第8章母線保護(hù)

1、第8章母線保護(hù)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第八章第八章 母線的繼電保護(hù)母線的繼電保護(hù)主要內(nèi)容主要內(nèi)容: :1. 裝設(shè)母線保護(hù)的基本原則2. 完全電流差動(dòng)母線保護(hù)3. 電流比相式母線保護(hù)4. 斷路器失靈保護(hù)8.1 8.1 裝設(shè)母線保護(hù)的基本原則裝設(shè)母線保護(hù)的基本原則 母線是電力系統(tǒng)中的一個(gè)重要元件，當(dāng)母線上母線是電力系統(tǒng)中的一個(gè)重要元件，當(dāng)母線上發(fā)生故障時(shí)，將使連接在母線的所有元件在修復(fù)故發(fā)生故障時(shí)，將使連接在母線的所有元件在修復(fù)故障母線期間或轉(zhuǎn)換到另一組無(wú)故障的母線上運(yùn)行以障母線期間或轉(zhuǎn)換到另一組無(wú)故障的母線上運(yùn)行以前被迫停電，在樞紐變電站母線上發(fā)生故障時(shí)，可前被迫停電，在樞紐變電站母線上

2、發(fā)生故障時(shí)，可能引起系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，造成嚴(yán)重的后果。能引起系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，造成嚴(yán)重的后果。 一般不采用專門的母線保護(hù)一般不采用專門的母線保護(hù), ,而利用供電元件而利用供電元件的保護(hù)裝置就可以把母線故障予以切除的保護(hù)裝置就可以把母線故障予以切除, ,例如例如: :1 1）發(fā)電廠采用單母線接線，母線上的故障可利用發(fā)）發(fā)電廠采用單母線接線，母線上的故障可利用發(fā)電機(jī)的定子過(guò)電流保護(hù)使發(fā)電機(jī)的斷路器跳閘電機(jī)的定子過(guò)電流保護(hù)使發(fā)電機(jī)的斷路器跳閘予以切除。予以切除。 tt-k+ II定子繞組過(guò)電流保護(hù)定子繞組過(guò)電流保護(hù)-2 2） 對(duì)降壓變電所，其低壓母線采用單母線分段，對(duì)降壓變電所，其低壓母線采用單母線分段

3、，正常時(shí)分開(kāi)運(yùn)行，低壓母線上的故障可以由正常時(shí)分開(kāi)運(yùn)行，低壓母線上的故障可以由相應(yīng)變壓器的過(guò)電流保護(hù)使變壓器的斷路器相應(yīng)變壓器的過(guò)電流保護(hù)使變壓器的斷路器跳閘于以切除。跳閘于以切除。t t+ +t t+ + +I II I k k電源電源單母線分段單母線分段高壓母線高壓母線低壓母線低壓母線變壓器的過(guò)變壓器的過(guò)電流保護(hù)電流保護(hù)3 3） 對(duì)雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)（或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)）當(dāng)變電所對(duì)雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)（或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)）當(dāng)變電所母線故障時(shí)可由保護(hù)和的母線故障時(shí)可由保護(hù)和的段動(dòng)作于以段動(dòng)作于以切除。切除。 k1234ABC變電所母線變電所母線5q裝設(shè)專用母線保護(hù)的原因：裝設(shè)專用母線保護(hù)的原因：A A）利用供電元件的保護(hù)

4、裝置切除）利用供電元件的保護(hù)裝置切除母線故障的時(shí)間較長(zhǎng)。（速母線故障的時(shí)間較長(zhǎng)。（速動(dòng)性）動(dòng)性）電源k kB B）當(dāng)雙母同時(shí)運(yùn)行或單母分段時(shí)，）當(dāng)雙母同時(shí)運(yùn)行或單母分段時(shí)，保護(hù)不能保證有選擇性地切除保護(hù)不能保證有選擇性地切除故障母線。（選擇性）故障母線。（選擇性）雙母同雙母同時(shí)運(yùn)行時(shí)運(yùn)行q什么情況下應(yīng)裝設(shè)專門的母線保護(hù)？什么情況下應(yīng)裝設(shè)專門的母線保護(hù)？1 1）在）在110110kVkV及以上的雙母線和分段單母線及以上的雙母線和分段單母線上，為保證上，為保證有選擇性地切除任一組母線上所發(fā)生的故障，而另有選擇性地切除任一組母線上所發(fā)生的故障，而另一組無(wú)故障母線仍能繼續(xù)運(yùn)行，一組無(wú)故障母線仍能繼續(xù)運(yùn)

