微机母差保护装置

1、1微机母线差动保护装置上海天正明日电力自动化有限公司上海天正明日电力自动化有限公司2母线故障的危害 变电站和发电厂母线故障是电气设备最严变电站和发电厂母线故障是电气设备最严重的故障之一重的故障之一 带来的影响：带来的影响：枢纽站高压母线故障造成母线电压降到枢纽站高压母线故障造成母线电压降到很低，可能破坏电力系统的稳定很低，可能破坏电力系统的稳定可能全站（全厂）失电可能全站（全厂）失电故障母线上的出线在母线修复期间停电故障母线上的出线在母线修复期间停电双母方式下，故障母线上的出线切换到双母方式下，故障母线上的出线切换到正常母线所必须的时间内停电正常母线所必须的时间内停电3母线故障产生的原因 母线

2、绝缘子及套管闪络母线绝缘子及套管闪络 电压互感器故障电压互感器故障 装设于母线和断路器之间的电流互感器故障装设于母线和断路器之间的电流互感器故障 母线侧隔离开关绝缘子损坏（在操作时）母线侧隔离开关绝缘子损坏（在操作时） 运行人员的误操作运行人员的误操作 设备老化造成的故障设备老化造成的故障 施工时安全措施不利造成的人为故障施工时安全措施不利造成的人为故障4母差保护方式 装设专用母线差动保护装置装设专用母线差动保护装置 利用供电元件的保护装置切除母线故障利用供电元件的保护装置切除母线故障5用供电元件保护装置 供电元件保护装置能够保证系统所要求的快供电元件保护装置能够保证系统所要求的快速性、选择性

3、、灵敏性、可靠性速性、选择性、灵敏性、可靠性 厂用电母线上残余电压不低于允许值（一般厂用电母线上残余电压不低于允许值（一般要求不低于要求不低于5060Un）独立运行的发电厂母线短路，利用发电机独立运行的发电厂母线短路，利用发电机保护切除故障保护切除故障(图图1)单侧电源降压变高压母线短路，利用供电单侧电源降压变高压母线短路，利用供电线路保护切除故障（图线路保护切除故障（图2）单侧电源降压变低压母线短路，利用变压单侧电源降压变低压母线短路，利用变压器和备自投切除故障（图器和备自投切除故障（图2）6用供电元件保护装置 上述母线保护简单、经济，切除故障上述母线保护简单、经济，切除故障时间长，此方式通

4、常应用于不太重要时间长，此方式通常应用于不太重要的变电站、低压网络等场合的变电站、低压网络等场合7专用母线差动保护装置 110KV110KV及以上电压等级的发电厂、变电站双母及以上电压等级的发电厂、变电站双母线和单母分段线和单母分段 110KV110KV及以上电压等级的单母线，重要变电站及以上电压等级的单母线，重要变电站的的353566KV66KV母线需要快速切除母线故障时母线需要快速切除母线故障时 353566KV66KV重要变电站的双母线或单母分段，重要变电站的双母线或单母分段，母联（分段）动作后不满足安全运行要求母联（分段）动作后不满足安全运行要求 10KV10KV单母分段需快速有选择切

5、除一段母线时单母分段需快速有选择切除一段母线时 110KV110KV枢纽变及以上电压等级母线保护双配置枢纽变及以上电压等级母线保护双配置8专用母线差动保护装置 母差保护应保证快速性和选择性，并有足够的母差保护应保证快速性和选择性，并有足够的灵敏性和可靠性灵敏性和可靠性 直接接地系统中：母差保护采用三相式接线直接接地系统中：母差保护采用三相式接线（完全电流差动）（完全电流差动） 非直接接地系统中：母差保护可采用两相式接非直接接地系统中：母差保护可采用两相式接线、或采用只接入有电源元件上的线、或采用只接入有电源元件上的TA进行差动进行差动判别（不完全电流差动）判别（不完全电流差动）9母线保护原理分

