第三节 母线保护1.0

第三节220KV升压站母线保护发电厂微机保护母线保护1、概述运行经验表明，发电厂或变电所的母线发生单相接地和多相短路的可能性还是存在的。这是由于母线绝缘子或断路器套管发生闪络，运行人员误操作(如带地线合闸和带负荷拉隔离开关)等原因造成的。通常，母线上接有较多的电气元件，母线故障将使这些元件停电，从而造成大面积的停电事故，并可能破坏系统的稳定运行，使事故进一步扩大。母线保护1、概述由此可见，发电厂或变电所母线的故障是电力系统最严重的故障之一。因此，利用母线保护来消除或缩小故障所造成的后果，是十分必要的。一般说来，母线的故障可以利用母线上其他供电元件的保护来切除。如图所示单电源网络。当B变电所母线故障时，可利用A变电所1QF保护的第Ⅱ段或第Ⅲ段来切除。母线保护1、概述但这种办法的最大缺点是延时太长。对大多数重要母线，带时限切除故障，是不能满足要求的。因此，对比较重要的发电厂和变电所的母线都必须装设专门的母线保护。装设母线保护应特别强调其可靠性，并尽量简化其结构。在电力系统中的单母线和双母线上，采用差动保护一般可以满足要求。因此差动保护在母线保护中得到了极为广泛的应用。母线保护2、本厂母线保护配置（1）500kV母线保护配置1）九电四期500kV母线主接线型式为双母线、专用母联接线，配置两套微机型比率制动式电流差动保护，母线保护接入单元数按最终规模配置。2）母线保护采用隔离刀闸的辅助接点检测每一个母线元件的运行位置，将二次回路切换到相应母线的差动回路中。母线保护应设置复合电压闭锁元件，以提高母线保护动作的可靠性。母线保护2、本厂母线保护配置（1）500kV母线保护配置3）各联接单元断路器失灵启动回路由各联接单元的保护装置提供，母线保护仅提供线路、主变失灵启动接入回路及跳闸逻辑回路。考虑到主变故障500kV侧断路器失灵时，母线保护的电压闭锁元件灵敏度有可能不够，因此母线保护应设置主变失灵解除复合电压闭锁回路。4）母线保护应具有母联充电保护、过流保护和母联死区保护功能。母线保护2、本厂母线保护配置（1）500kV母线保护配置5）母线保护应设有交流电流监视回路，当交流电流回路不正常或断线时不应误动作，应经延时闭锁母线保护并发出告警信号。6）母线保护应对电流互感器的特性无特殊要求，并允许使用不同变比的电流互感器。母线保护2、本厂母线保护配置（2）220kV母线保护1）九电三期220kV母线延伸至九电四期后，主接线型式由双母线、专用母联接线改造为双母线单分段、二个专用母联接线。由于现有母线保护不适用于这种接线方式，因此考虑将其退役，重新配置两套微机型比率制动式电流差动保护，母线保护接入单元数按最终规模配置。2）母线保护采用隔离刀闸的辅助接点检测每一个母线元件的运行位置，将二次回路切换到相应母线的差动回路中。母线保护应设置复合电压闭锁元件，以提高母线保护动作的可靠性。母线保护2、本厂母线保护配置（2）220kV母线保护3）各联接单元断路器失灵启动回路由各联接单元的保护装置提供，母线保护仅提供线路、主变失灵启动接入回路及跳闸逻辑回路。考虑到主变故障220kV侧断路器失灵时，母线保护的电压闭锁元件灵敏度有可能不够，因此母线保护应设置主变失灵解除复合电压闭锁回路。母线保护2、本厂母线保护配置（2）220kV母线保护4）母线保护应具有母联及分段充电保护、过流保护和母联死区保护功能。5）母线保护应设有交流电流监视回路，当交流电流回路不正常或断线时不应误动作，应经延时闭锁母线保护并发出告警信号。6）母线保护应对电流互感器的特性无特殊要求，并允许使用不同变比的电流互感器。母线保护3、母线完全电流差动保护（1）母线差动保护的原理母线完全电流差动保护是将所有母线的引出元件都包括在差动回路中的差动保护。为了构成完全电流差动保护，需在所有引出元件上装设专用电流互感器，而且这些电流互感器的变比应一致，特性应尽可能接近。如图是母线完全电流差动保护的单相原理接线图。正常运行或外部短路时，流入母线和流出母线的一次电流之和为零，即而二次侧流入差动继电器的电流为不平衡电流：母线保护3、母线完全电流差动保护（1）母线差动保护的原理正常运行时，流入差动继电器的不平衡电流小于启动电流，差动继电器不动作。在母线上发生短路时，所有电源的引出元件都向短路点供给短路电流，流入差动继电器的电流为各引出元件供给短路电流之和，即此时流入差动继电器的短路电流足以使差动继电器动作，从而跳开1QF~4QF。母线保护3、母线完全电流差动保护（2）动作电流的整定差动继电器的动作电流必须躲过外部短路时产生的最大不平衡电流。同时，也需保证电流互感器二次回路断线时不误动作。这时保护就会出现灵敏度和可靠性难以兼顾的问题。为了既提高灵敏度又不降低可靠性，就必须减小不平衡电流的影响。母线保护3、母线完全电流差动保护（3）带制动特性的差动保护为了减小不平衡电流，可以采用速饱和中间变流器、在差回路中接入强制电阻、以及采用带制动特性的差动保护等方法。