电气主设备保护

（建筑电气工程）电气主设备保护电气主设备继电保护华北电力大学张举目录绪论大机组的特点及其保护配置第一章发电机的继电保护第一节发电机的故障和不正常运行状态及配置的保护方式第二节发电机的纵联差动保护第三节发电机的匝间短路保护第四节发电机的定子绕组单相接地保护第五节发电机的失磁保护第六节发电机的后备保护第二章电力变压器的继电保护第一节电力变压器的故障、不正常运行状态及配置的保护方式第二节变压器的差动保护第三节变压器的励磁涌流分析第四节变压器的接地保护第三章母线的继电保护第一节概述第二节母线的电流差动保护第三节电流比相式母线保护和母联相位差动保护第四节微机型母线保护第五节断路器失灵保护绪论大机组的特点及其保护配置一发电机单机容量增大，主变容量增加发电机单机容量：100MW，200MW，300MW，600MW，800MW，1300MW变压器容量：120MVA，240MVA，360MVA，720MVA（一）设计方参数方面1材料利用率高的绝对值增加，但与容量的比值减小，产生以下影响。（1）惯性时间常数减小。H为机组从加速到时所需的时间。（2）发电机结构紧凑，热容量减小。减小。—瓦.秒/；—损耗。定子绕组：时，中小机组可运行2分钟。而600MW机组仅可运行30秒。转子绕组：时，中小机组可运行30秒。而600MW机组仅可运行10秒。（3）发电机承受负序电流的能力降低。值减小。中小机组：水轮机组；40汽轮机组30大机组：汽轮机组42发电机参数方面（1）增大，中小机组：1.7；600MW机组：2.5~2.7。稳态短路电流值减小。影响发电机后备保护的灵敏度。（2）增大，功率极限下降，稳定储备降低。（3）增大，发电机的平均异步转矩下降，发电机异步运行的滑差增大，从系统吸收的无功增加。（4过励磁严重。（50.125~0.15600MW0.3~0.4。短路电流的周期分量减小。主保护灵敏度降低。（6）大机组的增大，减小，定子绕组时间常数增大，短路电流中的非周期分量衰减慢。（二）结构工艺方面1—氢—困难。2匝间短路。3中性点，汽轮发电机的中性点难于引出六个抽头，给匝间保护的实现带来困难。（三）运行方面1大机组的励磁系统复杂，可靠性较低。发生过电压，失磁故障的几率增加。2采用自并励系统的发电机，应考虑故障后短路电流快速衰减的问题。3发生异常运行的工况多，例如逆功率，低频、非全相、误上电等。4使厂用电电压严重下降。各型机组额定电流2006006678890.90.919.2421.38二大机组保护的配置加强主保护，适当简化后备保护。最大限度保证机组的安全可靠运行。保护的类型可分为：主保护、后备保护、异常运行保护、非电量保护。保护方案：小机组：采用单主、单后备方式。中等机组：双主、单后备方式。大机组：双主、双后备方式。保护的动作对象：高压侧断路器、母联断路器、灭磁开关、厂用变压器低压侧断路器。保护还需提供的出口：保护的跳闸方式：（1）全停：跳高压侧断路器、灭磁、跳厂变低压侧断路器、关主汽门、切换厂用电。（2）解列灭磁：跳高压侧断路器、灭磁、汽机甩负荷。（3）解列；跳高压侧断路器、汽机甩负荷。（4）程序跳闸：对汽轮发电机首先关主汽门，待逆功率后，逆功率保护动作，再灭磁。（5）减励磁：将发电机的励磁电流减小到给定值。（6）切换厂用电：厂用电由工作电源切换到备用电源。三600MW机组的保护配置方案（一）发电机保护1主保护（1）发电机纵联差动保护（比率制动、标积制动、突变量差动）（2）发电机的定子绕组匝间短路保护高灵敏度横差保护、裂相横差保护、纵向零序电压匝间保护、工频变化量方向匝间保护。