一母线保护的作用.doc

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，在电网中广泛应用过的母联电流比相式差动保护、电流相位比较式差动保护、比率制动式差动保护，经各发、供电单位多年电网运行经验总结，普遍认为就适应母线运行方式、故障类型、过渡电阻等方面而言，无疑是按分相电流差动原理构成的比率制动式母差保护效果最佳。 但是随着电网微机保护技术的普及和微机型母差保护的不断完善，以中阻抗比率差动保护为代表的传统型母差保护的局限性逐渐体现出来。从电流回路、出口选择的抗饱和能力等多方面，传统型的母差保护与微机母差保护相比已不可同日而语。尤其是随着变电站自动化程度的提高，各种设备的信息需上传到监控系统中进行远方监控，使传统型的母差保护无法满足现代变电站运行维护的需要。 下面通过对微机母差保护在500 kV及以下系统应用的了解，依据多年现场安装、调试各类保护设备的经验，对微机母差保护与以中阻抗比率差动保护为代表的传统型母差保护的原理和二次回路进行对比分析。 1微机母差保护与比率制动母差保护的比较 1.1微机母差保护特点 a. 数字采样，并用数学模型分析构成自适应阻抗加权抗TA饱和判据。 b. 允许TA变比不同，具备调整系数可以整定，可适应以后扩建时的任何变比情况。 c. 适应不同的母线运行方式。 d. TA回路和跳闸出口回路无触点切换，增加动作的可靠性，避免因触点接触不可靠带来的一系列问题。 e. 同一装置内用软件逻辑可实现母差保护、充电保护、死区保护、失灵保护等，结构紧凑，回路简单。 f. 可进行不同的配置，满足主接线形式不同的需要。 g. 人机对话友善，后台接口通讯方式灵活，与监控系统通信具备完善的装置状态报文。 h. 支持电力行业标准IEC 608705103规约，兼容COMTRADE输出的故障录波数据格式。 1.2基本原理的比较 传统比率制动式母差保护的原理是采用被保护母线各支路(含母联)电流的矢量和作为动作量，以各分路电流的绝对值之和附以小于1的制动系数作为制动量。在区外故障时可靠不动，区内故障时则具有相当的灵敏度。算法简单但自适应能力差，二次负载大，易受回路的复杂程度的影响。 但微机型母线差动保护由能够反映单相故障和相间故障的分相式比率差动元件构成。双母线接线差动回路包括母线大差回路和各段母线小差回路。大差是除母联开关和分段开关外所有支路电流所构成的差回路，某段母线的小差指该段所连接的包括母联和分段断路器的所有支路电流构成的差动回路。大差用于判别母线区内和区外故障，小差用于故障母线的选择。 这两种原理在使用中最大的不同是微机母差引入大差的概念作为故障判据，反映出系统中母线节点和电流状态，用以判断是否真正发生母线故障，较传统比率制动式母差保护更可靠，可以最大限度地减少刀闸辅助接点位置不对应而造成的母差保护误动作。 1.3对刀闸切换使用和监测的比较 传统比率制动式母差保护用开关现场的刀闸辅助接点，控制切换继电器的动作与返回，电流回路和出口跳闸回路都依赖于刀闸辅助接点和切换继电器接点的可靠性，刀闸辅助接点和切换继电器的位置监测是保护屏上的位置指示灯，至于继电器接点好坏，在元件轻载的情况下无法知道。 微机保护装置引入刀闸辅助触点只是用于判别母线上各元件的连接位置，母线上各元件的电流回路和出口跳闸回路都是通过电流变换器输入到装置中变成数字量，各回路的电流切换用软件来实现，避免了因接点不可靠引起电流回路开路的可能。 另外，微机母差保护装置可以实时监视和自检刀闸辅助触点，如各支路元件TA中有电流而无刀闸位置；两母线刀闸并列；刀闸位置错位造成大差的差电流小于TA断线定值但小差的差电流大于TA断线定值时，均可以延时发出报警信号。