許繼電氣母線技術交流

1、X(1)_V031208版版許繼電氣技術中心許繼電氣技術中心母線保護技術交流母線保護技術交流 X(1)_V031208版版2母線的接線方式母線的接線方式母線保護的重要性母線保護的重要性典型的母線保護方式典型的母線保護方式母線保護與其它保護的配合母線保護與其它保護的配合提高母線保護可靠性的措施提高母線保護可靠性的措施母線保護交流電流二次回路母線保護交流電流二次回路電流互感器的暫態(tài)特性電流互感器的暫態(tài)特性斷路器失靈保護斷路器失靈保護提綱提綱X(1)_V031208版版3母線的接線方式母線的接線方式 母線是發(fā)電廠和變電站重要組成部分。母線又稱匯流排，是匯集電能及分配電能的重要設備。在母線上連接著發(fā)電

2、廠和變電所的發(fā)電機、變壓器、輸電線路、配電線路和調相設備等。母線的接線方式種類很多。應根據發(fā)電廠或變電站在電力系統(tǒng)中的地位，母線的工作電壓，連接元件的數量及和設備投資等條件，選擇最適宜的接線方式。X(1)_V031208版版4母線的接線方式母線的接線方式單母線和單母分段母線單母線和單母分段母線 單母線及單母線分段的接線方式如圖所示。 單母線及單母線分段接線 在圖中：QF1QF4出線斷路器； QF5分段斷路器。 在發(fā)電廠或變電站，當母線電壓為3566KV、出線數較少時，可采用單母線接線方式；而當出線較多時，可采用單母線分段；對110KV母線，當出線數不大于4回線時，可采用單母線分段。 X(1)_

3、V031208版版5母線的接線方式母線的接線方式1G2G5G3G4G1G5G單母線分段兼旁路單母線分段兼旁路單母線旁路兼分段單母線旁路兼分段單母線三分段單母線三分段X(1)_V031208版版6母線的接線方式母線的接線方式優(yōu)缺點優(yōu)缺點 單母線的接線簡單，占地少，投資少，但在母線檢修或發(fā)生短路故障時將使全廠或全所停電。 分段單母線在檢修或發(fā)生短路時，仍可使大約一半的連接元件繼續(xù)運行。 X(1)_V031208版版7母線的接線方式母線的接線方式雙母線雙母線 在大型發(fā)電廠或樞紐變電站，當母線電壓為110KV以上，出線在4回以上時，一般采用雙母線接線方式，如圖所示。 雙母線 在圖中：QF1QF4出線斷

4、路器； QF5母聯斷路器。 X(1)_V031208版版8母線的接線方式母線的接線方式雙母線母聯兼旁路雙母線母聯兼旁路 雙母線旁路兼母聯雙母線旁路兼母聯X(1)_V031208版版9母線的接線方式母線的接線方式雙母線母線兼旁路雙母線母線兼旁路III01支路010101020103010401I01I030303010302030302支路020102020203020402I02I0404040104020403I050505010502X(1)_V031208版版10母線的接線方式母線的接線方式優(yōu)缺點優(yōu)缺點 雙母線的操作和運行比較靈活可靠，目前國內的110220KV母線，大部分采用這種接線方

5、式。很多情況下，將雙母線作為分段的單母線方式運行，當一組母線發(fā)生短路故障時，另一組母線仍可靠繼續(xù)工作。X(1)_V031208版版11母線的接線方式母線的接線方式角形母線角形母線 出線回路不多的發(fā)電廠，其高壓母線可采用角形接線。如圖所示。 在圖中：QF1QF4出線斷路器。 在多角形母線接線方式中，在設計變壓器和線路的繼電保護時，通常將母線部分包括在變壓器和線路的保護范圍內，因此在多角形接線的母線中，一般不裝設專門的母線保護。X(1)_V031208版版12母線的接線方式母線的接線方式3/2斷路器母線斷路器母線 當母線故障時，為減少停電范圍，220kV及以上電壓等級的母線可采用3/2斷路器母線的

6、接線方式。其接線如圖1-4所示。 圖1-4斷路器母線接線方式 在圖1-4中：QF1QF6出線斷路器。 斷路器QF1QF3組成一串；斷路器QF4QF6組成另一串。QF2、QF5叫串中間斷路器。 X(1)_V031208版版13母線的接線方式母線的接線方式優(yōu)缺點優(yōu)缺點 這種母線方式的可靠性高，一次回路操作靈活，任一組母線發(fā)生短路故障時不影響變電所的安全運行。但該母線方式所需的一次設備多，造價高，因此主要在超高壓變電所中推廣使用。X(1)_V031208版版14母線的接線方式母線的接線方式多分段母線多分段母線 在超高壓變電所或220kV出線回數較多的變電所中，為在母線發(fā)生短路故障時將停電范圍限制到最

7、小，采用了多分段母線。如圖1-5所示。 圖1-5四分段雙母線接線方式 在圖1-5中：QF1QF4出線斷路器 QF5QF6母聯斷路器 QF7QF8分段斷路器X(1)_V031208版版15母線的接線方式母線的接線方式優(yōu)缺點優(yōu)缺點 在任一段母線發(fā)生短路時，可將停電范圍限制到全部連接元件數的四分之一。但這種母線方式需要的一次設備多，造價較高。X(1)_V031208版版16母線保護的重要性母線保護的重要性母線的短路故障母線的短路故障 母線的故障類型主要有單相接地故障，兩相接地短路故障及三相短路故障。兩相短路故障的幾率較少。 據統(tǒng)計，母線短路故障類型的比例與輸電線路不同，在輸電線路的短路故障中，單相接

8、地故障約占故障總數的80以上。而在母線故障中，大部分故障是由絕緣子對地放電所引起，母線故障開始階段大多數表現為單相接地故障，而隨著短路電弧的移動，故障往往發(fā)展為兩相和三相接地短路。 X(1)_V031208版版17母線保護的重要性母線保護的重要性 母線發(fā)生故障的原因是多方面的，并且與工作環(huán)境、運行和維護水平等都有關系。在母線上直接接有斷路器、隔離開關、電流和電壓互感器、避雷針、絕緣子等電氣設備，各電氣設備的損壞都有可能導致母線發(fā)生短路故障。 例如： （1）絕緣子表面附著污穢和電解物質等，將使表面絕緣水平下降和漏電流增加。絕緣子表面電位分布不勻后，在雨、霧或污染的大氣條件下絕緣子即可發(fā)生閃絡。