（3）100%定子绕组一点接地保护；基波零序电压保护、三次谐波电压保护；（4）转子绕组两点接地保护；2后备保护（1）定子绕组定、反时限过流过负荷保护（2）转子绕组定、反时限负序过流过负荷保护（3）复合电压闭锁的过电流保护（电流可带记忆）（4）阻抗保护3异常运行保护（1）转子绕组一点接地保护（2）失磁保护（3）失步保护（4）定、反时限过励磁保护（5）过电压保护（6）低频保护（7）过频保护（8）逆功率保护（9）程序跳闸逆功率保护（10）误上电保护（11）断口闪络保护（12）起、停机保护（13）轴电流、轴电压保护（二）变压器保护1主保护（1）发电机变压器组差动保护（2）变压器差动保护2后备保护（1）主变高压侧复合电压过流保护（2）主变高压侧零序电压、电流保护零序电流保护、零序电压保护、间隙零序电流保护、间隙零序电压保护（3）主变高压侧阻抗保护（4）主变中压侧复合电压过流保护（5）主变中压侧零序电流保护零序电流保护、零序电压保护、间隙零序电流保护、间隙零序电压保护（6）主变低压侧零序电压、电流保护（7）主变低压侧后备保护（8）主变压器低压侧接地零序报警（9）主变压器过负荷启动风冷3非电量保护（1）主变压器重瓦斯保护（2）主变压器调压重瓦斯保护（3）主变压器轻瓦斯保护（4）主变压器调压轻瓦斯保护（5）主变压器油温高保护（6）主变压器冷却器故障（7）主变压器压力释放保护（8）变压器绕组温度高保护第一章发电机的继电保护第一节发电机的故障和不正常运行方式大小配置相应的保护装置。发电机的故障类型主要有：定子绕组：发电机定子绕组及引出线上的相间短路发电机定子绕组的匝间短路发电机定子绕组的单相接地转子绕组：发电机转子绕组的两点接地发电机的不正常运行状态：外部对称短路引起的定子绕组过电流；外部不对称短路引起的负序过电流；发电机失磁、失步、低频、过频、逆功率、过励磁、过电压等发电机的误上电、断口闪络转子绕组的一点接地发电机应配置的保护：按机组的容量大小应配置主保护、后备保护、异常运行保护。1容量在1MW以上的发电机应配置纵联差动保护作为发电机的主保护。2等于5A5A信号的接地保护。闸。当该系统的接地电容电流大于5A时，应装设消弧线圈进行补偿。发电机容量在100MW及以上时，应装设保护范围为100%的定子接地保护。3时可采用裂相横差保护。4对发电机外部短路引起的过电流应配置后备保护。后备保护的方式有：（1）对于容量小于1MW的发电机可采用简单的过电流保护。容量大于1MW的发电机可采用：（2）复合电压起动的过电流保护。（3）反映对称短路的两段式定时限过电流和反时限过电流保护。（4）反映不对称短路的两段式定时限负序过电流和反时限负序过电流保护。5对于水轮发电机或大容量的汽轮发电机，由于突然甩负荷引起过电压应装设过电压保护。6磁保护。容量在50MW及以上的汽轮发电机应装设专门的失磁保护。7容量在300MW及以上的发电机应装设失步保护。8点接地应装设转子两点接地保护。保护动作于跳闸。9对于大容量的汽轮发电机应装设逆功率和程序跳闸逆功率保护。10大容量发电机还应考虑配置低频保护、过频保护、起停机保护、误上电保护、断口闪络11发电机的非电量保护，如采用水冷却的发电机应配置断水保护。第二节发电机的纵联差动保护一纵联差动保护的基本原理图1-1发电机纵联差动保护的单相原理接线图器的电流为零，保护不动作。电流。根据流入继电器的电流大小可判断正常、区外、内部故障。二纵联差动保护的不平衡电流及减小不平衡电流的方法这个电流称为不平衡电流。由互感器的等值电路可知：（ab）图1-2电流互感器的等值电路及不平衡电流所以：不平衡电流是由于两侧的电流互感器的励磁电流产生的。增大，不平衡电流也增大。另外，当短路的暂态过程中，短路电流中含有衰减的非周期分量，电流互感器饱和更严重，所以不平衡电流更大。考虑到两侧的电流互感器为同一变比，同样型号，而每个电流互感器的最大幅值误差为10%，所以，不平衡电流的计算公式为：式中：—非周期分量影响系数。若差动保护采用具有速饱和特性的继电器时可选择为1—1.3。