微机母线保护装置.ppt

微机母线保护装置 胡晓丽,母线的接线方式,单母线： 35-66kv出线少 单母线分段：110kv出线少于四回 双母线 110kv以上：出线四回以上 3/2断路器接线 ：用于220kv及以上电压等级 双母双分段接线及双母带旁路接线：可靠性和灵活性都比较高，但由于使用的电气设备比较多，结构比较复杂,母线的故障,绝缘子老化，污秽引起的闪路接地故障和雷击造成的短路比较多 主要故障有单相接地短路和相间短路故障，两相接地短路故障和三相短路故障几率比较少 母线上故障较少，一般都为区外故障,对母线保护的要求,高度的安全性和可靠性 误动会造成大面积的停电，拒动会损害电力设备以及系统的瓦解 选择性强，动作速度快 要良好的区分区内和区外故障，还要确定故障母线，及早发现故障并切除,一般配置,220kv母线保护功能一般包括母线差动保护，母联相关的保护（母联失灵保护、母联死区保护、母联过流保护、母联充电保护等），断路器失灵保护。对重要的220kv母线应当实现双重化，配置两套母线保护。500kv母线往往采用3/2接线，相当于单母线接线，因此其母线保护相对简单，一般仅配置母线差动保护，断路器失灵保护往往置于断路器保护中。3/2接线的母线其拒动的危害性远大于误动，所以母线保护实现双重化。,断路器失灵保护,对于双母线和单母线接线方式，由于失灵保护的动作对象是跳失灵断路器所在的母线上的所有断路器，其跳闸对象与母线保护跳闸对象完全一致，所以将失灵保护与母线保护做在同一套装置中以节省二次电缆。但是3/2接线方式中，边断路器失灵时除要求跳边断路器所在的母线上的所有断路器外，还要跳中断路器。而中断路器失灵时，要求跳同一串上相邻的两个边断路器。所以它们的跳闸对象与母线保护的跳闸对象不相同。因此在3/2接线方式中失灵保护不做在母线保护装置中，另外与重合闸一起做成一套断路器保护。,与其它保护配合,母线保护动作后作用于纵联保护停信（闭锁式) 母线上发生故障或断路器失灵时，为了使线路对侧高频保护迅速作用于跳闸，母线保护动作后应使本侧收发信机停信，在32接线方式中不能采用，因为此时母线故障并不要求对侧断路器跳闸 闭锁线路重合闸 为了防止线路断路器对故障母线进行重合，母线保护动作后应闭锁线路重合闸 启动断路器失灵保护 为了防止断路器失灵，母线保护动作后应启动断路器失灵保护,对电流互感器的要求,母线保护应接在专用ta二次回路中，并且要求在该回路中不接入其他设备的保护装置或测量装置，ta精度要求高，抗饱和能力强 母线ta安装位置应尽量靠近线路或变压器一侧，使母线保护和线路保护变压器保护有重叠区,ta饱和对母线保护的影响,母线区外故障时ta饱和对母线保护的影响： 由于离故障点最近支路的电流互感器饱和其电流不能线性传变到二次侧，产生缺损，差动元件中的电流就是这部分缺损电流，如果ta饱和比较严重，差动元件的动作电流就越大，造成保护误动。 母线区内故障时ta饱和对母线保护的影响： 由于电流互感器的饱和，饱和的电流互感器不能线性传变一次电流使差动回路的电流大大降低，会影响差动元件的灵敏度，可能造成母差保护的拒动。,ta饱和特点介绍,当ta一次电流很大时、含有很大的非周期分量时、铁芯中有很大的剩磁时、ta二次负载阻抗很大时ta很容易饱和 ta饱和特点 当出线故障时，某一出线元件ta饱和，二次电流大大减少，故障发生瞬间，铁芯中磁通不能突变，ta不能立即进入饱和区，存在3-5ms的线性传变区 ta饱和后，每个周期内一次电流过零点附近存在不饱和时段，ta一次二次成正比 ta饱和后，励磁电阻下降，内阻降低 饱和后电流中存在很大的二次和三次谐波分量,抗ta饱和方法,1.