6、类 完全电流差动母线保护完全电流差动母线保护 相位比较式母线保护相位比较式母线保护10比相式母线保护 母线故障时，各有源支路的电流相位一致母线故障时，各有源支路的电流相位一致 外部故障时，非故障有源支路电流流入母外部故障时，非故障有源支路电流流入母线，故障支路电流流出母线线，故障支路电流流出母线 不需加装中间变流器不需加装中间变流器 通过比较差动回路电流与母联电流相位选通过比较差动回路电流与母联电流相位选择故障母线择故障母线11电流差动母线保护 差动保护理论基础差动保护理论基础基尔霍夫定理：基尔霍夫定理：在同一时刻，一个电气节点的流入电流在同一时刻，一个电气节点的流入电流等于流出电流等于流出电

7、流 İİ1+İ2+İ3İ1İ2İ3İ12母差保护配置 母线分相差动保护母线分相差动保护 母联失灵保护母联失灵保护 母联死区保护母联死区保护 母联充电保护母联充电保护 母联过流保护母联过流保护 断路器失灵保护断路器失灵保护13母差保护起动元件 差电流越限：差电流越限：I I d I I dset I I d ：大差动相电流大差动相电流 I I dset ：差动电流起动定值差动电流起动定值 和电流突变：和电流突变： i r I i r I dset i r : i r :电流瞬时值前一周波值电流瞬时值前一周波值 I I dset ：突变量起动定值突变量起动定值 电压突变：电压突变： U U U U

8、 dset Ur : Ur :电压瞬时值前一周波值电压瞬时值前一周波值 U Udset ：突变量起动定值突变量起动定值14复式比率差动元件 复式比率差动判据复式比率差动判据 ： I dsetI dset 为差电流门坎定值为差电流门坎定值 KrKr 为复式比率系数（制动系数）为复式比率系数（制动系数） )1(IdsetId)2()(IdIrKrId mjIjId1mjIjIr115复式比率差动元件动作特性 KrIrIdIdIdset动作区16复式比率制动系数参考值KrExt(%)(%)1406722080315854128817比率差动元件 常规比率差动：常规比率差动： I dsetI dset

9、 为差电流门坎定值为差电流门坎定值 K K 为比率系数（制动系数）为比率系数（制动系数）) 1 (IdsetId) 2(IrKIdmjIjId1mjIjIr118比例差动元件动作特性 IrIdIdsetK1K=1动作区19比率制动系数参考值KExt(%)(%)0.5540750.720820.83109020电流互感器饱和检测 利用差电流与和电流动作时序利用差电流与和电流动作时序 同步检测法同步检测法 谐波制动原理谐波制动原理 每周波存在线性传变区，波形识别法每周波存在线性传变区，波形识别法 自适应阻抗加权抗饱和自适应阻抗加权抗饱和 分布式母差功率方向分布式母差功率方向21复合电压闭锁差动 电

10、压闭锁元件判据：电压闭锁元件判据： UabUab为母线线电压（相间电压）为母线线电压（相间电压） 3Uo3Uo为母线三倍零序电压为母线三倍零序电压 U2 U2 为母线负序电压为母线负序电压 三判据任一满足，电压闭锁开放三判据任一满足，电压闭锁开放setUUsetUUUsetUab2200322母线运行方式识别 刀闸辅助接点位置开入作为运行方式刀闸辅助接点位置开入作为运行方式判别依据判别依据 电流计算法，配合刀闸辅助接点位置电流计算法，配合刀闸辅助接点位置 保护装置运行方式模拟盘保护装置运行方式模拟盘强制接通强制接通强制断开强制断开自适应自适应23单母线接线 一个差回路一个差回路 固定连接方式固

