电力系统继电保护-第八章

1、8.4 8.4 断路器失灵保护简介断路器失灵保护简介8.2 8.2 母线差动保护的基本原则母线差动保护的基本原则8.1 8.1 装设母线保护的基本原则装设母线保护的基本原则8.3 8.3 元件固定连接的双母线完全差动保护元件固定连接的双母线完全差动保护第八章第八章 母线的继电保护母线的继电保护第八章第八章 母线的继电保护母线的继电保护本章主要内容本章主要内容: : 装设母线保护的基本原则装设母线保护的基本原则 完全电流差动母线保护完全电流差动母线保护 电流比相式母线保护电流比相式母线保护 双母线同时运行时双母线同时运行时, ,母线保护的实现方法母线保护的实现方法 断路器失灵保护断路器失灵保护

2、母线上各元件电流互感器以内的故障都属于母线上各元件电流互感器以内的故障都属于保护范围，包括连接在母线上的电压互感器、保护范围，包括连接在母线上的电压互感器、避雷器、母线刀闸等设备；避雷器、母线刀闸等设备； 母线保护范围母线保护范围 连接在母线上各出线间隔单元的开关、电连接在母线上各出线间隔单元的开关、电流互感器的故障也为母线保护范围。流互感器的故障也为母线保护范围。 母线保护的范围母线保护的范围母线保护4123III母线保护范围母线保护范围母线保护的范围母线保护的范围#1主变王渤#1线电渤#1线串联络开关串联络开关串联络开关500千伏母线500千伏母线王渤#2线母线保护范围母线保护范围8.1

3、8.1 装设母线保护的基本原则装设母线保护的基本原则 母线是电力系统中的一个重要元件，当母母线是电力系统中的一个重要元件，当母线上发生故障时，将使连接在母线的所有元线上发生故障时，将使连接在母线的所有元件在修复故障母线期间或转换到另一组无故件在修复故障母线期间或转换到另一组无故障的母线上运行以前被迫停电，在枢纽变电障的母线上运行以前被迫停电，在枢纽变电站母线上发生故障时，可能引起系统稳定的站母线上发生故障时，可能引起系统稳定的破坏，造成严重的后果。破坏，造成严重的后果。 一般不采用专门的母线保护一般不采用专门的母线保护, ,而利用供电元而利用供电元件的保护装置就可以把母线故障予以切除。件的保护

4、装置就可以把母线故障予以切除。1 1）发电厂采用单母线接线，母线上的故障可利用）发电厂采用单母线接线，母线上的故障可利用发发电机的定子过电流保护电机的定子过电流保护使发电机的断路器跳闸使发电机的断路器跳闸予以切除。予以切除。 tt-k+ II-定子绕组过电流保护定子绕组过电流保护利用供电元件的保护切除母线故障。利用供电元件的保护切除母线故障。2 2） 对降压变电所，其低压母线采用单母线分段，正常对降压变电所，其低压母线采用单母线分段，正常时分开运行，低压母线上的故障可以由相应时分开运行，低压母线上的故障可以由相应变压器变压器的过电流保护的过电流保护使变压器的断路器跳闸于以切除。使变压器的断路器

5、跳闸于以切除。t+-t+ -II k电源电源单母线分段单母线分段高压母线高压母线低压母线低压母线变压器的过变压器的过电流保护电流保护3 3） 对双侧电源网络（或环形网络）当变电所母对双侧电源网络（或环形网络）当变电所母线故障时可由保护和的线故障时可由保护和的段动作于以切段动作于以切除。除。 k1 12 23 34 4ABC变电所母线变电所母线5 5q装设专用母线保护的原因：装设专用母线保护的原因：A A）利用供电元件的保护）利用供电元件的保护装置切除母线故障的时装置切除母线故障的时间较长。（间较长。（速动性速动性）电源电源k kB B）当双母同时运行或单）当双母同时运行或单母分段时，保护不能保

6、母分段时，保护不能保证有选择性地切除故障证有选择性地切除故障母线。（母线。（选择性选择性）双母同双母同时运行时运行采用专设的母线保护采用专设的母线保护 q什么情况下应装设专门的母线保护？什么情况下应装设专门的母线保护？1 1）在）在110110kVkV及以上的及以上的双母线双母线和和分段单母线分段单母线上，为上，为保证保证有选择性有选择性地切除任一组母线上所发生的故地切除任一组母线上所发生的故障，而另一组无故障母线仍能继续运行，应装障，而另一组无故障母线仍能继续运行，应装设专用的母线保护。设专用的母线保护。2 2）110kV110kV及以上的单母线，重要发电厂的及以上的单母线，重要发电厂的35

7、35kVkV母母线或高压侧为线或高压侧为110110kVkV及以上的重要降压变电所及以上的重要降压变电所的的3535kVkV母线，按照母线，按照装设全线速动保护的要求装设全线速动保护的要求必必须快速切除母线上的故障时，应装设专用母线须快速切除母线上的故障时，应装设专用母线保护。保护。 为满足速动性和选择性的要求，母线保护为满足速动性和选择性的要求，母线保护均按照差动原理构成，母线上一般连接着较多均按照差动原理构成，母线上一般连接着较多的电气元件（线路、变压器、发电机等），不的电气元件（线路、变压器、发电机等），不管母线上元件有多少，管母线上元件有多少，实现差动保护的基本原实现差动保护的基本原则

8、仍是适用的。则仍是适用的。8.2 8.2 母线差动保护的基本原则母线差动保护的基本原则q母线差动保护的基本原则母线差动保护的基本原则a) a) 在正常运行以及母线范围以外故障时，在母线上所有在正常运行以及母线范围以外故障时，在母线上所有连接元件中，流入的电流和流出的电流相等，即连接元件中，流入的电流和流出的电流相等，即: : （流入母线为电流的正方向流入母线为电流的正方向）0piI.pikIIc) c) 若从电流相位看，则正常运行及外部故障时，至少有一若从电流相位看，则正常运行及外部故障时，至少有一元件中的电流相位和其余元件中的电流相位相反，而元件中的电流相位和其余元件中的电流相位相反，而当母