—电流互感器的同型系数。取0.5。—电流互感器的变比误差。取10%。—区外短路的最大短路电流。—电流互感器的变比。减小不平衡电流方法1的非周期分量，从而减小不平衡电流；2采用差动保护专用电流互感器，减小互感器的变比误差；3减小电流互感器的二次负载阻抗；4增大电流互感器的变比，例如选择二次电流为1A的CT；三纵差动保护的整定计算（一）利用BCH—2差动继电器构成的普通纵差动保护1按躲过外部短路的最大不平衡电流式中：—可靠系数。区1.3。2按躲过电流互感器二次断线产生的不平衡电流式中：—发电机的额定电流。（二）利用BCH—2差动继电器构成的高灵敏度纵差动保护1按躲过外部短路的最大不平衡电流2按电流互感器二次断线不误动断线相不误动条件：非断线相不误动条件：所以：取：所以：四发电机内部故障纵差动保护的灵敏度分析及发电机差动保护特点（一）发电机差动保护内部故障灵敏度分析内部经过渡电阻发生三相短路，短路点距发电机中性点的位置用表示。即短路匝数为发电机一相绕组匝数的比例。图1-3发电机定子绕组内部经过渡电阻短路01图1-4短路电流与短路点位置的关系可见，在靠近发电机中性点处发生经过渡电阻的故障时，纵差动保护可能拒动，拒动范围称为死区。死区大小与差动保护动作电流有关。（二）发电机纵差动保护的特点：（1）发电机纵差动保护不能反应定子绕组单相接地故障；（2）发电机纵差动保护不能反应定子绕组匝间故障（3）发电机纵差动保护在内部经过渡电阻故障时，靠近中性点附近故障时有死区；（4外部，此时仅有一相差动保护动作。五比率制动原理的发电机纵差动保护（一）比率制动特性差动保护的特性和基本原理0图1-5比率制动特性的发电机差动保护由上图可见，当时，流入差动线圈的电流为：流入制动线圈的电流为：拐点电流时，继电器的动作电流为，当制动电流大于拐点电流时，继电器的动作电流为。比率制动差动保护的动作判据为：（）（）式中：—为差动电流；—为制动电流；—为差动保护最小动作电流；—为比率制动特性的拐点电流—为比率制动特性的斜率；（二）比率制动特性及差动保护的整定计算根据以上分析，在正常运行时，由电流互感器存在幅值误差产生的不平衡电流为：在外部短路时，由电流互感器存在幅值误差产生的不平衡电流为：显然，外部短路产生的不平衡电流远大于正常运行产生的不平衡电流。当外部短路电流为最大时，产生的不平衡电流也最大。其值为：对于普通的差动保护，为防止外部短路时，由于不平衡电流造成保护误动，所以保护的动作值必须大于外部短路产生的最大不平衡电流。流整定，而当外部短路时，可依靠制动特性保证保护可靠不误动。比率制动差动保护的整定计算主要是确定最小动作电流、制动特性的拐点电流、最大制动系数三个参数。（1）最小动作电流：按躲过发电机在最大负荷电流下产生的不平衡整定。当取：时即为发电机额定电流的10%。（2）制动特性拐点电流；为保证远处外部短路（此时短路电流接近发电机的额定电流）时差动保护不误动，拐点电流应不大于发电机额定电流。可取：（3）最大制动系数：在机端（区外）发生三相短路时，流过差回路的不平衡电流最大，为保证此时保护不误动应有：式中：—差动保护的最大动作电流；—为机端三相短路的电流。注意到，在外部短路时，制动电流即为：所以有：0.15，即可保证外部短路保护不误动。必须指出，当制动特性是不一样的。不可把制动特性的斜率与制动系数两者相混淆。（4）制动特性的斜率按以上的分析：，5~6倍。所以，比率制动特性的斜率可推算如下：按考虑，则：即制动特性曲线的斜率取0.1625制动特性曲线的斜率为0.2可满足要求。六标积制动式纵差动保护标积制动式差动保护与比率制动式差动保护具有完全类似的动作特性。不同之处在于制动量。按上图中的正方向规定，标积制动式差动保护的动作条件为：式中：、—分别为发电机中性点侧和机端侧的二次电流；—为两侧电流的相位差；当发生区外故障时，两侧电流的相位差为：，制动量为最大，等于。