（电气工程专业论文）柳州220kv电网微机母线保护技术改造研究.pdf

， i y j l ， 1 一。， 必煳必 啊 诹 广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明 一 s 勺 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究 成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮 助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名： 沙，年1 2 只 be l 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 口即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名：锣叼 导师签名z o o j 峰z 其2 z1 3 叠 “ 一 柳州2 2 0 k v 电网微机母线保护技术改造研究 摘要 母线是发电厂和变电站的重要组成部分，是构成电气主接线的主要设 备，因此必须确保母线工作可靠。这将直接影响电力系统供电可靠性的提 高、电网供电质量的改善、以及整个电力系统能否安全、稳定运行。随着 近年来国内2 2 0 k v 变电站综合自动化程度逐步提高，相应的母差保护装置 的技术指标也跟着改变，向微机化、通信化、智能化发展。本文结合广西 柳州2 2 0 k v 电网微机母线保护技术改造工程的实际情况，对微机型母线保 护装置在柳州2 2 0 k v 电网的推广应用工作做一总结，为南方电网今后类似 工程提供了重要的参考依据。 文中首先结合变电站的母线保护配置情况，从母线保护原理、装置硬 件配置和二次回路的结构方面分别分析了j m z q 0 1 及w m z 一4 1 母线保护的行 为特点，找出其存在的缺陷；其次根据变电站的母线运行方式，设计选择， 性能稳定、运行可靠的r c s - 9 1 5 系列微机型母线保护装置，并从保护原理、 装置硬件配置、t a 饱和元件、母线运行方式的自适应方案等方面进行分析 比较。 最后针对微机母线保护在实际运用及改造工程中出现的问题，提出改进 措施。 关键词：母线保护技术改造硬件配置 r e f o r m a t i o no fp o w e rg r i d2 2 0 k vb u s b a r p r o t e c t i o nc o m p u t e r i nl i u z h o u a b s t r a c t b u s b a ri sa l li m p o r t a n tc o m p o n e n to ft h ep o w e rs t a t i o na n dt r a n s f o r m e r s t a t i o n t h er e l i a b i l i t yo fb u s b a rc a ni m p r o v et h eq u a l i t ya n dr e l i a b i l i t yo fp o w e r s u p p l y , w h i c hh a v eg r e a ts i g n i f i c a n c ei nk e e p i n gs y s t e ms e c u r i t ya n ds t a b l e o p e r a t i o n w i t ht h ei m p r o v e m e n to fa u t o m a t i o no ft r a n s f o r m e rs t a t i o n h i g h e r r e q u i r e m e n t sw i l l b e b r o u g h t f o r w a r di n p r o t e c t i o n d e v i c e so fv a r i o u s t e c h n i c a l i nt h i sp a p e r , d e p e n do nt h et h i n g st h a tr e f o r m a t i o no fp o w e rg r i d 2 2 0 k vb u s b a rp r o t e c t i o nc o m p u t e ri nl i u z h o u t od oas u m m a r yw h i c hf o r a p p l i c a t i o na