9、（2）由于絕緣老化、套管漏水等原因使電流互感器或電壓互感器發(fā)生損壞或爆炸，會釀成母線短路故障。 （3）由于值班人員誤操作，造成帶地線合閘或帶負載拉開隔離開關等，將會引起母線發(fā)生短路故障。 統(tǒng)計，由斷路器、隔離開關、電流和電壓互感器三者故障所占的百分比約占故障總數的60以上。 X(1)_V031208版版18母線保護的重要性母線保護的重要性裝設母線保護的必要性裝設母線保護的必要性 當發(fā)電廠和變電站母線發(fā)生故障時，如不及時切除故障，將會損壞眾多電力設備及破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而造成全廠或全變電站大停電，乃至全電力系統(tǒng)瓦解。因此，設置動作可靠、性能良好的母線保護，使之能迅速檢測出母線故障所在并及時有選

10、擇性的切除故障是非常必要的。對母線保護的要求對母線保護的要求 與其他主設備保護相比，對母線保護的要求更苛刻。（1）高度的安全性和可靠性 母線保護的拒動及誤動將造成嚴重的后果。母線保護誤動將造成大面積停電；母線保護的拒動更為嚴重，可能造成電力設備的損壞及系統(tǒng)的瓦解。（2）選擇性強、動作速度快 母線保護不但要能很好地區(qū)分區(qū)內故障和外部故障，還要確定哪條或哪段母線故障。由于母線影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，盡早發(fā)現并切除故障尤為重要。X(1)_V031208版版19母線保護的重要性母線保護的重要性母線保護的裝設原則母線保護的裝設原則（1）對發(fā)電廠和變電所的35110kV電壓的母線，在下列情況下應裝設專用的母線

11、保護 110kV雙母線。 110kV單母線，重要發(fā)電廠或110kV以上重要變電所的3566kV母線，需要快速切除母線上的故障時 3566kV電網中，主要變電所的3566kV雙母線或分段單母線需要快速而有選擇的切除一段或一組母線上故障，以保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和可靠供電時。（2）對220500kV母線，應裝設能快速有選擇動作地切除故障的母線保護。對一個半斷路器接線，每組母線宜裝設兩套母線保護。（3）對發(fā)電廠和主要變電所的310kV分段母線及并列運行的雙母線，一般可由發(fā)電機和變壓器的后備保護實現對母線的保護。在下列情況下，應裝設專用的母線保護： 需快速而有選擇地切除一段或一組母線上的故障，以保證發(fā)電

12、廠和電網安全 運行和重要負荷的可靠供電時。 當線路斷路器不允許切除線路電抗器前的短路時。X(1)_V031208版版20典型的母線保護方式典型的母線保護方式 在母線保護中最主要的是母差保護 母差保護的基本原則為：（1） 幅值上看：正常運行和區(qū)外故障時， 即I 0 母線故障時，Iout0 ， 動作。（2）相位上看：正常運行和區(qū)外故障時，流入、流出電流反相位； 母線故障時 ， 流入電流同相位。 若按母差保護差動回路中的阻抗(（從從TATA二次向差動繼電器看過二次向差動繼電器看過來的等效電阻來的等效電阻)分類，可分為高阻抗母差保護、中阻抗母差保護和低阻抗母差保護。 低阻抗母差保護通常叫做電流型母線差

13、動保護。根據動作條件分類，電流型母線差動保護又可分為電流差動式母差保護、母聯電流比相式母差保護及電流相位比較式母差保護。)0()0(outinIIdzdIIIX(1)_V031208版版21電流差動式母線保護電流差動式母線保護母線的完全差動保護和不完全差動保護（1）母線的完全差動保護是將母線上所有的各連接元件的電流互感器按同名相、同極性連接到差動回路，電流互感器的特性與變比均應相同，若變比不同時，可采用補償變流器進行補償，滿足。 （2）母線的不完全差動保護只需將連接于母線的各有電源元件上的電流互感器接入差動回路，無電源元件上的電流互感器不接入差動回路。因此在無電源元件上發(fā)生故障，它將動作。電流

14、互感器不接入差動回路的無電源元件是電抗器或變壓器。 X(1)_V031208版版22電流差動式母線保護電流差動式母線保護元件固定連接的雙母線電流差動保護 為提高供電的穩(wěn)定性，常采用雙母線同時運行的方式。按一定要求將引出線和有電源的支路固定聯于兩條母線上固定連接母線。任一母線故障時，只切除聯于該母線上的元件，另一母線可以繼續(xù)運行，從而縮小了停電范圍，提高了供電可靠性，此時需要母線差動保護具有選擇故障母線的能力。構成和作用原理 圖1-6 母線區(qū)內和區(qū)外短路時電流的分布X(1)_V031208版版23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 圖1-7 雙母線電流差動保護的直流

15、回路 三部分組成： 1CT、2CT、6CT和1CJ用于選擇母線的故障 3CT、4CT、5CT和2CJ用于選擇母線的故障 完全差動保護16CT和3CJ整套保護的啟動元件 X(1)_V031208版版24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原理： 正常運行或區(qū)外故障時 由上圖電流分布情況可知： 1CJ、2CJ、3CJ中均為不平衡電流，保護不動作 區(qū)內故障時，例如母線故障，見上圖紅色電流分布情況可見：1CJ、3CJ中流入全部短路電流，所以1CJ、3CJ啟動，跳開1DL、2DL和5DL；2CJ中為不平衡電流，不動，所以母線仍可繼續(xù)運行。當母線故障時，分析同上。2CJ、3CJ

