電力系統(tǒng)繼電保護8母線保護

電力系統(tǒng)繼電維護8母線維護8.1母線缺點和裝設(shè)母線維護的根本原那么大部分母線缺點是由絕緣子對地放電引起的，母線缺點開場階段大多表現(xiàn)為單相接地缺點，而隨著短路電弧的挪動，缺點往往開展為兩相或三相接地短路。普通不采用專門的母線維護，而利用供電元件的維護安裝就可以把母線缺點切除。例如：利用發(fā)電機的過電流維護切除母線缺點如圖8.1所示的發(fā)電廠采用單母線接線，假設(shè)接于母線的線路對側(cè)沒有電源，此時母線上的缺點就可以利用發(fā)電機的過電流維護使發(fā)電機的斷路器跳閘予以切除；圖8.1利用發(fā)電機的過電流維護切除母線缺點大部分母線缺點是由絕緣子對地放電引起的，母線缺點開場階段大多表現(xiàn)為單相接地缺點，而隨著短路電弧的挪動，缺點往往開展為兩相或三相接地短路。普通不采用專門的母線維護，而利用供電元件的維護安裝就可以把母線缺點切除。例如：利用變壓器的過電流維護切除低壓母線缺點如圖8.2所示的降壓變電所，其低壓側(cè)的母線正常時分開運轉(zhuǎn)，假設(shè)接于低壓側(cè)母線上的線路為饋電線路，那么低壓母線上的缺點就可以由相應變壓器的過電流維護使變壓器斷路器跳閘予以切除；圖8.2利用變壓器的過電流維護切除低壓母線缺點大部分母線缺點是由絕緣子對地放電引起的，母線缺點開場階段大多表現(xiàn)為單相接地缺點，而隨著短路電弧的挪動，缺點往往開展為兩相或三相接地短路。普通不采用專門的母線維護，而利用供電元件的維護安裝就可以把母線缺點切除。例如：在雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)上，利用電源側(cè)的維護切除母線缺點如圖8.3所示的雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)〔或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)〕，當變電所Ｂ母線上k點短路時，那么可以由維護1、4的第Ⅱ段動作予以切除等。圖8.3在雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)上，利用電源側(cè)的維護切除母線缺點利用供電元件的維護安裝切除母線缺點的缺陷：缺點切除的時間普通較長；雙母線同時運轉(zhuǎn)或母線為分段單母線時不能保證有選擇性地切除缺點母線。在以下情況下應裝設(shè)專門的母線維護：在110kV及以上的雙母線和分段單母線上，為了保證有選擇性地切除任一組〔或段〕母線上發(fā)生的缺點，而另一組〔或段〕無缺點的母線仍能繼續(xù)運轉(zhuǎn)，應裝設(shè)公用的母線維護。110kV及以上的單母線，重要發(fā)電廠的35kV母線或高壓側(cè)為110kV及以上的重要降壓變電所的35kV母線，按照裝設(shè)全線速動維護的要求必需快速切除母線上的缺點時，應裝設(shè)公用的母線維護。8.2母線差動維護根本原理完全電流差動母線維護的原理接線如圖8-4所示，在母線的一切銜接元件上裝設(shè)具有一樣變比和特性的電流互感器：由于TA有誤差，因此在母線正常運轉(zhuǎn)及外部缺點時，流入繼電器的是由于各互感器的特性不同而引起的中有不平衡電流出現(xiàn)；當母線上〔如8-4圖中d點〕缺點時，那么一切與電源銜接的元件都向d點供應短路電流，于是流入繼電器的電流為：8.2.1單母線完全電流差動母線維護圖8-4：完全電流母線查動維護原理接線圖8.2.1單母線完全電流差動母線維護8.2.2高阻抗母線差動維護抑制措施——將電流差動繼電器換為高內(nèi)阻的電壓繼電器：〔圖8-5：高阻抗母線差動維護原理接線圖〕8.2.2高阻抗母線差動維護假設(shè)母線上連有n條支路，第n條為缺點支路，母線外部短路的等值回路如圖8-6所示：內(nèi)部短路時：一切引出線電流都是流入母線的，一切支路的二次電流都流向電壓繼電器。