11、定连接方式24单母线单分段接线 两个差回路两个差回路 固定连接方式固定连接方式FD253/2接线 相当于两个单母线相当于两个单母线 固定连接方式固定连接方式26双母线接线 两个差回路两个差回路 非固定连接非固定连接ML27双母线单分段接线 三个差回路三个差回路 非固定连接非固定连接MLFD28双母线双分段接线 915AS-1915AS-2ML1ML2FD1FD229故障母线选择 差电流：差电流：大差电流判断区内、区外故障大差电流判断区内、区外故障小差电流选择故障母线小差电流选择故障母线固定连接方式由小差电流判断和选择固定连接方式由小差电流判断和选择 电压：电压：复合电压判起动，开放电压闭锁复合

12、电压判起动，开放电压闭锁各母线复合电压开放本母线闭锁各母线复合电压开放本母线闭锁30联络开关断开运行方式 有联络开关的接线方式（母联、分段）有联络开关的接线方式（母联、分段）在联络开关断开的运行方式下，为防在联络开关断开的运行方式下，为防止拒动误动要调整大差比率系数和闭止拒动误动要调整大差比率系数和闭锁电压锁电压接入联络开关辅助接点自动判断接入联络开关辅助接点自动判断用母线分列运行压板人工切换用母线分列运行压板人工切换31联络开关断开运行方式 故障母线差流定值、比率定值满足条件故障母线差流定值、比率定值满足条件 故障母线电压闭锁开放故障母线电压闭锁开放 非故障母线差流定值、比率定值不满足条件非

13、故障母线差流定值、比率定值不满足条件 非故障母线电压闭锁不开放非故障母线电压闭锁不开放 大差比率定值有可能不满足定值，因为非故大差比率定值有可能不满足定值，因为非故障母线流出电流流入电流，制动量大，降障母线流出电流流入电流，制动量大，降低了母差保护的灵敏度低了母差保护的灵敏度 此方式下退出联络开关回路（母联死区不扩此方式下退出联络开关回路（母联死区不扩大停电范围）大停电范围）32其它运行方式 母联兼旁路运行方式，母联母联兼旁路运行方式，母联TA在跨条另在跨条另一侧（图一侧（图3） 旁路代母联运行方式，跨条接到旁路代母联运行方式，跨条接到I母（母（II母），母联作为旁路开关（图母），母联作为旁路

14、开关（图4） 母线兼旁母母线兼旁母 运行方式，母联作为旁路开运行方式，母联作为旁路开关，母差保护范围为单母线（图关，母差保护范围为单母线（图5）33母联（分段）失灵保护 起动条件：起动条件：母线并列运行母线并列运行母联（分段）作联络开关母联（分段）作联络开关差动、充电、过流保护向母联（分段）差动、充电、过流保护向母联（分段）发跳令经延时大差不返回发跳令经延时大差不返回母联（分段）有电流母联（分段）有电流34母联（分段）失灵保护 失灵动作条件：失灵动作条件：起动条件满足起动条件满足母联（分段）过流条件满足母联（分段）过流条件满足母联（分段）失灵延时条件满足（灭母联（分段）失灵延时条件满足（灭弧时

15、间）弧时间）复合电压条件满足复合电压条件满足根据保护逻辑相继跳开两段母线根据保护逻辑相继跳开两段母线35母联（分段）失灵逻辑 延时50ms 差动动作 充电动作 母联失灵延时 或或 封母联TA 母联失灵过流 母联开关分位 36母联（分段）失灵逻辑 37母联（分段）死区保护 死区保护指断路器与死区保护指断路器与TATA之间的故障之间的故障 故障现象类似于母联（分段）失灵故障现象类似于母联（分段）失灵 保护条件、动作逻辑类似于失灵保护，延保护条件、动作逻辑类似于失灵保护，延时不同，死区延时躲过主接点和辅助接点时不同，死区延时躲过主接点和辅助接点的先后时序（的先后时序（5050100ms100ms）