微机母差保护装置是通过电流校验实现实时监视和自检刀闸辅助触点，并自动纠正刀闸辅助触点的错误的。运行人员如果发现刀闸辅助触点不可靠而影响母差保护运行时，可以通过保护屏上附加的刀闸模拟盘，用手动强制开关指定刀闸的现场状态。 1.4对TA抗饱和能力的对比 母线保护经常承受穿越性故障的考验，而且在严重故障情况下必定造成部分TA饱和，因此抗饱和能力对母线保护是一个重要的参数。 1.4.1传统型母差保护 a. 对于外部故障，完全饱和TA的二次回路可以只用它的全部直流回路的电阻等值表示，即忽略电抗。某一支路TA饱和后，大部分不平衡电流被饱和TA的二次阻抗所旁路，差动继电器可靠不动作。 b. 对于内部故障，TA至少过14周波才会出现饱和，差动继电器可快速动作并保持。 1.4.2微机型母差保护 微机母差保护抛开了TA电抗的变化判据，使用数学模型判据来检测TA的饱和，效果更可靠。并且在TA饱和时自动降低制动的门槛值，保证差动元件的正确动作。TA饱和的检测元件有两个： a. 采用新型的自适应阻抗加权抗饱和方法，即利用电压工频变化量差动元件和工频变化量阻抗元件（前者）与工频变化量电压元件（后者）相对动作时序进行比较，区内故障时，同时动作，区外故障时，前者滞后于后者。根据此动作的特点，组成了自适应的阻抗加权判据。由于此判据充分利用了区外故障发生TA饱和时差流不同于区内故障时差流的特点，具有极强的抗TA饱和能力，而且区内故障和一般转换型故障(故障由母线区外转至区内)时的动作速度很快。 b. 用谐波制动原理检测TA饱和。这种原理利用了TA饱和时差流波形畸变和每周波存在线性传变区等特点，根据差流中谐波分量的波形特征检测TA饱和。该元件抗饱和能力很强，而且在区外故障TA饱和后发生同名相转换性故障的极端情况下仍能快速切除故障母线。 从原理上分析，微机型母差保护的先进性是显而易见的。传统型的母差判据受元件质量影响很大，在元件老化的情况下，存在误动的可能。微机母差的软件算法判据具备完善的装置自检功能，大大降低了装置误动的可能。 1.5TA二次负担方面的比较 比率制动母差保护和微机母差保护都是将TA二次直接用电缆引到控制室母差保护屏端子排上，二者在电缆的使用上没有差别，但因为两者的电缆末端所带设备不同，微机母差是电流变换器，电流变换器二次带的小电阻，经压频转换变成数字信号；而传统中阻抗的比率制动式母差保护，变流器二次接的是165301 的电阻，因此这两种母差保护二次所带的负载有很大的不同，对于微机母差保护而言，一次TA的母差保护线圈所带负担很小，这极大地改善了TA的工况。 2差动元件动作特性分析与对比 2.1比率差动元件工作原理的对比 常规比率差动元件与微机母差保护工作原理上没有本质的不同，只是两者的制动电流不同。前者由本母线上各元件(含母联)的电流绝对值的和作为制动量，后者将母线上除母联、分段电流以外的各元件电流绝对值的和作为制动量，差动元件动作量都是本母线上各元件电流矢量和绝对值。 常规比率差动元件的动作判据为： 式中Id母线上各支路二次电流的矢量； Idset差电流定值； K、Kr比率制动系数。 比较上述两判据，当K=Kr(1Kr)，亦即Kr=K(1K) 时，常规比率差动和微机母差的复式比率差动特性是一致的。 2.2区内故障的灵敏性 考虑区内故障，假设总故障电流为1，流出母线电流的百分比为Ext，即流入母线的电流为1Ext。则Id=1,Ir=12Ext,分别带入式（1）和式（3）中。