n de x t e n s i o no f2 2 0 k vm i c r ob u s b a rp r o t e c t i o ni nl i u z h o u ，w h i c h p r o v i d ea ni m p o r t a n tr e f e r e n c e f r a m ef o rs o u t h e r np o w e rs i m i l a rp r o je c t e f i r s t ，t h ec o m b i n a t i o no fs u b s t a t i o n b u s b a rp r o t e c t i o nc o n f i g u r a t i o n ， a n a l y z e dt h ef e a t u r e so ft h ej m z 1 o1a n dt h ew m z 一41b u sp r o t e c t i o nf r o m p r o t e c t i o np r i n c i p l e sa n d h a r d w a r ed e v i c e s ，i no r d e rt of i n di t s l i m i t a t i o n e c o n d ， a c c o r d i n gt ot h eb u so p e r a t i o no fs u b s t a t i o n ，t od e s i g na n d s e l e c tr c s 一915s e r i e s o fm i c r ob u s b a rp r o t e c t i o nw h i c ha r ei ns t a l b eo p e r a t i o na n dg o o df u n c t i o n f r o mt h ep r o t e c t i o no ft h ep r i n c i p l e ，t h ei n s t a l l a t i o no fh a r d w a r e ，t as a t u r a t e d c o m p o n e n t s ，b u so p e r a t i o nm o d eo ft h ea d a p t i v ep r o g r a m st oa n a l y s e a n d c o m p a r e l a s tt o s u g g e s t a p o s s i b l ei m p r o v e m e n t a b o u tt h ep r o b l e m o f m i c r o c o m p u t e ri nt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o no ft h ep r o t e c t i o na n dr e n o v a t i o n p r o j e c t k e yw o r d s ：b u s b a r p r o t e c t i o n ，r e b u i l d ，h a r d w a r e u 协 1 i 叠 ， 事 目录 摘要i a b s t l 认c t i i 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 研究意义1 1 2 1 母线的重要性1 1 2 2 母线保护的重要性及必要性2 1 2 3 对母线保护的要求2 1 3 国内外研究现状3 1 3 1 母线保护的发展概况3 1 3 2 微机继电保护硬件系统的发展趋势5 1 4 论文的主要工作安排”5 第二章j m z - 1 0 1 及眦z - 4 1 型母线保护工作原理及存在问题分析7 2 1j m z 一1 0 1 及i 眦- 4 1 型母线保护的工作原理分析7 2 1 1j m z l o l 型母线保护装置保护原理分析7 2 1 21 m z 一4 1 微机母线保护装置保护原理分析1 0 2 2j m z 一1 0 1 及1 p d z - 4 1 型母线保护存在的问题：1 1 2 2 1j m z 一1 0 1 型母线保护存在的问题1 1 2 2 2w m z 一4 l 型微机母线保护存在的问题1 3 2 3 本章小结1 5 第三章柳州市区2 2 0 k v 及以上变电站母线接线方式及母差保护配置情况研究1 6 3 1 变电站母线接线方式1 6 奠1 1 变电站的主要类型1 6 3 1 2 母线的作用1 