母线差动保护的基本原理

1、8.2 8.2 母线差动保护原理母线差动保护原理单母线完全电流差动保护单母线完全电流差动保护高阻抗高阻抗母线差动保护母线差动保护具有比率制动特性的具有比率制动特性的中阻抗中阻抗母线差动保护母线差动保护正常运行或区外故障时母线电流特征 为了满足速动性和选择性的要求，母线保护都是按差为了满足速动性和选择性的要求，母线保护都是按差动原理构成的。实现母线差动保护必须考虑在母线上一动原理构成的。实现母线差动保护必须考虑在母线上一般连接着较多的电气元件（如线路、变压器、发电机般连接着较多的电气元件（如线路、变压器、发电机等），因此就不能像发电机的差动保护那样，只用简单等），因此就不能像发电机的差动保护那样

2、，只用简单的接线加以实现。但不管母线上元件有多少，实现差动的接线加以实现。但不管母线上元件有多少，实现差动保护的基本原则仍是适用的。保护的基本原则仍是适用的。正常运行或区外故障时母线电流特征 （1 1）在正常运行以及母线范围以外故障时，在母线）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。上所有连接元件中，流入的电流和流出的电流相等。 （2 2）当母线上发生故障时，所有与母线连接的元件）当母线上发生故障时，所有与母线连接的元件都向故障点供给短路电流或流出残留的符合电流。都向故障点供给短路电流或流出残留的符合电流。 （3 3）从每个连接元件中电流的相位来看

3、，在正常运）从每个连接元件中电流的相位来看，在正常运行及外部故障时，至少有一个元件中的电流相位和其余行及外部故障时，至少有一个元件中的电流相位和其余元件中的电流相位是相反的。元件中的电流相位是相反的。 根据原则（根据原则（1 1）和原则（）和原则（2 2）可构造电流差动保护，根）可构造电流差动保护，根据原则（据原则（3 3）可以构造电流比相式差动保护。）可以构造电流比相式差动保护。正常运行或区外故障时母线电流特征负荷1电源负荷21I2I3I321III负荷1电源负荷21I2I3I0321III 若支路1、2、3上均安装相同变比的电流互感器，则三个电流互感器的电流之和应等于0（理想情况）。0I母

4、线故障时的电流特征 若支路1、2、3上都安装有相同变比的电流互感器，则母线故障时，三个电流互感器的电流之和应等于短路电流（二次值）。电源1I2I3I0321kIIIIkI依依KCLKCL：即：即：kIIII3218.2.1 8.2.1 单母线完全电流差动保护单母线完全电流差动保护KD1pI2pI3pIpnI1sI2sI3sIsnIKAI011TA1nipinisiKAInII正正常常工工作作时时8.2.1 单母线完全电流差动保护KD1pI2pI3pIpnI1sI2sI3sIsnIKAIknipinisiKAInInIITA1TA111kI母母线线故故障障时时8.2.1 单母线完全电流差动保护差

5、动继电器的整定方法差动继电器的整定方法（1）躲过最大不平衡电流）躲过最大不平衡电流（2）躲开任一）躲开任一TA二次回路断线引起的差动电流二次回路断线引起的差动电流TAmax.max./1 . 0nIKIKIkrelunbrelsetrTAmax./nIKILrelsetrmax.LI任一元件中的最大负荷电流。任一元件中的最大负荷电流。可靠系数，可靠系数，取取1.3母线以外短路母线以外短路时的最大电流时的最大电流8.2.2 8.2.2 高阻抗母线差动保护高阻抗母线差动保护引入高阻抗母线差动保护的原因（电流互感器的极度饱和情况）引入高阻抗母线差动保护的原因（电流互感器的极度饱和情况）1X2XmXL