16、起動，跳開3DL、4DL、和5DL，母線繼續(xù)運行。 固定連接破壞時母線保護的特點 例線路1由母線切換到母線，因二次回路不能隨之切換，所以外部短路時，1CJ、2CJ中有較大的差動電流而誤動，但3CJ仍流過不平衡電流，不會誤動。區(qū)內短路時，1CJ、2CJ都可能動作，3CJ動作，所以兩條母線都可能切除。 X(1)_V031208版版25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 該保護的優(yōu)缺點優(yōu)點：能快速而有選擇性的切除母線故障；缺點：當固定連接破壞時，不能選擇故障母線，限制了系統(tǒng)運行調度 的靈活性。 X(1)_V031208版版26母聯電流比相式母線保護母聯電流比相式母線保護

17、 固定連接母線的差動保護的改進。比較母聯中電流與總差電流的相位作為故障母線的選擇元件。 基準量：總差電流，相位不變，同時為故障啟動元件?？梢?，不管母線上元件如何連接，只要母聯中有電流流過，則能選擇出故障母線，無固定連接的要求。這是它的優(yōu)點。 母線發(fā)生故障時，母聯中電流方向從母線流向母線 母線發(fā)生故障時，母聯中電流方向從母線流向母線， 兩種情況下電流相位變化180。X(1)_V031208版版27母聯電流比相式母線保護母聯電流比相式母線保護母聯電流比相式保護方式主要缺點母聯電流比相式保護方式主要缺點若兩段母線分列運行時，母線保護將失去選擇故障母線的能力。當兩段母線發(fā)生先后短路時，母線保護將不能切

18、除第二段母線的短路故障。X(1)_V031208版版28電流相位比較式母線保護電流相位比較式母線保護原理的提出 為提高母線保護運行的靈活性而提出。 母線保護的起動元件動作電流必須避越外部短路時的最大不平衡電流。這在電力系統(tǒng)的運行方式變化很大時，往往不能滿足靈敏度的要求。 如設母線上各連接元件的電流為 、 、 ，則正常運行或外部發(fā)生短路時，根據基爾霍夫定律可知 在上式中將 ，則有 由此可知，當第n個連接元件發(fā)生外部短路時，它的電流 在數值上與第1至n-1個連接元件的聯留之和 相等，相位相反。因此利用后一個條件，即利用電流相位的關系，同樣可以實現母線保護。1I2InI0.21nIIIsnIIII1

19、21.0nsIInIsIX(1)_V031208版版29電流相位比較式母線保護電流相位比較式母線保護 為提高母線保護運行的靈活性而提出 （a） (b) (c) 母線外部和內部短路時電流的分布 正常運行或者故障時（如圖b所示）： 母線故障時（如圖c所示）： 即：利用比相元件比較各元件的相位，便可判斷區(qū)內、區(qū)外故障。 02.1.180II02.1.IIX(1)_V031208版版30電流相位比較式母線保護電流相位比較式母線保護單相方框圖 從每個連接元件的CT引出三相電流，經電壓形成回路分別送入各相的小母線，每相的小母線分別送至本相的比較回路。延時回路的作用是從時間上躲開外部短路時出現的相位誤差，脈

20、沖展寬回路的作用是使出口繼電器可靠動作。 特點： 只與電流相位有關，而與電流的幅值大小無關 不需考慮不平衡電流的影響，提高了靈敏度 不要求采用同型號和同變比的CT，增加了使用的靈活性。 X(1)_V031208版版31電流相位比較式母線保護電流相位比較式母線保護電流相位比較式保護方式主要缺點電流相位比較式保護方式主要缺點在3/2斷路器或環(huán)形母線接線中，當發(fā)生母線短路時，由于某些連接元件的電流可能從母線流向線路，使保護拒動。所以在沒有對母線短路電流流出母線采取措施的情況下，不能用電流相位比較式保護方式。母線倒閘操作時若發(fā)生母線故障，由于母聯開關的電流方向不能確定，有一段母線保護將會發(fā)生拒動。采取

21、的措施是當在母線倒閘操作時，要求設一套總差動電流繼電器，此時發(fā)生區(qū)內故障時先跳開母聯斷路器。X(1)_V031208版版32中阻抗式母線保護中阻抗式母線保護 所謂中阻抗母差保護，是指差流回路的阻抗較大的母差保護。該類保護的特點是動作速度快，躲故障時TA飽和的能力強。 差動繼電器原理接線及工作原理 每一條母線上的中阻抗母差元件，由三個分相差動繼電器構成。設某條母線上只有二個出線單元，其一相差動繼電器的原理接線如圖所示。 X(1)_V031208版版33中阻抗式母線保護中阻抗式母線保護在圖中：T1、T2輔助變流器；TM升流變流器；GLJTA斷線告警元件，監(jiān)視差回路的不平衡電流；Rc差回路附加電阻；

22、 RdTM二次動作電流回路電阻；Id動作電流；Ud動作電壓；Rs/2制動回路電阻；Us制動電壓；Ks啟動元件； KD動作元件。X(1)_V031208版版34中阻抗式母線保護中阻抗式母線保護2i 輔助變流器T1及T2的作用是：強弱電隔離、降低電流值及各支路調平衡。 強弱電氣隔離可提高繼電器的抗干擾能力；降低電流值后可使電流回路中各元件的容量及體積減??；當母線各連接單元TA變比不同時，可改變各輔助變流器的變比，使其二次輸出電流平衡。 TM及Rc共同使差動回路呈現中阻抗。 繼電器的工作原理如下： 在正常工況下或外部故障TA不飽和時，設兩出線單元上的電流I1、I2的流向上圖所示，則輔助變流器T1二次

23、電流 由T1二次非極性端流出，經升流器TM的一次、GLJ元件、Rc電阻、 Rs/2電阻、二極管D1流回T1二次的極性端；輔助變流器T2的二次電流 由T2二次極性端流出，經二極管D2、 Rs/2電阻、電阻Rc、GLJ元件、TM一次回到T2的非極性端。此時，由于電流 與 大小相等、方向相反，故差回路的電流等于零，啟動元件Ks及動作元件KD不會動作。1i2i1iX(1)_V031208版版35中阻抗式母線保護中阻抗式母線保護 當母線上發(fā)生故障時，出線單元上電流的流向將發(fā)生變化，由流出母線變成流入母線，從而使電流的流向發(fā)生變化。此時， 與 方向相同，在繼電器差回路中出現很大的電流。該電流流過升流器TM