同步识别法 母线故障时，母线电压和出线元件上电流发生变化，产生差流，即工频电压和工频电流变化与差动元件中的差流同时出现，当区外故障ta饱和时母线电压和出线电流立即发生变化，但由于故障后3-5ms ta磁路才会饱和，差流才出现，差动元件中的差流比故障电流晚出现3-5ms 在母差保护中，当故障电流与差动元件中的差流同时出现时，认为是区内故障开放差动；当故障电流比差动元件中差流早出现时，认为差动元件中的差流是区外故障ta饱和产生的，立即将差动闭锁一段时间,抗ta饱和方法,自适应阻抗加权抗饱和 采用工频变化量阻抗元件z，是母线电压变化量与差流变化量的比值 发生故障时，差动元件电压元件以及阻抗元件同时动作，即判为母线故障，如果电压元件在先而差动元件及阻抗元件后动作，即判为区外故障ta饱和，立即将差动闭锁,抗ta饱和方法,基于采样值的重复多次判别法 上述两种方法，只适用于故障瞬间，只能将保护暂短闭锁，否则当发生区内故障时，将致使母差拒绝动作 若在对差流一个周期的连续r次采样中，有s次及以上不满足差动元件动作要求，认为是外部故障ta饱和，继续闭锁差动。若有连续s次及以上满足动作条件，判为区外故障转为区内故障，立即开放差动。,谐波制动原理,ta饱和时差电流的波形将发生畸变，其中会有大量的谐波分量。用谐波制动可以防止区外故障ta饱和误动。但是，当区内故障ta饱和时，差电流中同样会有谐波分量。因此，为防止区内故障或区外故障转区内故障ta饱和使差动保护拒动，必须引入其他辅助判据，以确定是区内故障还是区外故障。利用区外故障ta饱和后在线性传变区无差流方法，而区内故障时一直存在差流的方法来区别区内、外故障，而利用谐波制动防止区外故障误动。但是此方法为了正确测量谐波含量以及每周有线性传变区的原理，因此需要的时间比较长。,双母线母差保护逻辑框图（以一相为例）,差动保护,母差保护按差动回路中的电阻大小分类可分为低阻抗型、中阻抗型和高阻抗型母线差动保护。 传统的母线差动保护及微机型母线保护大多是低阻抗型。接于差流回路的电流继电器阻抗很小，在内部短路时，电流互感器的负担小，二次电压低，因而饱和度小，误差小。需要解决区外故障不平衡电流问题、饱和问题及非周期分量问题。 中阻抗型母线差动保护的差电流回路电阻介于高阻抗型和低阻抗型之间，其差动回路总电阻约有200欧姆左右，因而也可大大减小外部短路时进入继电器的不平衡电流，并与制动回路相配合，可以保证保护动作的选择性。 现在的微机型母线保护均是低阻抗型母线保护，通过相关软件算法解决饱和及非周期分量等影响，是以后的发展趋势。中阻抗母线保护在国外应用较多，国内应用于超高压变电站较多，但由于其需要相关辅助变流器，整定复杂等原因现在已较少采用了。,电流型母差保护类型,常用的母差保护元件有常规比率差动判据、工频变化量比率差动元件、复式比率差动元件 差流计算相同，制动电流计算有差异,母线运行方式的电流校验,引入隔离刀闸的辅助接点实现对母线运行方式的自适应。 同时用各支路电流和电流分布来校验刀闸辅助接点的正确性 当发现刀闸辅助接点状态与实际不符，即发出“开入异常”告警信号 在状态确定的情况下自动修正错误的刀闸接点 当负荷很小间隔发生刀闸位置不正确，不及时修正容易造成保护区内故障误动作,差动回路,差回路的构成,差动回路是由一个母线大差动和几个各段母线小差动所组成的； 大差动是指除母联开关和分段开关以外的母线上所有其余支路电流所构成的差动回路； 某段母线小差动是指与该段母线相连接的各支路电流构成的差动回路，其中包括了与该段母线相关联的母联开关和分段开关； 母线上所有元件极性相同，母联ct极性同ii母线上元件极性； 大差动判别母线故障，小差动判别故障母线。,故障母线选择逻辑,差动保护使用大差比率差动元件作为区内故障判别元件；使用小差比率差动元件作为故障母线选择元件。 