对于常规比率差动元件，由IdKIr得：1K（12Ext），故： 综上所述，母线发生区内故障时，即使有故障电流流出母线，汲出电流满足式（4）和式（5）的条件，常规比率差动元件和微机母差的复式比率差动元件仍能可靠动作。 2.3区外故障的稳定性 假设穿越故障电流为I，故障支路的TA误差达到，则Id=，Ir=2。 对于常规比率差动元件： 由IdKIr，得0.98)。/ Qi, D2 t 4 m& e过电压元件电压取自母线PT。为避免在母线单相接地时过电压保护误动，电压采用线电压，由软件计算得出。; 8 C J( Q6 K4 D 4 Q/ O 由于电压取自母线PT，为防止电容器未投入运行时，母线电压过高误切电容器，过电压元件中加有断路器合位判据。 8 J( I9 y, q. w. 1.3.低电压保护原理及功能: D6 |; r7 # n& L! M4 c 从电容器本身特点看，运行中的电容器如果突然失去电压，对电容器本身并无损害。但可能产生以下后果：当变电站电源侧断开、事故跳闸或电压急剧下降时，如果电容器还接于母线上，则当电源重合闸或备用电源自投后，母线电压很快恢复，在电容器的残压还未降到0.1倍的额定电压的情况下，就有可能使电容器承受高于1.1倍的额定电压而损坏。当变电站断电恢复时，若变压器带电容器合闸，可能产生谐振过电压，使电容器损坏。变电站断电恢复的初期，若变压器还未带上负荷或负荷较少，母线电压较高，也可能引起电容器过电压。故加设低电压保护，且其动作时限应小于上级电源进线重合闸或BZT的动作时限（变压器保护或其它保护跳开母线进线断路器时，应同时联跳电容器，但若加设低电压保护，且其动作时限整定适当，可不联跳电容器）。 b3 M. f# W; ku$ E+ Y/ d 低电压保护电压取自母线PT，为防止电容器未投入运行时，母线电压过低误切电容器，低电压元件中加有断路器合位判据。为避免在PT断线时低电压保护误动，电压采用线电压，由软件计算得出；且可通过控制字选择是否经有流闭锁。4 H8 K+ W H7 D8 w% G6 j: j$ k9 e1.4.过负荷保护0 F) 9 - _- % i# a# w/ ) ?8 _; N 电容器组的过负荷是由系统过电压及高次谐波引起，按照国标规定，电容器应能在有效值为1.3倍额定电流下长期运行，对于电容量具有最大偏差的电容器，过电流值允许达到1.43倍额定电流。7 _5 r7 z9 I* r 由于按规定电容器组必须装设反映母线电压稳态升高的过电压保护，又由于大容量电容器组一般需装设抑制高次谐波的串联电抗器，故可以不装设过负荷保护。仅当该系统高次谐波含量较高；或电容器组投运后经实测，在其回路中的电流超过允许值时，才装设过负荷保护，保护带时限动作于信号。为与电容器的过载特性相配合，宜采用反时限特性。1 Q5 u$ X1 J. _ 1.5.单相接地保护原理和功能 & m4 s3 ?& G! j$ W7 并联电容器组是否要装设单相接地保护，要根据电容器组所在电网的接地方式来确定。对不接地系统，电容器组中性点又不直接接地，不管电容器组放在绝缘支架上还是放在地上，都不是网络自然电容的组成部分，故可不再装设单相接地保护。目前我国在中性点非直接接地系统中，并联电容器装置的接线常为Y接线或双Y接线。高压和超高压和超高压中性点直接接地系统中或直流输电系统交流侧的并联电容器装置，一般采用Y0接线。9 o6 Z! T8 d: |3 I/ j5 s$ G8 Z若需加设单相接地保护，原理及实现同线路保护原理及软件说明11.。, y& # _7 U# B4 A1.6.反映电容器组内部故障的不平衡保护* c$ A; b; s4 w! R4 O, b- G, s大容量的并联电容器组，是由许多单台电容器串、并联（一般为先并后串）组成。