16、通常失灵、死区保护看作一种保护通常失灵、死区保护看作一种保护38母联（分段）死区逻辑 11母联TWJ400跳一母母联IA0.04In母联IB0.04In母联IC0.04In&两母线均有电压0&母差跳一母一母比例差动元件大差比例差动元件&母差跳二母二母比例差动元件&跳二母&TsqTsq母联电流退出小差&1母联IA0.2In母联IB0.2In母联IC0.2In39母联(分段)充电保护 充电保护起动条件：充电保护起动条件：母联（分段）开关作为联络开关母联（分段）开关作为联络开关母联（分段）充电保护压板投入母联（分段）充电保护压板投入其中一段母线失压其中一段母线失压联络开关处于分位联络开关处于分位母联

17、电流从无到有母联电流从无到有40母联(分段)充电保护 充电投入期间闭锁差动保护有控制字投退充电投入期间闭锁差动保护有控制字投退 充电保护一旦投入自动展宽充电保护一旦投入自动展宽200300ms 充电保护动作条件：充电保护动作条件：起动条件满足起动条件满足母联（分段）电流大于充电电流定值母联（分段）电流大于充电电流定值充电出口延时满足充电出口延时满足41母联(分段)充电保护逻辑 IcsetIkb IcsetIkc IcsetIka 与闭锁母差展宽200ms充电保护投入充电保护退出差动恢复 Ika由无至有 Ikb由无至有 Ikc由无至有或与 一段母线失压充电保护压板合 母分开关已断充电闭锁母差或充

18、电出口延时 与跳母联充电保护投入42母联(分段)过流保护 母联（分段）过流保护可作为母母联（分段）过流保护可作为母线解列保护线解列保护 母联（分段）过流保护可作为线母联（分段）过流保护可作为线路、变压器的临时应急保护路、变压器的临时应急保护43母联(分段)过流保护 母联（分段）过流保护条件：母联（分段）过流保护条件： 母联（分段）过流保护压板投入母联（分段）过流保护压板投入 母联（分段）任一相电流大于过流定值母联（分段）任一相电流大于过流定值 母联（分段）零序电流大于零序过流定值母联（分段）零序电流大于零序过流定值 可整定的延时时间到可整定的延时时间到 母联（分段）过流保护不经复合电压闭锁母联

19、（分段）过流保护不经复合电压闭锁44母联(分段)过流保护逻辑 母联过流保护投入母联过流保护投入或与过流出口延时跳母联IksetIka IksetIkb IksetIkc ksetIIk030345母联非全相保护 母联断路器某相断开处于非全相运行时，由母联断路器某相断开处于非全相运行时，由母联非全相保护延时跳开三相母联非全相保护延时跳开三相TWJATWJCTWJBHWJAHWJCHWJB+&=1母联I2I2byz母联I0I0byzSWYBSW: 母联非全相保护投退控制字YB: 母联非全相保护投入压板跳母联TbyzTHWJ46TA断线闭锁差动保护 差动保护电流回路二次断线会影响差动的正常差动保护电

20、流回路二次断线会影响差动的正常判别，需要闭锁差动出口判别，需要闭锁差动出口 电流回路恢复正常后电流回路恢复正常后0.9秒自动恢复正常运行秒自动恢复正常运行 Id-ct 为为TA断线定值断线定值或 延时9S 闭锁母差 TA断线信号 ctIdIdactIdIdbctIdIdc47母联(分段)TA断线 母联（分段）电流二次回路断线不会影响保护母联（分段）电流二次回路断线不会影响保护队区内、区外故障的判别队区内、区外故障的判别 发生区内故障时可能失去对故障母线的选择性发生区内故障时可能失去对故障母线的选择性 联络开关联络开关TA断线时不需闭锁差动保护断线时不需闭锁差动保护 联络开关联络开关TA断线时自