母线分列运行：大差比率差动元件自动转用比率制动系数低值 母线互联运行：小差比率差动元件自动退出保护不进行故障母线的选择，一旦发生故障同时切除两段母线。,差回路的构成,并列运行时倒闸操作： 可预先投互联压板； 可预先设定保护控制字中的“强制母线互联”软压板，强制母线互联； 或依靠刀闸辅助接点自适应倒闸操作； 此时差动回路改为一个母线大差动。,差回路的构成,母线分列运行时： 可分列运行后投分列压板强制（注意预合母联开关前，应将压板退出）； 或依靠母联开关接点自适应分列运行操作（仅常闭接点合，常开接点断，装置认为母联开关断开）； 此时母联电流退出小差动回路； 大差比率制动系数降为低值；,go top,母线分列运行的考虑 分列运行时一条母线发生故障，若非故障母线有较大电流流出，此时大差比率系数采用比率系数低值可以提高差动保护的灵敏度。 封母联ct(若用母联开关接点位置置分位则有充电预投200ms)，以保证死区故障的速动性和可靠性。,母线分列运行的说明 （1）,如图所示，母线分列运行时，母故障，母上的负荷电流仍然可能流出母线。特别是在、母线分别接大，小电源或者母线上有近距离双回线时，电流流出母线的现象特别严重。此时，大差灵敏度下降。因此，装置的大差比率元件采用2个定值，母线并列运行时，用比率系数高值；母线分列运行时，用比率系数低值。装置根据母线运行状态自动切换定值。,母线分列运行的说明（2）,母线分列运行时，死区故障，故障点位于母联的开关和ta之间。此时，按差电流回路，母差动动作，然后启动母联失灵跳母，如果两母线的复合电压闭锁均开放，则造成母线完全退出运行。如果故障时母复合电压闭锁不开放（故障点在母），母复合电压闭锁开放，会造成保护拒动。因此，在母线分列运行时，装置封母联ta，若发生图3.14所示故障时，差动保护直接出口跳母。,装置通过自动和手动两种方式判别母线是并列运行还是分列运行。自动方式是将母联（分断）开关的常开和常闭辅助接点引入装置的端子，若开关的常开和常闭接点不对应，装置默认为开关合，同时发开入异常告警信号；手动方式是运行人员在母联（分段）开关断开后，投“母线分列压板”，在合母联（分段）开关前，退出该压板。以上两种方式中，手动方式优先级最高。即，若投“母线分列压板”，装置认为母线分列运行。若退“母线分列压板”，装置根据自动方式判别母线运行状态。,“和电流”与“差电流”,和电流 差电流,起动元件,1、和电流突变量判据： 2、差电流越限判据： 3、起动元件返回判据：,普通比率差动判据,复式比率差动判据动作表达式：,id,ir-id,idset,kr,其中id为母线上各元件的矢量和，即差电流。 ir为母线上各元件的标量和，即和电流。 idset为差电流门坎定值； kr为复式比率系数（制动系数） 若忽略ct误差和流出电流的影响，在区外故障时，id = 0，0/ir为0；在区内故障时，id = ir，id/0为。由此可见，复式比率差动继电器能非常明确地区分区内和区外故障，kr值的选取范围达到最大，即从0到 。,复式比率差动判据,复式比率差动判据,若考虑区内故障时有ext%的总故障电流流出母线，则此时的比率制动系数为： kr=id / ( id+ext%id+ext%id-id )=1/(2ext%),复式比率差动判据,若考虑区外故障时故障支路的ct误差达到，而其余支路的ct误差忽略不计，则此时的比率制动系数为 kr=/(1+1-)=/(2-2) 若令总流入电流为1，则 总流出电流为1， 差电流为,复式比率差动判据,复式比率系数kr和故障支路误差、区内故障时流出母线电流占总故障电流的比例ext%之间的关系表：,该表含义是，kr与ext成反比，即kr选值越大在区内故障时允许流出母线的电流占总故障电流的份额越小；kr选值越大在区外故障时允许故障支路的最大ct误差越大。 