北京四方CSC150母差保护

2004.04CSC-150数字式母线保护一、概述二、产品技术特点三、安全性与可靠性设计四、保护原理1、电气主接线的定义：发电厂和变电站的一次设备按照一定的要求和顺序连成的电路，又称为一次接线。2、电力系统的接线形式分为有母线和无母线形式。母线，又叫汇流排，是电厂、电站汇集电能和分配电能的电气连接设备。它把各电源送来的电能汇集起来，并分配给各个用户，表明各种一次设备的数量和作用、设备之间的连接方式以及在电力系统中的连接情况。一、概述

1）有母线：此类接线方式又可以分为单母线和双母线形式等。几种常见的母线接线形式：单母线Ia母Ib母FD1G2G单母分段旁母Ia母Ib母FD1G2G4G3G单母分段兼旁路I母II母母联双母线I母旁母II母旁母刀双母线母联兼旁路I母II母旁母跨条刀双母线旁路兼母联II母Ia母Ib母ML1ML2ML3双母线单分段母联母联I母II母II母分段III母分段I双母线双分段

2）无母线：常见的有单元接线、桥形接线以及多角形接线等。3、母线保护的重要性母线是电力系统中非常重要的设备，其可靠运行直接影响到电力系统的安全和稳定，而母线故障是最严重的电气故障之一，因为它与各个电气元件相联，所以装设必要的母线保护装置能够正确迅速切除母线故障，它的拒动或误动将给电力系统带来严重危害。CSC150母线保护适用范围：

适用于750kV及以下各种电压等级的变电站和发电厂，最大容量24个连接单元（包括线路、元件、母联及分段开关），主接线包括单母线、单母分段、双母线、双母单分段、一个半断路器接线等等，双母双分段按两个双母线考虑。二、产品技术特点主要功能：快速虚拟电流比相突变量保护常规比率制动式电流差动保护断路器失灵保护母联失灵及死区保护

PT断线判别功能

CT断线判别功能结合了前插拔和后插拔的优点，强弱电分离，维护方便。2.结构设计小板子竖插，有效减轻积灰、印制板变形和增强散热效果；前插拔，维护方便；主CPU完全屏蔽，抗干扰能力强，散热效果好。双A/D采集和互检，提高了数据采集系统的可靠性；监测装置电源的全部输出电压，并有状态预告；开入量全面自检；对于全部开出量，在线自检到继电器线圈，并可以监视跳闸接点和跳闸回路。越来越趋向于做到：“只要不报警，装置就是完好的”。4、全面、实时的自检通过记录动作行为的中间过程和计算值，将保护内部的测量元件、动作行为和逻辑过程完整地记录下来，使动作过程“透明化”，十分有利于事故的分析，克服了原有微机保护只能知道模拟量和最终动作结果的弊端。5、动作过程“透明化”保护CPU故障录波数据可以打印输出，也可以用COMTRADE兼容格式输出至串口或以太网接口。大容量的故障录波，记录故障前2周和故障后8周采样数据。动作过程“透明化”—录波分析动作过程“透明化”—行为节点汉化操作菜单简单易用并提供四个快捷键，可以实现“一键操作”功能，如：按一个键即可打印报告。人机对话界面循环显示运行时母线电压和各相差流，以及投入的功能压板，方便直观。6、用户界面人性化7、控制字使用人性化（既可以16进制输入，也可以2进制输入），按位显示所选功能的汉语解释。双CPU双A/D双出口硬件冗余设计

可靠防止硬件元器件损坏导致保护误动。并满足硬件电压闭锁设计规范。2.模拟通道监测模拟通道自检与互检，有效防止保护误动作。三、安全性与可靠性3.电源电压异常监视

现场运行表明,装置电源是比较容易损坏的模块对直流电源各输出电压进行采集监测，防止电源电压异常造成保护误动监视电源电压瞬时跌落，防止差动保护误动作监视电源电压长期变化趋势，异常状态预告

母线的作用是汇集和分配电能，在电力系统中，如果把母线看成一个节点，根据基尔霍夫电流定律，流进节点的电流等于流出节点的电流，这就是母线保护的保护原理。所谓的差流，是指流进母线的电流和流出母线的电流之差。

基尔霍夫电流定律就是母线保护的基本工作原理。四、保护原理大差检测元件小差选择元件大差及小差各自的范围：比率制动式电流差动保护原理∣i1+i2+…+in∣≥i0

式中i1、i2、…in为支路电流，K为制动系数，i0为差动电流门坎值。

∣i1+i2+…+in∣≥K·(∣i1∣+∣i2∣+…+∣in∣)比率制动式电流差动保护原理动作区差动保护动作曲线id

id=if

if

id=Kif

I母电压闭锁开放I母小差动作母线大差动作II母电压闭锁开放II母小差动作&&跳I母跳II母差动保护动作逻辑

为了防止由于差动以及失灵出口回路的误碰或出口继电器损坏等原因而导致母线连接元件的误跳闸，母线保护装置都配有电压闭锁功能。电压闭锁元件含母线各相低电压，负序电压，零序电压元件，各元件并行工作，构成或门关系。电压闭锁功能完善的电压闭锁解决方案本装置的电压闭锁功能采取复合电压开放逻辑，当任意相电压低于低电压定值、负序电压高于负序电压定值、零序电压高于零序电压定值或者PT断线时开放电压闭锁元件，电压闭锁开放。+电压闭锁开放低电压负序电压零序电压电压断线比率制动式电流差动保护及断路器失灵保护，均采用复压闭锁功能（定值单独整定）。双母线（分段母线）接线方式在母线并列运行或其它支路刀闸双跨互联运行时，若某段母线TV出现异常时，能自动实现TV切换。完善的电压闭锁解决方案虚拟电流比相突变量保护原理

