第8章母线保护

1、第8章母线保护电力系统继电保护电力系统继电保护第八章第八章 母线的继电保护母线的继电保护主要内容主要内容: :1. 装设母线保护的基本原则2. 完全电流差动母线保护3. 电流比相式母线保护4. 断路器失灵保护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 母线是电力系统中的一个重要元件，当母线上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件在修复故发生故障时，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障的母线上运行以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，在枢纽变电站母线上发生故障时，可前被迫停电，在枢纽变电站母线上

2、发生故障时，可能引起系统稳定的破坏，造成严重的后果。能引起系统稳定的破坏，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, ,而利用供电元件而利用供电元件的保护装置就可以把母线故障予以切除的保护装置就可以把母线故障予以切除, ,例如例如: :1 1）发电厂采用单母线接线，母线上的故障可利用发）发电厂采用单母线接线，母线上的故障可利用发电机的定子过电流保护使发电机的断路器跳闸电机的定子过电流保护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-2 2） 对降压变电所，其低压母线采用单母线分段，对降压变电所，其低压母线采用单母线分段

3、，正常时分开运行，低压母线上的故障可以由正常时分开运行，低压母线上的故障可以由相应变压器的过电流保护使变压器的断路器相应变压器的过电流保护使变压器的断路器跳闸于以切除。跳闸于以切除。t t+ +t t+ + +I II I k 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母线故障时可由保护和的段动作于以段动作于以切除。切除。 k1234ABC变电所母线变电所母线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

4、装置切除）利用供电元件的保护装置切除母线故障的时间较长。（速母线故障的时间较长。（速动性）动性）电源k kB B）当双母同时运行或单母分段时，）当双母同时运行或单母分段时，保护不能保证有选择性地切除保护不能保证有选择性地切除故障母线。（选择性）故障母线。（选择性）双母同双母同时运行时运行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及以上的双母线和分段单母线及以上的双母线和分段单母线上，为保证上，为保证有选择性地切除任一组母线上所发生的故障，而另有选择性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，一组无故障母线仍能继续运

5、行，应装设专用的母线应装设专用的母线保护。保护。2 2）110kV110kV及以上的单母线及以上的单母线，重要发电厂的重要发电厂的3535kVkV母线母线或或高压侧为高压侧为110110kVkV及以上的重要降压变电所的及以上的重要降压变电所的3535kVkV母母线，按照装设线，按照装设全线速动保护全线速动保护的要求必须快速切除母的要求必须快速切除母线上的故障时，应装设专用母线保护。线上的故障时，应装设专用母线保护。 为满足为满足速动性速动性和和选择性选择性的要求，母线保护均的要求，母线保护均按照差动原理构成，母线上一般连接着较多的电按照差动原理构成，母线上一般连接着较多的电气元件（线路、变压器

6、、发电机等），不管母线气元件（线路、变压器、发电机等），不管母线上元件有多少，实现差动保护的基本原则仍是适上元件有多少，实现差动保护的基本原则仍是适用的。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b) b) 当当母线上发生故障母线上发生故障时，所有与电源连接的元件都向故时，所有与电源连接的元件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）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) 在在正常运行以及母线范围以外故障时正常运行以及母线范围以外故障时

7、，在母线上所有，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) 若从若从电流相位电流相位看，则正常运行及外部故障时，看，则正常运行及外部故障时，至少有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一元件中的电流相位和其余元件中的电流相位相反，而当而当母线故障时母线故障时，除电流等于零的元件以外，其它，除电流等于零的元件以外，其它元元件的电流则是同相位的。件的电流则是同相位的。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

8、在母线的所有连接元件上装具有相同变比和特在母线的所有连接元件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性的电流互感器，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，然后的端子互相连接，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。流的向量和。 I-I I-I - -+ + + +.1pI1sI1232sIsnI2pIpnI I-I I-I - -+ + + +.1pI1sI1232sIsnI2pIpnI1. 原理原理a.a. 在在正常运行及外部故障时正常运行及外部故障时

9、，流入继电器的是由各，流入继电器的是由各互感器特性不同而引起的不平衡电流互感器特性不同而引起的不平衡电流I Iunbunb.1nKAunbsiiIII I-I I-I - -+ + + +.1pI1sI1232sIsnI2pIpnIb.b. 而当母线上故障时，则所有与电源连接的元件均而当母线上故障时，则所有与电源连接的元件均向短路点供给短路电流，于是流入继电器的电流向短路点供给短路电流，于是流入继电器的电流为：为： 此电流足够使差动继电器动作而起动出口继电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。器，从而使所有连接元件的断路器跳闸。.1111nnKAsiPik

10、iiTATAIIIInn2. 2. 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a.a. 躲开外部故障时所产生的最大不平衡电流躲开外部故障时所产生的最大不平衡电流，当所有，当所有电流互感器均按电流互感器均按10%10%误差曲线选择，且差动继电器采误差曲线选择，且差动继电器采用具有速饱和铁芯的继电器时，其动作电流用具有速饱和铁芯的继电器时，其动作电流I Ir.setr.set可可按以下计算：按以下计算：.maxmax0.1r setrelunbrelkTAIKIKInmaxmax0.1;1unbstkTAstIK I

