變的情況。的情況。 母聯(lián)電流比相式母線差動保護采用了一個