带制动特性的差动保护利用差动电流作为动作量，同时采用各种不同的制动量构成不同型式的差动保护。母线保护3、母线完全电流差动保护（3）带制动特性的差动保护假设母线上有多条引出线，为各引出线电流互感器的二次电流，则由差动电流构成的动作量Id为：制动量可以有几种：1）最大值制动量取m条引出线中的最大电流IJmax为制动量。母线保护3、母线完全电流差动保护（3）带制动特性的差动保护1）最大值制动量动作方程可写为：其中制动量K是制动系数；I0是差动保护的最小动作电流。母线保护3、母线完全电流差动保护（3）带制动特性的差动保护2）绝对值之和制动量以m条引出线电流绝对值之和作为制动量，动作方程可写成：其中制动量母线保护3、母线完全电流差动保护（3）带制动特性的差动保护3）综合制动量其制动量是一种综合考虑的量，动作方程为其中K1、K2是制动系数。大括号上角的“+”号表示大括号内只取正值，如为负值时，取0。母线保护3、母线完全电流差动保护最大值制动方式和绝对值之和制动方式，在母线内部或外部故障时，均有制动作用。综合制动方式可以保证母线内部故障时制动量为零，而在母线外部故障时有很大的制动量，并且在母线内部故障有电流流出时，也有较大能力可靠动作。因此，在母线内部短路时，综合制动方式比最大值制动方式、绝对值之和制动方式，有更高的灵敏度；在外部短路时，能更好地躲过不平衡电流。母线保护4、BP―2B微机母线保护（1）应用范围及保护配置BP-2B微机母线保护装置，适用于500KV及以下电压等级，包括单母线、单母分段、双母线、双母分段以及3/2接线在内的各种主接线方式。BP-2B微机母线保护装置可以实现母线差动保护、母联充电保护、母联过流保护、母联失灵（或死区）保护、以及断路器失灵保护出口等功能。母线保护4、BP―2B微机母线保护（2）主要特点快速、高灵敏复式比率差动保护，整组动作时间小于15ms；自适应全波饱和检测器，差动保护在区外饱和时有极强的抗饱和能力，又能快速切除转换性故障，适用于任何按技术要求正确选型的保护电流互感器；允许TA型号、变比不同，TA变比可以现场设定。母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）装置原理各种类型的母线保护就其对母线接线方式、电网运行方式、故障类型以及故障点过渡电阻等方面的适应性来说，仍以按电流差动原理构成的母线保护为最佳。带制动特性的差动继电器（亦即比率差动继电器），采用一次的穿越电流作为制动电流，以克服区外故障时由于电流互感器（以下称TA）误差而产生的差动不平衡电流，在高压电网中得到了较为广泛的应用。母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理BP系列母差保护以此为基础，结合微机数字处理的特点，发展出以分相瞬时值复式比率差动元件为主的一整套电流差动保护方案。BP系列母差保护各元件判据一般都是分相计算，分相判别。母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理1）起动元件母线差动保护的起动元件由‘和电流突变量’和‘差电流越限’两个判据组成。‘和电流’是指母线上所有连接元件电流的绝对值之和

母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理1）起动元件‘差电流’是指所有连接元件电流和的绝对值母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理1）起动元件与传统差动保护不同，微机保护的‘差电流’与‘和电流’不是从模拟电流回路中直接获得，而是通过电流采样值的数值计算求得。起动元件分相起动，分相返回。母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理1）起动元件i）‘和电流’突变量判据当任一相的‘和电流’突变量大于突变量门坎时，该相起动元件动作。其表达式为△ir>△Idset其中△ir为‘和电流’瞬时值比前一周波的突变量；△Idset为突变量门坎定值。母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理1）起动元件ii）‘差电流’越限判据当任一相的差电流大于‘差电流’门坎定值时，该相起动元件动作。其表达式为Id≥Idset其中Id为分相大差动电流；Idset为差电流门坎定值。母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理1）起动元件iii）起动元件返回判据起动元件一旦动作后自动展宽40ms，再根据起动元件返回判据决定该元件何时返回。当任一相差电流小于差电流门坎定值的75%时，该相起动元件返回。