9、线故障时，除电流等于零的元件以外，其它元件当母线故障时，除电流等于零的元件以外，其它元件的电流则是同相位的。的电流则是同相位的。b) b) 当母线上发生故障时，所有与电源连接的元件当母线上发生故障时，所有与电源连接的元件 都向故都向故障点供给短路电流，而在供电给负荷的连接元件中电障点供给短路电流，而在供电给负荷的连接元件中电流等于零，故流等于零，故 （短路点的总电流短路点的总电流）8.2.1 8.2.1 单母线完全电流差动母线保护单母线完全电流差动母线保护 在母线的在母线的所有连接元件所有连接元件上装具有相同变比和特性的上装具有相同变比和特性的电流互感器，所有互感器的二次线圈在母线侧的端子电流

10、互感器，所有互感器的二次线圈在母线侧的端子互相连接，另一端的端子也互相连接，然后接入差动互相连接，另一端的端子也互相连接，然后接入差动继电器，继电器中的电流即为各个二次电流的向量和。继电器，继电器中的电流即为各个二次电流的向量和。I-I -+.1pI1sI1232sIsnI2pIpnI元元件件1 1的的一一次次电电流流原理原理.1111nnKAsiPikiiTATAIIIInn 在正常运行及外部故障时，流入继电器的在正常运行及外部故障时，流入继电器的是由各互感器特性不同而引起的不平衡电是由各互感器特性不同而引起的不平衡电流流I Iunbunb 而当母线上故障时，则所有与电源连接的而当母线上故障

11、时，则所有与电源连接的元件均向短路点供给短路电流，于是流入元件均向短路点供给短路电流，于是流入继电器的电流为：继电器的电流为：此电流足够使差动继电器动作而起动出口继电器此电流足够使差动继电器动作而起动出口继电器，从而使所有连接元件的断路器跳闸。，从而使所有连接元件的断路器跳闸。.1nKAunbsiiIII 第第i i个元件的二次电流个元件的二次电流.siI差动继电器启动电流整定原则：差动继电器启动电流整定原则：按如下条件整定，选择其中较大的一个按如下条件整定，选择其中较大的一个 躲开外部故障时所产生的最大不平衡电流，当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所有电流互感器均按

12、10%10%误差曲线选择，且差误差曲线选择，且差动继电器采用具有速饱和铁芯的继电器时，其动继电器采用具有速饱和铁芯的继电器时，其动作电流动作电流I I r.setr.set可按以下计算：可按以下计算：.maxmax0.1r setrelunbrelkTAIKIKInmaxmax0.1;1unbatkTAatIKInK其中其中relrel可靠系数取可靠系数取1.31.3I I k.maxk.max在母线范围外任一连接元件上短路时，流过差动在母线范围外任一连接元件上短路时，流过差动保护保护 TATA一次侧的最大短路电流一次侧的最大短路电流 n nTATA母线保护用母线保护用TATA的变比的变比 为

13、防止在正常运行情况下，任一电流互为防止在正常运行情况下，任一电流互感器二次回路断线时，引起保护装置误感器二次回路断线时，引起保护装置误动作，起动电流应大于任一连接元件中动作，起动电流应大于任一连接元件中最大的负荷电流最大的负荷电流I IL.maxL.max.max/r setrelLTAIK In灵敏系数校验灵敏系数校验当保护范围内部故障时，应采用下式当保护范围内部故障时，应采用下式校验灵敏系数：校验灵敏系数：.min.ksenr setTAIKIn其中：其中：I Ik.mink.min- -应采用实际运行中可能出现的应采用实际运行中可能出现的母线连母线连接元件最少时接元件最少时，在母线上发生

14、故障的最小，在母线上发生故障的最小短路电流值。短路电流值。 灵敏系数灵敏系数K Ksensen其值一般应不低于其值一般应不低于2 2 按照按照母线保护装置输入阻抗母线保护装置输入阻抗( (差动回路的阻抗差动回路的阻抗) )的大小，可分为的大小，可分为: :低阻抗型母线保护（一般为几低阻抗型母线保护（一般为几 ）中阻抗型母线保护（一般为几百中阻抗型母线保护（一般为几百 ）高阻抗型母线保护（一般为几千高阻抗型母线保护（一般为几千 ）。）。4. 4. 母线保护常见类型母线保护常见类型 常规的母线保护及微机保护均为常规的母线保护及微机保护均为低阻抗型母线保护低阻抗型母线保护。低阻抗母线保护装置比较简单

15、，一般采用先进的、久经低阻抗母线保护装置比较简单，一般采用先进的、久经考验的判据，系统的监视较为简单，特别是微机母线保考验的判据，系统的监视较为简单，特别是微机母线保护具有完善的自检及互检功能，事故记录、断路器失灵护具有完善的自检及互检功能，事故记录、断路器失灵保护以及接地保护、过流保护等后备保护功能。保护以及接地保护、过流保护等后备保护功能。但但低阻低阻抗母线保护在外部故障抗母线保护在外部故障TATA饱和时，母线差动继电器中饱和时，母线差动继电器中将出现将出现较大不平衡电流较大不平衡电流，可能使母差保护误动作。，可能使母差保护误动作。p低阻抗型母线差动保护u传统的母线差动保护都是低阻抗型，即