6、ZpIsII1X2XmXLZpIsII当当TATA不饱和时，不饱和时， 较小，一较小，一般不会超过般不会超过 的的10%10%，此，此时时 较大，基本能正确反较大，基本能正确反映电流变换关系。映电流变换关系。 IpIsI当当TATA极度饱和时，励磁电抗极度饱和时，励磁电抗 很小，很小， 很大，严重时可近似很大，严重时可近似认为：认为：mXI0sI2I3I当励磁电流非常小时，由此产生当励磁电流非常小时，由此产生的不平衡电流尚可通过设置差动的不平衡电流尚可通过设置差动继电器的整定值来躲过。继电器的整定值来躲过。正常工作时的情况区外故障使互感器严重饱和的情况)()()()(321332211321I

7、IIIIIIIIIIIIpppsssKA)9 . 09 . 0(0)()(212211321ppppsssKAIIIIIIIIII流过差动继电器的电流较大，流过差动继电器的电流较大，可能引起差动继电器的误动作。可能引起差动继电器的误动作。1I2I3I1I单母线完全电流差动保护单母线完全电流差动保护KD1pI2pI3pIpnI1sI2sI3sIsnIKAI011TA1nipinisiKAInII外外部部故故障障工工作作时时饱和饱和8.2.2 高阻抗母线差动保护解决电流互感器极度饱和问题的方法解决电流互感器极度饱和问题的方法 将将低内阻低内阻的的电流型电流型差动继电器换成差动继电器换成高内阻高内阻

8、的的电压型电压型差动继电器，一般内阻为：差动继电器，一般内阻为：2.47.5k。电压型差动继电压型差动继电器的动作判据为：电器的动作判据为：setrUU 高阻抗继电器的电路原理非常小非常小非常大非常大当外阻非常小时，各支路电流将会当外阻非常小时，各支路电流将会通过外电路形成回路。此时，几乎通过外电路形成回路。此时，几乎所有电流都会流经外电路。所有电流都会流经外电路。当外阻非常大时，各支路电流将会当外阻非常大时，各支路电流将会在由支路自身构成的回路中流动，在由支路自身构成的回路中流动，外电路中的电流是非常小的。外电路中的电流是非常小的。+ +- -+ +- -+ +- -+ +- -1pI2pI

9、3pIpnI1sI2sI3sI0snI采用低阻抗的电流继电器且外部故障时I011nisiI由于电流继电器的阻抗非常小，所以各个电流互感器的电流基本由于电流继电器的阻抗非常小，所以各个电流互感器的电流基本上都通过电流继电器构成回路。此时，第上都通过电流继电器构成回路。此时，第n n条支路电路互感器出现条支路电路互感器出现的严重饱和并不影响其它的的严重饱和并不影响其它的n-1n-1条支路的电流流入电流继电器。条支路的电流流入电流继电器。1pI2pI3pIpnI1sI2sI3sI采用高阻抗的电压继电器且外部故障时U11nisiI由于电压继电器的阻抗非常高，兼之第由于电压继电器的阻抗非常高，兼之第n条

10、支路电流互感器严重饱条支路电流互感器严重饱和时相当于短路，所以其他和时相当于短路，所以其他n-1条支路的电流基本上不通过电压互条支路的电流基本上不通过电压互感器而是通过感器而是通过 构成回路。于是，流入电压继电器的电流非常构成回路。于是，流入电压继电器的电流非常小，电压继电器的端口电压也非常小，低于整定值，不会误动。小，电压继电器的端口电压也非常小，低于整定值，不会误动。0rInTA第n个互感器严重饱和时的等效电路11nisiIpnI2Z1Z0Zurk5 . 75 . 2ur1pI2pI3pIpnI1sI2sI3sI采用高阻抗的电压继电器且区内（母线）故障时UkrInITA1snIkI（二次侧