24、，產生動作差流Id及動作電壓Ud，從而使啟動元件Ks及動作元件KD同時動作，繼電器出口及差動保護動作。 需要說明的是：啟動元件Ks是否動作只由差流Id的大小決定，而動作元件動作情況不但決定于Id的大小，而且還與制動電壓Us的大小有關。Id決定于及的向量和，而Us決定于 及 絕對值的和。1i2i1i2iX(1)_V031208版版36中阻抗式母線保護中阻抗式母線保護 動作方程 啟動元件的動作方程 動作元件的動作方程式中： Ij 為第j個連接元件的電流；IIop啟動元件的動作電流； Ihop動作元件的最小動作電流； S 比率制動系數。LopnjjII1hopnjjnjjIISI11X(1)_V03

25、1208版版37中阻抗式母線保護中阻抗式母線保護 根據以上兩式并考慮到不可能大于，繪出的中阻抗保護動作特性如圖所示。圖中： Id為差電流； S制動系數； Ires制動電流； 在圖中，直線C為動作元件上限的邊界線；直線B為動作元件的動作邊界線；直線A為啟動元件的動作邊界線；陰影部分為動作區(qū)。 直線C的方程為 = ，其斜率等于1。可以看出直線C的上方為無意義區(qū)。 njjI1njjI1X(1)_V031208版版38中阻抗式母線保護中阻抗式母線保護 影響比率制動系數的因素 所謂動作元件的比率制動系數，指的是曲線B的斜率，即 。 由圖可以看出，若不計動作元件動作門坎（即最小動作電流Ihop）的影響，K

26、D處于臨界動作狀態(tài)的條件是動作電壓制動電壓，即Ud=Us。 設動作元件處于臨界動作時外加電流為IT，則制動電壓 而動作電壓 式中 NTM 升流變流器的變比 則制動系數 可以看出：制動系數S由繼電器回路的參數Rd、Rs及NTM決定。tgS 2sRTsIU zSddSTMTdKRRRRNIUdTMsdRNRRS2X(1)_V031208版版39中阻抗式母線保護中阻抗式母線保護 差動TA飽和的影響（1）區(qū)外故障TA飽和 設故障點在圖中的K點，線路L1上的差動TA嚴重飽和。 在故障發(fā)生的瞬間，TA不會立即飽和，此時的工況與外部故障TA不飽和工況完全相同，差動繼電器不會動作。待TA飽和之后，其二次電流及

27、輔助電流互感器T1的二次電流近似等于零。由于線路TA飽和其勵磁阻抗很小，致使電流互感器內阻近似等于零，相當于將輔助變流器一次短路，使其內阻也為零。由于差動繼電器差動回路串有較大的電阻，輔助變流器T2二次電流的流經變成：由T2極性端出，經二極管D2、RS/2電阻、二極管D1、輔助變流器T1二次極性端、輔助變流器T1非極性端，流回輔助變流器T2非極性端。此時，差動回路無差流，保護不會動作。 可以看出，區(qū)外故障時差動TA飽和越嚴重，差動繼電器越可靠不動作。 X(1)_V031208版版40中阻抗式母線保護中阻抗式母線保護 綜上所述，中阻抗母差保護抗TA飽和原理是：TA不飽和時，其內阻很大，比差動繼電

28、器差回路中的阻抗大得多，其他TA二次電流不會流經不飽和TA的二次；TA飽和時其內阻大大降低，由于差動繼電器差回路電阻大，使非飽和TA二次電流的流經發(fā)生了變化：不再經差動繼電器的差回路流動，而是經飽和TA二次（輔助變流器二次）形成回路，故使差動繼電器的差流很小，保護不動作。（2）區(qū)內故障TA飽和 中阻抗保護的另一特點是動作速度快，內部故障后35ms之內，動作元件KD及啟動元件Ks動作并將動作狀態(tài)記憶下來，從而確保母差保護可靠跳閘。 綜上所述，中阻抗母差保護從原理上不受TA飽和的影響。 分析表明：若區(qū)外故障TA處于某一淺飽和狀態(tài)或TA二次與輔助TA之間的聯系阻抗較大時，差動保護有可能會誤動。因此，

29、應注意繼電器中各參數的選擇。X(1)_V031208版版41中阻抗式母線保護中阻抗式母線保護 邏輯框圖 為防止差動TA二次回路斷線母差保護誤動，保護裝置中設置有TA斷線報警及閉鎖差動出口元件；為防止出口中間繼電器誤動或維護人員誤碰中間繼電器出口接點致使誤跳斷路器，裝置中設置有快速復合電壓閉鎖元件。 中阻抗差動保護動作邏輯框圖如圖所示。X(1)_V031208版版42中阻抗式母線保護中阻抗式母線保護 由圖可以看出，當差動保護中某一相差動繼電器的啟動元件及動作元件同時動作后，啟動“或門”回路，“或門”回路動作后將動作狀態(tài)自保持，同時啟動“與門”回路，此時，如果復合電壓閉鎖元件滿足動作條件，保護動作

30、去跳各路斷路器。 如果差動TA二次回路發(fā)生開路或斷線，TA斷線閉鎖元件將全套保護閉鎖。 復合電壓閉鎖元件 中阻抗母差保護的復合電壓閉鎖元件，由低電壓元件、負序電壓元件及零序電壓元件構成。X(1)_V031208版版43高阻抗式母線保護高阻抗式母線保護 高阻抗母差保護是在差動回路中串接一阻抗值很大（約2.57.5K）的電壓繼電器而構成，故將該母差保護稱之為電壓型母差保護。該保護的特點是動作速度快，區(qū)外故障TA飽和時不會誤動。原理接線及工作原理 在圖中：QF1QF3出線斷路器； LH1LH3出線電流互感器； YJ電壓繼電器。 設在正常工況下，設電流I1由母線 流出，而電流I2、I3流入母線，則根據