一台电容器故障，由其专用的熔断器切除，而对整个电容器组无甚大影响，因为电容器具有一定的过载能力，且在设计中进行设备选择时，一般均留有适当裕度。但当多台电容器故障并切除后，就可能使留下来继续运行的电容器严重过载或过电压（电容器切除后，故障段容抗增大，端电压随之升高可能1.1额定电压）而受损害，故需考虑保护措施，常用不平衡保护。保护的原理是反应一组电容器中健全部分与故障部分之间的差异（电流或电压）。电容器组的接线方式（三角形、星形和双星形）不同，构成不平衡保护的方式也不同。常用的保护方式有：零序电压保护（开口三角电压保护）、中性点不平衡电压或电流保护、电压差动保护、电桥差电流保护。所谓电容器组的零序电流平衡保护，就是在星形接线的两组电容器的中性点连线上安装零序电流互感器和零序电流继电器。这样，当某一相的电容器在运行中出现故障时，由于中性点上产生零序电流，零序电流互感器就会起动零序电流继电器，使开关跳闸，从而可以断开电容器组，防止故障继续扩大。5 m) S( h7 n, x+ , o. X% M7 9 H) B. 7 x, L1 i放电线圈适用于35kV及以下电力系统中, 与高压并联电容器组并联连接,使电容器从电力系统中切除后的剩余电荷迅速泄放,电容器的剩余电压在规定时间内达到要求值.带有二次线圈,可供线路监控. : C/ G/ I- d! P0 放电线圈是电容柜常用的放电元件，有时放电线圈会用放电PT代替，电容器放电采用放电线圈还是电压互感器主要看电容器的容量，一般小容量电容放电用电压互感器即可，大容量电容肯定要用放电线圈。 : P# + I4 7 T在电容器停电时，放电线圈作为一个放电负荷快速泄放电容器两端的残余电荷，标准上高压好象是要求退出的电容器在5秒之内要使其端电压小于50V。 * m0 E6 g* C$ g* w% N8 y* u在运行时放电线圈作为一个电压互感器使用，其二次绕组常接成开口三角，从而对电容器组的内部故障提供保护（不能用母线上的PT）。我们常说电容器组的开口三角形保护、不平衡电压保护，零序不平衡保护实际就是这种保护。而此种保护大量地用在10KV的单Y接线的电容器组中35kV CSC221A电容器保护型现场运行规程2.1 保护功能介绍及保护范围本规程规定了500kV旗下营变电站35kV CSC221A型电容器保护装置的运行、维护、操作及异常和事故处理。2.2 装置构成及原理2.2.1 保护构成CSC221A 型35kV电容器保护装置由四方公司生产。有较多保护功能，本站只采用不平衡电压保护，两段式过流保护(定/反时限)，过电压保护，欠电压保护；开入遥信采集、装置遥信变位、事故遥信，正常断路器遥控分合；PT断线告警，控母断线告警，弹簧未储能告警，故障录波，32组定值区。 2.2.2 保护原理电容器保护：本站过流一段2.2A,一时限整定为0.2延时出口，用作过电流速断保护，过流二段1.0A,时限定值整定为0.3秒，均采自电容器高压侧电流；过电压113V,时间定值为60秒、低电压51.5V,时间定值为1.0秒,均采自母线电压；不平衡电压7.6V延时0.3S。2.3 装置面板说明面板布置如图示:面板灯含义备注运行/告警绿灯亮运行，红灯亮告警过流I段绿灯亮，保护投入投入过流II段绿灯亮，保护投入投入零序I段绿灯亮，保护投入退出零序II段绿灯亮，保护投入退出不平衡绿灯亮，保护投入投入过压绿灯亮，保护投入投入失压绿灯亮，保护投入投入自投切绿灯亮，保护投入退出2.4 保护装置异常情况处理2.4.1当装置“运行/告警”灯不亮时，应检查装置直流电源是否正常，同时申请退出电容