我们把同一时刻所有电流正之和虚拟成流入电流，所有电流负之和虚拟成流出电流，利用虚拟电流的的比例关系，可以明显的区分母线的运行状态。虚拟电流比相突变量保护正常运行或外部故障时，正负电流相位相反,每一采样时刻均满足虚拟流入电流等于虚拟流出电流，虚拟电流的突变量|ΔI1|=|ΔI2|虚拟电流比相突变量保护虚拟流入电流虚拟流出电流母线内部故障时，正负电流相位相同，虚拟电流的突变量|ΔI1|、|ΔI2|不再平衡。TA饱和判别原理

理论分析和试验结果表明，母线故障和区外故障TA饱和虽然都产生差动电流，但即使最严重的TA饱和，在故障初始阶段和电流过零点，仍存在线性传变区，在该传变区内差动电流为零，过了该区才会出现差动电流。TA变比的自动调整

母线保护因所连接的支路负载情况不同所选TA也不尽相同，母线保护根据用户整定的一次TA变比自动进行换算（取最大支路变比为基准）使得二次电流满足基尔霍夫定理。差动电流和制动电流是基于变换后的TA二次相对变比而得的。

母联失灵示意图如右图所示，I母线内部故障，I母差动保护动作，跳母联及I母所有连接元件，若母联断路器失灵，故障依然存在，延时（延时可整定，躲母联断路器跳闸时间），若母联电流越限则跳开非故障母线上所有连接元件，最终切除故障。母线保护、母联充电保护动作时均启动母联失灵保护。母联失灵保护I母故障跳母联母联有流跳II母＆II母故障跳母联跳I母＆跳母联延时tml母联失灵保护逻辑图

母联死区保护根据母联TA的不同布置分以下情况：当母联断路器两侧装设两组TA，交叉接线，死区故障两条母线同时跳闸，母线保护不装设死区保护；由于一次的投资情况，大部分地方只在母联一侧装设TA，如图所示：母联死区保护K点发生故障，对II母来说是区外故障，II母差动不动；对I母差动来说是内部故障，I母差动动作，跳开I母所有连接单元和母联，但此时故障仍不能切除，针对这种情况，装置采用I母差动跳母联后检测母联断路器跳位开入，若有跳位开入且母联仍有流则发生的是死区故障，装置跳开健全段母线上所有连接单元，最终切除故障。

若没有把母联跳位引入装置，或保护没有识别到母联跳位开入，则母联死区故障时保护自动按照母联失灵来处理。I母故障跳母联MLTWJA母联有流跳II母＆II母故障跳母联跳I母＆母联死区保护逻辑图MLTWJCMLTWJB

在双母线系统中，根据电力系统的运行方式变化的需要，母线山的连接单元需在两条母线间频繁的切换，由此可见双母线的一个特点是操作灵活、多变，但是运行的灵活却给保护的配置带来了一定的困难，因此保护通过引入隔离刀闸辅助触点的方法来动态的跟踪现场的运行工况。母线运行方式字的识别

IIIG2G1L双母线运行方式示意图G1G2说明00L停运01L运行在II母10L运行在I母11L同时运行在I、II母（倒闸操作）保护辅助装置通过刀闸开关量输入读取各支路状态，形成母线运行方式字，同时辅以电流校验，实时跟踪母线运行方式。装置在支路有电流但其刀闸辅助触点信号因故消失时可以通过记忆保持正常状态。另外针对因隔离刀闸辅助触点工作电源丢失而导致的所有刀闸位置都为0的情况，装置能够记忆掉电前的刀闸位置和母线运行方式字直到开入电源恢复正常为止，使得母线保护在该状态下仍可以正确跳闸。母线运行方式字的识别

母线运行方式模拟装置

断路器失灵保护

本装置应用于110kV以上母线时配置了两种断路器失灵保护，用户可以根据各自的需要通过设置控制字选择有电流判别模式或无电流判别模式。断路器失灵保护还具有复合电压闭锁功能，对于元件支路还设置了解除电压闭锁功能。断路器失灵保护：无电流启动模式

无电流启动的断路器失灵保护，该方式的失灵保护由外部失灵启动装置启动本装置失灵保护，本装置不进行电流判别，保护本身只完成选择元件所在的母线段以及复合电压闭锁功能。断路器失灵保护检查有失灵启动开入且复合电压闭锁元件开放时按如下逻辑出口：（a）经较短的时间延时跳开母联断路器；（b）经较长的时间延时跳开与该支路所在同一母线上的所有支路断路器。断路器失灵保护：有电流启动模式

有电流元件的断路器失灵保护，该方式的失灵保护由线路保护装置或元件保护装置跳闸接点启动本装置失灵保护，电流判别及失灵逻辑由本装置自身完成。该方式断路器失灵保护，是由线路保护（跳A、跳B、跳C）或元件保护（三跳）出口继电器动作启动的。开入持续有效、跳闸相有故障电流且复合电压闭锁元件开放时，断路器失灵保护确定失灵单元、完成选择失灵单元所在的母线段并按如下逻辑出口：（a）在整定的时间内跟跳本断路器；（b）若经延时确定故障还未切除，则以较短的时间跳开母联断路器，以较长的时间跳开与该支路所在同一母线上的所有支路断路器。TA断线检测和闭锁方式

TA断线检测分告警段和闭锁段。

TA断线闭锁采用分相、分段闭锁方式，使得完好相和段仍具有差动保护功能。TV断线判别

中性点接地系统TV断线判据为：（1）三相TV断线：三相母线电压均小于8V且运行于该母线上的支路电流