由于其內(nèi)阻很高，電壓繼電器端出現(xiàn)高電壓，于是電壓繼電器動作。圖8-6：母線外部短路時高阻抗母線差動維護等值電路8.2.3具有比率制動特性的中阻抗母線差動維護8.2.4電流比相式母線維護根本原理——根據(jù)母線在內(nèi)部缺點和外部缺點時各銜接元件電流相位的變化來實現(xiàn)的。母線發(fā)生短路時，各有源支路的電流相位幾乎是一致的；外部發(fā)生短路時，非缺點有源支路的電流流入母線，缺點支路的電流那么流出母線，兩者相位相反，利用這種相位關(guān)系就來構(gòu)成了電流比相式母線維護?！矆D解：2007年2月1日，河南平頂山供電公司消費技術(shù)部組織檢修班任務人員對石龍區(qū)孫嶺變電站35KV西母線進展改換，確保了該區(qū)工農(nóng)業(yè)消費及春節(jié)電力供應〕8.2.5元件固定聯(lián)接的雙母線電流差動維護元件固定銜接的電流差動維護的主要部分由三組差動維護組成。如圖8-7所示：第一組——由TA1、TA2、TA5和差動繼電器KD1〔I母分差動〕組成，用以選擇第I組母線上的缺點；第二組——由TA3、TA4、TA6和差動繼電器KD2〔Ⅱ母分差動〕組成，用以選擇第Ⅱ組母線上的缺點；第三組——由TA1、TA2、TA3、TA4和差動繼電器KD3組成了一個完全電流差動〔總差動〕維護，當任一組母線缺點時，它都會動作；當母線外部缺點時，它不會動作，在正常運轉(zhuǎn)方式下，它作為整個維護的啟動元件，當固定接線方式破壞并維護范圍外部缺點時，可防止維護的非選擇性動作。圖8-7：元件固定銜接的雙母線電流差動維護原理接線圖8.2.5元件固定聯(lián)接的雙母線電流差動維護如圖8-8所示，當正常運轉(zhuǎn)及母線外部缺點〔d點〕時，流經(jīng)繼電器KD1、KD2和KD3的電流均為不平衡電流，維護安裝已從定值上躲開，不會誤動作。圖8-8：按正常銜接方式運轉(zhuǎn)時維護范圍外部缺點時電流的分布8.2.5元件固定聯(lián)接的雙母線電流差動維護如圖8-9所示，當?shù)贗組母線上〔d點〕短路時，由電流的分布情況可見，繼電器KD1和KD3中流入全部缺點電流，而繼電器KD2中為不平衡電流，于是KD1和KD3起動。KD3動作后使母聯(lián)斷路器QF5跳閘。KD1動作后即可使斷路器QF1和QF2跳閘，并發(fā)出相應的信號。這樣就把發(fā)生缺點的第I組母線從電力系統(tǒng)中切除了，而沒有缺點的第Ⅱ組母線仍可繼續(xù)運轉(zhuǎn)。圖8-9：按正常銜接方式運轉(zhuǎn)時，I母線上缺點時電流的分布8.2.5元件固定聯(lián)接的雙母線電流差動維護主要缺陷——從維護的角度看，希望盡量保證固定接線的運轉(zhuǎn)方式不被破壞，這就必然限制了電力系統(tǒng)調(diào)度運轉(zhuǎn)地靈敏性。8.2.6母聯(lián)電流比相式母線差動維護主要優(yōu)點——對母線上的元件就無需提出固定銜接的要求，有利于用在銜接元件切換較多的場所。選擇元件KD是一個電流相位比較繼電器。它的一個線圈接入除母聯(lián)斷路器之外其他銜接元件的二次側(cè)電流之和，另一個線圈那么接在母聯(lián)斷路器的電流互感器二次側(cè)。它利用比較母聯(lián)斷路器中電流與總差動電流的相位選擇出缺點母線。這是由于當Ⅰ母線上缺點時，流過母聯(lián)斷路器的短路電流是由母線Ⅱ流向母線Ⅰ，而當Ⅱ母線上缺點時，流過母聯(lián)斷路器的短路電流那么是由母線Ⅰ流向母線Ⅱ。在這兩種缺點情況下，母聯(lián)斷路器電流相位變化了180°，而總差動電流是反響母線缺點的總電流，其相位是不變的。啟動元件接在除母聯(lián)斷路器外一切銜接元件的二次電流之和回路中，它的作用是區(qū)分兩組母線的內(nèi)部和外部短路缺點。