11、nKb.b. 为防止在正常运行情况下，任一电流互感器二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，引起保护装置误动作，起动电次回路断线时，引起保护装置误动作，起动电流应大于任一连接元件中最大的负荷电流流应大于任一连接元件中最大的负荷电流I IL.maxL.max.max/r setrelLTAIKIn3. 3. 灵敏系数校验灵敏系数校验当保护范围内部故障时，应采用下式校验当保护范围内部故障时，应采用下式校验灵敏系数：灵敏系数：.min.2ksenr setTAIKIn其中：其中：I Ik.mink.min-应采用实际运行中可能出现应采用实际运行中可能出现的母线连接元件最少时，在母线上

12、的母线连接元件最少时，在母线上发生故障的最小短路电流值。发生故障的最小短路电流值。 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 按照母线保护装置输入阻抗的大小，可分为：按照母线保护装置输入阻抗的大小，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 在外部故障时在外部故障时，非故障支路电流不很大，其，非故障支路电流不很大，其TATA不易饱和，不易饱和，但故障支路电流是集各电源支路电流之和

13、，可能非常大，其但故障支路电流是集各电源支路电流之和，可能非常大，其TATA可能极度饱和，这时一次电流大部分消耗在励磁上，传变到二可能极度饱和，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，故差动回路将流过很大的不平衡电流，从而引次侧近似为零，故差动回路将流过很大的不平衡电流，从而引起差动保护误动。起差动保护误动。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I-I+.1pI1sI1232sIsnI2pIpnIkU-U +.1pI1sI1232sIsnI2pIpnIk 解决的办法是采用解决的办法是采用电压型差动继电器电压型差动继电器，由于电压，由于电压差动继电

14、器的内阻很高，非故障支路的二次电流都被差动继电器的内阻很高，非故障支路的二次电流都被故障支路故障支路TATA的二次绕组旁路，故流入差动继电器的电的二次绕组旁路，故流入差动继电器的电流很小，差动继电器不会动作。流很小，差动继电器不会动作。.U-U +.1pI1sI1232sIsnI2pIpnIk 当母线内部故障时当母线内部故障时，所有引出线电流都是流入母，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。线的，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，由于其内阻很高，在电压差动继电器两端出现高电压，从而使保护动作。从而使保护动作。

15、8.2.3 8.2.3 比率制动式中阻抗型母线电流差动保护比率制动式中阻抗型母线电流差动保护比率制动式中阻抗型母线电流差动保护，其动作判据可为比率制动式中阻抗型母线电流差动保护，其动作判据可为最大值制动，即：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：.011nniiressetiiIKII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

16、8.2.4 电流比相式母线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元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。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1)1) 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），按规定点），按规定的电流正方向来看和大小相等，相位相差的电流正方向来看和大小相等，相位相差180180O O1pI2pIk11pI2pI2)2) 当母线内部故障时（当母线内部故障时（ k k2 2点）点）

17、, , 和和 均流向均流向母线，在理想情况下两者相位相同母线，在理想情况下两者相位相同1pI2pIk21pI2pI小母线小母线中中 间变间变流器流器中中 间变间变流器流器 切换装切换装置置 切换装切换装置置 相位比相位比较较 延时回延时回路路 脉冲展宽脉冲展宽回路回路 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 在在110110kVkV及以上电压等级的发电厂和变电所中，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，在保护装置动当输电线路、变压器或母线发生短路，在保护装置动作于切除故障时，作于切除故障时

18、，可能伴随故障元件的断路器拒动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障。产生断路器失灵故障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，例如的原因是多方面的，例如: :断路器跳闸线圈断线；断断路器跳闸线圈断线；断路器的操作机构失灵等。路器的操作机构失灵等。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及其产生原因：断路器失灵故障及其产生原因： 断路器失灵故障的发生会导致故障切除时间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，其后果是造成电力系的延长、事故范围的扩大，其后果是造成电力系统大范围停电，甚至发生电力系统的瓦解事故

19、。统大范围停电，甚至发生电力系统的瓦解事故。 为保证高压电网的安全运行，对于断路器失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灵故障，目前采取的主要措施之一是装设专用的装设专用的断路器失灵保护。断路器失灵保护。断路器失灵故障导致后果：断路器失灵故障导致后果： 当线路、变压器或母线发生短路并伴随断路当线路、变压器或母线发生短路并伴随断路器失灵时，相应的继电保护动作发出跳闸脉冲后，器失灵时，相应的继电保护动作发出跳闸脉冲后，断路器拒绝动作时，能够以较短的时限切除同一断路器拒绝动作时，能够以较短的时限切除同一发电厂或变电所内其它有关的断路器，以使停电发电厂或变电所内其它有关的断路器，以使停电范围限制为最小的一种后备保护。范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： 当其继电器（如当其继电器（如1 1ZJZ