16、差动回路的阻抗很小，只有数欧姆u内部故障、全部故障电流流经阻抗很低的差动回路，差动回路的电压不会很大u但在外部故障全部故障电流流经故障支路的电流互感器而使其饱和时，由于差动回路的阻抗低，因而通过继电器的不平衡电流很大u为了使保护不误动，定值应该躲开此不平衡电流，使灵敏度降低p高阻抗母差保护u在差动回路串入一高阻抗（数百欧）u在外部故障使电流互感器饱和时，可减少差动回路的不平衡电流u内部故障时差动回路可产生危险的过电压，必须用过电压保护减少此过电压p中阻抗母线差动保护u是上述两者的折中u差动回路接入一定的阻抗约300欧姆u既减少了不平衡电流，又不产生过电压p微机母差保护是用计算的方法获得差流，与

17、定值比较，无差流回路，可实现TA饱和的识别及保护的可靠闭锁高阻抗母线差动保护的优点是保护的接线简单、选择性好、灵敏度高，在一定程度上可防止母线发生外部短路并且TA 饱和时母线保护的误动作。但高阻抗母线差动保护要求各个支路TA 的变比相同，TA 二次侧电阻和漏抗要小。TA 的二次侧要尽可能在配电装置处就地并联，以减小二次回路连线的电阻。因而此种母线保护一般只适用于单母线。p中阻抗型母线保护中阻抗型母线保护采用了快速、灵敏、比率制动式电流采用了快速、灵敏、比率制动式电流差动保护方案，即具有低阻抗、高阻抗保护的优点，又避差动保护方案，即具有低阻抗、高阻抗保护的优点，又避开了它们的缺点，在处理开了它们

18、的缺点，在处理TATA饱和方面具有独特的优势。饱和方面具有独特的优势。p高阻抗型母线电流差动保护高阻抗型母线电流差动保护较好地解决了这一问题，但较好地解决了这一问题，但在母线内部故障时，电流互感器的二次侧可能出现过高电在母线内部故障时，电流互感器的二次侧可能出现过高电压，对继电器可靠工作不利，且要求压，对继电器可靠工作不利，且要求TATA的传变特性完全的传变特性完全一致、变比相同这对于扩建的变电站来说较难做到。一致、变比相同这对于扩建的变电站来说较难做到。8.2.2 8.2.2 高阻抗型母线电流差动保护高阻抗型母线电流差动保护U-U U-U -+.1pI1sI1232sIsnI2pIpnIk在

19、外部故障时，在外部故障时，非故障支路电流非故障支路电流不很大，其不很大，其TATA不易饱不易饱和，但和，但故障支路电流故障支路电流是集各电源支路电流之和，可能是集各电源支路电流之和，可能非常大，其非常大，其TATA可能极度可能极度饱和饱和，这时一次电流大部分消，这时一次电流大部分消耗在励磁上，传变到二次侧近似为零，故差动回路将耗在励磁上，传变到二次侧近似为零，故差动回路将流过很大的不平衡电流，从而引起流过很大的不平衡电流，从而引起差动保护误动差动保护误动。TATA极度饱和极度饱和U-UU-U -+.1pI1sI1232sIsnI2pIpnIk解决的办法解决的办法是采用是采用电压型差动继电器电压

20、型差动继电器，由于电压差动，由于电压差动继电器的内阻很高，继电器的内阻很高，非故障支路的二次电流都被故障非故障支路的二次电流都被故障支路支路TATA的二次绕组旁路，的二次绕组旁路，故流入差动继电器的电流很故流入差动继电器的电流很小，差动继电器不会动作。小，差动继电器不会动作。当母线内部故障时，所有引出线电流都是流入母线的，当母线内部故障时，所有引出线电流都是流入母线的，所有支路的二次电流都流向电压差动继电器。由于其所有支路的二次电流都流向电压差动继电器。由于其内阻很高，在电压差动继电器两端出现高电压，从而内阻很高，在电压差动继电器两端出现高电压，从而使保护动作。使保护动作。电压型差动继电器电压

21、型差动继电器8.2.3 8.2.3 比率制动式比率制动式中阻抗型母线电流差中阻抗型母线电流差动保护动保护比率制动式比率制动式中阻抗型母线电流差动保护中阻抗型母线电流差动保护，其，其动作判据可为最大值制动，即：动作判据可为最大值制动，即：.max.01niiressetiIKII或动作判据为模值和制动，即：或动作判据为模值和制动，即：其中：其中： K Kresres制动系数制动系数I Ii i母线各连接元件母线各连接元件TATA二次电流值。二次电流值。.maxiI- - 中的最大电流值中的最大电流值.iII Iset.0set.0动作电流门槛值动作电流门槛值8.2.4 8.2.4 电流比相式母线

22、保护电流比相式母线保护1. 1.原理原理母线在内部故障和外部故障时各连接母线在内部故障和外部故障时各连接元件电流相位发生变化。元件电流相位发生变化。母线保护规定：电流从母线保护规定：电流从线路流向母线为正，从线路流向母线为正，从母线流向线路为负。母线流向线路为负。1pI2pI母线母线 当母线正常运行及外部故障时（当母线正常运行及外部故障时（k k1 1点），点），按规定的电流正方向来看按规定的电流正方向来看 和和 大小相大小相等，相位相差等，相位相差180180O O1pI2pIk11pI2pI当母线内部故障时（当母线内部故障时（k k2 2点）点）, , 和和 均流向母均流向母线，在理想情况

23、下两者相位相同线，在理想情况下两者相位相同1pI2pIk21pI2pI小母线小母线中中 间间变流器变流器中中 间间变流器变流器 切换切换装置装置 切换切换装置装置 相位相位比较比较 延时延时回路回路 脉冲展脉冲展宽回路宽回路 出口出口跳跳闸闸ZLH1ZLH1ZLH2ZLH21sI2sI3sI电流比相式母线保护原理图电流比相式母线保护原理图切换装置用于双母线时切换保护二次回路切换装置用于双母线时切换保护二次回路（当一次元件从一条母线切换到另一条母线时，（当一次元件从一条母线切换到另一条母线时，其对应的二次回路也切换到另一条其对应的二次回路也切换到另一条小母线小母线上）上）各电流互感器二次输出的电