31、 克希荷夫定律知 I1I2+I3 X(1)_V031208版版44高阻抗式母線保護高阻抗式母線保護 其等值電路如圖所示。 在圖中： ZM1電流互感器LH1的勵磁阻抗； ZM2電流互感器LH2及LH3的等值勵磁阻抗； ZYJ電壓繼電器的阻抗；Z1、Z2分別為互感器LH1及LH2、LH3二次通過電纜與繼 電器YJ連接阻抗及等值連接阻抗。X(1)_V031208版版45高阻抗式母線保護高阻抗式母線保護 根據戴維南定理，上圖可以簡化成一個等值電流源I及一個等值阻抗Z 。等值電流源I為將上圖中m、n兩點短路時流過該兩點的電流，等值阻抗Z為將m、n兩點之間開路的，該兩點之間的輸入阻抗。1221112211

32、2221111)(IZZZZZZZZIZZZIZZZIMMMMMMMM21212211)(ZZZZZZZZZMMMM 由于電壓繼電器的阻抗很大，其兩端的電壓 討論：當LH1、LH2及LH3的特性完全相同（勵磁特性相同）及由其二次至電壓繼電器的電纜連接阻抗相同，則 ， 。代入上式得 。即繼電器上無電壓，保護不動作。 當外部故障差動TA不飽和時，可得出與上述相同的結論。121211221IZZZZZZZZZIUMMMMYJ212MMZZ212ZZ0YJUX(1)_V031208版版46高阻抗式母線保護高阻抗式母線保護 上述結論的物理意義是：在正常工況及外部故障TA不飽和時，當各差動TA的特性完全相

33、同及各TA二次與電壓繼電器之間的連接阻抗也完全相同時，某支路電流或某幾支路電流之和與其他支路電流之和大小相等、方向相反，流入差動繼電器的電流等于零，這相當于某一支路或某幾支路的TA二次電流流經其他TA的二次繞組。 當區(qū)外故障某一差動TA飽和時，該飽和TA勵磁阻抗降低到很小，此時，非飽和的所有TA二次電流均流經飽和TA的二次形成回路，而不會流經電壓繼電器的線圈，繼電器不會動作。 區(qū)內故障TA不飽和時，所有TA二次電流均將流過差動繼電器，產生很高的電壓，差動保護動作。而當區(qū)內故障某一差動TA飽和時，由于TA飽和需經35ms的延時，而在故障后TA開始飽和之前差動繼電器已經動作并予以記憶，因此，不受T

34、A飽和的影響。 X(1)_V031208版版47高阻抗式母線保護高阻抗式母線保護 高阻抗保護的優(yōu)缺點： 高阻抗母差保護的優(yōu)點是：接線簡單，選擇性好，動作快及不受TA飽和的影響。 其缺點是：要求各TA的型號變比完全相同，并且還要求各TA的特性及二次負載要相同；由于差回路的阻抗很高，區(qū)內故障時TA二次將出現很高的電壓。因此，要求TA二次電纜及其他部件的絕緣水平要高。 X(1)_V031208版版48微機電流型差動保護微機電流型差動保護 目前，微機電流型母差保護在國內各電力系統(tǒng)中得到了廣泛應用。 作用原理及邏輯框圖微機電流型母差保護的作用原理是 （1-1）式中：n正整數； 母線所連第j條出線的電流。

35、 即母線正常運行及外部故障時流入母線的電流等于流出母線的電流，各電流的的向量和等于零。當母線上發(fā)生故障時 （1-2）保護動作。式中： 差動元件的動作電流； 的物理意義同式（1-1）。njopjII1jInjjI10opIjIX(1)_V031208版版49微機電流型差動保護微機電流型差動保護 母線差動保護，主要由三個分相差動元件構成。另外，為提高保護的動作可靠性，在保護中還設置有啟動元件、復合電壓閉鎖元件、TA二次回路斷線閉鎖元件及TA飽和檢測元件等。 對于單母線分段或雙母線的母差保護，每相差動保護由兩個小差元件及一個大差元件構成。大差元件用于檢查母線故障，而小差元件選擇出故障所在的哪段或哪條

36、母線。X(1)_V031208版版50微機電流型差動保護微機電流型差動保護 雙母線或單母線分段一相母差保護的邏輯框圖如圖所示 由圖可以看出：當小差元件、大差元件及啟動元件同時動作時，母差保護保護出口繼電器才動作；此外，只有復合電壓元件也動作時，保護才能去跳各斷路器。 如果TA飽和鑒定元件鑒定出差流越限是由于TA飽和造成時，立即將母差保護閉鎖。 X(1)_V031208版版51微機電流型差動保護微機電流型差動保護小差元件 小差元件為某一條母線的差動元件，其引入電流為該條母線上所有連接元件TA二次電流。（1）動作方程小差元件的動作方程為 （1-3） 式中：n其值為正整數； 為接母線的第j個連接單元

37、TA的二次電流；S比率制動系數，其值小于1； 小差元件的啟動電流。njjnjjponjjISIII1101jIpoI0X(1)_V031208版版52微機電流型差動保護微機電流型差動保護（2）動作特性 根據式（1-3）的動作方程，繪制出的動作特性曲線如圖所示。在圖中： Id差動電流 Ix制動電流 整定的動作曲線與軸的夾角 動作特性曲線的上限與Is軸 的夾角，即 時動作特性曲線與Ix軸的夾角，顯然， =45，或 . 由圖可以看出，母線小差元件的動作特性為具有比率制動的特性曲線。由于 不可能大于 ，故差動元件不可能工作于 =45曲線的上方。因此將 =45曲線的上方稱之無意義區(qū)。njjdII1njj

38、zII112njjI1njjI1njjnjjIIarctg111212tgnjjI1njjI122X(1)_V031208版版53微機電流型差動保護微機電流型差動保護大差元件 接入大差元件的電流為二條（或二段）母線所有連接單元（除母聯之外）TA的二次電流。 大差元件的動作方程及動作特性曲線與小差元件相似。不同之處是大差元件比率制動系數有兩個，即有高定值和低定值，當雙母線母聯斷路器或單母線分段的分斷路器斷開運行時，采用比率制動系數取低定值。而小差元件則固定取比率制動系數高定值。X(1)_V031208版版54微機電流型差動保護微機電流型差動保護TA飽和鑒定元件 母線出線故障時TA可能飽和。某一出