7 3 1 3 变电站电气主接线1 7 3 2 变电站的母线保护配置情况2 1 3 3 本章小结2 l 第四章r c s - 9 1 5 系列微机母线保护装置工作原理分析2 2 4 1 微机母线保护应考虑的问题2 2 i i i 4 2 装置硬件配置分析2 2 4 2 1 数字信号处理器2 2 4 2 2r c s 一9 1 5 系列微机母线保护装置硬件配置分析2 5 4 3r c s 一9 1 5 系列微机母线保护原理分析2 6 4 3 1 母线差动保护2 6 7 4 3 2 母联充电保护2 9 4 3 3 母联过流保护3 0 4 3 4 母联失灵与母联死区保护3 0 4 3 5 母联非全相保护3 1 4 3 6 断路器失灵保护3 2 4 4t a 饱和检测元件3 2 4 5 母线运行方式识别3 4 4 6r c s 一9 1 5 系列微机母线保护装置的优越性分析3 5 4 7 本章小结3 7 第五章沙塘变电站2 2 0 k v 母线保护装置试验及安装调试3 8 5 1 沙塘变电站r c s - 9 1 5 e 型微机母线保护装置检验( 新安装及全部检验) 3 8 5 22 2 0 k v 变压器保护启动失灵回路接线分析及探讨4 4 5 2 1 概述4 4 5 2 2 柳州电网r c s - 9 7 4 e 变压器失灵启动装置原理介绍4 5 5 2 3 五种接线分析及对应保护定值整定4 5 5 3 本章结论4 8 第六章结论4 9 6 1 新旧母线保护装置分析比较4 9 6 2 新母线保护装置投运5 0 参考文献5 1 致谢5 3 攻读学位期间发表论文情况5 4 附录iz5 0 0 k v 沙塘变电站一次主接线图5 5 附录2 ：2 2 0 k v 野岭变电站一次主接线图5 6 附录3 - 2 2 0 k v 杨柳变电站一次主接线图5 7 i v 一 善 ， _ 鸳 f 鱼 广西大学工程硕士掌位论文柳州2 2 0 l i v 电网微机母线保护更新改造研究 1 1 研究背景 第一章绪论 柳州供电局是广西电网公司所属大型一档供电企业，担负着对柳州市行政区域及柳 江县等6 个县及河池市罗城县的供电任务。柳州电网共有3 5 k v - - - 5 0 0 k v 变电站( 开关 站) 3 7 座，其中5 0 0 k v 变电站2 座，2 2 0 k v 变电站7 座。 随着电力系统电网规模的不断扩大，对母线保护的技术要求也相应提高，因为如果 变电站母线发生各种类型的故障，都将对变电站电气设备造成极大的损害，同时也影响 着电网的安全稳定运行。近几年国内这些相关典型案例很多，比如0 5 年中在河北省南 部电网南效变电站( 枢纽变电站) 发生的一起典型事故i 。这起事故发生在0 5 年6 月 2 3 日2 1 ：2 4 ，当时天气恶劣、雷雨大风，母联断路器与母联隔离开关的电流互感器t a 广西大学工程硕士掌位沦文柳州2 2 0 l i v 电网微机母或保护更新改造研究 配电装置中，母线连接着发电机、变压器等大型电气设备与输电线路、配电线路和调相 设备等电器设备的连接。母线的主要作用是汇集、分配和传送电能，因此母线工作是否 可靠将直接影响到电力系统中发电厂和变电站的安全稳定运行【2 】。 1 2 2 母线保护的重要性及必要性 作为保证电力系统安全运行的重要环节之一，变电站的高压母线在电力系统中的地 位极其重要。所以必须根据变电站建设条件、系统状况、负荷需求等各种因素选择合适 的母线接线方式及母线保护方式。 由于母线的运行环境与高压或超高压输电线路不同，前者主要在发电厂和变电站内 运行，而后者跨越不同的地域，暴露在野外，运行环境相对恶劣，因此高压或超高压输 电线路发生故障的次数远远多于母线。根据全国电网2 0 0 4 年的事故统计资料来看【3 】， 2 2 0 k v 及以上电压等级母线的平均故障率为1 3 3 次百条年。由此可见母线发生事故的 绝对次数较少。但是，次数少并不表示母线故障不存在了，比如由于母线遭受污秽、相 应的绝缘老化、雷击故障或值班人员误操作等各种原因都将引起母线故障，并且母线故 障造成的后果更为严重。 大多数母线故障【4 5 】是由于空气含有大量的污秽气体和固体物质，对于电气设备的绝 缘起到非常严重的损坏作用，直接导致与母线固结的绝缘子和断路器套管等电气设备发 生闪络现象，造成绝缘子对地放电引起的各种母线故障。母线故障刚开始大多数是单相 接地故障，故障一般都会引起电弧。如果继电保护装置或相应断路器动作不够迅速，那 么电弧将长久不能熄灭，这势必会破坏开关设备，引起电气设备被烧毁或爆炸，甚至破 坏另外两正常相，发展为两相接地短路，扩大事故的范围。