21、动转入母线互联方式断线时自动转入母线互联方式InId08. 0InId08. 01InId08. 02 021ddii延时20ms母线强制互联发互联信号与48TV断线告警 运行母线失去电压，延时运行母线失去电压，延时 9 秒告警秒告警 该段母线的复合电压元件一直动作，该段母线的复合电压元件一直动作，相当于退出复合电压闭锁元件相当于退出复合电压闭锁元件 对差动保护无影响对差动保护无影响49断路器失灵保护 母差装置不判失灵电流，只提供运行方式判母差装置不判失灵电流，只提供运行方式判别和出口别和出口与失灵出口延时1失灵出口延时2跳母联跳I母I母失灵出口起动I母失灵复合电压动作保护过流I母失灵出口起动

22、II母失灵出口起动开入公共端外部接点失灵起动母差保护判运行方式I母刀闸II母刀闸50断路器失灵保护 母差保护自带电流检测元件母差保护自带电流检测元件与失灵出口延时1失灵出口延时2跳母联跳II母II母失灵出口起动II母失灵复合电压动作I母失灵出口起动II母失灵出口起动开入公共端外部接点母差保护三跳A相B相C相三相过流A相过流B相过流C相过流I母刀闸II母刀闸51断路器失灵电压闭锁 失灵保护电压闭锁与差动相同失灵保护电压闭锁与差动相同 复合电压闭锁失灵保护复合电压闭锁失灵保护 失灵电压闭锁定值单独整定，满失灵电压闭锁定值单独整定，满足线路末端故障时的灵敏度足线路末端故障时的灵敏度 失灵保护出口动作

23、需要相应母线失灵保护出口动作需要相应母线的失灵复合电压元件动作的失灵复合电压元件动作52母差保护整定值 比率差动门坎比率差动门坎 Idset ：保证母线最小方式故障时有足够的保证母线最小方式故障时有足够的灵敏度，尽可能躲过母线出线最大灵敏度，尽可能躲过母线出线最大负荷电流负荷电流53母差保护整定值 复式比率系数高值复式比率系数高值 Krh : :复式比率系数复式比率系数KrKr的定值整定应综合考的定值整定应综合考虑虑: :区外故障时故障支路的区外故障时故障支路的CTCT饱和引起饱和引起的传变误差的传变误差 (%)(%)区内故障时流出母线的电流占总故区内故障时流出母线的电流占总故障电流的比例障电

24、流的比例Ext(%) Ext(%) 推荐值：推荐值：2 254母差保护整定值 比率制动系数高值比率制动系数高值 Kh :比率制动系数高值，按一般最小运行比率制动系数高值，按一般最小运行方式下发生母线故障时，小差比率差方式下发生母线故障时，小差比率差动元件具有足够的灵敏度整定动元件具有足够的灵敏度整定推荐值：推荐值：0.70.7 KrKr与与K K之间一一对应，之间一一对应，K=Kr/(1+Kr)K=Kr/(1+Kr)55母差保护整定值 复式比率系数低值复式比率系数低值 Krl : :复式比率系数低值，按母线分列运复式比率系数低值，按母线分列运行（联络开关断开），小电源供电行（联络开关断开），小

25、电源供电母线故障时，大差比率元件有足够母线故障时，大差比率元件有足够的灵敏度来整定的灵敏度来整定整定原则同高值整定原则同高值推荐值：推荐值：1 56母差保护整定值 比率制动系数低值比率制动系数低值 KL : : 比率制动系数低值，按母联开关断开时，弱比率制动系数低值，按母联开关断开时，弱电源供电母线发生故障的情况下，大差比率电源供电母线发生故障的情况下，大差比率差动元件具有足够的灵敏度整定差动元件具有足够的灵敏度整定 推荐值：推荐值：0.50.5 57母差保护整定值 差动保护低电压定值：差动保护低电压定值：按母线对称故障有足够灵敏度整定，按母线对称故障有足够灵敏度整定，并应在母线最低运行电压下