其表达式为：Id≤0.75Idset母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理2）差动元件母线保护差动元件由分相复式比率差动判据和分相突变量复式比率差动判据构成。母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理2）差动元件i）复式比率差动判据动作表达式为：Id＞IdsetId＞Kr（Ir-Id）其中Idset为差电流门坎定值，Kr为复式比率系数（制动系数）。母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理2）差动元件i）复式比率差动判据复式比率差动判据相对于传统的比率制动判据，由于在制动量的计算中引入了差电流，使其在母线区外故障时有极强的制动特性，在母线区内故障时无制动，因此能更明确地区分区外故障和区内故障。如图表示复式比率差动元件的动作特性。动作区制动区母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理2）差动元件i）复式比率差动判据可以参考下表确定复式比率系数Kr的取值,表中Ext为母线区内故障时流出母线的电流占总故障电流的百分比，此时判据应可靠动作；母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理2）差动元件i）复式比率差动判据δ为母线区外故障时故障支路电流互感器的误差（其余支路电流互感器的误差忽略不计），此时判据应可靠不动作。该表数据仅就复式比率判据的推导所得。母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理2）差动元件ii）故障分量复式比率差动判据根据叠加原理，故障分量电流有以下特点：a.母线内部故障时，母线各支路同名相故障分量电流在相位上接近相等（即使故障前系统电源功角摆开）。母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理2）差动元件ii）故障分量复式比率差动判据根据叠加原理，故障分量电流有以下特点：b.理论上，只要故障点过渡电阻不是∞，母线内部故障时故障分量电流的相位关系不会改变。母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理2）差动元件ii）故障分量复式比率差动判据为有效减少负荷电流对差动保护灵敏度的影响，为进一步减少故障前系统电源功角关系对保护动作特性的影响，提高保护切除经过渡电阻接地故障的能力，保护装置采用电流故障分量分相差动构成复式比率差动判据。母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理2）差动元件ii）故障分量复式比率差动判据故障分量的提取有多种方案，现采用的数字算法如下：式中i(k)为当前电流采样值；i(k−N)为一个周波前的采样值。母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理2）差动元件ii）故障分量复式比率差动判据在故障发生后的一个周波内，其输出能较为准确地反映包括各种谐波分量在内的故障分量。‘故障分量差电流’‘故障分量和电流’母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理2）差动元件ii）故障分量复式比率差动判据动作表达式为：其中ΔIj为第j个连接元件的电流故障分量，ΔIdset为故障分量差电流门坎，由Idset推得；Kr为复式比率系数（制动系数）。母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理2）差动元件ii）故障分量复式比率差动判据由于电流故障分量的暂态特性，故障分量复式比率差动判据仅在和电流突变起动后的第一个周波投入，并受使用低制动系数（0.5）的复式比率差动判据闭锁。母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理2）差动元件ii）故障分量复式比率差动判据保护将母线上所有连接元件的电流采样值输入上述两个差动判据，即构成大差（总差）比率差动元件；母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理2）差动元件ii）故障分量复式比率差动判据对于分段母线，将每一段母线所连接元件的电流采样值输入上述差动判据，即构成小差（分差）比率差动元件。各元件连接在哪一段母线上，是根据各连接元件的刀闸（隔离开关）位置来决定。母线保护4、BP―2B微机母线保护（3）母线保护原理3）电流互感器饱和检测元件为防止母线差动保护在母线近端发生区外故障时，由于TA严重饱和出现差电流的情况下误动作，保护装置根据TA饱和发生的机理、以及TA饱和后二次电流波形的特点设