24、流，各电流互感器二次输出的电流，分别分别接入接入中间变流器中间变流器ZLH1,ZLH2ZLH1,ZLH2，的一次线圈。的一次线圈。其二次输出电压分为二组，经其二次输出电压分为二组，经半波整流半波整流后分别后分别接在接在小母线小母线1 1, ,2 2, ,3 3上；上；f fx1x1,f ,fx2x2为非线性电阻（压敏为非线性电阻（压敏电阻）当电流互感器二次电流电阻）当电流互感器二次电流s2s2很大时，用很大时，用以防止以防止ZLH1,ZLH2ZLH1,ZLH2的二次侧产生危险的高压，的二次侧产生危险的高压，小母线小母线的输出接到相位比较、延时、脉冲展宽的输出接到相位比较、延时、脉冲展宽回路。回

25、路。1sI2sI在电流的正半周在电流的正半周以母线以母线3 3为参考（设其为为参考（设其为0 0V V，则母线则母线2 2上为负电位）上为负电位）参考参考0 0电位电位在电流的正半周，都在小母线在电流的正半周，都在小母线2上出现半波负电位上出现半波负电位.U01 3 2.D1D2D3D41sI2sI相位比较相位比较延时展宽延时展宽+-相位比较相位比较延时展宽延时展宽在电流的负半周在电流的负半周以母线以母线3 3为参考（设其为为参考（设其为0 0V V，则母线则母线1 1上为负电位）上为负电位）+在电流的负半周，都在小母线在电流的负半周，都在小母线1上出现半波负电位上出现半波负电位.U01 3

26、2.D D1 1D D2 2D D3 3D D4 41sI2sI相位比较相位比较延时展宽延时展宽+-工作情况工作情况 母线不带电的情况母线不带电的情况母线不带电时，小母线上无电压，相母线不带电时，小母线上无电压，相位比较延时，展宽回路无输出。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情况母线处于正常运行或外部故障情况母线处于正常运行或外部故障时，按规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定的正方向电流相位相差180180O O, ,中间变流器一中间变流器一次侧及二次侧经检波后的波形如下：次侧及二次侧经检波后的波形如下：由于检波后波形相加的结果，在小母线由于检波后

27、波形相加的结果，在小母线1 1、2 2上上都呈现出连续的负电位，因此，比相回路无输出，都呈现出连续的负电位，因此，比相回路无输出，不启动延时回路，整个回路无输出，不跳闸。不启动延时回路，整个回路无输出，不跳闸。t1sIt2sI-EE1E2E1E2t小母线小母线2 2的波形的波形-EE2E1E2E1t小母线小母线1 1的波形的波形正常运行或外部故障正常运行或外部故障 母线内部故障情况母线内部故障情况母线内部故障时，各连接元件的电流均流母线内部故障时，各连接元件的电流均流向母线，各中间变流器的一次电流基本上同相向母线，各中间变流器的一次电流基本上同相位，由于位，由于 、 相位相同，两者叠加后，在相

28、位相同，两者叠加后，在小母线和小母线上呈现出相间的断续负电小母线和小母线上呈现出相间的断续负电位，在负电位的间断期间比相回路输出一脉冲，位，在负电位的间断期间比相回路输出一脉冲，起动延时回路，若此脉冲延续时间大于起动延时回路，若此脉冲延续时间大于3.33.3ms(60ms(60O O) )，则延时回路起动脉冲展宽回路，后则延时回路起动脉冲展宽回路，后者输出一连续脉冲使开关跳闸。者输出一连续脉冲使开关跳闸。1E2Et1sIt2sI-EE1E2E1E2t小母线小母线2 2的波形的波形-EE2E1E2E1t小母线小母线1 1的波形的波形由于由于 、 相位相同，两者叠加后，在小母相位相同，两者叠加后，

29、在小母线和小母线上呈现出相间的断续负电位线和小母线上呈现出相间的断续负电位1E2E母线内部故障母线内部故障 延时延时6060O O回路的作用和保护的闭锁角回路的作用和保护的闭锁角理想情况：理想情况：内部故障时电流的相位差为内部故障时电流的相位差为0 0O O， 外部故障时为外部故障时为180180O O。实际情况：实际情况：由于电流互感器，中间变流器误差由于电流互感器，中间变流器误差等因素的影响，各电流间相位差可能是等因素的影响，各电流间相位差可能是 值最大可达值最大可达6060O O、有可能使保护误动。有可能使保护误动。 180, -Et小母线小母线2 2的波形的波形-Et小母线小母线1 1

30、的波形的波形 当小母线上出现间断的电压时，延时回路当小母线上出现间断的电压时，延时回路就要启动，为了防止在这种情况下发生误动作，就要启动，为了防止在这种情况下发生误动作，就需要选择延时回路的时间就需要选择延时回路的时间 角所对应的时角所对应的时间，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。一般采用流相位误差。一般采用 ，即，即3.33.3msms060双母线同时运行时，母线保护双母线同时运行时，母线保护的实现方法的实现方法 双母线是发电厂和变电所中广泛采用双母线是发电厂和变电所中广泛采用的一种母线方式。对于双母线经常以一的一种母线方式。对于双母线经

31、常以一组母线运行的方式，在母线发生故障后，组母线运行的方式，在母线发生故障后，将造成全部停电，需把所有连接元件倒将造成全部停电，需把所有连接元件倒换至另一组母线上才能恢复供电，这是换至另一组母线上才能恢复供电，这是一个很大的缺点。一个很大的缺点。 为此，在发电厂以及重要变电所的高压母为此，在发电厂以及重要变电所的高压母线上，一般都采用双母线同时运行（母线联络线上，一般都采用双母线同时运行（母线联络断路器经常投入），而断路器经常投入），而每组母线上连接一部分每组母线上连接一部分（大约（大约1/21/2）供电和受电元件的方式，这样当任）供电和受电元件的方式，这样当任一组母线上故障后，就只影响到一半