而上式的左侧为不平衡电流，动作量很小，保护可靠不误动。高的可靠性。在内部故障时，若不考虑发电机与系统电势的相位差，故障点对发电机和对系统的阻抗作量，因此，内部故障的灵敏度更高。当发电机单独运行时发生内部故障，此时有：。标积制动式差动保护的制动量为零，更动量不为零。比率制动特性与标积制动特性的比较：比率制动特性的发电机差动保护的动作判据可表示为：式中：一般在0—0.5范围内取值。将上式展开为：整理后得：在上式两边都加上：一项，整理得：所以，上式可变为：即：式中：由该式可得出标积制动式保护得制动系数与比率制动式保护制动系数的关系。所以，标积制动式差动保护与比率制动式差动保护在本质上是一样的。七微机发电机差动保护的逻辑框图差动速断跳闸比率制动差动跳闸循环闭锁比率制动差动跳闸告警告警图1-6微机型发电机差动保护逻辑框图由图7—3的逻辑框图看出，微机发电机差动保护的功能包括三部分。1差动速断部分；2比率制动部分；3电流互感器二次断线及差流越限识别部分。差动速断部分主要是为了快速切除严重内部故障，其动作值一般取发电机额定电流的3~12倍。差动速断部分不受CT二次断线的控制。比率制动部分又分为两部分。一部分是单相差动动作后的跳闸部分，另一部分是任意两但是，有一种情况只有一相差动元件动作，即当异地两点接地故障，其中一点在发电机跳闸回路。比率制动的跳闸部分是否受CT二次断线的控制，可由保护定值单中的控制字的某位置1或清零来选择。差流越限告警可检查差动保护的接线是否错误，当差电流越限制时发出告警信号。此外，为了用户使用方便，保护屏上设有控制发电机差动保护投退的硬压板。以开入量1或清零选择该项功能。包括：CT二次断线判别功能投入/退出；CT二次断线闭锁比率制动差动保护投入/退出；差流越限报警功能投入/退出；差动速断功能投入/退出；比率制动差动保护投入/退出。第三节发电机的定子绕组匝间短路保护一定子绕组匝间短路的形式短路。图1-7定子绕组匝间短路的故障类型二匝间短路的特点匝间短路是一个纵向不对称故障，因此必然产生正、负、零序分量。横差电流互感器图1-8双Y机组的接线和单Y机组的机端电压互感器1上产生零序电流。2发生匝间短路时，在机端专用电压互感器的开口三角绕组两端产生零序电压。3端电流计算负序电流，判断功率方向时，发电机内部发生不对称短路时，负序功率的方发电机内部。分析如下：（1）发电机定子绕组内部发生匝间短路（2）发电机定子绕组内部发生横向不对称短路（3）发电机定子绕外部发生横向不对称短路（4）发电机定子绕外部发生纵向不对称短路图1-9各种不对称故障时负序电压负序电流向量图发电机外部发生各种不对称故障，包括横向、纵向不对称故障，负序电流超前为匝间保护的闭锁元件。三匝间短路保护的方案性点连线上的环流。元件横差保护。也可分成多组，采用多套横差保护。也可采用裂相横差动保护。具体保护方案如下：（1）汽轮发电机定子绕组为两并联分支，中性点有六个引出端或四个引出端的情况。出口图1-10定子绕组为双Y接线的单元件横差保护逻辑图图中，三次谐波滤过器滤除发电机的三次谐波，要求对基波的滤过比不小于100。以经延时回路出口。（2）水轮发电机定子绕组为两个分支以上的横差保护方案ABC图1-11每相五分支的水轮发电机定子绕组三元件式裂相横差保护原理接线图图中，将每相的1、3、5分支并联，2、4分支并联后构成每相的横差动保护，、为横差保护继电器，电流互感器的变比选择按正常运行并联后两支路的二次电流相等的原则。在微机保护中，也可用软件调整平衡。KaKbKc内部短路故障的主保护。电机中性点只能引出三个端子，可采用反应纵向零序电压的匝间短路保护。保护方案如下：出口图1-12负序功率方向闭锁的纵向零序电压匝间短路保护逻辑图第四节发电机的定子绕组单相接地保护一机定子绕组单相接地的特点定子绕组单相接地是发电机较常见的故障之一。