地区局保护轮训班母差原理.ppt

2019/8/8,母线保护,母线接线方式比较,单母线和单母分段母线：接线简单，占地小，投资少。单母线在母线检修或发生短路时将使全厂或全所停电。单母分段母线在母线检修或发生短路时将使大约一半的连接元件停电。 双母线：操作和运行比较灵活可靠，国内110220kV母线大多采用这种接线方式。当一组母线发生故障时，另一组母线仍可正常运行。 3/2断路器母线：可靠性高，一次回路操作灵活，任一组母线发生短路故障时不影响变电所的安全运行。但该母线方式需一次设备多，造价高，继电保护和二次回路的接线复杂，主要应用于330500kV母线。 双母双分段母线：任一段母线故障时，可将停电范围限制到全部连接元件数的四分之一。但该母线方式需一次设备多，造价较高，主要应用于超高压或220kV出线较多的变电所。,母线故障大部分是由于绝缘子对地放电引起，母线故障开始阶段很多表现为单相接地故障，而随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路。 绝缘子污秽老化、电流互感器损坏或爆炸、运行人员误操作是造成母线故障主要原因。 拖长切除母线故障时间将给电力系统和设备安全运行带来严重后果：,概述：母线保护的重要性,拖长切除母线故障时间将给电力系统和设备安全运行带来严重后果： 由于需要由线路对侧和变压器后备保护来切除母线短路故障，扩大事故范围。 在长时间短路电流的热和力作用下，电气设备遭受破坏。 故障使功率输送不平衡，将使故障母线两侧的发电机组失去同步，系统电压大幅波动，将大量甩负荷，而发电机组重新启动与电网并列花费很长时间，破坏电力系统稳定运行。 发电厂厂用电母线电压大幅度下降，使电动机的转矩大大减少，厂内热力系统的正常工作受到破坏，导致发电厂不能正常运行。,母线保护的配置原则：,1、对220500kV母线，应装设能快速有选择地切除故障的母线保护。 对3/2接线，每组母线宜装设两套母线保护。 对220KV双母线 ，一般还是一套母差，重要母线可考虑两套。 2、对变电所的35110kV电压的母线，在下列情况下应装设专用的母线保护。 110kV双母线 110kV单母线，重要发电厂或110kV以上重要变电所的35母线，需快速切除母线上的故障时。 35kV电网中，主要变电所的35kV双母线或分段母线需快速切除一段或一组母线上的故障时。,母差保护基本原理 区内故障： I=Id 区外故障： I=0 母线完全电流差动保护：将母线上所有的连接元件的流互按同名相、同极性连接到差动回路，流互的特性与变比均应相同，若变比不同，可采用补偿变流器进行补偿。 整定：1）躲外故的最大不平衡电流 2）躲支路的最大负荷电流,母差保护基本原理,母线差动保护的特点：,1、当故障线路电流互感器完全饱和时，差动保护的不平衡电流几乎与短路电流相等，此时，母差保护不能误动。,母线差动保护暂态不平衡电流的波形：,波形中含有较大的直流分量，且最大值滞后于短路的最初时刻，故短路开始流互能正确传变，保护正确动作，饱和后二次电流下降至0。且饱和具有周期性。,2、双母线保护要在任何情况下都能有选择性的切除故障母线。（倒母、分裂运行等） 3、有时要考虑母线内部故障时有电流汲出的情况。,4、用电压闭锁来防止母线保护由于流互断线等引起的误动。,500kV母差保护（一个半开关接线），为什么不必考虑常规的电压闭锁？ 1、 若考虑常规的电压闭锁，使之能反应各种不同类型的故障，需要负序电压和零序电压，而要构成负序和零序电压，需要三相式PT，500kV母线都是单相式的PT，构不成负序和零序； 2、 当一组母线的PT检修，需要切换至另一组母线运行，而一个半开关接线中，没有现成的电压切换回路，否则增加回路的复杂性； 3、母差保护误动不会带来严重的后果。,典型母线保护方式,一、固定连接式的双母线完全电流差动保护 双母线同时运行方式，按照一定的要求，将引出线和有电源的支路固定连接于两条母线上，这种母线称为固定连接母线。以此连接方式构成的母差保护称为固定连接式。 二、母联电流相位比较式母线差动保护 比较母联电流与差动电流的相位来作为方向元件，差动元件作为启动元件而构成的母差保护。,固定连接式的母差保护,1、在固定连接方式下：,发生外部短路时，保护有选择的正确动作。,发生内部故障时，保护也正确动作,2、在破坏固定连接方式下,外部故障时仍能保证选择性正确动作。,内部故障时，将不能保证足够的选择性（主要缺点）,故此时往往利用隔离开关辅接点将KA1、KA2触点短接，使之变成无选择性动作，相当于是单母线完全差动保护。,区内故障：差电流较大，保护动作可靠 区外故障：故障相线路CT易饱和（线路出口处）， 产生Ibp ，引起继电器误动。 措施：增加定值、用Wph校平衡、 采用高阻抗继电器等等。 缺点：牺牲灵敏性、动作时间为代价， 在220500KV系统中不能适应需要。,母差保护在运行时存在问题：,特点： 1、能适应各种运行方式，CT能自动切换 2、动作速度快，测量故障1 3ms，跳闸出口8 13ms 3、区外故障时，CT饱和不会误动作（选型适当） 4、线路CT不同型也能匹配。,中阻抗母差保护（RADSS）,1、差回路原理,T1、T2：辅助变流器，其作用为变流、调平衡、电气隔离 TM：差回路升流器 KD：差动元件，具有比率制动特性，其动作条件为： 动作电压Ud制动电压Us+动作门槛 KS：启动元件，无制动特性，其动作条件为： 差电流IdKS的动作值 GLJ：断线监视电流元件，其作用为监视差回路不平衡电流。