32、的负荷供一组母线上故障后，就只影响到一半的负荷供电电，而另一组母线上的连接元件则仍可以继续，而另一组母线上的连接元件则仍可以继续运行，这就大大提高了供电的可靠性。这种连运行，这就大大提高了供电的可靠性。这种连接方式相对而言较为固定，因此有可能装设元接方式相对而言较为固定，因此有可能装设元件固定连接的双母线电流差动保护。件固定连接的双母线电流差动保护。 母线“大差动”是指除母联开关和分段开关外所有支路电流所构成的差动回路，用于判别母线区内和区外故障。 某段母线的“小差是指该段母线上所连接的所有支路（包括母联和分段开关）电流所构成的差动回路，作为故障母线选择元件。大差大差&小差回路小差回路8.3

33、8.3 元件固定连接的双母线电流差动保护元件固定连接的双母线电流差动保护是指除母联开关是指除母联开关和分段开关以外和分段开关以外的母线上所有其的母线上所有其余支路电流所构余支路电流所构成的差动回路成的差动回路 III母线大差比率差动用于判别母线区内母线大差比率差动用于判别母线区内和区外故障和区外故障III是指该段母线是指该段母线上所连接的所上所连接的所有支路（包括有支路（包括母联和分段开母联和分段开关）电流所构关）电流所构成的差动回路成的差动回路 小差比率差动用于故障母线的选择。小差比率差动用于故障母线的选择。标准双母线差流计算示意图标准双母线差流计算示意图I I1 1I I0 0I I2 2

34、I I3 3I I4 4大大 差（紫色框所示）：差（紫色框所示）：I I母线母线=0=0，即，即 I I1 1+I+I2 2-I-I3 3-I-I4 4=0=0母小差（蓝色框所示）：母小差（蓝色框所示）：I I母母=0=0，即，即 I I1 1+I+I2 2-I-I0 0=0=0母小差（绿色框所示）：母小差（绿色框所示）：I I母母=0=0，即，即 -I-I3 3-I-I4 4+I+I0 0=0=0I I1 1I I0 0I I2 2I I3 3I I4 4大差大差（紫色框所示）（紫色框所示）：I I母线母线=0=0，即，即 I I1 1-I-I2 2+I+I3 3+I+I4 4=0 =0 大

35、差大差不启动不启动区外故障区外故障I I1 1I I0 0I I2 2I I3 3I I4 4区内故障区内故障大大 差（紫色框所示）：差（紫色框所示）：I I母线母线0 0，即，即 I I1 1+I+I2 2+I+I3 3+I+I4 400，大差起动，大差起动母小差（蓝色框所示）：母小差（蓝色框所示）：I I母母0 0，即，即 I I1 1+I+I2 2+I+I0 000，母小差起动跳母小差起动跳母母母小差（绿色框所示）：母小差（绿色框所示）：I I母母=0=0，即，即 I I3 3+I+I4 4-I-I0 0=0=0， 母小差不起动母小差不起动8.3 8.3 元件固定连接的双母线电流差动保护

36、元件固定连接的双母线电流差动保护KD1KD2KD3QF1QF2QF3QF4QF5隔离开关隔离开关TA1TA1TA2TA2TA3TA3TA4TA456断路器断路器 KD3KD1KD2QF1QF2QF3QF4QF5TA1TA2TA6TA5TA4TA3KD2KD3起动元件由电流互感器TA1、TA2、TA3、TA4与差动电流继电器KD3组成，反映母线上是否出现故障KD1选择元件由电流互感器由电流互感器TA1TA1、TA2TA2、TA5TA5和差动电和差动电流继电器流继电器KD1KD1组成，反映母组成，反映母线线上的故障上的故障 选择元件由电流互感器TA3、TA4、TA6和差动电流继电器KD2组成，反映

37、母线上的故障 双母线电流差动保护的原理接线图双母线电流差动保护的原理接线图第一组由电流互感器第一组由电流互感器TA1TA1、TA2TA2、TA5TA5和差动继电和差动继电器器KDKD1 1组成，用以选择组成，用以选择第第组组母线上的故障；母线上的故障；第三组实际上是由电流互感器第三组实际上是由电流互感器TA1TA1、TA2TA2、TA3TA3、TA4TA4和差动继电器和差动继电器KD3KD3组成的一个完全电流差动组成的一个完全电流差动保护，当保护，当任一组任一组母线上发生故障时，它都起动，母线上发生故障时，它都起动，而当母线外部故障时，它不动作，在正常运行方而当母线外部故障时，它不动作，在正常

38、运行方式下，它作为整个保护的起动元件，当固定接线式下，它作为整个保护的起动元件，当固定接线方式破坏并保护范围外部故障时，可防止保护的方式破坏并保护范围外部故障时，可防止保护的非选择性动作非选择性动作第二组由电流互感器第二组由电流互感器TA3TA3、TA4TA4、TA6TA6和差动继和差动继电器电器KD2KD2组成，用以选择组成，用以选择第第组组母线上的故障；母线上的故障；反应母线总差电流反应母线总差电流-直流回路展开图直流回路展开图+KD3GGKD1KD2ZJ3XJ1ZJ1XJ2ZJ2XJ3跳跳QF1QF1XJ4跳跳QF2QF2XJ5跳跳QF3QF3XJ6跳跳QF4QF4XJ7跳跳QF5QF5