5、行，應(yīng)裝設(shè)專用的母線應(yīng)裝設(shè)專用的母線保護(hù)。保護(hù)。2 2）110kV110kV及以上的單母線及以上的單母線，重要發(fā)電廠的重要發(fā)電廠的3535kVkV母線母線或或高壓側(cè)為高壓側(cè)為110110kVkV及以上的重要降壓變電所的及以上的重要降壓變電所的3535kVkV母母線，按照裝設(shè)線，按照裝設(shè)全線速動(dòng)保護(hù)全線速動(dòng)保護(hù)的要求必須快速切除母的要求必須快速切除母線上的故障時(shí)，應(yīng)裝設(shè)專用母線保護(hù)。線上的故障時(shí)，應(yīng)裝設(shè)專用母線保護(hù)。 為滿足為滿足速動(dòng)性速動(dòng)性和和選擇性選擇性的要求，母線保護(hù)均的要求，母線保護(hù)均按照差動(dòng)原理構(gòu)成，母線上一般連接著較多的電按照差動(dòng)原理構(gòu)成，母線上一般連接著較多的電氣元件（線路、變壓器

6、、發(fā)電機(jī)等），不管母線氣元件（線路、變壓器、發(fā)電機(jī)等），不管母線上元件有多少，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的基本原則仍是適上元件有多少，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的基本原則仍是適用的。用的。8.2 8.2 母線差動(dòng)保護(hù)的基本原則母線差動(dòng)保護(hù)的基本原則b) b) 當(dāng)當(dāng)母線上發(fā)生故障母線上發(fā)生故障時(shí)，所有與電源連接的元件都向故時(shí)，所有與電源連接的元件都向故障點(diǎn)供給短路電流，而在供電給負(fù)荷的連接元件中電障點(diǎn)供給短路電流，而在供電給負(fù)荷的連接元件中電流等于零，故流等于零，故 （短路點(diǎn)的總電流）（短路點(diǎn)的總電流）q母線差動(dòng)保護(hù)的基本原則母線差動(dòng)保護(hù)的基本原則a) a) 在在正常運(yùn)行以及母線范圍以外故障時(shí)正常運(yùn)行以及母線范圍以外故障時(shí)

7、，在母線上所有，在母線上所有連接元件中，流入的電流和流出的電流相等，即連接元件中，流入的電流和流出的電流相等，即: : （流入母線為電流的正方向）（流入母線為電流的正方向）0piI.pikIIc) c) 若從若從電流相位電流相位看，則正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，看，則正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，至少有至少有一元件中的電流相位和其余元件中的電流相位相反一元件中的電流相位和其余元件中的電流相位相反，而當(dāng)而當(dāng)母線故障時(shí)母線故障時(shí)，除電流等于零的元件以外，其它，除電流等于零的元件以外，其它元元件的電流則是同相位的。件的電流則是同相位的。8.2.1 8.2.1 單母線完全電流差動(dòng)母線保護(hù)單母線完全電流差動(dòng)母線保護(hù)

8、在母線的所有連接元件上裝具有相同變比和特在母線的所有連接元件上裝具有相同變比和特性的電流互感器，所有互感器的二次線圈在母線側(cè)性的電流互感器，所有互感器的二次線圈在母線側(cè)的端子互相連接，另一端的端子也互相連接，然后的端子互相連接，另一端的端子也互相連接，然后接入差動(dòng)繼電器，繼電器中的電流即為各個(gè)二次電接入差動(dòng)繼電器，繼電器中的電流即為各個(gè)二次電流的向量和。流的向量和。 I-I I-I - -+ + + +.1pI1sI1232sIsnI2pIpnI I-I I-I - -+ + + +.1pI1sI1232sIsnI2pIpnI1. 原理原理a.a. 在在正常運(yùn)行及外部故障時(shí)正常運(yùn)行及外部故障時(shí)