11、）由于电压继电器的阻抗大，同时流过的电流由于电压继电器的阻抗大，同时流过的电流 也较大，所以电压也较大，所以电压继电器的端口处将出现较大的电压，电压继电器动作切除故障。继电器的端口处将出现较大的电压，电压继电器动作切除故障。注意：当内部短路电流非常大时，流过电压继电器的差动电流注意：当内部短路电流非常大时，流过电压继电器的差动电流非常大，此时在电压继电器中将出现很高的电压，危及绝缘。非常大，此时在电压继电器中将出现很高的电压，危及绝缘。rI+ +- -8.2.3 8.2.3 具有比率制动特性的中阻抗母线差动保护具有比率制动特性的中阻抗母线差动保护 将将比率制动的电流型差动保护比率制动的电流型差

12、动保护应用于母线：应用于母线：（1 1）最大值制动）最大值制动（2 2）模值和制动）模值和制动 0 .max1setiresniiIIKI0 .11setniiresniiIIKI8.2.4 8.2.4 电流比相式母线保护电流比相式母线保护基本原理基本原理 当母线发生故障时，各当母线发生故障时，各有源支路有源支路的电流相位几乎是的电流相位几乎是一致的；一致的； 当外部出现故障时，当外部出现故障时，非故障有源支路非故障有源支路的电流流入母的电流流入母线，线，故障支路故障支路的电流则流出母线，两者相位相反。的电流则流出母线，两者相位相反。 利用这种相位关系构成的母线保护称为电流比相式利用这种相位关

13、系构成的母线保护称为电流比相式母线保护。母线保护。 负荷1电源负荷21I3I4I电源2IkI母线故障时，有源支路的电流母线故障时，有源支路的电流是近似同相的，即是近似同相的，即 和和 是近似同相的。是近似同相的。1I2I负荷1电源负荷21I3I4I电源2I负荷1电源负荷21I3I4I电源2I21II、和和4I是反相的。是反相的。1I和和是反相的。是反相的。2I母线故障时故障出现在非有源支路故障出现在有源支路8.2.5 8.2.5 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 在发电厂及重要变电站的高压母线上，一般都采用双母在发电厂及重要变电站的高压母线上，一般都采用双母线同

14、时运行（母线联络器经常投入），每组母线上采用连接线同时运行（母线联络器经常投入），每组母线上采用连接一部分（大约为一部分（大约为1/21/2）供电和受电元件的方式。这样，任一）供电和受电元件的方式。这样，任一母线出现故障时，只会影响一半的供电和用电负荷，大大提母线出现故障时，只会影响一半的供电和用电负荷，大大提高了供电的可靠性。这样就需要母线保护具有高了供电的可靠性。这样就需要母线保护具有选择故障母线选择故障母线的能力。的能力。IIIKD1KD3KD2QF1QF2QF3QF4QF51234100A100A200A200A-50A-50A-250A-250A300A300A300A300A1A1

15、A2A2A-3A-3A-0.5A-0.5A-2.5A-2.5A3A3A50A50A250A250AIIIKD1KD3KD2QF1QF2QF3QF4QF51234使使QF1和和QF2跳闸跳闸使使QF5跳闸跳闸8.2.5 元件固定连接的双母线电流差动保护 缺点：当固定连接方式被破坏时，差动保护将误动作。缺点：当固定连接方式被破坏时，差动保护将误动作。即元件固定连接的双母线电流差动保护受系统运行方式的即元件固定连接的双母线电流差动保护受系统运行方式的影响较大。当采用此种保护方式时，必然会影响影响较大。当采用此种保护方式时，必然会影响电力系统电力系统调度调度的灵活性。的灵活性。8.2.6 8.2.6 母联电流比相式母线差动保护母联电流比相式母线差动保护 在元件固定连接的母线差动保护的基础上进行改进，克在元件固定连接的母线差动保护的基础上进行改进，克服了其缺乏灵活性的特点，使之更适合服了其缺乏灵活性的特点，使之更适合元件连接方式经常改元件连接方式经常改变变的情况。的情况。 母联电流比相式母线差动保护采用了一个