只需在母線發(fā)生短路時，啟動元件動作后整組母線維護才得以啟動。8.2.7母線維護常見類型及特點比較按照母線維護安裝差電流回路輸入阻抗的大小，可將其分為：常規(guī)母線維護及微機數(shù)字式母線維護均為低阻抗型母線維護。優(yōu)點：低阻抗母線維護安裝比較簡單，普通采用先進的、久經(jīng)考驗的判據(jù)，系統(tǒng)的監(jiān)視較為簡單。缺陷：低阻抗母線維護再在外部缺點TA飽和時，母線差動繼電器中會出現(xiàn)較大不平衡電流，能夠使母差維護誤動作。運用：目前數(shù)字式低阻抗母線維護中可經(jīng)過采用TA飽和識別和閉鎖輔助措施，能有效地防止TA飽和引起的誤動。因此，數(shù)字式低阻抗母線維護在我國電力系統(tǒng)中得到了廣泛的運用。中阻抗型母線差動維護將高阻抗的特性和比率制動特性兩者有效結(jié)合，中阻抗型母線維護采用了快速、靈敏、比率制動式電流差動維護方案，即具有低阻抗、高阻抗維護的優(yōu)點，又避開了它們的缺陷，在處置TA飽和方面具有獨特優(yōu)勢。它以電流瞬時值作丈量比較，丈量元件和差動元件多為集成電路或整流型繼電器，當母線內(nèi)部缺點時，動作速度極快，普通動作時間小于10ms，因此又被稱為“半周波繼電器〞。實際證明，目前中阻抗式母線維護是一種最好的目下維護方案。在我國電力系統(tǒng)中得到了廣泛的運用。8.2.7母線維護常見類型及特點比較高阻抗母線差動維護〔參見8.2.2節(jié)〕較好地處理了母線區(qū)外缺點TA飽和時保證維護不誤動的問題；但在母線內(nèi)部缺點時，TA的二次側(cè)能夠出現(xiàn)過高電壓，對繼電器可靠任務不利，且要求TA的傳變特性完全一致、變比一樣，這對于擴建的變電所來說較難做到。8.2.8數(shù)字式母線差動維護的根本判據(jù)及算法1普通比率制動特性母線差動維護目前在數(shù)字式母線差動維護中主要采用的判據(jù)為：由于比率制動特性母線差動維護判據(jù)是建立在基爾霍夫電流定律的根底之上的，反映了各個銜接元件電流的向量和，在通常情況下能保證在區(qū)外缺點時具有良好的選擇性，在區(qū)內(nèi)缺點時有較高的靈敏度，因此在數(shù)字式母線差動維護被廣泛運用。8.2.8數(shù)字式母線差動維護的根本判據(jù)及算法2復式比率制動特性母線差動維護復式比率制動特性母線差動維護算法為：理想條件下在母線外部短路時差動電流為零，那么式〔8-8〕中第二式的左邊為零；在內(nèi)部短路時式〔8-8〕第二式的左邊分母近似為零，那么式〔8-8〕左側(cè)很大。復式比率制動特性母線差動維護丈量到的比率在內(nèi)部和外部短路兩種形狀下擴展到了理想的極限，使得制動系數(shù)有極廣的范圍可以選擇。所以復式比率制動特性母線差動原理維護較普通比率制動特性母線差動維護具有更加良好的選擇性。從實際上也可分析出這兩種維護原理相互之間的對應關(guān)系。8.2.8數(shù)字式母線差動維護的根本判據(jù)及算法3缺點分量比率制動特性母線差動維護缺點分量比率制動特性母線差動維護算法為：式〔8-9〕中缺點分量的算法將在第九章闡明。優(yōu)點：將缺點分量比率制動特性運用于母線差動維護中可防止缺點前的荷電流對比例制動特性產(chǎn)生的不良影響，這將提高母線差動維護的靈敏度。8.3母線維護的特殊問題及其對策8.3.1電流互感器的飽和問題及母線維護常用的對策1中阻抗式母線差動維護抗TA飽和的措施中阻抗式母差維護是利用TA飽和時其勵磁阻抗降低的特點來防止差動維護誤動作。外部缺點引起TA飽和時：由于維護安裝本身差動回路電流繼電器的阻抗普通為幾百歐，此時因TA飽和呵斥的不平衡電流大部分被飽和TA的勵磁阻抗分流，流入差動回路的電流很少，再加之中阻抗母差維護帶有制動特性，可以使外部缺點引起TA飽和時維護不誤動。對于內(nèi)部缺點TA飽和的情況：利用差動維護的快速性在TA飽和前即可起動出口動作跳閘，不會出現(xiàn)拒動的景象。