几种母差保护的简要分析.docx

几种母差保护的简要分析 (江西抚州供电公司，江西 抚州 344000) 摘 要：文章就现在投入运行的几套母差保护装置的原 理 、现场运行以及母线保护的维护问题进行了简要的分析。 关键词：母差保护装置；现场运行；维护 中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1007 6921(XX)03035202 母线保护是保证电网安全稳定运行的重要系统设备， 它的安全性、可靠性、灵敏性和快速性 对保证整个区域电 网的安全具有决定性的意义。迄今为止，在电网中广泛应 用的有中阻抗母 差保护、母联电流比相式差动保护、比率 制动式差动保护，这 3 类母差保护在抚州电网运行 过，分 别是：中阻抗母差保护的许继电气的 JMH-1 型母差保护、 母联比相式母差保护的南瑞 继保的 LFP-975B 型母差保护、 比例制动式母差保护的深圳南瑞 BP-2A 型母差保护、国电 南自 W MZ-41(A)型母差保护，其中除中阻抗的 JMH-1 型保 护外，其余均为微机母差保护。 1 中阻抗母差保护 差电流回路电阻介于高阻抗型和低阻抗型母线差动保 护之间的所谓中阻抗型母线差动保护。 这种保护的差动回 路总电阻约有 200 左右，因而可以大大减小外部短路时 进入继电器的不 平衡电流，并于制动回路相配合，可以保 证保护动作的选择性。在内部短路时，差动回路的 电压不 超过允许范围，不需要装设专门的过电压保护。 图 1 是中阻抗母线保护的单相原理接线。被保护的母 线上连接有多个支路，设有 n 个支路。支 路 L 上的电流看 作是(n-1)条支路电流之和。 740)this.width=740“ border=undefined 支路上装设有主电流互感器，1TA 代表(n-1)条支路得 主电流互感器，nTA 代表第 n 条支路得 主电流互感器。每 组主电流互感器经过一组辅助互感器 1TAFnTAF 接于保护 回路。辅助电 流互感器的作用为：使各支路一次电流与 进入保护电流的总变比相同；将电流互感器的 二次电流 进一步减小以降低保护回路得功率消耗。各辅助互感器二 次侧得同极性端子接于多 回路全波整流桥的交流端子，整 流后的直流电流 IT 加于两个 R/2 串联构成的制动回路。在 制 动回路中点和各辅助互感器另一极性端的连线间接入差 动回路。差动回路由电阻 R1、附加可 调电阻 R11 和差流变 流器 TM 的初级线圈串联组成。差流变流器的变比为 n,母线 内部短路时差 回路中的电流经 TM 变换后，再经全波整流 变成直流，然后加于差动回路电阻 RD3 两端，在此 电阻上 产生差动回路电压 Ud3 。当差动回路电压 Us 大于制动回 路电压 U 时，将产生一 动作电流 Ik，使继电器 K 动作。当 UsUd3 时，由于二极管 V1 的阻挡和 V2 的短接， 继电器 K 不会动作。 中阻抗母线差动保护是一种特殊的具有比率制动特性 的母线差动保护，依靠回路的巧妙设计 使差流回路具有很 大的阻抗，可有效地防止外部故障时电流互感器饱和引起 的保护误动。利 用差流回路和无电源回路负荷支路的电流 互感器回路时间常数的差异不但减小了负荷支路电 流互感 器汲出电流的影响，还加速了内部故障时保护的动作速度， 可在半个周波内动作。由 于差流回路电阻很大，减小了正 常情况下和外部故障时的不平衡电流，但不会引起很大的 过 电压。其缺点是必须应用辅助电流互感器，保护整定计 算较为复杂。 许继电气的 JMH-1 型中阻抗母线保护应用在江西抚州 供电公司 220kV 梅庄变的 220kV 母线，具 备差动保护 、 失灵保护、充电保护等功能，其特点是：不受电流互感 器饱和的影响。在外部故障时， 不会由于电流互感器的饱 和而误动作。动作速度快，整组动作时间小于 10ms。 采用性能 可靠的快速中间继电器切换交流，能自动适应双 母线各种运行方式。 