母线的继电保护_secret.doc

一、母线保护的必要性 母线发生故障的几率较线路低，但故障的影响面很大。这是因为母线上通常连有较多的电气元件，母线故障将使这些元件停电，从而造成大面积停电事故，并可能破坏系统的稳定运行，使故障进一步扩大，母线保护清除和缩小故障造成的后果，是十分必要的。 二、引起母线短路故障的主要原因 断路器套管及母线绝缘子的闪络；母线电压互感器的故障；运行人员的误操作，如带负荷拉隔离开关、带接地线合断路器等。 三、母线保护分类 利用供电元件的保护来保护母线或装设母线保护专用装置。 1.1 利用供电元件的保护来切除母线故障 1、原理示意图 2、基本原理 B处的母线故障，可由1QF处的或段切除，2QF和3QF处的发电机、变压器的过流保护切除。 利用供电元件的保护可以切除母线故障,这种保护方式的优点是简单经济；缺点是故障切除时间太长，一般在（0.51.1）s以上；当双母线发生故障时，无选择性。 1.2 专用母线保护 1、母线差动保护的基本特点 （1）幅值上看 正常运行和区外故障时: 、母线故障时: 动作 （2）相位上看 正常运行和区外故障时:流入、流出母线电流相位相反； 母线故障时: 所有电流相位基本一致。 2、母线差动保护分类 （1）母线完全差动 （2）固定连接的双母线差动保护 （3）电流比相式差动保护 （4）母联相位差动保护 （5）比率制动式母线差动保护 3、装设专用的母线保护的条件（1）在双母线同时运行或具有分断断路器的双母线或分断单母线，由于供电可靠性要求较高，要求快速而又有选择性地切除故障母线时，应考虑装设专用母线保护。（2）由于电力系统稳定的要求，当母线上发生故障必需快速切除时，应考虑装设专用母线保护。（3）当母线发生故障，主要电站厂用电母线上的残余电压低于额定电压的5060时，为保证厂用电及其它重要用户的供电质量时，应考虑装设专用母线保护。 4、对母线保护的基本要求 应能快速、灵敏而有选择地将故障部分切除。对于中性点直接接地电网的母线保护，应采用三相式接线，以便反应相间短路和单相接地短路；对于中性点非直接接地电网的母线保护，可采用两相式接线，因为此时不需要反应单相接地故障。 2.1 母线完全差动保护作用原理 1、母线完全差动保护原理图 特点：母线的所有连接元件上装设具有相同变比和相同特性的专用TA 2、母线完全差动保护工作原理 正常运行或外部故障时 由于电流互感器的特性不完全一致，因此，在正常运行或外部故障时流入差动继电器的电流为不平衡电流，即 只考虑故障线路电流互感器有饱和现象，忽略其他非故障线路的电流互感器饱和现象可以忽略不计，流过差动继电器的不平衡电流为： 不平衡电流的特点：故障线路电流互感器的励磁电流，其相位滞后于该线路二次电流的相位小于或接近于90，波形完全偏向时间轴的一侧，含有大量的非周期分量。 要求：若保证母线差动保护的选择性，差动继电器的动作电流必须大于最大不平衡电流 母线故障时 流入继电器的电流等于故障点的总短路电流 。该电流数值很大，足以使差动继电器动作，从而跳开所有的断路器。 2.2 母线完全差动保护整定计算 1、躲外部短路可能产生的最大不平衡电流 2、电流互感器二次回路断线时不误动取两者中较大者为定值。 3、灵敏系数计算 2.3 减小不平衡电流的方法 减小外部短路时不平衡电流对母线差动保护的影响的方法：（1）采用速饱和变流器（2）在差动回路中串联接入强制电阻（3）采用带制动特性的差动保护 应用:35KV及以上单母线或双母线经常只有一组母线运行的情况，母线故障时，所有联于母线上的设备都要跳闸。 一、双母线对母线差动保护的要求 1、母线故障时，母线保护应能够准确的判断出故障是发生在双母线上。 2、母线故障时，母线保护应能够准确判断出故障是发生在双母线的哪一段母线，使母线保护能够有选择性地切除故障母线，保留非故障母线继续运行。 