南昌大学继电保护第十二章 母线保护

1、 第十二章第十二章 母线保护母线保护第一节第一节 母线故障及保护方式母线故障及保护方式一、母线的故障一、母线的故障当母线绝缘子或断路器套管发生闪络或运行人员误操作（带地当母线绝缘子或断路器套管发生闪络或运行人员误操作（带地线拉闸或带负荷拉隔离开关等）时，都可能引起母线发生单相接地线拉闸或带负荷拉隔离开关等）时，都可能引起母线发生单相接地或多相接地故障。或多相接地故障。母线上连接的电气元件多，母线故障将引起大面积停电，并可母线上连接的电气元件多，母线故障将引起大面积停电，并可能破坏系统的稳定运行，使故障进一步扩大。可见母线故障是电气能破坏系统的稳定运行，使故障进一步扩大。可见母线故障是电气设备最

2、严重的故障之一，利用母线保护消除或缩小故障所造成的后设备最严重的故障之一，利用母线保护消除或缩小故障所造成的后果，是十分必要的。果，是十分必要的。 二、母线的保护方式二、母线的保护方式 1。利用供电元件的保护装置来保护母线。利用供电元件的保护装置来保护母线 不装设专门的母线保护时，可利用供电元件的保护装置就可以把母线故障切除：（）如下图(a)所示的发电厂采用单母线接线，此时母线上的故障（d点）就可以利用发电机的过电流保护使发电机的断路器跳闸予以切除； 如上图(b)所示的降压变压器，其低压侧的母线正常时分开运行，则低压母线上的故障（如d点）就可以由相应变压器的过电流保护使变压器的断路器跳闸予以切

3、除；如右图所示的双侧电源网络（或环形网络），当变电所B母线上d点短路时，则可以由保护和的第段动作予以切除。 结论：当利用供电元件的保护装置切除母线故障时，结论：当利用供电元件的保护装置切除母线故障时，故障切除的时间一般较长。此外，当双母线同时运行或故障切除的时间一般较长。此外，当双母线同时运行或母线为分段单母线时，上述保护不能保证有选择性地切母线为分段单母线时，上述保护不能保证有选择性地切除故障母线，此时必须装设专门的母线保护。除故障母线，此时必须装设专门的母线保护。 2.装设母线的专用保护装设母线的专用保护 利用供电元件的保护装置切除母线故障时，故障切除的时间一利用供电元件的保护装置切除母线

4、故障时，故障切除的时间一般较长。此外，当双母线同时运行或母线为分段单母线时，上述保般较长。此外，当双母线同时运行或母线为分段单母线时，上述保护不能保证有选择性地切除故障母线，此时必须装设专门的母线保护不能保证有选择性地切除故障母线，此时必须装设专门的母线保护。护。 （）（）110KV及以上电压等级电网的发电厂变电所双母线和分段单及以上电压等级电网的发电厂变电所双母线和分段单母线母线。为保证有选择性地切除故障母线，而保证无故障母线仍能继续运行，应装设专用的母线保护。 （）（）110KV及以上电压的单母线，重要发电厂的及以上电压的单母线，重要发电厂的35KV母线以及母线以及高压侧为高压侧为110K

5、V及以上的重要降压变电所的及以上的重要降压变电所的35KV母线，若依靠供母线，若依靠供电元件的保护装置带有时限切除故障，会引起系统振荡、电力系统电元件的保护装置带有时限切除故障，会引起系统振荡、电力系统稳定性遭到破坏等极其严重的后果时，母线应装设能快速切除故障稳定性遭到破坏等极其严重的后果时，母线应装设能快速切除故障的专用的母线保护。的专用的母线保护。 （3）在某些较简单的电网或电压较低电网中，为了保证）在某些较简单的电网或电压较低电网中，为了保证对厂用电及重要用户的供电，也应该采用母线专用保护。对厂用电及重要用户的供电，也应该采用母线专用保护。（4）一般）一般6-10kV的供电线路的断路器是