如果长期不能切断故障部分， 还将危及整个系统的安全发供电，甚至造成生命财产的极大损失。因此，变电站必须按 照继电保护和安全自动装置技术规程【6 】的相关规定装设专用的母线保护： 1 2 3 对母线保护的要求 1 2 3 1 可靠性 对于母线保护的可靠性，主要从两个方面考虑：一个方面是当母线发生故障时，母 线保护应可靠动作，不应拒动；另一个方面是当系统正常运行或者发生区外故障时，母 线保护不应误动。因此，在设计母线保护时，应采取必要的措旌以确保母线保护具有较 2 一 譬 ， 。 心 广西大掌工程硕士掌位论文 柳州2 2 0 k v 电舅舅机母或保护基毋改造研究 高的可靠性忉。 1 2 3 2 选择性 母线保护的选择性主要体现两个方面：能够很好地区分母线内部故障和母线外部 故障，在母线的各种运行方式下，能够正确地选择出故障母线组别。由于在系统运行 中，双母线上各连接元件需要经常在两组母线上切换，因此正确识别母线运行方式将直 接影响到母线保护动作的选择性。为了保证母线保护的选择性，最可靠有效的方法是在 分相电流差动的基础上，母线保护的电流互感器t a 接线方式随着母线运行方式的改变 而自动改变。这在微机母线保护装置中是非常容易实现的。装置通过采集隔离开关辅助 接点的位置和连接支路的电流值，通过软件运算自动判别当前母线正确的运行方式，同 时自适应地调整差动的范围。有些母线保护装置针对发电厂和变电站中双母线主接线， 还提供了与母差保护装置配套的模拟盘，可进行强制切换运行方式，以减少刀闸辅助触 点的不可靠性对母线保护的影响。如果刀闸位置异常，母线保护发出报警信号通知运行 人员。 1 2 3 3 速动性 母线保护的速动性就是母线保护迅速出口切除母线故障。母线故障如果不及时切 除，将可能造成电力系统失步甚至瓦解的严重事故。此外，母线区外故障时流过故障单 元的大电流可能造成电流互感器饱和，对保护造成很大的影响，同时短路电流对发电厂 和变电站电器设备及电网的冲击造成的危害也很大。所以，母线保护必须快速动作，但 是这种快速性必须建立在可靠性的基础上。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 母线保护的发展概况 随着技术的母线保护技术的发展大致经历了三个阶段：整流型母线保护集成电 路型母线保护微机型母线保护暗3 。 1 3 1 1 整流型母线保护町 在上个世纪八十年代末之前，我国电网广泛使用整流型母线保护装置，装置保护原 理简单。保护选择元件采用了电流相位比较继电器，当母线发生内部故障时，由选择元 广西大掌工租硕士掌位论文柳州2 2 0 k v 电网微机母或保护更新改造研究 件通过比较母联断路器电流与总差电流两者之间的相位关系，选出故障母线。但是这种 装置的缺点也很明显：保护动作时间比较长：当短路电流较大造成电流互感器t a 严重饱和时，母线保护将失去选择性。因此，整流型母线保护装置无法满足电网发展。 1 3 1 2 集成电路型母线保护口纠幻 上个世纪八十年代末到九十年代初，集成电路型母线保护逐渐取代了性能和运行维 护都比较落后的整流型母线保护。按照装置输入阻抗的大小，集成电路型母线分为： 。 低阻抗型母线保护( 输入阻抗一般为几欧姆) 保护装置结构简单，由于保护抗t a 饱和能力较弱，所以保护不适用于高压母线。因为母线发生外部短路故障时，电流互感 器t a 饱和，将产生较大的不平衡电流流过母线差动继电器，造成母线保护误动。 高阻抗型母线保护( 输入阻抗值一般为几千欧姆) 相对于低阻抗型母线保护，高 阻抗型母线保护抗t a 饱和能力增强。但是装置非常不便于运行、维护和检修。高阻抗 型母线保护也不适合电力系统。同时由于回路中阻抗值较大，当母线发生内部故障时， t a 二次侧将产生比较高的电压，为了解决这个问题，装置需附加一个高阻抗保护系统 作为检测元件来提供第二个跳闸判据，随之需提供与之匹配的变比相同的、传变特性完 全一致的t a 线圈，这是非常困难的。 中阻抗型母线保护( 输入阻抗值一般为几百欧姆) 中阻抗型母线保护融合以上两 者保护的优点，又克服了它们的缺点，核心元件是具有比率制动特性的中阻抗型电流差 动继电器。该保护动作迅速，抗t a 饱和能力强。国内代表产品是南自厂i m z 1 0 1 型母 线保护装置，在我国2 2 0 k v 及以上变电站中得到了广泛应用。 1 3 1 3 微机型母线保护n 纠司 上个世纪九十年代中期以后，随着计算机技术以及通信技术的发展，我国的微机型 母线保护才有正式产品推广。微机型母线保护的工作原理是带比率制动特性的电流瞬时 值差动原理、比率差动原理。由于其具有超强的运算能力，保护可靠性、速动性、灵敏 性、选择性要求都能很好的满足。