,当差电流Ic达到总电流IT的S倍以上时，差动元件KD动作.,A-稳定边界线 B-动作临界线 M-制动区 N-无意义区 阴影部分-动作区,1）正常运行或外部故障（CT未发生饱和）时 流经装置的总电流：IT=IL=I1=I2 流经差回路的电流：Ic=0KS的动作值，显然SR动作。 3）内部故障（CT发生饱和）时 差动元件KD及启动元件KS抢先于CT饱和前启动（约12 ms） ，可靠跳闸。,4）外部故障（CT发生严重饱和） 此时，饱和CT的二次输出电流为零,从图中可得： 要确保此时保护不误动，必须满足下式： 故在装置内部通过选择合适的元件阻值，就可保证满足上述条件，KD可靠不动作。,2、差动出口中间启动回路,4、CT断线闭锁回路及直流监视,3、自保持回路及出口自复归回路,线路失灵保护：线路保护出口，故障仍存在 母联失灵、死区保护（母联DL和CT间短路）,5、失灵回路,为防止因失灵保护被误启动或出口继电器被误碰，而导致断路器误跳闸，每段母线各装设有一套电压闭锁元件。,6、电压闭锁回路,7、切换及互联回路,为保证在倒闸操作时，保护与一次并母状态相对应，设置了互联回路。,在互联状态下，共用的是母的测量回路，同时实现并母跳闸方式。,9、充电回路,33,8、出口跳闸回路,REB103母差保护的原理,a、差动回路变流器Tmd ； b、SR起动继电器（作为启动元件或用闭锁元件）； c、DR动作继电器（动作电压UDZ制动电压US时，DR带电）；SR与DR的接点串接至出口，只有SR、DR均有电时，保护才能出口动作，这样可避免任一个继电器误动引起跳闸； d、AR断线继电器（经5s延时闭锁保护出口，并发告警信号）； e、制动电阻RS1+ RS2(建立制动电压)； f、动作电阻RDZ建立动作电压。中间变流器Tmo与可变电阻及稳压二极管构成限压保护回路。,1、母线正常运行或外部故障CT未饱和时，流入母线的电流等于流出母线的电流，USUDZ，则流过DR和SR的电流均为0，故不动作。 2、外部故障CT饱和（设A3线路故障，CT3深度饱和），由于E3IA3，此时虽然SR有电流流过，但由于Tmd变流器变比的缘故，仍能保持USUDZ，则DR不带电，保护不动。,3、内部故障，全部电流流经Tmd变流器的一次侧，在二次侧产生IDZ=NAId1的电流，确保UDZUS，则SR和DR均有电流流过，保护可靠动作。 由于本保护的整组动作为510ms，加之DR和SR均为高速干簧继电器动作时间为1-3 ms，故在母线内部故障时能抢在流变饱和之前动作。,母线保护方式：微机式电流完全差动保护,微机式电流完全差动保护保护方式主要优点 能适应各种主接线，保护原理上不存在缺陷。 二次回路接线简单，省去许多中间重动继电器和中间电流互感器。 装置调试方便。 装置硬件自检完善，便于维护和及早发现隐患问题。 具有详细的事件记录和录波记录，便于分析异常行为和故障行为。 具有灵活的通讯方式，便于实现无人值守和远方监测、控制。 只要程序代码一样，便能保证两套装置的逻辑行为完全一样。,BP-2B微机母线保护装置,BP-2B微机母线保护装置，适用于500kV及以下电压等级，包括单母线、单母分段、双母线、双母分段以及3/2接线在内的各种主接线方式，最大主接线规模为36个间隔 。 实现母线差动保护、母联充电保护、母联过流保护、母联失灵（或死区）保护、母联非全相以及断路器失灵保护出口等功能。,GO TOP,39,母线差动保护,母线保护差动元件由分相复式比率差动判据和分相突变量复式比率差动判据构成。 复式比率差动判据由于在制动量的计算中引入了差电流，使其在母线区外故障时有很强的制动特性，在母线区内故障时无制动，因此能更明确的区分区外故障和区内故障。,GO TOP,40,“和电流”与“差电流”,和电流 差电流,GO TOP,41,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：,GO TOP,42,差动元件,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 。,GO TOP,43,电流折算：所有保护使用的电流都必须往基准变比折算 基准变比：当按定值单整定变比，备用间隔整定最小后，基准变比为整定的最大变比 复式比率计算：,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%),GO TOP,45,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,GO TOP,46,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。,GO TOP,47,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：,GO TOP,48,由于电流故障分量的暂态特性，故障分量复式比率差动判据仅在和电流突变起动后的第一个周波投入,电压闭锁元件,式中Uab、Ubc、Uca为母线线电压，3U0为母线三倍零序电压，U2为母线负序电压，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。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。,GO TOP,49,TA(电流互感器)饱和检测元件,为防止母线差动保护在母线近端发生区外故障时，由于TA严重饱和出现差电流的情况下误动作，本装置根据TA饱和发生的机理、以及TA饱和后二次电流波形的特点设置了TA饱和检测元件，用来判别差电流的产生是否由区外故障TA饱和引起。 