该母线保护装置在现场运行中应注意：考虑到隔离 刀闸主触点和辅助触点的配合满足不了 装置要求，增加了 手动互联功能，即在倒闸操作前应先将“QK 手动互联切换 开关”置“投 入”位置，再退出母联操作保险，那么在倒 闸过程中母线上发生故障，将切除两段母线上所 有支路。 当两段母线中的一段母线 PT 退出运行时，应注意母差保 护和失灵保护的电压切换 ，此时需要投入一块“复合电压 联动”压板。 2 微机母线保护 微机保护应用于母线可带来一系列的好处，如：微 机母线保护不需要公共的差电流回路， 不需要将各回路的 电流互感器二次绕组并联在一起，引至保护屏，而是通过 软件计算来合成 动作电流和制动电流，这大大简化了交流 二次回路，提高了保护的可靠性；可以用软件来 平衡各 回路电流互感器变比的不同，不需要设置辅助电流互感器； 利用微机的计算能力和 智能作用可实现更复杂但更可靠 的动作判据；创造各种检测电流互感器饱和的新方法； 可 利用微机的智能作用自动识别母线联结方式和各回路的 所连接的母线组别。 正是因为这些优点，微机母线保护自 20 世纪 90 年代 初期很快地发展起来，出现了许多基于不 同原理的保护装 置。 2.1 瞬时值算法得比率差动原理 为了实现保护的快速动作，可采用瞬时值算法，直接 利用瞬时值来进行差动计算和比较判断 。可提高采样率， 实现多次计算，既能提高动作速度，又能保证可靠性。 取母线上各支路同相电流和的绝对值作为动作量： 740)this.width=740“ border=undefined 国电南自的 WMZ-41(A)保护装置采用的是瞬时值算法的 比率差动原理，其功能特点有： 自动跟踪、识别双母线运行方式，可适应各种特殊 母线主接线形式；采用同步识别法抗 CT 饱和，有效地解 决了 CT 饱和对差动保护判据的不利影响。 2.2 复式比率差动原理 传统的带制动特性的比率差动原理采用穿越性故障电 流作为制动量，在区外故障时，若 电流互感器饱和，有较 大的不平衡电流，仍难免要失去选择性，而且在区内故障 时，若有电 流流出母线，保护的灵敏度也会下降。 复式比率差动原理是在制动量的计算中引入了差电流， 使得在区内故障时无制动，而在区外 故障时则有极强的制 动特性，制动系数的选择范围没有限制，因此能更明确的 区别区内和区 外故障。 动作电流和制动电流的表达式同前，仍设 I 为差电流 动作定值，k 为复式比率制 动系数，动作判据同时满足： 740)this.width=740“ border=undefined 740)this.width=740“ border=undefined 若忽略电流互感器误差及流出电流的影响，在区外故 障时，Iact 0,Iset 0,保护不会误动；在区内故障时 时，Iact0,设各支路电流相位相同则 Iact Ibrk，保护 可靠动作。由此可见，复式比率差动判据能非常明确地区 分区内和区外 故障。 深圳南瑞 BP-2A 微机母线保护采用的就是复式比率差 动原理，该保护装置配制包括：母线 分相比率差动保护、 失灵保护、母联失灵、母线充电、过流保护、复合电压闭 锁、CT 断线闭 锁及告警、PT 断线告警，其抗 CT 饱和采用 波形识别法。 在现场运行中，该保护装置具有母线运行方式自适应 能力，在倒闸操作过程中，保护无需 退出，能实时的无触 点切换差动回路和出口回路，如有母线故障大差动作后， 不再做故障母 线选择，将母线上所有支路切除。当母联断 路器断开，双母线分裂运行时，保护装置需要投 入一块 “母线分裂运行”压板，此时大差保护退出运行。 2.3 工频变化量比率差动原理 为提高保护抗过渡电阻能力，减少保护性能受故障前 系统负荷的影响，还可采用工频变 化量构成工频变化量比 率差动母线保护，其动作判据同时满足： 740)this.width=740“ border=undefined 南瑞公司的 LFP-975B 母线保护采用了工频变化量比率 差动原理，其母线差动元件保护按大 差动接线，差流元件 分高低定值二段；正常时仅投入高定值段，由于电流互感 器在故障时刻 起始的 1/4 周波内不会饱和，故