当kr整定为2时，在区外故障时允许故障支路的最大ct误差为80%而母差不会误动，在区内故障时允许20%以下的总故障电流流出母线而母差不会拒动。其余类推。,故障分量复式比率差动判据,故障分量复式比率差动判据动作表达式为：,电压闭锁元件,uset、u0set、u2set分别为各电压闭锁定值。 三个判据中的任何一个被满足，该段母线的电压闭锁元件就会动作，称为复合电压元件动作。 本元件瞬时动作，动作后自动展宽40ms再返回。主要作用是防止一条母线tv检修时，检修母线上发生故障并且此时有开关失灵时保护由于母联开关先跳开电压恢复导致其他间隔据动 差动元件与失灵元件动作出口经相应母线段的相关复合电压元件闭锁。,uab为母线线电压 3u0为母线三倍零序电压 u2为母线负序电压,故障母线选择逻辑,ir： 和电流突变量 id： 差电流突变量 id： 差电流起动元件 ir： 和电流突变起动元件 kr： 大差突变量比率差动元件 kr： 大差复式比率差动元件,kr1： i母突变量比率差动元件 kr1： i母复式比率差动元件 kz： 大差比率制动系数 kz： 小差比率制动系数,母线的其他保护配置,母联（分段）失灵和死区保护； 母联（分段）充电保护； 母联（分段）过流保护； 电流回路断线闭锁； 电压回路断线告警； 断路器失灵保护出口；,母联（分段）失灵、死区保护,母联（分段）充电保护,有流门坎为 0.04in ika： 母联a相电流 ikb： 母联b相电流 ikc： 母联c相电流 ic ： 充电保护电流定值 充电保护闭锁母差主要是考虑主触头闭合而twj节点后返回，此时被充母线有故障，运行母线差动保护误动作，将运行母线各断路器跳开,母联（分段）过流保护,ika： 母联a相电流 ikc： 母联c相电流 3ik0：母联零序电流 ik ： 母联过流定值 3i0k：母联零序过流定值,母联（分段）过流保护可以作为母线解列保护，也可以作为线路（变压器）的临时应急保护。 母联（分段）过流保护压板投入后，当母联任一相电流大于母联过流定值，或母联零序电流大于母联零序过流定值时，经可整延时跳开母联开关，不经复合电压闭锁。,断路器失灵保护出口,1、与失灵起动装置配合,断路器失灵保护出口,2、自带电流检测元件方式,失灵的电压闭锁元件，与差动的电压闭锁类似，也是以低电压（线电压）、负序电压和3倍零序电压构成的复合电压元件。只是使用的定值与差动保护不同，因为失灵保护动作跳闸时故障并不是在母线上，因此复合电压闭锁元件最好能够在线路末端或者变压器另一侧（另两侧）故障时有足够的灵敏度。所以失灵的复合电压闭锁定值要比差动定值稍高，同样失灵出口动作，需要相应母线段的失灵复合电压元件动作。 对于变压器或发变组间隔，在另两侧短路时有足够的灵敏度这一点往往难以满足，所以设置“主变失灵解闭锁”的开入接点。当该支路失灵保护起动接点和“主变失灵解闭锁”的开入接点同时动作，实现解除该支路所在母线的失灵保护电压闭锁。,失灵电压闭锁元件及主变失灵解除电压闭锁,电流回路断线闭锁,正常运行ta断线时断线相差动元件的差动电流是断线相的负荷电流，差动电流不为0，但由于一般差动元件比率制动特性中的起动电流是按躲过各连接元件中最大的负荷电流所整定，再加上有复合电压闭锁，所以母线保护不会误动。但在ta断线期间发生区外故障，断线相的差动电流是区外故障时流过的短路电流，母线保护有可能误动。 对于大型发电机及变压器，ta变比比较大，ta断线时出现的电压很高，为了设备及人身的安全，差动ta断线后不应闭锁差动保护。与大型发电机及变压器相比，母线出线ta的变比要小得多。例如200mw机组ta的变比为12000/52400，高压母线出线上ta的变比通常为600/1或1200/1，相差24倍；500kv出线ta的变比将更小。