39、線元件TA的飽和，其二次電流大大減少（嚴重飽和時TA二次電流等于零）。為防止區(qū)外故障時由于TA飽和母差保護誤動，在保護中設置TA飽和鑒別元件。（1）TA飽和時二次電流的特點及其內阻的變化 理論分析及錄波表明：TA飽和時其二次電流有如下幾個特點：l 在故障發(fā)生瞬間，由于鐵芯中的磁通不能躍變，TA不能立即進入飽和區(qū)， 而是存在一個時域為35ms的線性傳遞區(qū)。在線性傳遞區(qū)內，TA二次電流與一次電流成正比。l TA飽和之后，在每個周期內一次電流過零點附近存在不飽和時段，在此時段內，TA二次電流又與一次電流成正比。l TA飽和后其勵磁阻抗大大減小，使其內阻大大降低，嚴重時內阻等于零。l TA飽和后，其二

40、次電流偏于時間軸一側，致使電流的正、負半波不對稱，電流中含有很大的二次和三次諧波電流分量。X(1)_V031208版版55微機電流型差動保護微機電流型差動保護（2）TA飽和鑒別元件的構成原理 目前，在國內廣泛應用的母差保護裝置中，TA飽和鑒別元件均是根據飽和后TA二次電流的特點及其內阻變化規(guī)律原理構成的。在微機母差保護裝置中，TA飽和鑒別元件的鑒別方法主要是同步識別法及差流波形存在線性傳變區(qū)的特點；也有利用諧波制動原理防止TA飽和差動元件誤動的。（I）同步識別法 當母線上發(fā)生故障時，母線電壓及各出線元件上的電流將發(fā)生很大的變化，與此同時在差動元件中出現差流，即電壓或工頻電流的變化量與差動元件中

41、的差流是同時出現。當母差保護區(qū)外發(fā)生故障某組TA飽和時，母線電壓及各出線元件上的電流立即發(fā)生變化，但由于故障后35msTA磁路才會飽和，因此，差動元件中的差流比故障電壓及故障電流晚出現35ms。 在母差保護中，當故障電流（即工頻電流變化量）與差動元件中的差流同時出現時，認為是區(qū)內故障開放差動保護；而當故障電流比差動元件中的差流出現早時，即認為差動元件中的差流是區(qū)外故障TA飽和產生的，立即將差動保護閉鎖一定時間。將這種鑒別區(qū)外故障TA飽和的方法稱作同步識別法。X(1)_V031208版版56微機電流型差動保護微機電流型差動保護（II）自適應阻抗加權抗飽和法 在該方法中，采用了工頻變化量阻抗元件。

42、所談的變化量阻抗，是母線電壓的變化量與差回路中電流變化量的比值。 當區(qū)外發(fā)生故障時，母線電壓將發(fā)生變化，即出現了工頻變化量電壓；當TA飽和之后，差動元件中出現了差流，即出現工頻變化量差流。出現了工頻變化量阻抗。而當區(qū)內發(fā)生故障時，母線電壓的變化與差動元件中差流的變化與阻抗的變化將同時出現。 所謂自適應阻抗加權抗飽和法的基本原理實際也是同步識別法原理，也就是故障后TA不會立即飽和原理。 在采用自適應阻抗加權抗飽和法的母差保護裝置中，設置有工頻變化量差動元件、工頻變化量阻抗元件及工頻變化量電壓元件。當發(fā)生故障時，如果差動元件、電壓元件及阻抗元件同時動作，即判為母線上故障，開放母差保護；如果電壓元件

43、動作在先而差動元件及阻抗元件后動作，即判為區(qū)外故障TA飽和，立即將母差保護閉鎖。X(1)_V031208版版57微機電流型差動保護微機電流型差動保護（III）基于采樣值的重復多次判別法 采用同步識別法或自適應阻抗加權抗飽和法的TA飽和鑒別方法，只適用于故障瞬間。上述方法只能將母差保護暫短閉鎖，否則，當區(qū)外故障轉區(qū)內故障時，將致使母差保護拒絕動作。 在微機型母差保護中，是將同步識別法（或自適應阻抗加權法）與基于采樣值的重復多次判別法相結合構成TA飽和鑒別元件。 基于采樣值的重復多次判別法是：若在對差流一個周期的連續(xù)R次采樣值判別中，有S次及以上不滿足差動元件的動作條件，認為是外部故障TA飽和，繼

44、續(xù)閉鎖差動保護；若在連續(xù)R次采樣值判別中有S次以上滿足差動元件的動作條件時，判為發(fā)生區(qū)外故障轉母線區(qū)內障，立即開放差動保護。 該方法實際是基于TA一次故障電流過零點附近存在線性傳變區(qū)原理構成的。 X(1)_V031208版版58微機電流型差動保護微機電流型差動保護（IV）諧波制動原理 TA飽和時差電流的波形將發(fā)生畸變，其中含有大量的諧波分量。用諧波制動可以防止區(qū)外故障TA飽和誤動。 但是，當區(qū)內故障TA飽和時，差電流中同樣會有諧波分量。因此，為防止區(qū)內故障或區(qū)外故障轉區(qū)內故障TA飽和使差動保護拒動，必須引入其他輔助判據，以確定是區(qū)內故障還是區(qū)外故障。 利用區(qū)外故障TA飽和后在線性傳變區(qū)無差流方

45、法，來區(qū)別區(qū)內、外故障，而利用諧波制動防止區(qū)外故障誤動。試驗表明，該方法是優(yōu)異的抗TA飽和方法。 X(1)_V031208版版59微機電流型差動保護微機電流型差動保護復合電壓閉鎖元件 前已述及，母差保護是電力系統(tǒng)的重要保護。母差保護動作后跳斷路器的數量多，它的誤動可能造成災難性的后果。 為防止保護出口繼電器誤動或其他原因誤跳斷路器，通常采用復合電壓閉鎖元件。只有當母差保護差動元件及復合電壓閉鎖元件均動作之后，才能作用于去跳各路斷路器。(1)動作方程及邏輯框圖 在大電流系統(tǒng)中，母差保護復合電壓閉鎖元件，由相低電壓元件、負序電壓及零序過電壓元件組成。其動作方程為式中：U相電壓（TV二次值）；3U0