另外，微机型母线保护还具有以下优点：对于双母 线主接线等接线可自动识别母线运行方式，装置具有很强的自适应能力；装置采用了 自适应检测法和波形检测法等独特的检测方法，抗t a 饱和能力增强：装置具有自检 功能；通过现场多名技术人员的试验，证实保护调试方便，维护简单；利用先进的 通信技术，通过通信接口很好地实现了变电站综合自动化，等等。我国南京自动化研究 4 堕查竺墨璺塑奎掌位论文 柳州2 2 0 k v 电网微机母线保护更新改造研究 所和深圳南瑞等公司也相继推出了一系列产品，如r c s - - 9 1 5 、b p z b 型母差保护等。 1 3 2 微机继电保护硬件系统的发展趋势 微机保护装置硬件系统的发展经历了以下几个阶段【1 6 】：第一阶段，以单c p u 的硬 件结构为主，数据采集系统由逐次逼近式模数转换器构成，其代表产品为微机高压输电 线路保护装置。第二阶段，以多单片机构成的多c p u 硬件结构为主，数据采集系统采用 电压频率转换原理的计数式数据采集系统，强化了自检和互检功能，使硬件故障可以定 位，对保护的跳闸出口回路，具有完善的抗干扰措施以及防止拒动和误动的措施。第三 阶段，以高性能的1 6 位单片机构成的硬件结构为主，具有总线不需引出芯片和电路简单 的特点，抗干扰性能进一步加强，并且完善了通信功能。 随着微机保护的发展，一些新的改善继电保护性能的原理和方案，特别是基于故障 波形特征或者高频分量的保护原理，以及神经网络和模糊集原理的智能保护方案，受到 更多的重视并逐步得到实际应用；这也对微机保护装置硬件提出了更高的要求1 1 7 1 。 由于集成电路和计算机技术的飞速发展，微机保护装置硬件的发展也十分迅速。结 构更加合理，性能更加完善。同时，使得性能更为优越的数字信号处理器( d s p ) 、a r m 处理器，被越来越多的人们了解和应用。 微机保护装置使用的处理器、数据采集系统、数字通信方式对其工作性能影响很大， 因此，在保证硬件结构相对稳定的情况下，应尽可能地采用新型高性能硬件芯片。此外， 由于保护类型不同，保护算法与功能不同，微机保护装置的硬件结构也是各不相同的。 尽管如此，由于开发微机保护装置的通用硬件可以大大缩短开发周期，并实现其系列化 和标准化，便于运行部门的运行维护。 1 4 论文的主要工作安排 论文完成的工作主要包括以下几个方面： ( 1 ) 结合柳州供电局下属2 2 0 k v 及以上变电站的母差保护配置情况，分析柳州电 网2 2 0 k v 及以上变电站主要母线接线方式。 ( 2 ) 从保护原理、配套二次回路的结构、装置硬件配置等方面对沙塘变、野岭变 和杨柳变三个变电站原2 2 0 k v 母差保护的行为特点进行研究，分析装置存在的缺陷。 ( 3 ) 根据以上三个变电站各自的母线运行方式，设计选择性能稳定、运行可靠的 5 堕盔整墨! | 垦堡垒堂位硷塞 一 赞州2 2 0 k v _ 电网微机母线保护更新改造研究 微机型母线保护装置，并从保护原理、装置硬件配置、t a 饱和元件、母线运行方式的 自适应方案等方面对新母线保护的特点进行分析比较。 ( 4 ) 在改造原母差保护装置前，认真仔细做好各项安全技术措施，以确保改造工 作顺利进行。安装调试新微机母差保护装置，检查完善二次回路的正确性、t a 回路的 正确性；做传动试验，检查母差及失灵保护出口的正确性，正式投产试运。 ( 5 ) 针对微机母差保护在实际运用及改造工程中出现的问题，提出改进措施。 6 广西大掌工程硕士掌位论文 柳j 竹2 2 0 k v 电网微机母线保护更新改造研究 第二章d m z - 10 1 及删z - 4 1 型母线保护工作原理及存在问题分析 本节从柳州供电局5 0 0 k v 沙塘变电站原2 2 0 k v 的j m z 1 0 1 型母线保护、2 2 0 k v 野 岭、杨柳变电站2 2 0 k v 的w m z 4 1 微机母线保护入手，详细分析了两种保护的工作原 理；在此基础上，参阅大量的文献，深入分析上述两套保护装置存在不足和缺陷，为下 一步工程改造提供借鉴。 2 1d m z 一10 1 及w h z - 4 1 型母线保护的工作原理分析 2 1 1j m z - 10 1 型母线保护装置保护原理分析 柳州供电局5 0 0 k v 沙塘变电站原2 2 0 k v 母线保护采用国电南京自动化股份有限公司 生产的j m z 1 0 1 型母线保护装置。j m z 1 0 1 型母线保护装置【1 8 。2 0 】适用于5 0 0 k v 及以下各电 压等级、也适用于各种接线方式，因此在我国应用非常广泛。