相对而言，ta的变比越小，二次回路开路的危害越小。又由于母差保护的误动可能造成严重的后果，在母线保护装置中设置有ta断线闭锁元件，当差动ta断线时，立即将母差保护闭锁。,电流回路断线闭锁,ida：a相大差电流 idb：b相大差电流 idc：c相大差电流 id-ct：ta断线定值,ta断线逻辑框图,联络断路器ta断线逻辑框图,母差保护为分相差动，ta断线闭锁元件也应该分相设置，即哪一相的ta断线应去闭锁哪一相的差动保护，以减少母线上有发生故障时差动保护拒动的几率 母联（分段）电流回路断线，并不会影响保护对区内、区外故障的判别，只是会失去对故障母线的选择性。因此，联络开关电流回路断线不需闭锁差动保护，只需转入母线互联（单母方式）即可。母联（分段）电流回路正常后，需手动复归恢复正常运行。由于联络开关的电流不计入大差，母联（分段）电流回路断线时上一判据并不会满足。而此时与该联络开关相连的两段母线小差电流都会越限，且大小相等、方向相反。,电压回路断线告警,某一段非空母线失去电压，延时9秒发tv断线告警信号。 除了该段母线的复合电压元件将一直动作外，对保护没有其他影响。,母线运行方式的电流校验,本装置引入隔离刀闸的辅助接点实现对母线运行方式的自适应。同时用各支路电流和电流分布来校验刀闸辅助接点的正确性。当发现刀闸辅助接点状态与实际不符，即发出开入异常告警信号，在状态确定的情况下自动修正错误的刀闸接点，包括两段母线经两把刀闸双跨（母线互联）。刀闸辅助接点恢复正确后需复归信号才能解除修正。 由于大差电流与刀闸辅助接点无关，以及装置具有运行方式电流校验功能，因此双母线倒排操作期间，装置不需运行人员手动干预，可以正确切除故障；刀闸辅助接点出错检修期间不需退出保护；带电拉刀闸，保护可以正确快速动作。,断路器失灵保护,失灵启动及判别元件，失灵启动及判别元件由电流判别元件、保护出口动作接点及断路器位置辅助接点构成。 电流判别元件，一般由三个相电流元件、零序电流元件和负序电流元件组成。保护出口跳闸接点有两类。在超高压输电线路保护中，有分相跳闸接点和三相跳闸接点，而在变压器或发变组保护中只有三跳接点。 复合电压闭锁元件有1s的延时返回时间，是因为一条母线tv检修，两套复压元件由1个tv供电，此时若检修母线出现故障，且出现开关失灵。此时失灵保护动作短延时跳母联，跳开后另一条母线电压恢复正常复压元件不会动作，失灵保护将不会跳开故障母线上的其他元件,线路支路启动失灵,kcoa、kcob、kcoc线路保护分相跳闸出口继电器接点；kcos三跳出口继电器接点。由图可以看出线路保护任一相出口继电器动作或三相出口继电器动作，若流过某相断路器的电流仍然存在，则就判为断路器失灵，去启动失灵保护。,变压器支路启动失灵,继电保护出口继电器接点kcos闭合，断路器仍在合位（合位继电器接点kcc闭合）且流过断路器的相电流或零序电流存在，则去启动失灵，并经延时解除失灵保护的复合电压闭锁元件,定值整定,定值整定,定值整定,定值整定,参数-运行方式设置: 强制各单元的刀闸位置 预设-相位基准: 选择第*间隔的a相电流作为基准 预设-母线编号: 根据需要选择 预设-间隔设置: 设置各间隔的编号、ct变比,定值整定,go top,装置使用参数表,装置上电检查,1 保护装置的通电自检 2 保护装置与打印机的联机试验 3 时钟的整定和校核 4 整定功能的检查 5 参数设置 6 开关量输入通道检查 7 开关量输出通道检查 8 模拟量通道检查,模拟母线区外故障,条件：不加电压使“闭锁开放”灯亮。 任选同一条母线上的两条变比相同支路，在这两条支路中同时加入a相（或b相或c相）电流，电流的大小相等（1-10a）方向相反； 母线差动保护不应动作； 观察面板显示中：大差电流、小差电流应等于零。