二、具体措施 双母线的差动保护装置由一套大差动保护元件和两套小差动保护元件组成 1、双母线母线保护原理示意图 2、各元件的作用（1）大差动保护元件：作为启动元件；（2）小差动保护元件：作为选择元件。 3.1 比率制动式电流差动保护原理 1、微机母线保护的工作原理 采用比率制动式电流差动保护原理。 （1）比率制动式电流差动保护的动作原理 设有大差启动元件、小差选择元件和电压闭锁元件。大差启动元件和小差选择元件中有反映任意一相电流突变或电压突变的启动量，它和差动动作判据一起在每个采样中断中实时进行判断，以确保内部故障时电流保护正确动作，在同时满足电压闭锁开放条件时跳开故障母线上所有断路器 （2）比率制动式电流差动保护的出口逻辑 2、比率制动特性 指继电器的动作电流随外部短路电流的增大而自动增大，而且动作电流的增大比不平衡电流的增大还要快。 3、比率制动式电流保护原理的基本原理 母线在正常工作或其保护范围外部故障时所有流入及流出母线的电流之和为零（差动电流为零），在内部故障情况下所有流入及流出母线的电流之和不再为零（差动电流不为零）。基于这种前提，差动保护可以正确地区分母线内部和外部故障。 具有比率制动特性的母线差动保护引入了两个主要量，其中反映差流的动作量为Id和反映外部短路时穿越电流的制动量为Ibrk。制动电流和动作量的计算式分别为 比率制动式电流差动保护的基本判据为 （1）其动作特性曲线如图10-6所示。 （2）动作情况分析: 外部故障短路电流很大时，不平衡电流较大，容易满足，但不平衡差动电流占制动电流的比率很小，因而式不会满足，动作条件由上述两判据、“与”门输出，所以当外部短路故障电流较大时，由于式使得保护不会误动。 而内部故障式易于满足，只要同时满足式提供的差动电流动作门槛，保护就能正确动作，这样提高了差动保护的可靠性。 3.2 母线运行方式字的识别原理 1、双母线运行的另一个特点是操作灵活、多变，允许出线灵活地运行于任意一段母线 2、保护的配置的困难 要求母线保护能够识别现场的运行工况，知道哪些线路运行在母？哪些线路运行在母？ 3、母线运行方式识别原理通过隔离开关辅助触点的方法跟踪现场的运行工况 L为连接在双母线上的一条支路，1QS、2QS为L的隔离开关，将1QS、2QS辅助触点的状态送到母线保护的开关量输入端子，若用高电平“1”表示开关合上，低电平“0”表示开关断开，则保护可将L的运行状态表述如 上表。微机母线保护通过其开关量输入读取各支路状态，形成母运行方式字和母运行方式字，实时跟踪母线运行方式。 3.3 电流互感器变比的自动调整 1、母线差动保护的变比问题： 在母线完全电流差动保护中，在母线的所有引出线上都要装设变比相同的电流互感器。如果引出线很多，而且每条引出线上的功率往往不等，在这样的母线上实现完全电流差动保护，就必须在每一连接元件上装设相同变比的电流互感器，其变比应按最大功率元件选取，这样显得很不经济。 如果要使电流互感器的选择比较经济，最好的办法是：母线上所有引出线的电流互感器的变比根据各自所连接的负荷的功率不同，选择不同变比的电流互感器。但是这样选择之后，又带来一个新的问题：各电流互感器的二次电流无法满足基尔霍夫电流定律，即正常时各电流互感器的二次电流之和不等于零。 2、在微机母线保护解决措施： 通过电流互感器变比折算的方式来解决上述问题。 3、电流互感器变比折算方法： 假设支路1的TA变比为TA1，支路2的TA变比为TA2，支路n的TA变比为TAn等等，则：（1）计算出所有支路电流互感器的最大变比 （2）计算出各条支路电流互感器二次电流的折算系数 （3）将各支路电流互感器的二次电流乘以折算系数，得到折算后的二次电流，折算后的二次电流就相当于各条支路均是以为变比的电流互感器的二次电流。从而，使得电流互感器的变比在微机母线保护内部折算为相同变比。 