装置核心元件是带比率制 动特性的中阻抗型电流差动继电器，中阻抗母差保护为了极大的减少外部短路时进入继 电器的不平衡电流，在差动回路中串联接入电阻( 总电阻约2 0 0 t ) 左右) ，因而可与制动回 路相配合，保证了保护动作的选择性。 中阻抗母差保护原理必须基于以下两个基本的假设条件： ( 1 ) 对于母线外部故障，完全饱和的连接单元的电流互感器t a 二次回路可以用其 全部直流回路电阻表示； ( 2 ) 对于母线内部故障，空载线路的电流互感器t a 二次回路可以用相当大的励磁 阻抗表示。 中阻抗母线保护构成主要由全波整流二极管、整流桥、干簧继电器、电阻等元器件 构成，其动作方程： 厂i c = s 宰i t + k ( 2 1 ) ls = r s ( n 嘶木凡+ r s 2 ) ( 2 2 ) 其中：s 制动系数 n t m - 升流器变比 r s 制动电阻 7 堕盔竺墨堡塑查苎整鲨壅塑塑2 2 然y 皇旦塑塾壁丝堡芝墨堑鏊整堡墨 如差动电阻 h 流进继电器的总电流 i c 流进差动回路的总电流 差回路原理示意图： 图2 - l 差回路原理不恿图 f i g 2 - 1 s k e t c hd i a g r a mo f m i d - i m p e d a n c eb u sd i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o n 动作行为分析： ( 1 ) 当系统正常运行或者发生了外部故障且电流互感器t a 未饱和时，流进差回路 的电流主要是不平衡电流，根据公式i c s * i t + k 可知，差动元件( k d ) 、启动元件( k s ) 不动作，保证装置的稳定运行。 ( 2 ) 当发生外部故障且电流互感器t a 饱和时，饱和电流互感器t a 二次回路可用 直流回路电阻r l 代替，等效电路见图2 2 。 酏hr s j h 图2 - 2 差回路等效电路图 f i g 2 - 2e q u i v a l e n tc i r c u i to fd i f f e r e n t i a lc i r c u i t 其中，r z 为差回路的等值电阻， i c = ( r l + i 毽2 ) 木i t ( r l + r s 2 + r z ) = s ”木i t( 2 3 ) 根据上式，只要选取适当制动系数s ，s j l c i ， s 木i ，差动元件( k d ) 、启动元件( k s ) 8 一 广西大学工程硕士掌位论文柳州2 2 0 k v 电网微机母线保护更新改造研究 不动作，保护就不会误动，装置具有较高的可靠性。 ( 3 ) 当发生内部故障且电流互感器t a 还没有饱和时，总的短路电流全部流进保护 差回路，只要i c = i t 大于k 的保护整定值，保护启动元件悠立即动作，出口跳闸。 保护的差动元件k d 的动作条件： u d u a u d l + i d 木r 胁 化简得： ( 2 - 4 ) i c s 木i t + k ，s = r s 术n t 皿* r 2 ( 2 5 ) 因此，当发生内部故障时，保护装置的母差制动系数将由s 自动下降到s ，显然， s 毙嘲 ( 4 2 ) 式( 4 2 ) 中： d 一差动相电流( a ) ； 凡：嘲一差动电流起动定值( a ) 。 ( 2 ) 比率差动元件其为装置核心元件，主要包括常规比率差动元件和工频变化量 比例差动元件。 a ) 常规比率差动元件其动作判据为： 削 ( 4 - 3 ) 阻i k 扎i ( 4 - 4 ) i i k j l i ( 4 - 4 ) ij = lij = 1 式( 4 3 ) 、( 4 - 4 ) 中：乃一第j 个连接元件的电流( a ) ； 厶i 埘一差动电流起动定值( a ) ； k 一比率制动系数。 常规比率差动元件与其他微机型母线保护的基本相同。除此之外，r c s - - 9 15 保护 装置常规比率差动元件突出的优点是：具有大差比例差动元件的比率制动系数可以根据 具体要求整定高低两个定值，高低值之间可以自动转换。大差比率差动元件在以下情况 堕查兰墨垦塑查兰垒丝兰塑趔2 至然y 皇旦塑墼堡垡堡芝墨堑塾兰堡墨 采用比率制动系数高值：母联开关处于合闸位置或投单母或刀闸双跨时，大差比率差动 元件在以下情况采用比率制动系数低值：母线分列运行时。这样可以弥补如果弱电源侧 的母线发生故障，母联开关又断开时，大差比率差动元件的灵敏度不够的问题，提高装 置的灵敏性。小差比例差动元件则固定取比率制动系数高值。这些是般微机型母线保 护没有的。其动作特性曲线如图4 2 所示。 