发电机在运行中由于机械振动造成定子线棒的绝缘磨损，从而发生定子绕组与定子铁芯接触，形成单相接地故障。单相接地的电路如下图：图1-13发电机定子绕组单相接地故障电压电流分布发电机的电容电流为：外部设备的电容电流：流过接地点的电容电流为：可见，在发电机定子绕组内部发生金属性单相接地故障时，有以下特点：1后产生的零序电压为。在机端电压互感器的开口三角绕组得到的零序电压为：2相对地分布电容，为发电机的相电势。3电流互感器的电容电流为发电机本身的电容电流，其方向为由外部流向发电机；二基波零序电压原理的发电机定子绕组单相接地保护保护反应发生单相接地故障的零序电压分量。对微机保护来说，主要是采取措施扩大它的构成方案如图7—4所示。跳闸或发信图1-14发电机定子绕组单相接地保护原理图图中，为发电机中性点电压互感器的零序电压；为机端电压互感器的零序电压；为主变择。当系统中有中性点PT时，可将与构成与门关系。这样可防止机端电压互感器一次侧发生断线时造成的保护误动。在不具备中性点PT时，可退出此功能，机端零序电压和中性点序电压和中性点零序电压量均经过零点滤波后采用全周傅立叶算法，使滤波效果大大提高。在采样频率为600HZ的情况下，零点滤波器的差分方程如下：5000如图7—5所示。0123456图1—15零点滤波与全周傅氏算法的基波算法频率响应特性二反映三次谐波的发电机定子绕组单相接地保护1反应机端与中性点三次谐波电压比的保护保护的动作判据为：理论分析表明，发电机正常与系统并列运行时，无论发电机中性点是否接有消弧线圈，50%5提供的发电机正常运行机端和中性点三次谐波电压的比值最大达到1.95倍。因此，采用这种方案构成保护时，必须提高定值门槛。这就势比影响保护的灵敏度和保护范围。2自调整式三次谐波电压保护保护的动作判据为：式中：—为自调整系数，它是一个复数。—为三次谐波制动系数。分析反映机端三次谐波与中性点三次谐波电压幅值比保护灵敏度不高的原因是由于制动当然也必须降低正常运行时的动作量。以保证正常运行时保护不误动。自调整式三次谐波保护的判据中就是通过调整使：，正常运行时动作量非常小。因而可将制动量减小。一般情况下，可取。在微机保护中采用实时跟踪和，因而，复系数也是自动跟踪的。在微机保护中的算法为：式中：—为当前时刻；—为跟踪计算的时间间隔，一般可取2~3个工频周期。采用自调整式三次谐波保护的判据，当机端发生单相接地时，近似为零，而很大，动单独用三次谐波分量即可实现发电机定子绕组的100%接地保护。为进一步提高保护的灵敏度，采用了零点滤波级联傅氏算法的高性能数字滤波器。滤除基波分量的零点滤波器的差分方程为：（采样频率为600HZ零点滤波器与傅氏算法级联后的频率响应特性如图7—6所示。0123456图1—16零点滤波级联傅氏算法的三次谐波滤波器频率响应特性3反应三次谐波突变量的定子接地保护方案一是反应三次谐波幅值比的突变量构成的保护。判据为：方案二是反应三次谐波向量比的突变量构成的保护。判据为：三次谐波幅值比突变量的定子接地保护理论上可保护距发电机中性点50%的范围内的接地故障，三次谐波向量比突变量的定子接地保护理论上可保护100%发电机定子绕组。第五节发电机的失磁保护一失磁对电力系统和对发电机造成的危害发电机在正常运行时，除了发出有功外，还承担着向系统发出感性无功的任务。例如，一台视在功率为353MW的汽轮发电机，功率因数为0.85，当它满载运行时，发出的有功功率为300MW186MVA台大容量的发电机失磁后，首先是造成系统大量的无功缺少。对电力系统及发电机本身都会造成程度不同的危害，归纳起来有以下几方面。对电力系统的危害：（1）发电机失磁造成系统中大量无功缺少，当系统中无功储备不足，将引起电压下降。