39、ZJ1ZJ1ZJ2ZJ2ZJ3+跳跳QF4QF4KD3KD3 +KD1KD1 -+-+XJ1XJ3XJ4ZJ1跳跳QF1QF1跳跳QF2QF2跳跳QF5QF5XJ7ZJ3+KD2KD2 -+XJ2XJ5XJ6ZJ2跳跳QF3QF3只要只要KD3KD3动作，说明母线故障，动作，说明母线故障，先跳开母联先跳开母联QF5QF5若若KD1KD1动作，说明母线动作，说明母线1 1故障，故障，再跳开再跳开QF1QF1，QF2QF2若若KD2KD2动作，说明母线动作，说明母线2 2故障，故障，再跳开再跳开QF3QF3，QF4QF4KD1KD2KD3QF1QF2QF3QF4QF5(1)(1)正常运行时，一次电

40、流分布正常运行时，一次电流分布KD1KD2KD3QF1QF2QF3QF4QF5(1)(1)正常运行时，二次电流分布图正常运行时，二次电流分布图 KD3KD1KD2QF1QF2QF3QF4QF5TA1TA2TA6TA5TA4TA3L4L1L3L2K(2)(2)母线外部故障时，一次电流分布图母线外部故障时，一次电流分布图KD1KD2KD3QF1QF2QF3QF4QF5(2)(2)母线外部故障时，一次电流分布图母线外部故障时，一次电流分布图元件元件1 1提供的短提供的短路电流路电流元件元件3 3提供的短提供的短路电流路电流元件元件4 4提供的短提供的短路电流路电流KD1KD2KD3QF1QF2QF3

41、QF4QF5(2)(2)母线外部故障时，二次电流分布图母线外部故障时，二次电流分布图KD1KD2KD3QF1QF2QF3QF4QF5(3)(3)母线内部故障时，一次电流分布母线内部故障时，一次电流分布KD1KD2KD3QF1QF2QF3QF4QF5(3)(3)母线内部故障时，二次电流分布母线内部故障时，二次电流分布KD1KD1和和KD3KD3动作动作KD2KD2不动作不动作KD1KD2KD3QF1QF2QF3QF4QF5(4)(4)固定连接方式破坏时，保护装置的动作情况固定连接方式破坏时，保护装置的动作情况假设元件假设元件1由母线由母线切换到母切换到母线线上上当母线当母线内部故障时短路电流分布

42、内部故障时短路电流分布KD1KD2KD3QF1QF2QF3QF4QF5当任一母线当任一母线故障，故障，KD1KD1，KD2KD2，KD3KD3均动作，保均动作，保护将切除两护将切除两组母线。组母线。二次电流分布二次电流分布发生内部故障时的工作原理发生内部故障时的工作原理 KD3KD1KD2QF1QF2QF3QF4QF5TA1TA2TA6TA5TA4TA3L4L1L3L2K KD3KD1KD2QF1QF2QF3QF4QF5TA1TA2TA6TA5TA4TA3KS1KM1KS2KM2KS3KS4KS6KS5KS7+WC-WCFUKD3KM3KD2KD1KM1-1KM1-2KM2-1KM2-2KM3

43、-1跳QF1跳QF2跳QF3跳QF4跳QF5KD1KD3KL4L1L3L2KM1KS1KS3KS4KS7FU发生内部故障时的工作原理发生内部故障时的工作原理QF1QF2QF3QF4DL2双母同时运行时的母联双母同时运行时的母联相位差动保护相位差动保护LJU3U2cdIMIW3W2WcdWM母联电流母联电流总差电流总差电流利用比较母联中电流与总差电流的相位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作为故障母线的选择元件。1 1、当第一组母线上故障时，流过母联的电流是由母、当第一组母线上故障时，流过母联的电流是由母线线流向母线流向母线。2 2、当第二组母线上故障时，流过母联的电流是由

44、母、当第二组母线上故障时，流过母联的电流是由母线线流向母线流向母线 。在这两种故障情况下，母联电流的相位变化了在这两种故障情况下，母联电流的相位变化了 o180比较这两个电流的相位，就可以选择出故障母线比较这两个电流的相位，就可以选择出故障母线而总差电流是反映母线故障的总电流，其而总差电流是反映母线故障的总电流，其相位是不变的（始终是正的）。相位是不变的（始终是正的）。保护装置主要由总差动电流回路，保护装置主要由总差动电流回路，相位比较回路和相应的继电器组成相位比较回路和相应的继电器组成 在总差动回路中接有保护装置的启动元件在总差动回路中接有保护装置的启动元件LJLJ，其作用与固定连接式母线保

45、护中的其作用与固定连接式母线保护中的KDKD3 3相同。相同。只当母线范围内部故障时它才动作。选择元件只当母线范围内部故障时它才动作。选择元件是电流相位比较式继电器。是电流相位比较式继电器。LJW2R1U2BZ1C1JJ2JJ1W3R2U3BZ2C2JJ2JJ1LJR3+-动作绕组动作绕组制动绕组制动绕组JJJJ1U2U3JJ2U3U2LJ电流从同名端流入为动作电流，电流从同名端流入为动作电流，电流从同名端流出为制动电流电流从同名端流出为制动电流正常运行及母线外部故障时，正常运行及母线外部故障时，LJLJ常闭触点闭合，附常闭触点闭合，附加直流电源通过加直流电源通过R3R3到到JJ2JJ2的制动

46、绕组，通过的制动绕组，通过LJLJ的常闭的常闭触点，再通过触点，再通过JJ1JJ1的制动绕组返回，对的制动绕组返回，对JJ1JJ1和和JJ2JJ2供给供给制动电流，所以制动电流，所以JJ1JJ1和和JJ2JJ2不动作。不动作。制动方向制动方向动作方向动作方向W2R1U2BZ1C1JJ2JJ1W3R2U3BZ2C2JJ2JJ1R3+-LJ母线内部故障时，母线内部故障时，LJLJ常闭触点断开常闭触点断开U U2 2产生的电流加在产生的电流加在JJ JJ2 2的制动绕组，的制动绕组，JJ JJ1 1的动作绕组。的动作绕组。U U3 3产生的电流加在产生的电流加在JJ JJ2 2的动作绕组，的动作绕组