9、，流入繼電器的是由各，流入繼電器的是由各互感器特性不同而引起的不平衡電流互感器特性不同而引起的不平衡電流I Iunbunb.1nKAunbsiiIII I-I I-I - -+ + + +.1pI1sI1232sIsnI2pIpnIb.b. 而當(dāng)母線上故障時(shí)，則所有與電源連接的元件均而當(dāng)母線上故障時(shí)，則所有與電源連接的元件均向短路點(diǎn)供給短路電流，于是流入繼電器的電流向短路點(diǎn)供給短路電流，于是流入繼電器的電流為：為： 此電流足夠使差動(dòng)繼電器動(dòng)作而起動(dòng)出口繼電此電流足夠使差動(dòng)繼電器動(dòng)作而起動(dòng)出口繼電器，從而使所有連接元件的斷路器跳閘。器，從而使所有連接元件的斷路器跳閘。.1111nnKAsiPik

10、iiTATAIIIInn2. 2. 差動(dòng)繼電器啟動(dòng)電流整定原則：差動(dòng)繼電器啟動(dòng)電流整定原則：按如下條件整定，選擇其中較大的一個(gè)按如下條件整定，選擇其中較大的一個(gè)a.a. 躲開(kāi)外部故障時(shí)所產(chǎn)生的最大不平衡電流躲開(kāi)外部故障時(shí)所產(chǎn)生的最大不平衡電流，當(dāng)所有，當(dāng)所有電流互感器均按電流互感器均按10%10%誤差曲線選擇，且差動(dòng)繼電器采誤差曲線選擇，且差動(dòng)繼電器采用具有速飽和鐵芯的繼電器時(shí)，其動(dòng)作電流用具有速飽和鐵芯的繼電器時(shí)，其動(dòng)作電流I Ir.setr.set可可按以下計(jì)算：按以下計(jì)算：.maxmax0.1r setrelunbrelkTAIKIKInmaxmax0.1;1unbstkTAstIK I

11、nKb.b. 為防止在正常運(yùn)行情況下，任一電流互感器二為防止在正常運(yùn)行情況下，任一電流互感器二次回路斷線時(shí)，引起保護(hù)裝置誤動(dòng)作，起動(dòng)電次回路斷線時(shí)，引起保護(hù)裝置誤動(dòng)作，起動(dòng)電流應(yīng)大于任一連接元件中最大的負(fù)荷電流流應(yīng)大于任一連接元件中最大的負(fù)荷電流I IL.maxL.max.max/r setrelLTAIKIn3. 3. 靈敏系數(shù)校驗(yàn)靈敏系數(shù)校驗(yàn)當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)部故障時(shí)，應(yīng)采用下式校驗(yàn)當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)部故障時(shí)，應(yīng)采用下式校驗(yàn)靈敏系數(shù)：靈敏系數(shù)：.min.2ksenr setTAIKIn其中：其中：I Ik.mink.min-應(yīng)采用實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)應(yīng)采用實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的母線連接元件最少時(shí)，在母線上

12、的母線連接元件最少時(shí)，在母線上發(fā)生故障的最小短路電流值。發(fā)生故障的最小短路電流值。 靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)K Ksensen其值一般應(yīng)不低于其值一般應(yīng)不低于2 2 按照母線保護(hù)裝置輸入阻抗的大小，可分為：按照母線保護(hù)裝置輸入阻抗的大小，可分為：低阻抗型母線保護(hù)（一般為幾低阻抗型母線保護(hù)（一般為幾）中阻抗型母線保護(hù)（一般為幾百中阻抗型母線保護(hù)（一般為幾百）高阻抗型母線保護(hù)（一般為幾千高阻抗型母線保護(hù)（一般為幾千）。）。4. 4. 母線保護(hù)常見(jiàn)類型母線保護(hù)常見(jiàn)類型 在外部故障時(shí)在外部故障時(shí)，非故障支路電流不很大，其，非故障支路電流不很大，其TATA不易飽和，不易飽和，但故障支路電流是集各電源支路電流之和