该饱和检测元件可以称之为自适应全波暂态监视器。该监视器判别区内故障情况下截然不同于区外故障发生TA饱和情况下Id元件与Ir元件的动作时序，以及利用了TA饱和时差电流波形畸变和每周波都存在线形传变区等特点，可以准确检测出饱和发生的时刻，具有极强的抗TA饱和能力。,GO TOP,50,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。,GO TOP,51,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,GO TOP,52,故障分量复式比率差动,复式比率差动,起动元件,仅在和电流突变起动后的第一个周波投入,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。,GO TOP,53,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； 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。,GO TOP,54,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）； 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,55,注意事项,由于母联开关状态的正确读入对本保护的重要性，所以我们建议将DL的常开接点（或HWJ）和常闭接点（TWJ）同时引入装置，以便相互校验。对分相断路器，要求将三相常开接点并联，将三相常闭接点串联。 母联（分段）电流回路正常后，需手动复归恢复正常运行，退出互联状态。 “保护异常”之后需要复位保护元件或重新断开合上保护电源之后才可以复归。,GO TOP,57,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； 母联非全相保护,GO TOP,58,断路器失灵保护出口,1、与失灵起动装置配合,GO TOP,59,2、自带电流检测元件方式,GO TOP,60,母联(分段)失灵、死区保护,GO TOP,61,母联死区延时,母联折算后电流母联失灵电流定值，且大于延时,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,GO TOP,62,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。,GO TOP,63,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。,GO TOP,64,注意做差动实验时要小于此时间,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。,GO TOP,65,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。,GO TOP,66,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，需要满足线路末端故障时的灵敏度。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，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,GO TOP,67,防止电力生产重大事故的二十五项重点要求继电保护实施细则 （2002年2月） 5.4 为解决变压器断路器失灵保护因保护灵敏度不足而不能投运的问题，对变压器和发电机变压器组的断路器失灵保护可采取以下措施： 1) 采用“零序或负序电流”动作，配合“保护动作”和“断路器合闸位置”三个条件组成的与逻辑，经第一时限去解除断路器失灵保护的复合电压闭锁回路。 2) 同时再采用“相电流”、“零序或负序电流”动作，配合“断路器合闸位置”两个条件组成的与逻辑经第二时限去启动断路器失灵保护并发出“启动断路器失灵保护”中央信号。 3) 采用主变保护中由主变各侧“复合电压闭锁元件”（或逻辑）动作解除断路器失灵保护的复合电压闭锁元件，当采用微机变压器保护时，应具备主变“各侧复合电压闭锁动作”信号输出的空接点。,主变失灵解除电压闭锁,GO TOP,68,主变失灵解除电压闭锁,GO TOP,69,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。,GO TOP,70,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。,GO TOP,71,母联非全相保护,GO TOP,72,硬件概述,BP-2B母线保护由保护元件、闭锁元件和管理元件三大系统构成。保护元件主要完成各间隔模拟量、开关量的采集，各保护功能的逻辑判别并出口至TJ；闭锁元件主要完成各电压量的采集，各段母线的闭锁逻辑并出口至BJ；管理元件的工作是实现人机交互、记录管理和后台通讯。各系统独立工作，相互配合。保护元件和闭锁元件的主机模件、光耦模件完全相同，可互换使用。由于是按母线间隔进行插件设计，因此维护扩展极为方便。其强弱电分离的走线连接和独立的电源分配，再加上滤波、屏蔽等环节，使各模件工作于稳定的环境中，充分保证了装置的电磁兼容性能。,GO TOP,73,机箱正面图,GO TOP,74,机箱背面图-1,GO TOP,75,机箱背面图-2,GO TOP,76,机箱背