47、，JJ JJ1 1的制动绕组。的制动绕组。附加附加直流直流回路回路不通不通DL1DL2DL3DL4DL2LJU3U2cdIW3W2WcdWMZLHMI采用中间变流器采用中间变流器ZLHZLH进行磁通进行磁通综合，在右侧柱上磁通为综合，在右侧柱上磁通为 2 2，其与其与 成正比。成正比。在左侧柱上磁通为在左侧柱上磁通为 3 3，其与，其与 成正比。成正比。.McdII.McdIIWcd当母线当母线故障时，母联电流由母线故障时，母联电流由母线流向母线流向母线，总，总差电流和母联电流所产生的磁通在左侧立柱上抵消，差电流和母联电流所产生的磁通在左侧立柱上抵消，在右侧立柱上加强，故在右侧立柱上加强，故U

48、2U3,U2U3,这时，这时，JJ1JJ1动作。动作。采用中间变流器采用中间变流器ZLHZLH进行磁通综合，在右侧柱进行磁通综合，在右侧柱上磁通为上磁通为 2 2，在左侧柱上磁通为在左侧柱上磁通为 3 3。在右侧二次线圈在右侧二次线圈WW2 2中的输出电压中的输出电压 )(.2McdIIKU在左侧二次线圈在左侧二次线圈WW3 3中的输出电压中的输出电压 因此因此，当，当 与与 同相，则同相，则 ，JJ JJ1 1动作，动作，JJ JJ2 2不动作不动作当当 与与 反相，则反相，则 ，JJ JJ2 2动作，动作，JJ JJ1 1不动作不动作MIMIcdIcdI2U3U3U2UJJ1U2U3JJ2

49、U3U2JJ JJ1 1动作，跳开断路器动作，跳开断路器QFQF1 1和和QFQF2 2。JJ JJ2 2动作，跳开断路器动作，跳开断路器QFQF3 3和和QFQF4 4。LJLJ动作，动作， 跳开母联断路器跳开母联断路器QFQF5 5。)(.3McdIIKULJ常开触点，母线故障时动作，触点闭合，常开触点，母线故障时动作，触点闭合，跳开母联断路器跳开母联断路器常闭触点，正常运行及外部故障时不动作，常闭触点，正常运行及外部故障时不动作，触点闭合，向触点闭合，向JJ1JJ1和和JJ2JJ2附加的制动电流。附加的制动电流。为提高选择元件工作的可靠性，在正常运行为提高选择元件工作的可靠性，在正常运行

50、情况下，情况下，JJ JJ1 1和和JJ JJ2 2的两组线圈中通过电阻的两组线圈中通过电阻R R3 3和启和启动元件动元件LJLJ的常闭触点，都加入一个附加的制动的常闭触点，都加入一个附加的制动电流，使它处于闭锁状态，仅当母线发生故电流，使它处于闭锁状态，仅当母线发生故障，障，LJLJ动作以后，此附加电流才取消，动作以后，此附加电流才取消，JJ JJ1 1和和JJ JJ2 2将根据相位比较结果而动作将根据相位比较结果而动作说明说明跳开母联断路器跳开母联断路器QF5动作后触点断动作后触点断开，撤消附加开，撤消附加的制动电流的制动电流XJ4跳跳QF1XJ5跳跳QF2XJ6跳跳QF3XJ7跳跳QF

51、4XJ8跳跳QF5ZJ1ZJ1ZJ2ZJ2ZJ3+直流回路展开图直流回路展开图+LJGJJ1-ZJ5XJ2ZJ1XJ1YJ1GJJ2XJ3ZJ3YJ2ZJ2ZJ4说明说明1 1）母线外部故障时，差动回路中仅有不平衡）母线外部故障时，差动回路中仅有不平衡电流，电流，LJLJ不动作，选择元件因不动作，选择元件因LJLJ不动作而处于不动作而处于闭锁状态，故保护装置不可能动作。闭锁状态，故保护装置不可能动作。2 2）母线内部故障时，差动回路电流）母线内部故障时，差动回路电流I Icdcd永远反永远反应故障点的总电流，其方向与故障母线的组别应故障点的总电流，其方向与故障母线的组别无关，这时，无关，这时，

52、LJLJ动作，其常开触点闭合后启动动作，其常开触点闭合后启动母联断路器母联断路器QFQF5 5的跳闸继电器的跳闸继电器5 5ZJZJ，并为启动并为启动1 1ZJ-4ZJZJ-4ZJ跳闸继电器的回路准备好正电源，其常跳闸继电器的回路准备好正电源，其常闭触点断开而解除对闭触点断开而解除对JJ JJ1 1和和JJ JJ2 2的制动。的制动。保护装置的电压闭锁元件为两组低电保护装置的电压闭锁元件为两组低电压继电器，分别接在两组母线的电压压继电器，分别接在两组母线的电压互感器二次侧线电压上，能反映母线互感器二次侧线电压上，能反映母线上各种类型的故障。上各种类型的故障。+LJGJJ1-ZJ5XJ2ZJ1X

53、J1YJ1GJJ2XJ3ZJ3YJ2ZJ2ZJ4在正常运行情况下，低电压继电器在正常运行情况下，低电压继电器YJYJ1 1和和YJYJ2 2均均不启动，将保护闭锁，防止各种原因引起的保不启动，将保护闭锁，防止各种原因引起的保护误动作。护误动作。( (正常运行情况下，低电压继电器正常运行情况下，低电压继电器YJ1YJ1和和YJ2YJ2均不动作均不动作, ,触点断开触点断开) )+LJGJJ1-ZJ5XJ2ZJ1XJ1YJ1GJJ2XJ3ZJ3YJ2ZJ2ZJ4正常运行时不动作触点正常运行时不动作触点断开，将母线保护闭锁断开，将母线保护闭锁当母联断路器因故退出运行时，由于当母联断路器因故退出运行时