13、，可能非常大，其但故障支路電流是集各電源支路電流之和，可能非常大，其TATA可能極度飽和，這時(shí)一次電流大部分消耗在勵(lì)磁上，傳變到二可能極度飽和，這時(shí)一次電流大部分消耗在勵(lì)磁上，傳變到二次側(cè)近似為零，故差動(dòng)回路將流過(guò)很大的不平衡電流，從而引次側(cè)近似為零，故差動(dòng)回路將流過(guò)很大的不平衡電流，從而引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。8.2.2 8.2.2 高阻抗型母線電流差動(dòng)保護(hù)高阻抗型母線電流差動(dòng)保護(hù)I-I+.1pI1sI1232sIsnI2pIpnIkU-U +.1pI1sI1232sIsnI2pIpnIk 解決的辦法是采用解決的辦法是采用電壓型差動(dòng)繼電器電壓型差動(dòng)繼電器，由于電壓，由于電壓差動(dòng)繼電

14、器的內(nèi)阻很高，非故障支路的二次電流都被差動(dòng)繼電器的內(nèi)阻很高，非故障支路的二次電流都被故障支路故障支路TATA的二次繞組旁路，故流入差動(dòng)繼電器的電的二次繞組旁路，故流入差動(dòng)繼電器的電流很小，差動(dòng)繼電器不會(huì)動(dòng)作。流很小，差動(dòng)繼電器不會(huì)動(dòng)作。.U-U +.1pI1sI1232sIsnI2pIpnIk 當(dāng)母線內(nèi)部故障時(shí)當(dāng)母線內(nèi)部故障時(shí)，所有引出線電流都是流入母，所有引出線電流都是流入母線的，所有支路的二次電流都流向電壓差動(dòng)繼電器。線的，所有支路的二次電流都流向電壓差動(dòng)繼電器。由于其內(nèi)阻很高，在電壓差動(dòng)繼電器兩端出現(xiàn)高電壓，由于其內(nèi)阻很高，在電壓差動(dòng)繼電器兩端出現(xiàn)高電壓，從而使保護(hù)動(dòng)作。從而使保護(hù)動(dòng)作。

15、8.2.3 8.2.3 比率制動(dòng)式中阻抗型母線電流差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)式中阻抗型母線電流差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)式中阻抗型母線電流差動(dòng)保護(hù)，其動(dòng)作判據(jù)可為比率制動(dòng)式中阻抗型母線電流差動(dòng)保護(hù)，其動(dòng)作判據(jù)可為最大值制動(dòng)，即：最大值制動(dòng)，即：.max.01niiressetiIKII或動(dòng)作判據(jù)為模值和制動(dòng)，即：或動(dòng)作判據(jù)為模值和制動(dòng)，即：.011nniiressetiiIKII其中：其中：K Kresres制動(dòng)系數(shù)制動(dòng)系數(shù)I Ii i母線各連接元件母線各連接元件TATA二次電流值。二次電流值。.maxiI- - 中的最大電流值中的最大電流值.iII Iset.0set.0動(dòng)作電流門檻值動(dòng)作電流門檻值8.2.4

16、8.2.4 電流比相式母線保護(hù)電流比相式母線保護(hù)1. 1. 原理原理母線在內(nèi)部故障和外部故障時(shí)各連接元母線在內(nèi)部故障和外部故障時(shí)各連接元件電流相位發(fā)生變化。件電流相位發(fā)生變化。母線保護(hù)規(guī)定：電流從母線保護(hù)規(guī)定：電流從線路流向母線為正，從線路流向母線為正，從母線流向線路為負(fù)。母線流向線路為負(fù)。1pI2pI母線母線1)1) 當(dāng)母線正常運(yùn)行及外部故障時(shí)（當(dāng)母線正常運(yùn)行及外部故障時(shí)（k k1 1點(diǎn)），按規(guī)定點(diǎn)），按規(guī)定的電流正方向來(lái)看和大小相等，相位相差的電流正方向來(lái)看和大小相等，相位相差180180O O1pI2pIk11pI2pI2)2) 當(dāng)母線內(nèi)部故障時(shí)（當(dāng)母線內(nèi)部故障時(shí)（ k k2 2點(diǎn)）點(diǎn)）