46、零序電壓，在微機母差保護中，利用TV二次三相電壓自產； U2負序相電壓（二次值）；Uop低電壓元件動作整定值；U0op零序電壓元件動作整定值；U2op負序電壓元件動作整定值。opopopUUUUUU22003X(1)_V031208版版60微機電流型差動保護微機電流型差動保護 復合電壓元件邏輯框圖如圖所示 可以看出：當低電壓元件、零序過電壓元件及負序電壓元件中只要有一個或一個以上的元件動作，立即開放母差保護跳各路開關的回路。（2）閉鎖方式 為防止差動元件出口繼電器誤動或人員誤碰出口回路造成的誤跳斷路器，復合電壓閉鎖元件采用出口繼電接點的閉鎖方式，即復合電壓閉鎖元件各對出口接點，分別串聯在差動元

47、件出口繼電器的各出口接點回路中。 跳母聯或分段斷路器的回路可不串復合電壓元件的輸出接點。 X(1)_V031208版版61母線保護與其它保護的配合母線保護與其它保護的配合當線路上設置閉鎖式高頻保護，母線保護動作時為使對側的高頻保護裝置動作跳開斷路器，母線保護應使本側的高頻發(fā)信機停信當線路上設置其它縱聯保護，同樣原因，母線保護動作時應使對側的保護裝置動作跳開斷路器。如果不采用母線重合閘，母線保護動作時應將線路上的自動重合閘裝置放電，以防止線路斷路器對故障母線進行重合閘。500kV高壓變電站，當220kV側母線發(fā)生故障跳閘而主變開關失靈，或220kV側主變斷路器開關失靈需跳開相應母線，此兩種情況下

48、母線保護動作均需啟動該主變保護跳另兩側（35kV側和500kV側）。當主變發(fā)生低壓側故障或發(fā)變組非全相運行，需跳母線側開關而此開關失靈，主變保護裝置需解除母線失靈復合電壓閉鎖。X(1)_V031208版版62提高母線保護可靠性的措施提高母線保護可靠性的措施 母差保護的誤動及拒絕動作，都將造成嚴重后果。因此，為確保電力系統(tǒng)的安全經濟運行，提高母差保護的動作靈敏度及動作可靠性是非常必要的。 TA斷線閉鎖 目前，對于大型發(fā)電機及變壓器，為了設備及人身的安全，差動TA斷線后不應閉鎖差動保護。 與大型發(fā)電機及變壓器相比，母線出線TA的變比要小得多。例如200MW機組TA的變比為12000/52400，高

49、壓母線出線上TA的變比通常為600/1或1200/1，相差24倍；500KV出線TA的變比將更小。相對而言，TA的變比越小，二次回路開路的危害越小。又由于母差保護的誤動可能造成嚴重的后果，在母線保護裝置中設置有TA斷線閉鎖元件，當差動TA斷線時，立即將母差保護閉鎖。X(1)_V031208版版63提高母線保護可靠性的措施提高母線保護可靠性的措施（1）TA二次回路斷線判別 在微機母差保護裝置中，一般采用系統(tǒng)無故障時差流越限，即IdIop時，來判為差動TA二次回路斷線。 式中： Id差電流； IopTA斷線閉鎖元件動作電流。 在某些裝置中，也有采用零序電流作為TA斷線判據的。即當任一支路中的零序電

50、流 時，判為差動TA斷線。 式中： 3I0 零序電流； Imax最大相電流； IN 標稱額定電流（5A或1A）。 NIII4 . 025. 03max0X(1)_V031208版版64提高母線保護可靠性的措施提高母線保護可靠性的措施（2）對TA斷線閉鎖的要求 對母差保護裝置中的TA斷線閉鎖元件提出以下要求（I）延時發(fā)出告警信號 正常運行時，發(fā)電機及變壓器的差動TA斷線，差動保護要誤動。對于電流型微機母差保護及中阻抗母差保護，母線連接元件多而使差動回路支路數多，又由于制動電流為各單元電流絕對值和，因此，某一支路的一相TA二次回路斷線，一般保護不會誤動。此時，若再發(fā)生區(qū)外故障，母差保護將誤動。因此

51、，當TA斷線閉鎖元件檢測出TA斷線之后，應經一定延時（一般5秒）發(fā)出告警信號并將母差保護閉鎖。（II）分相設置閉鎖元件 母差保護為分相差動，TA斷線閉鎖元件也應分相設置，即哪一相TA斷線應去閉鎖哪一相動保護，以減少母線上又發(fā)生故障時差動保護拒動的幾率。（III）母聯、分段斷路器TA斷線，不應閉鎖母差保護 若斷線閉鎖元件檢查到的是母聯TA或分段TA斷線，應發(fā)TA斷線信號而不閉鎖母差保護，但此時應自動切換到單母方式，發(fā)生區(qū)內故障時不再進行故障母線的選擇。 X(1)_V031208版版65提高母線保護可靠性的措施提高母線保護可靠性的措施 運行方式識別 根據系統(tǒng)運行方式的需要，雙母線上各連接元件經常在

52、兩條母線上切換，因此正確地確認母線運行方式，即確認哪個連接元件接在哪條母線上運行，是保證母線差動保護正確動作的重要條件。 在中阻抗及電流型微機母差保護裝置中，利用隔離刀閘的輔助接點來識別母線的運行方式的。（1）中阻抗母差保護運行方式的識別 在中阻抗型母差保護裝置中，是利用刀閘輔助接點啟動切換繼電器來確定母線連接單元運行在哪條母線上的。 X(1)_V031208版版66提高母線保護可靠性的措施提高母線保護可靠性的措施 在雙母線的中阻抗母差保護裝置中，有兩套完全相同的差動元件，分別稱之為甲（或I）母差動及乙（或II）母差動。接在甲母上的連接元件，其隔離刀閘與甲母聯接，并通過切換繼電器接點將該元件差