严重时引起电压崩溃，系统瓦解。（2）一台发电机失磁造成电压下降，系统中的其他发电机在自动调节励磁装置作用下，作，扩大了故障范围。（3电机与系统之间失去同步，引起系统振荡。对发电机本身的危害：（1）发电机转子绕组出现的差频电流在转子绕组中产生额外损耗，引起转子绕组发热。（2定子绕组过热。（3剧烈摆动。这种影响对水轮发电机更为严重。（4）发电机失磁后，定子端部漏磁增强，使端部的部件和端部铁芯过热。二失磁的基本物理过程和失磁保护的判据如图1—17所示为一台发电机通过升压变压器、联络线与无穷大系统相连。图1—17单机与无穷大系统连接系统图设发电机的电势为，无穷大系统母线电压为，发电机的同步电抗为，变压器的阻抗为，输电线路的阻抗为。从发电机电势到无穷大母线之间的总阻抗为。对汽轮发电机，输送到系统的有功和无功功率分别为：对水轮发电机，输送到系统的有功和无功功率分别为：发电机的转子运动方程为：式中：—为惯性时间常数。（秒）—为发电机电势与无穷大母线电压之间的功角；—为原动机的输入功率；—为发电机的输出电功率。根据以上关系式，分析发电机失磁后的电参数和功角的变化规律，可得出如下结论：（1过渡到异步运行。（2）在之前，有功基本不变，后，有功略有下降并呈现摆动趋势。（3感性无功。（4）由于大量的无功缺少，造成系统电压降低。（5）机端测量阻抗从第一象限逐步过渡到第四象限。（6）励磁电压下降。根据以上结论，目前构成发电机失磁保护的判据可分为主判据和辅助判据。失磁保护的主判据为：1静稳边界阻抗圆判据。当测量阻抗进入静稳边界圆内时，说明功角，发电机已失去稳定。2态。3无功方向判据。当无功由正（发出感性无功）变负（吸收感性无功）时，说明发电机失磁。4系统三相电压降低。当高压母线电压低于80%~85%额定电压或发电机机端电压低于70%~75%额定电压时，低压元件动作。5等励磁电压判据。等励磁电压判据按与发电机的空载励磁电压比较。6据也是随有功变化而改变的。失磁保护的辅助判据为：需要辅助判据的理由是为了防止非失磁情况下失磁保护误动。这些情况有：（1）发电机出口或升压变压器高压侧发生短路故障。（2）电力系统发生振荡。（3）水轮发电机自同期并列。（4）电压互感器二次断线。（5）发电机通过升压变压器对高压长线路充电。为防止在上述情况下失磁保护误动，增加闭锁判据。主要有以下几种判据。1用延时躲过振荡的影响。2用有无负序分量区别振荡与失磁。3加入电压互感器二次断线判别功能。4用开入量识别特殊运行方式。例如自同期并列操作和长线充电。三微机型发电机失磁保护的构成方案采用了五个主判据。分别是系统电压低、机端电压低判据；静稳边界阻抗圆或异步阻抗圆判据；等励磁电压判据、变励磁电压判据。1系统三相电压降低。由于失磁造成的电压降低是三相对称的。所以可取其中的一个相间电压进行判断。取机端电压和高压母线电压。2定子判据的阻抗特性圆。针对阻抗特性在软件中设有三项定值。圆心位置和，半径。1—18abc当时，可实现图1—18（a）和（c）的动作特性；当时，可实现图1—18（b）的动作特性。(a)静稳边界圆(b)水轮发电机的静稳圆(c)异步阻抗圆图1—18失磁保护的阻抗特性圆3等励磁电压判据（1荡、发生短路时。励磁电压有较高的数值。因此，可判断励磁电压低于某值时为失磁故障。一般取额定空载励磁电压的20%~80%。（2）根据给定有功的等励磁电压判据。对于隐极机可得：时，对标幺值则有：。所以有：式中：—发电机有功功率标幺值。4变励磁电压判据。（1）汽轮发电机的变励磁电压判据。用有名值表示，变为：式中：—发电机额定视在功率，单位：MVA；—发电机有功功率的有名值，单位：MW。仍为标幺值。将也改为有名值，则有：式中：系数为常数，在微机保护中可实时计算有功的值，由决定励磁电压低的动作值。隐极机的变励磁电压元件的特性如图1—19（2）水轮发电机的变励磁电压判据。