17、, , 和和 均流向均流向母線，在理想情況下兩者相位相同母線，在理想情況下兩者相位相同1pI2pIk21pI2pI小母線小母線中中 間變間變流器流器中中 間變間變流器流器 切換裝切換裝置置 切換裝切換裝置置 相位比相位比較較 延時(shí)回延時(shí)回路路 脈沖展寬脈沖展寬回路回路 出口出口跳跳閘閘ZLH1ZLH1ZLH2ZLH21sI2sI3sI電流比相式母線保護(hù)原理圖電流比相式母線保護(hù)原理圖 在在110110kVkV及以上電壓等級(jí)的發(fā)電廠和變電所中，及以上電壓等級(jí)的發(fā)電廠和變電所中，當(dāng)輸電線路、變壓器或母線發(fā)生短路，在保護(hù)裝置動(dòng)當(dāng)輸電線路、變壓器或母線發(fā)生短路，在保護(hù)裝置動(dòng)作于切除故障時(shí)，作于切除故障時(shí)

18、，可能伴隨故障元件的斷路器拒動(dòng)可能伴隨故障元件的斷路器拒動(dòng)，也即發(fā)生了斷路器的失靈故障。產(chǎn)生斷路器失靈故障也即發(fā)生了斷路器的失靈故障。產(chǎn)生斷路器失靈故障的原因是多方面的，例如的原因是多方面的，例如: :斷路器跳閘線圈斷線；斷斷路器跳閘線圈斷線；斷路器的操作機(jī)構(gòu)失靈等。路器的操作機(jī)構(gòu)失靈等。8.4 8.4 斷路器失靈保護(hù)簡(jiǎn)介斷路器失靈保護(hù)簡(jiǎn)介斷路器失靈故障及其產(chǎn)生原因：斷路器失靈故障及其產(chǎn)生原因： 斷路器失靈故障的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致故障切除時(shí)間斷路器失靈故障的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致故障切除時(shí)間的延長(zhǎng)、事故范圍的擴(kuò)大，其后果是造成電力系的延長(zhǎng)、事故范圍的擴(kuò)大，其后果是造成電力系統(tǒng)大范圍停電，甚至發(fā)生電力系統(tǒng)的瓦解事故

19、。統(tǒng)大范圍停電，甚至發(fā)生電力系統(tǒng)的瓦解事故。 為保證高壓電網(wǎng)的安全運(yùn)行，對(duì)于斷路器失為保證高壓電網(wǎng)的安全運(yùn)行，對(duì)于斷路器失靈故障，目前采取的主要措施之一是靈故障，目前采取的主要措施之一是裝設(shè)專用的裝設(shè)專用的斷路器失靈保護(hù)。斷路器失靈保護(hù)。斷路器失靈故障導(dǎo)致后果：斷路器失靈故障導(dǎo)致后果： 當(dāng)線路、變壓器或母線發(fā)生短路并伴隨斷路當(dāng)線路、變壓器或母線發(fā)生短路并伴隨斷路器失靈時(shí)，相應(yīng)的繼電保護(hù)動(dòng)作發(fā)出跳閘脈沖后，器失靈時(shí)，相應(yīng)的繼電保護(hù)動(dòng)作發(fā)出跳閘脈沖后，斷路器拒絕動(dòng)作時(shí)，能夠以較短的時(shí)限切除同一斷路器拒絕動(dòng)作時(shí)，能夠以較短的時(shí)限切除同一發(fā)電廠或變電所內(nèi)其它有關(guān)的斷路器，以使停電發(fā)電廠或變電所內(nèi)其它有關(guān)的斷路器，以使停電范圍限制為最小的一種后備保護(hù)。范圍限制為最小的一種后備保護(hù)。 所謂斷路器失靈保護(hù)是指：所謂斷路器失靈保護(hù)是指： 當(dāng)其繼電器（如當(dāng)其繼電器（如1 1ZJZ