6、按照电抗器后的供电线路的断路器是按照电抗器后短路选择的，母线应装设专用的保护，以便在电抗器前短路选择的，母线应装设专用的保护，以便在电抗器前短路时，由母线保护装置断开部分或全部供电元件，以短路时，由母线保护装置断开部分或全部供电元件，以减小供电线路的断路器所切断的功率。减小供电线路的断路器所切断的功率。 第二节第二节 母线电流差动保护母线电流差动保护 一、母线完全电流差动保护一、母线完全电流差动保护 构成：将所有母线的引出元件都包括在差动回路中，在所有引出线上装设变比相等、特性相同的电流互感器。原理接线如右图所示： 工作情况：（请自行分析！）正常运行，流入母线的电流等于流出母线的电流。 起动电

7、流的整定（选择其中较大者）：起动电流的整定（选择其中较大者）：（）躲开外部故障时所产生的最大不平衡电流（）躲开外部故障时所产生的最大不平衡电流，当所有电流互感器均按10%误差曲线选择，且差动继电器采用具有速饱和铁心 的继电器时，其起动电流可按下式计算：式中： 实际运行中可能出现的连接元件最少时，在母线上发生故障的最小短路电流值。 TAkrelropKIKI/1 . 0max,max, kI（）按躲过电流互感器二次回路断线整定（）按躲过电流互感器二次回路断线整定 由于母线差动保护电流回路中连接的元件较多，接线复杂，因此，电流互感器二次回路断线的机率比较大，为了防止在正常运行情况下，任一电流互感器

8、二次回路断线时，引起保护装置误动作，起动电流应大于任一连接元件中最大的负荷电流，即 灵敏系数的校验：当保护范围内部故障时，应采用下式校验灵敏系数，其值一般应不低于。 TALrelropKIKI/max,2,)2(min,min.TAropksKIiK5。保护范围：各电流互感器之间的一次电气设备。6。应用：常用作单母线或只有一组母线经常运行的双母线保护。二、不完全电流差动母线保护二、不完全电流差动母线保护1。适用范围：通常用作发电厂或大容量变电站。适用范围：通常用作发电厂或大容量变电站6-10kV母母线保护。线保护。2。原理接线图。原理接线图 三、电流比相式母线保护三、电流比相式母线保护基本原理

9、：基本原理： 根据母线在内部故障和外部故根据母线在内部故障和外部故障时各连接元件电流相位的变化障时各连接元件电流相位的变化实现。实现。 母线故障时，所有和电源连母线故障时，所有和电源连接的元件都向故障点供应短路电接的元件都向故障点供应短路电流，在理想情况下，所有供电元流，在理想情况下，所有供电元件的电流相位相同；件的电流相位相同； 而在正常运行或外部故障时，而在正常运行或外部故障时，至少有一个元件的电流相位和其至少有一个元件的电流相位和其余元件的电流相位相反，即流入余元件的电流相位相反，即流入电流和流出电流的相位相反。因电流和流出电流的相位相反。因此，利用这一原理可以构成比相此，利用这一原理可

10、以构成比相式母线保护。式母线保护。 如下图如下图(a)所示，设母线上只所示，设母线上只有两个连接元件，当母线正常运有两个连接元件，当母线正常运行及外部故障时（如点），按行及外部故障时（如点），按规定的电流正方向看，和大规定的电流正方向看，和大小相等相位相差小相等相位相差180度。而度。而当母线内部故障时（点），当母线内部故障时（点），和都流向母线，在理想情况下和都流向母线，在理想情况下两者相位相同。两者相位相同。1I2I1I2I 原理框图：电流比相式母线保护的方框结构原理图如上图(b)所示，图中的切换装置是在用于双母线时切换保护二次回路之用。 相位比较回路： （）母线不带电时：母线不带电时，小

11、母线上无电压，相位比较、延时、展宽回路无输出。 （）母线处于正常运行或外部故障时：母线处于正常运行或外部故障时，按规定的正方向电流相位相差，中间变流器一次侧及二次侧经检波后的波形如右图所示，此时，比相回路无输出，不起动延时回路，整个回路无输出，不跳闸。相位比较回路的原理接线图如下页图(c)所示：母线内部故障时各连接元件的电流都流向母线，各中间变流器的一次电流基本上同相位，小母线、的波形如下图所示。由于、相位相同，两者叠加后，在小母线和上呈现出相间的断续负电位。在负电位间断期间，比相回路输出一脉冲，起动延时回路。若此脉冲延时时间大于3.3ms（即），则延时回路起动脉冲展宽回路，后者输出一连续脉冲