e ，l i 潮 图4 _ 2比例差动元件动作特性曲线 f i g 4 2p r o p o r t i o n a ld i f f e r e n t i a lc o m p o n e n t sc h a r a c t e r i s t i cc 4 1 r v e b ) 工频变化量比例差动元件 本保护采用工频变化量电流构成的工频变化量比率差动元件，与制动系数k 为o 2 的常规比率差动元件配合，两个判据组成与门逻辑，构成装置快速差动保护。因此，保 护的抗过渡电阻能力得到极大的提高，即减少了保护性能受故障前系统功角关系的影 响。该保护具有极强的抗t a 饱和能力。在区外故障，t a 正确传变时间仅为2 m s 时也 能可靠制动；同时又有很高的灵敏度，即使是在重负荷运行状态下发生区内故障，或经 过渡电阻短路时也能可靠动作，且动作速度快，整组动作时间为8 - - 1 2 m s 。 其动作判据为： ( 4 5 ) 、( 4 6 ) 式中； 陵l l 龇+ ( 4 - 5 ) 睦小k ，m a ，l o - 6 ) l 户li j - - i k 一工频变化量比例制动系数，该系数固定取0 7 5 ； q 一第j 个连接单元的工频变化量电流( a ) ； a d i r 一差动电流起动浮动f - j f f , ( a ) ； d l c z 材一差流起动的固定门坎( a ) ，由此嘲得出。 广西大学工程硕士掌位论文 柳州2 2 0 k v 电网微机母线保护更新改造研究 ( 3 ) 故障母线选择元件 故障母线选择元件包括：大差比例差动元件：作为差动保护的区内故障判别条件， 是差动保护根据母线上所有连接单元的电流采样值计算出大差电流而构成的。小差比 率差动元件：作为故障母线选择元件，是差动保护对于分段母线或双母线接线方式，来 根据各连接单元的刀闸位置开入计算出两组母线各自的小差电流构成的。如果大差抗饱 和母差动作，同时t a 饱和检测元件二检测为发生母线区内故障，再加上任一小差比率 差动元件也动作出口，则母差保护第一时间动作出口跳母联断路器；如果小差比率差动 元件和小差谐波制动元件两个元件同时开放时，与前面的大差判据满足动作，母差保护 动作出口跳开相应组别母线，防止故障扩大化，维持变电站稳定运行。 母线差动保护原理的工作逻辑框图( 以i 母为例) 如图4 3 所示。 1 ： 厶z ： b l c d i ： b l c d ： b l c ： l 母电压工须变化量元俘 工缀变化量阻抗元件 l 母工顿变化量比率笼渤元件 大蔗工顿变化量比率差动元件 大差比率羞动元件( i 神2 ) b l c d i b l c d b l c d l 舛 n 图4 - 3 母差保护的工作框图( 以i 母为例) f i g 4 - 3 b u s b a rp r o t e c t i o nd i a g r a m l 母比宰差渤元件( e ；- o 2 ) 大麓比摹差动元件 l 母比率差幼元件 母差保护投迢控制字 母差保护拽a 麟 髓i 母 髋母鞋 广西大掌工程硕士掌位论文柳州2 2 0 k v 电网微机母线保护更新改造研究 保护装置设有单母方式压板，当变电站双母线接线按照单母方式运行而不需进行故 障母线的选择时可投入该压板。保护装置在元件倒闸过程中两条母线经过刀闸双跨时， 可以自动识别为单母运行方式。上述两种的情况如果母线发生故障就将所有母线同时切 除，母差保护都无需进行故障母线的选择。 为防止由于刀闸位置异常造成母差保护拒动，母差保护另设一后备段，当抗饱和母 差动作( 利用波形特征检测t a 饱和的判据检测为母线区内故障) ，且无母线跳闸，则经 过2 5 0 m s 切除母线上所有的元件。为保证在难以预料的复杂故障情况下不失去保护，在 稳态比率差动保护中增设不经谐波制动闭锁的延时段保护。 4 3 2 母联充电保护 母联充电保护是可以检测母线是否存在故障，即当任一组母线检修后恢复运行之 前，通过母联开关进行母线充电试验时可以投入该保护。当被试验母线存在故障时，母 联充电保护出口跳闸切除故障，防止故障扩大化。 母联充电保护不经复合电压闭锁，设有母联充电保护起动元件。在母联充电保护投 入期间，任何一相母联电流大于保护整定值时，该起动元件动作出口开放保护，如果此 时母联电流大于充电保护整定电流整定值时，则保护出口切除母联开关。 母联充电保护的逻辑框图如图“所示。 