26、不动作，并应在母线最低运行电压下不动作，而在故障切除后能可靠返回而在故障切除后能可靠返回 推荐值：推荐值： （线电压）（线电压） 65657070Un Un 656570V70V推荐值：推荐值： （相电压）（相电压） 65657070Un Un 353540V40V58母差保护整定值 差动保护零序电压定值差动保护零序电压定值 3U0 3U0 ：按母线不对称故障有足够灵敏度整按母线不对称故障有足够灵敏度整定，并应躲过母线正常运行时最大定，并应躲过母线正常运行时最大不平衡电压的零序分量不平衡电压的零序分量推荐值：推荐值：6V 10V6V 10V 59母差保护整定值 差动保护负序电压定值差动保护负序

27、电压定值 U2 :U2 :（相电（相电压）压）按母线不对称故障有足够灵敏度按母线不对称故障有足够灵敏度整定，并应躲过母线正常运行时整定，并应躲过母线正常运行时最大不平衡电压的负序分量最大不平衡电压的负序分量推荐值：推荐值：4 8V4 8V 60母差保护整定值 相电流突变量相电流突变量 ir :ir :是母线上所有元件相电流绝对值之和是母线上所有元件相电流绝对值之和的故障变化量。相电流突变定值，应的故障变化量。相电流突变定值，应保证母线最小方式故障时有足够的灵保证母线最小方式故障时有足够的灵敏度敏度推荐值为推荐值为0.1In In0.1In In 61失灵保护整定值 失灵保护低电压定值（线电压）

28、：失灵保护低电压定值（线电压）：按连接本母线的任一线路末端对称故障按连接本母线的任一线路末端对称故障和任一变压器低压侧发生短路故障时有和任一变压器低压侧发生短路故障时有足够灵敏度整定足够灵敏度整定并应在母线最低运行电压下不动作，而并应在母线最低运行电压下不动作，而在故障切除后能可靠返回在故障切除后能可靠返回推荐值：推荐值：70% 75% Un70% 75% Un 62失灵保护整定值 失灵保护零序电压定值：失灵保护零序电压定值：按连接本母线的任一线路末端不对按连接本母线的任一线路末端不对称故障和任一变压器低压侧发生短称故障和任一变压器低压侧发生短路故障时有足够灵敏度整定路故障时有足够灵敏度整定应

29、躲过母线正常运行时最大不平衡应躲过母线正常运行时最大不平衡电压的零序分量电压的零序分量63失灵保护整定值 失灵保护负序电压定值（相电压）：失灵保护负序电压定值（相电压）：按连接本母线的任一线路末端不对按连接本母线的任一线路末端不对称故障和任一变压器低压侧发生短称故障和任一变压器低压侧发生短路故障时有足够灵敏度整定路故障时有足够灵敏度整定应躲过母线正常运行时最大不平衡应躲过母线正常运行时最大不平衡电压的负序分量电压的负序分量 64失灵保护整定值 失灵出口短延时，即断路器失灵起动后以较失灵出口短延时，即断路器失灵起动后以较短时限动作于跳开母联（或分段）断路器短时限动作于跳开母联（或分段）断路器 该

30、时间定值应大于断路器动作时间和保护返该时间定值应大于断路器动作时间和保护返回时间之和，再考虑一定的时间裕度。回时间之和，再考虑一定的时间裕度。 推荐值：双母线接线方式下，推荐值：双母线接线方式下，0.25 0.3S0.25 0.3S 一个半开关接线方式下，一个半开关接线方式下，0.13 0.15S0.13 0.15S65失灵保护整定值 失灵出口长延时，即断路器失灵起动后以较长失灵出口长延时，即断路器失灵起动后以较长时限动作于跳开与拒动断路器连接在同一母线时限动作于跳开与拒动断路器连接在同一母线上的所有断路器。上的所有断路器。 该时间定值应在先跳母联（或分段）的前提下，该时间定值应在先跳母联（或分段）的前提下，加上母联（或分段）断路器动作时间和保护返加上母联（或分段）断路器动作时间和保护返回时间之和