12、使开关跳闸。在基本原理的分析中，认为内部故障时电流的相位差为，外部故障时为，这只是一个理想的情况。实际上当外部故障时，由于电流互感器及中间变流器ZLH误差等因素的影响，各电流间的相位差可能是，值最大可达左右，这就有可能导致保护装置的不正确动作。这是因为当两个电流存在相位差时，如右图所示，在小母线上的电位波形将出现间断，其间断的角度与相等。当小母线上出现间断的电压时，延时回路就要起动，为了防止此时发生误动作，需要选择延时回路的的时间角所对应的时间，即从时间上躲开外部故障时可能出现的电流相位误差。一般采用，即3.3ms。电流比相式母线保护的特点: （）保护装置的工作原理是基于相位的比较，而与幅值无

13、关。因此，无需考虑不平衡电流的问题，提高了保护的灵敏性； （）当母线连接元件的电流互感器型号不同或变比不一致时，仍然可以使用，放宽了母线保护的使用条件。四、双母线同时运行时，母线保护的实现方法要求：母线保护具有选择故障母线的能力。 第五节第五节 双母线同时运行时的母线差动保护双母线同时运行时的母线差动保护元件固定连接的电流差动保护元件固定连接的电流差动保护双母线同时运行时，元件固定连接的电流差动保护双母线同时运行时，元件固定连接的电流差动保护主要由三组差动保护组成，如下图所示：主要由三组差动保护组成，如下图所示：三组差动保护的构成：第一组：LH1、LH2、LH5和1KD第二组：LH3、LH4、

14、LH6和2KD第三组：LH1、LH2、LH3、LH4、3KD组成 （）正常运行及母线外部（d点）短路时电流分布如下页图(a)所示，流经继电器CJ1、CJ2、CJ3的电流均为不平衡电流，保护装置已从整定值上躲开，不会引起误动作。 （）当第组母线上（d点）短路时电流分布如下页图(b)所示，继电器CJ1、CJ3中流入全部故障电流，CJ2中为不平衡电流，则CJ1、CJ3起动。（）固定连接方式破坏时，动作情况将变化：例：线路由母线切换至母线上工作时，差动保护的二次回路不能相应切换，差动保护不能正确反映母线上实际连接元件的（应等于零），在CJ1和CJ3中出现差电流。该保护的缺点：限制了运行调度的灵活性。母

15、联相位差动保护（）基本原理：保护装置的原理接线如下页图所示，利用比较母联中电流与总差电流的相位作为故障母线的选择元件。例：当母线故障时，流过母联的电流方向是由母线流向母线；当母线故障时，流过母联的电流方向是由母线流向母线。在这两种故障情况下，母联电流相位变化了，而总差电流即母线故障的总电流相位是不变的。因此，利用这两个电流的相位比较，就可以选择出故障母线。（）构成：保护装置的主要部分由总差动电流回路、相位比较回路和相应的继电器组成。（）电流相位比较式继电器（即选择元件）：组成：中间变流器ZLH整流滤波回路B1、C1和B2、C2极化继电器JJ1、JJ2分析电流相位比较式继电器的作 断路器失灵保护作用：当故障线保护动作发出跳闸脉冲后，断路器拒绝动作时，能以较短时限切除同一发电厂或变电所内其它有关的断路器，使停电范围限制在最小的一种后备保护。 起动条件：（）故障线（或设备）的保护装置出口继电器（ZJ、ZJ）动作后不返回；（）被保护范围内的存在故障。注意：动作时限应大于（）正常切除故障的时间（目的：不影响正常切除故障，仅在DL拒动时才起动）。 实现断路器失灵保护的原理图如下图所示： 。B 第六节第六节 断路器失灵保护断路器失灵保护 断路器失灵保护又称后备接线，是指当系统发生