8.3.1電流互感器的飽和問題及母線維護常用的對策2數(shù)字式母線差動維護抗TA飽和的措施〔１〕具有制動特性的母線差動維護。具有制動特性的母線差動維護在TA飽和不是非常嚴重時，比率制動特性可以保證母線差動維護不誤動作。但當TA進入深度飽和時，此方法仍不能防止維護誤動，需求采用其他專門的抗TA飽和的方法。〔２〕TA線性區(qū)母線差動維護。TA進入飽和后，在每個周波內(nèi)的一次電流過零點附近存在不飽和時段。TA線性區(qū)母線差動維護就是利用TA的這一特性，在TA每個周波退出飽和的線性區(qū)內(nèi)，投入差動維護。由于此種原理的維護本質(zhì)上是避開了TA飽和區(qū)，所以能對母線缺點作出正確的斷定。為保證TA線性區(qū)母線差動維護正確動作，必需能實時檢測每個周波TA飽和與退出飽和的時辰。但是由于TA飽和時的電流波形復雜，如何正確判別TA飽和和退出飽和的時辰，判別出TA的線性傳變區(qū)是實現(xiàn)此方法的關(guān)鍵和難點。8.3.1電流互感器的飽和問題及母線維護常用的對策2數(shù)字式母線差動維護抗TA飽和的措施〔３〕TA飽和的同步識別法。當母線區(qū)外缺點時，無論缺點電流有多大，TA在缺點的最初瞬間〔在1/4周波內(nèi)〕都不會飽和，在飽和之前差電流很小，母線差動電流元件不會誤動作；假設(shè)以母線電壓構(gòu)成差動維護的啟動元件，在缺點發(fā)生時那么可以瞬時動作，兩者的動作有一段時間差。當母線區(qū)內(nèi)缺點時，差電流增大和母線電壓降低同時發(fā)生。TA飽和的同步識別法就是利用這一特點，區(qū)分母線的區(qū)內(nèi)、區(qū)外缺點，在判別出母線區(qū)外缺點TA飽和時那么閉鎖母線差動維護。思索到系統(tǒng)能夠會發(fā)生區(qū)外轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)的母線轉(zhuǎn)換性缺點，因此TA飽和的閉鎖應該是周期性的?！玻础辰?jīng)過比較差動電流變化率鑒別TA飽和。TA飽和后，二次側(cè)電流波形出現(xiàn)缺損，在飽和點附近二次側(cè)電流的變化率突增。而當母線區(qū)內(nèi)缺點時，由于各條線路的電流都流入母線，差電流根本上按照正弦規(guī)律變化，不會出現(xiàn)區(qū)外缺點TA飽和條件下差電流突變較大的情況。因此可以利用差電流的這一特點進展TA飽和的檢測。TA進入飽和需求時間，而在TA進入飽和后，在每個周波一次電流過零點附近都存在一個不飽和時段，在此時段內(nèi)TA仍可不畸變地傳變一次電流，此時差電流變化率很小。利用這一特點也可構(gòu)成TA飽和檢測元件。在短路初瞬和TA飽和后每個周波內(nèi)的不飽和時段，飽和檢測元件都可以可靠地閉鎖維護。8.3.1電流互感器的飽和問題及母線維護常用的對策2數(shù)字式母線差動維護抗TA飽和的措施〔５〕波形對稱原理。TA飽和后，二次側(cè)電流波形發(fā)生嚴重畸變，１周波內(nèi)波形的對稱性被破壞，采用分析波形的對稱性可以斷定TA能否飽和。判別對稱性的方法有多種，最根本的一種是電流相隔半周波的導數(shù)的模值能否相等。〔６〕諧波制動原理。當發(fā)生區(qū)外缺點TA飽和時，差電流的波形實踐是飽和TA勵磁支路的電流波形。當TA發(fā)生輕度飽和時，缺點支路的二次電流出現(xiàn)波形缺損景象，差電流中包含有大量的高次諧波。隨著TA飽和深度的加深，二次電流波形缺損的程度也隨著加劇。但內(nèi)部缺點時差電流的波形接近工頻電流，諧波含量少。諧波制動原理利用了TA飽和時差電流波形畸變的特點，根據(jù)差電流中諧波分量的波形特征檢測TA能否發(fā)生飽和。這種方法有利于發(fā)生維護區(qū)外轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)缺點時根據(jù)缺點電流中存在諧波分量減少的情況而迅速開放差動判據(jù)。