,模拟母线区内故障 (1),验证差动门坎定值： 1.任选母线上的一条支路，在这条支路中加入b相电流，电流值大于差动门槛定值。 2.母线差动保护应瞬时动作，切除母联及该支路所在母线上的所有支路，母线差动动作信号灯应亮；,模拟母线区内故障 (2),验证大差比率系数高值 母联开关合（仅母联开关常开接点引正电）； 任选i母线上两条变比相同支路，在a相加入方向相反电流。 再任选ii母线上一条变比相同支路，在a相加入电流，调节电流大小，使ii母线差动动作； 记录所加电流，验证大差比率系数。,模拟母线区内故障(3),验证大差比率系数低值 母联开关断（仅母联开关常闭接点引正电）； 任选i母线上两条变比相同支路，在a相加入方向相反电流。 再任选ii母线上一条变比相同支路，在a相加入电流，调节电流大小，使ii母线差动动作； 记录所加电流，验证大差比率系数。,模拟母线区内故障(4),验证小差比率系数 任选同一母线上两条变比相同支路，在a相加入方向相反，大小不同的电流; 固定其中一支路电流，调节另一支路电流大小，使母线差动动作； 记录所加电流，验证小差比率系数,模拟双母线倒闸操作过程中母线区内故障,条件：不加电压使“闭锁开放”灯亮。 1.任选某母线上的一条支路，合上该支路的i母和ii母刀闸； 2.在这条支路中加载c相电流，电流值大于差动门槛定值； 3.母线差动保护应瞬时动作，切除母联及母线上的所有支路； 4.、母差动动作信号灯亮。,失灵保护出口逻辑试验,条件：不加电压使“闭锁开放”灯亮。 （1） 任选母线上的一支路，对应将该支路的“失灵启动”压板投入； （2） 在相应间隔加入电流大于失灵电流相电流定值 （3） 在机柜竖排端子上，将该支路的“失灵启动”输入端子与“开入回路公共端”端子短接； （4） 经短延时t1，保护将切除母联；经长延时t2，保护将切除该支路所在母线上的所有支路； （5） 失灵动作信号灯亮。,母联失灵保护试验,条件：不加电压使“闭锁开放”灯亮。 任选母线上的两条支路，分别将两条支路置于i母和ii母； 在两条支路和母联上同时加载a相电流，电流大小相等方向相同(模拟母联ct在开关的i母侧)； 该电流应大于母联失灵保护的过流定值（同时大于差动门坎定值），且母联电流持续加载； 母线差动保护应瞬时动作首先切除母联和ii母上的所有支路，装置经“母联失灵延时”，将i母上的其余支路切除； 、母差动动作信号灯亮。,母线充电保护试验,条件：不加电压。 将“母线充电保护”压板投入； 母联开关断（仅母联开关常闭接点引正电）； 在母联上加载a相电流，电流大于充电保护电流定值； 母线充电保护延时动作，切除母联开关； 充电保护动作信号灯亮；,母联过流保护试验,条件：不加电压。 将“母联过流保护”压板投入； 相应将母联过流或母联零序过流中非试验项暂时改大； 在母联上加载a相电流，电流大于母联过流定值，小于母联零序电流定值，母联过流保护动作，切除母联开关； 母联过流保护动作信号灯应亮； 断开电流，恢复信号；,母联过流保护试验,6. 在母联上加载a相或c相电流，电流大于母联零序过流定值，小于母联过流定值； 7. 母联过流保护动作，切除母联开关； 8. 母联过流保护动作信号灯亮； 9. 恢复信号及临时改动的定值为整定值。,复合电压闭锁试验,在1母pt回路中加载正常三相对称电压； 任选母线上的一条支路，在这条支路中加载某相电流，电流值大于差动门坎定值； 母线差动保护不应动作；,ct断线告警及闭锁差动试验,在1母pt和2母pt回路中加载正常电压； 任选母线上的一条支路，在这条支路中加载a相电流，电流值大于ta断线门坎定值，经延时，装置发出“ct断线告警”信号； 此时增大电流值使其大于差动门坎定值，差