53、動TA二次電流引入到甲母差動回路中；而當該連接元件切換到乙母上運行時，通過切換繼電器將TA二次電流自動引入到乙母差動回路中。裝置上有信號燈，指示連接元件工作的母線。 在將連接元件由一條母線切換到另一條母線上的倒閘操作過程中，切換繼電器自動地將兩套差動元件合為一套（稱之互聯）；當倒閘操作完畢后再將兩套差動元件分開。 可以看出，由于差動TA二次回路中串有切換繼電器的輔助接點，因此，隔離刀閘輔助接點及切換繼電器的良好性將直接影響母差保護工作的可靠性。 X(1)_V031208版版67提高母線保護可靠性的措施提高母線保護可靠性的措施 為提高中阻抗型母差保護動作可靠性，對切換繼電器提出以下要求： （I）

54、切換繼電器的動作電壓應為額定電壓的60%75%； （II）切換繼電器接點的接觸應可靠，容量足夠大； （III）用兩對接點并聯起來作一對接點用； （IV）在切換過程中，切換接點應先閉合后另一對接點才打開，以 防止切換過程中TA二次開路。 另外，對隔離刀閘輔助接點應經常檢查，確保動作的可靠性。 X(1)_V031208版版68提高母線保護可靠性的措施提高母線保護可靠性的措施（2）電流型微機母差保護的識別 在微機型母差保護裝置中，由軟件計算來識別母線的運行方式。當計算出某支路有電流（即出現差流）而無刀閘位置信號時，發(fā)出告警信號，并按裝置原來記憶的刀閘位置計算差電流，并根據當前系統(tǒng)的電流分布狀況自動校

55、核刀閘位置的正確性，以確保保護不誤動。 為防止因隔離刀閘輔助接點損壞而使裝置長期工作于不正常狀態(tài)，在裝置盤上設置有母線模擬盤。當刀閘位置發(fā)生異常保護發(fā)出告警信號時，運行人員應立即通知維護人員進行檢修，同時將模擬盤上強制撥指開關合上，使?jié)M足相應的刀閘位置狀態(tài)，以確保檢修期間母差保護正常運行。 在母差保護投運試驗時，應仔細檢查隔離刀閘狀態(tài)與保護對應位置識別的一致性及其回路的良好性。投運之后，在運行人員倒閘操作后，應對刀閘位置及其回路的正確性予以確認。X(1)_V031208版版69提高母線保護可靠性的措施提高母線保護可靠性的措施 大差比率制動系數的自動調整 在國內生產并廣泛應用的微機雙母線及單母線

56、分段的母差保護裝置中，設置兩個小差元件及一個大差元件。大差元件用于確認母線故障，小差元件確定故障所在母線。 正常運行時大差元件的整定值（啟動電流及比率制動系數）與小差元件基本相同。接入大差元件的電流為兩條母線各所連元件（除母聯之外）TA二次電流，接入小差元件的電流為某條母線各所連元件（包括母聯）TA二次電流。 分析表明：當兩條母線分裂運行時（即母聯斷路器或分段斷路器斷開），若母線上發(fā)生故障，大差元件的動作靈敏度要降低。X(1)_V031208版版70提高母線保護可靠性的措施提高母線保護可靠性的措施（1）母聯斷路器狀態(tài)對差動元件動作靈敏度的影響 現以圖中的雙母線接線為例來分析差動元件動作靈敏度。

57、 運行時，流入大差元件的電流為I1I4 4個電流；流入I母小差元件的電流為I3、I4及I0三個電流；流入II母小差元件的電流為I1、I2、I0 3個電流。 當母聯運行時I母發(fā)生短路故障，I母小差元件的差為 ；I母小差元件的制動電為 。兩者之比為1。大差元件的差流與制動電流與I母小差相同，兩者之比也為1。2143043IIIIIII2143IIIIX(1)_V031208版版71提高母線保護可靠性的措施提高母線保護可靠性的措施 當母聯斷開時I母發(fā)生短路故障時，I母小差元件的差流為 ，制動電流也為 ，兩者之比為1。而大差元件的制動 電流仍為 ，但差流確只有 。顯然大差元件的動作靈敏度大大下降。21

58、43IIII43II43II43IIX(1)_V031208版版72提高母線保護可靠性的措施提高母線保護可靠性的措施（2）實際對策 為保證母聯斷路器停運時母差保護的動作靈敏度，可以采取以下措施：（I）解除大差元件 當母聯斷路器退出運行時，通過隔離刀閘的輔助接點解除大差元件，只要小差元件及其他啟動元件動作就可以去跳斷路器。這種對策的缺點是降低了保護的可靠性。（II）自動降低大差元件的比率制動系數 當母聯斷路器退出運行時，用斷路器輔助接點作為開入量，自動將大差元件的制動系數減小。目前，這種措施在微機保護裝置中得到了應用。在有些裝置中，自動將制動系數降低到0.3。X(1)_V031208版版73提高

59、母線保護可靠性的措施提高母線保護可靠性的措施 母差保護的死區(qū)問題 在已被采用的各種類型的母差保護中，存在著一個共同的問題，就是死區(qū)問題。對于雙母線或單母線分段的母差保護，當故障發(fā)生在母聯斷路器或分段斷路器與母聯TA或分段TA之間時，非故障母線的差動元件要誤動，而故障母線的差動元件要拒動。即存在死區(qū)。（1）死區(qū)原因分析 雙母線及其母差保護的原理接線如圖所示。X(1)_V031208版版74提高母線保護可靠性的措施提高母線保護可靠性的措施 設正常工況下電流I1、I2流入母線，而I3、I4流出母線，則母聯電流 由圖可以看出：流入II母小差的電流為則流入I母小差的電流為 ，故兩個小差元件均不動作。大差

60、元件亦不動作。 故障發(fā)生在母聯斷路器QF0與母聯電流互感器LH0之間時，大差元件動作。同時電流I1、I2及I0增大，但流向不變，故II母小差元件的差流近似等于零，不動作；而電流I3與I4的大小及流向均發(fā)生了變化（由流出母線變成流入母線）， I母小差元件的差流很大。I母小差動作。I母差動保護動作，跳開斷路器QF0、QF1及QF2；而II母小差元件不動作，無法跳開斷路器QF3及QF4。因此，真正的故障無法切除。（2）對策 在母線保護裝置中，為切除母聯斷路器與母聯TA之間的故障，通常設置母聯斷路器失靈保護。因為上述故障發(fā)生后，雖然母聯斷路器已被跳開，但母聯TA二次仍有電流，與母聯斷路器失靈現象一致。