8.3.2母線運轉(zhuǎn)方式的切換及維護的自順應母線的接線方式隨運轉(zhuǎn)方式經(jīng)常變化，各種主接線方式中以雙母線接線運轉(zhuǎn)最為復雜。隨運轉(zhuǎn)方式的變化，母線上其上的各種銜接元件在運轉(zhuǎn)中需求經(jīng)常在兩條母線上切換。因此希望母線維護應能自動順應系統(tǒng)運轉(zhuǎn)方式的變化，免去人工干涉及由此引起的人為誤操作。利用隔分開關(guān)輔助觸點來判別母線運轉(zhuǎn)方式——為防止隔分開關(guān)輔助觸點引入環(huán)節(jié)發(fā)生錯誤，有些母線維護采用引入每副隔分開關(guān)的常開觸點和常閉觸點，以兩對觸點的組合來判別隔分開關(guān)形狀。運用：在集成電路型母線維護中通常采用此方法。缺陷：常因隔分開關(guān)輔助觸點不可靠〔接觸不良、觸點粘連或觸點抖動等〕，導致出錯，因此在實踐工程運用中并不能真正有效。當輔助觸點出錯時，會導致母線維護拒動或因維護失去選擇性而擴展缺點切除范圍。8.3.2母線運轉(zhuǎn)方式的切換及維護的自順應母線的接線方式隨運轉(zhuǎn)方式經(jīng)常變化，各種主接線方式中以雙母線接線運轉(zhuǎn)最為復雜。隨運轉(zhuǎn)方式的變化，母線上其上的各種銜接元件在運轉(zhuǎn)中需求經(jīng)常在兩條母線上切換。因此希望母線維護應能自動順應系統(tǒng)運轉(zhuǎn)方式的變化，免去人工干涉及由此引起的人為誤操作。用將隔分開關(guān)輔助觸點和電流識別兩種方法相結(jié)合，且更加先進、有效的運轉(zhuǎn)方式自順應方法。詳細實現(xiàn)方法是：將運轉(zhuǎn)于母線上的一切銜接單元的隔分開關(guān)輔助觸點引入維護安裝，實時計算維護安裝所采集的各銜接元件負荷電流瞬時值，根據(jù)運轉(zhuǎn)方式識別判據(jù)，來校驗隔分開關(guān)輔助觸點的正確性，校驗確定它們無誤后，構(gòu)成各個單元的“運轉(zhuǎn)方式字〞，運轉(zhuǎn)方式字反映了母線各銜接元件與母線的銜接情況；假設(shè)校驗發(fā)現(xiàn)有誤，維護安裝那么自動糾正其錯誤。數(shù)字式母線維護的這種自動順應運轉(zhuǎn)方式的方法能更有效地減輕運轉(zhuǎn)人員的負擔，提高母線維護動作的正確率。8.3.33/2斷路器接線的母線及其維護問題當母線為3/2斷路器接線，在母線內(nèi)部短路時能夠有電流流出。圖8.11示出了3/2斷路器的母線短路時有電流流出的情況。這種情況會使比較母線銜接元件電流相位原理的母線維護拒動，也會使具有制動特性原理的母線差動維護的靈敏度降低。要思索在內(nèi)部短路時有一定電流流出的影響，是母線維護需求留意的問題之一。圖8.113/2斷路器的母線短路時有電流流出的情況左圖：佛山市電力局220kv吉安變電所屏蔽絕緣銅管母線主變?nèi)萘浚?80MVA母線額定電流：4000A8.4斷路器失靈維護簡介斷路器的失靈缺點——在110kV及以上電壓等級的發(fā)電廠和變電所中，當輸電線路、變壓器或母線發(fā)生短路時，在維護安裝動作于切除缺點同時伴隨著缺點元件的斷路器拒動。電網(wǎng)中樞地域重要的220kV及以上主干線路，系統(tǒng)穩(wěn)定要求必需裝設(shè)全線速動維護時，通?？裳b設(shè)兩套獨立的全線速動主維護〔即維護的雙重化〕，以防維護安裝的拒動；對于斷路器的拒動，那么專門裝設(shè)斷路器失靈維護?！睸EL-352斷路器失靈繼電器圖〕1裝設(shè)斷路器裝設(shè)失靈維護的條件由于斷路器失靈維護是在系統(tǒng)缺點的同時斷路器失靈的雙重缺點情況下的維護，因此允許適當降低對它的要求，即僅要最終能切除缺點即可。裝設(shè)斷路器裝設(shè)失靈維護的條件：(1)相鄰