母联聊 两母线均有电压 母联i a o 0 4 1 n 母联i b o 0 4 1 n 母联i c o 0 4 i n 母联i a i c h g 母联i b i c h g 母联i c i c h g i c h g ：母联充电保护定值 s 1 1 ：母联充电保护投退控制字 c 阳s ：母联充电保护闭镇母差保护控韵字投入 s 1 2：投外部f j j 镇母差保护控制字 _ f b ：母联充电保护投入压板 嘲c ：外部l l j 锁母差保护开入 图4 4 分段充电保护的逻辑框图 f i g 4 4s u b c h a r g i n gp r o t e c t i o nd i a g r a m 广西大学工程硕士掌位论文柳州2 2 0 k v 电网微机母线保护更新改造研究 4 3 3 母联过流保护 母联过流保护是有专门的起动元件，保护不经复合电压元件闭锁，当母联断路器 作为线路的临时保护时投入的。在母联过流保护投入时，如果任一相母联电流大于母联 过流保护整定值i g l ，或者母联零序电流大于母联过流零序整定值i o g l 时，保护起动元 件出口开放。在此时如果任一相母联电流大于过流整定值，或者母联零序电流大于零序 过流整定值，母联过流保护保护经整定延时出口跳分段开关。 4 3 4 母联失灵与母联死区保护 母联失灵保护是当相关保护向母联发出跳闸命令后，经整定延时t m s l 后，同时复 合电压闭锁元件开放，及母联电流仍然大于母联失灵电流定值im s l 时，该保护切除相 应母线上所有连接单元。逻辑框图见图4 5 。 图4 - 5 母联失灵保护逻辑框图( 以母联i 为例) f i g 4 - 5 b u sc o u p l e rf a i l u r ep r o t e c t i o nl o g i cd i a g r a m 跳i 、i i 母 母联死区保护是为了消除t a 侧母线小差的死区故障，同时也为了提高保护动作 速度而设计的。t a 侧母线小差的死区故障即母联开关和母联t a 之间发生故障，母联 及断路器侧母线开关跳闸后故障依然存在的现象。如果此时母联在跳闸位置时保护可能 将母线全切除，造成故障范围扩大。为了避免这种情况发生，母联死区保护检测到两母 线都有电压且母联在跳位时，将母联电流退出小差。逻辑图见图4 - 6 。 图禾6 母联死区保护逻辑框图 f i g 4 - 6 b u sc o u p l e rd e a dz o n ep r o t e c t i o nl o g i c a ld i a g r a m 4 3 5 母联非全相保护 母联非全相保护由母联的跳闸位置接点和合闸位置接点起动，采用零序1 0 和负序 电流1 2 作为动作的辅助判据。当母联非全相运行时( 即母联断路器某相断开) ，该保护 延时t b y z 跳开三相。逻辑框图见图4 7 。 确3 氏 嘲j 入 1 唧 哦】b t h 叮v - - 哪c 瑚j c 蹴1 2 i 抑1 习 图4 _ 7 母联非全相保护逻辑框图 f i g 4 7 b u sc o u p l e r - p h a s ep r o t e c t i o nl o g i c a ld i a g r a m 广西大学工程硕士掌位论文柳州2 2 0 k v 电网微机母崩：保护更新改造研究 4 3 8 断路器失灵保护 4 8 断路器失灵保护逻辑框图 f i g 4 - 8 b r e a k e rd r o p o u tp r o t e c t i o nl o g i c a ld i a g r a m 4 4t a 饱和检测元件 跟跳本线蘑 懿母联 切豫二母备单元 保护装置根据t a 饱和特点，设置了两个t a 饱和检测元件，可以防止在母线近端 发生区外故障时由于电流互感器t a 严重饱而发生母线保护误动的情况。t a 饱和检测 元件作用是判别差动电流是否由区外故障t a 饱和引起，如果不是则开放差动保护出口， 反之闭锁差动保护出口。 ( 1 ) t a 饱和检测元件一 t a 饱和检测元件一采用电压工频变化量起动元件自适应地开放加权算法构成新型 的自适应阻抗加权抗饱和方法，抗t a 饱和的自适应阻抗加权判据就是利用a b l c d 元 件、z 元件与工频变化量电压元件u 动作的相对时序关系的特点，即当发生母线区 内故障时，a b l c d 元件、z 元件与u 元件基本同时动作；而当发生母线区外故障 时，由于故障初始t a 没有马上饱和，a b l c d 元件和z 元件没有动作，而u 元件 3 2 一兀 簟 路 备 线 联 母 奉 母 一 嚣 耽 除 鼠 切 广西大掌工程硕士掌位论文柳州2 2 0 k v 电网微机母线保护夏辑盐兰叠史 已经动作，前两者元件的动作明显滞后于后者元件。 ( 2 ) t a 饱和检测元件二 t a 饱和检测元件二由谐波制动原理构成，同样具有很强的抗t a 饱和能力。谐波制 动原理根据差流中谐