54、，由于I IMM=0=0，选择元件无法工作，这时可投入刀闸选择元件无法工作，这时可投入刀闸G G，解解除除JJ1JJ1和和JJ2JJ2的作用。并利用电压闭锁元件作的作用。并利用电压闭锁元件作为保护装置的选择元件。当为保护装置的选择元件。当LJLJ动作跳开母联动作跳开母联断路器后断路器后, ,故障母线的低电压元件动作故障母线的低电压元件动作, ,触点触点闭合闭合, ,保护动作。保护动作。+LJGJJ1-ZJ5XJ2ZJ1XJ1YJ1GJJ2XJ3ZJ3YJ2ZJ2ZJ4 在在110110kVkV及以上电压等级的发电厂和变电所及以上电压等级的发电厂和变电所中，当输电线路、变压器或母线发生短路，在中

55、，当输电线路、变压器或母线发生短路，在保护装置动作于切除故障时，可能伴随故障元保护装置动作于切除故障时，可能伴随故障元件的断路器拒动，也即发生了断路器的失灵故件的断路器拒动，也即发生了断路器的失灵故障。产生断路器失灵故障的原因是多方面的，障。产生断路器失灵故障的原因是多方面的，例如例如: :断路器跳闸线圈断线；断路器的操作机构断路器跳闸线圈断线；断路器的操作机构失灵等。失灵等。8.4 8.4 断路器失灵保护简介断路器失灵保护简介 断路器失灵故障的发生会导致故障切除时断路器失灵故障的发生会导致故障切除时间的延长、事故范围的扩大，其后果是造成间的延长、事故范围的扩大，其后果是造成电力系统大范围停电

56、，甚至发生电力系统的电力系统大范围停电，甚至发生电力系统的瓦解事故。瓦解事故。 为保证高压电网的安全运行，对于断路器为保证高压电网的安全运行，对于断路器失灵故障，目前采取的主要措施之一是失灵故障，目前采取的主要措施之一是装设专装设专用的断路器失灵保护用的断路器失灵保护。 当线路、变压器或母线发生短路并当线路、变压器或母线发生短路并伴随断路器失灵时，相应的继电保护动伴随断路器失灵时，相应的继电保护动作发出跳闸脉冲后，作发出跳闸脉冲后，断路器拒绝动作时，断路器拒绝动作时，能够以较短的时限切除同一发电厂或变能够以较短的时限切除同一发电厂或变电所内其它有关的断路器，电所内其它有关的断路器，以使停电范以

57、使停电范围限制为最小的一种后备保护。围限制为最小的一种后备保护。 所谓断路器失灵保护是指：所谓断路器失灵保护是指：1ZJ2ZJ3ZJtQF1QF2QF5QF3QF4当其出口继电器（如当其出口继电器（如1 1ZJZJ、2ZJ2ZJ）动作于跳开本身断路动作于跳开本身断路器的同时，也起动失灵保护中的器的同时，也起动失灵保护中的公用时间继电器公用时间继电器t t，此此时间继电器的延时应大于故障元件的断路器跳闸时间时间继电器的延时应大于故障元件的断路器跳闸时间及保护装置返回时间之和，因此，并不妨碍正常的切及保护装置返回时间之和，因此，并不妨碍正常的切除故障。除故障。1ZJ2ZJ3ZJtQF1QF2QF5

58、QF3QF4如果如果故障线路的断路器拒动故障线路的断路器拒动时（例如时（例如k k点短路，点短路，1 1ZJZJ动动作后作后QF1QF1拒动），则时间继电器动作，起动失灵保护的拒动），则时间继电器动作，起动失灵保护的出口继电器出口继电器3 3ZJZJ，使连接至该组母线上所有其它有电源使连接至该组母线上所有其它有电源的断路器（如的断路器（如QF2QF2、QF3QF3）跳闸，从而切除了）跳闸，从而切除了k k点的故障，点的故障，起到了起到了QF1QF1拒动时的后备作用。拒动时的后备作用。 由于断路器失灵保护要动作于跳开一由于断路器失灵保护要动作于跳开一组母线上的所有断路器，而且在保护的接组母线上的

59、所有断路器，而且在保护的接线上将所有断路器的操作回路都连接在一线上将所有断路器的操作回路都连接在一起，因此，应注意提高失灵保护动作的可起，因此，应注意提高失灵保护动作的可靠性，以防止误动而造成严重的事故。为靠性，以防止误动而造成严重的事故。为此，对断路器失灵保护的起动提出了附加此，对断路器失灵保护的起动提出了附加的条件，的条件，只当同时具备以下条件时它才能只当同时具备以下条件时它才能起动：起动：为提高断路器失灵保护动作的可靠性，要求启动为提高断路器失灵保护动作的可靠性，要求启动元件必须同时具备以下两个条件才能启动：元件必须同时具备以下两个条件才能启动：(1) (1) 故障元件的保护出口继电器动

60、作后不返回。故障元件的保护出口继电器动作后不返回。(2) (2) 在故障保护元件的保护范围内短路依然存在，即在故障保护元件的保护范围内短路依然存在，即失灵判别元件启动。失灵判别元件启动。当母线上连接元件较多时，失灵判别元件可采用当母线上连接元件较多时，失灵判别元件可采用检查母线电压的低电压继电器，以确定故障仍未检查母线电压的低电压继电器，以确定故障仍未切除，其动作电压按最大运行方式下线路末端短切除，其动作电压按最大运行方式下线路末端短路时保护应有足够的灵敏性来整定。当母线上连路时保护应有足够的灵敏性来整定。当母线上连接元件较少时，可采用检查故障电流的电流继电接元件较少时，可采用检查故障电流的电