3.4 双母线运行时，差动电流和制动电流的处理方法 1、双母线系统接线图 2、制动电流和差动电流的计算方法（1）所有支路的母隔离刀闸和母隔离刀闸均作为确定母线运行方式字的输入量，大差启动元件的差动电流和制动电流均不计母联回路电流，而母和母的小差选择元件的差动电流和制动电流均应根据母联回路的隔离开关辅助触点状态、母联断路器跳位和母联回路电流互感器的极性计及母联回路电流，具体表述如下： 计算大差启动元件的差动电流和制动电流时Kml=0，K1=KN-1=1； 计算母小差选择元件的差动电流和制动电流时K1、KN-1根据对应支路运行情况确定，若运行于母取1，不运行于母取0。当母联的母隔离刀闸辅助触点合上且母联断路器跳位不存在时，若母联电流互感器极性与母一致则Kml=1，若母联电流互感器极性与母一致则Kml=1；否则当母联的母隔离刀闸辅助触点 断开或母联断路器跳位存在时，Kml=0。 而计算母小差选择元件的差动电流和制动电流时K1、KN-1根据对应支路运行情况确定，若运行于母取1，不运行于母取0。当母联的母隔离刀闸辅助触点合上且母联断路器跳位不存在时，若母联电流互感器极性与母一致则Kml=1，若母联电流互感器极性与母一致则Kml=1；否则当母联的母隔离刀闸辅助触点 断开或母联断路器跳位存在时，Kml=0。 3.5 电流互感器饱和判别 1、电流互感器严重饱和对母线差动保护的影响 母线保护在母线近端发生区外故障，由于电流互感器严重饱和形成的差动电流而引起的母线保护误动作 2、解决措施 根据电流互感器饱和发生后二次电流波形的特点，微机母线保护装置设置了电流互感器饱和检测元件，用于区分区外故障时电流互感器的饱和与母线区内的故障。 3、电流互感器饱和判别原理 区外故障时，电流互感器饱和后虽然会产生差动电流。但是即使最严重的电流互感器饱和，在电流的过零点和故障初始阶段，仍然存在线性传变区。在该线性传变区内差动电流为零，过了该区就会产生差动电流。电流互感器饱和检测元件就是利用该特点，通过实时处理线性传变区内的各种变量关系，包括电压突变量、差动电流、制动电流突变量、差动电流变化率、制动电流变化率等等，形成几个并行的电流互感器饱和判据。根据不同饱和判据的特点，赋予不同的同步因子。通过同步因子和时间变量的关系来准确地判断电流互感器饱和发生的时刻，加上差动电流谐波量的谐波分析，使得电流互感器饱和检测元件具有极强的抗电流互感器饱和能力，能够鉴别2ms电流互感器的饱和。 一、采用断路器失灵保护的原因 电力系统正常运行时，有时会出现某个元件发生故障，该元件的继电保护动作发出跳闸脉冲之后，断路器却拒绝动作（即断路器失灵）的情况。这种情况可能导致扩大事故范围、烧毁设备，甚至使系统的稳定运行遭受破坏。虽然，用相邻元件保护作远后备是最简单、合理的后备方式，既可作保护拒动时的后备，又可作断路器拒动时的后备。但是，这种后备方式在高压电网中由于各电源支路的助增电流和汲出电流的作用，使后备保护的灵敏度得不到满足，动作时间也较长。因此，对于比较重要的高压电力系统，应装设断路器失灵保护。 二、断路器失灵保护 又称为后备接线，是一种后备保护。在同一发电厂或变电所内，当断路器拒绝动作时，它能够以较短时限，切除与拒动断路器连接在同一母线上的所有有电源支路得断路器，使停电范围限制到最小得程度。 三、断路器失灵保护示意图 四、装设断路器失灵保护的条件 （1）线路保护采用近后备方式且断路器确有可能发生拒动时；对于220500kV分相操作得断路器，可只考虑断路器单相拒绝动作得情况。 （2）线路保护采用远后备方式且断路器确有可能发生拒动时。如果由其它线路或变压器得后备保护切除故障，将扩大停电范围并引起严重后果时。 （3）如断路器和电流互感器之间距离较长，在其间发生故障不能由该回路主保护切除，而由其它线路和变压器后备保护切除又将扩大停电范围并引起严重后果时。 五、断路器失灵保护原理方框图 六、动作原理 当d处发生故障的时候，5QF的保护装置动作后，若5QF拒动，而且低电压元件U动作，则“与”门开放，经延时t跳开2QF、3QF。 七、各元件作用 （1）起动元件：由该组母线上所有引出线（2QF、3QF、5QF）的保护装置出口继电器构成。其作用是在发生断路器失