按标幺值有：，取：。令，得：—处于静稳边界的关系。在此范围内，的关系近似为直线特性，如图1—20所示。动作区动作区0图1—19隐极极变励磁电压元件图1—20凸极机的变励磁电压元件的特性的特性对应时的有功为最大凸极功率。所以，凸极机的变励磁电压判据为：变励磁电压判据在系统振荡时，如果振荡前发电机进相运行，静稳储备不高，则在振定延时。四微机型发电机失磁保护逻辑框图切系统电压厂用电T1T2机端电压断线判T3阻抗元件PT断线信号失稳信号切换励磁、减出力跳闸失磁信号图1—21微机型发电机失磁保护逻辑框图该框图可分为四部分。即低电压部分、阻抗部分、等励磁电压部分和变励磁电压部分。低电压部分判断机端电压和系统电压。低压判据受电压互感器二次断线闭锁控制。当失（2~15T1和T2，一般整定为250MS。阻抗元件可根据要求整定为不同的动作特性。它受电压互感器二次断线和系统故障判断因为在主变压器高压侧、发电机机端发生短路、PT二次断线时，按静稳边界整定的阻抗元3输入与门5T3为躲振荡延时，防止振荡时静稳阻抗圆误动而增设的时间元件。一般整定1.5秒。延时T6是长延时元件。等励磁电压元件受系统故障元件闭锁。同时为防止励磁电压回路断线造成的误判，设有励磁电压低于8V的闭锁条件。为防止发电机在起动或停机过程中等励磁低电压元件误动，设有的闭锁条件。等励磁判据经延时T4，或门1与机端电压低判据发出切换厂用电命令。与系统电压低判据发出跳闸命令。延时T4是防止干扰或异常工况造成的短时励磁电压降低而设置的。一般取0.1~0.2秒。变励磁电压元件也受系统故障元件闭锁。同时为防止励磁电压回路断线造成的误判，设有励磁电压低于8V的闭锁条件。变励磁电压判据的定值是随有功P变化的。所以不需要的闭锁条件。变励磁电压判据经延时T5，或门1与机端电压低判据发出切换厂用电命令。与T5是防止系统振荡造成变励磁电压元件误动而设置的。

一般取0.3~0.4秒。励磁电压低的判据受机端电压高判据的闭锁。主要是防止强行减磁时由于励磁调节器的甚至变负。而低励或失磁时，机端电压不会过高。如果没有这种负输出，该判据可取消。五微机失磁保护的整定计算整定计算的系统接线图如图1—22所示。发电机变压器输电线路系统、图1—22发电机与系统的连接图1低电压元件的定值机端低电压元件：高压侧低电压元件：2阻抗元件的定值首先将系统图中各个元件以标幺值表示的阻抗变为发电机额定电压值下的有名值。式（7—47）~式（7—50）中：—发电机直轴同步电抗标幺值；—变压器短路电压的百分数；—线路每公里正序电抗值（一次有名值）——系统电抗的标幺值；—发电机额定电流有名值；—发电机的额定电压有名值；—变压器的额定容量；—系统母线的电压有名值；—计算系统电抗标幺值的基准容量；—为发电机直轴电抗有名值；—为归算到发电机电压下的变压器电抗有名值；—为归算到发电机电压下的线路电抗有名值；—为归算到发电机电压下的系统电抗有名值；（1）隐极机静稳边界阻抗圆整定静稳边界圆的圆心坐标为：式中：—电流互感器的变比；—电压互感器的变比；静稳圆的半径为：（2）隐极机异步阻抗圆整定圆心坐标为：。半径为：式（7—54）和式（7—55）中：—为发电机暂态电抗的有名值；（3）凸极机的静稳边界阻抗圆整定当取时，为标准圆特性。当取时为苹果圆特性。圆心为：半径为：式（7—56）和式（7—57）中：—为发电机纵轴电抗的有名值；（4）凸极机的异步阻抗圆整定圆心为：半径为：3励磁低电压元件的整定（1）等励磁电压判据的整定式中：—为发电机空载励磁电压。（2）变励磁电压元件凸极功率的计算：式中：，为发电机至系统之间的综合直轴电抗有名值；，为发电机至系统之间的综合交轴电抗有名值；变励磁电压系数的计算：

式中：—发电机的空载电势；—发电机的额定电压；根据对变励磁电压判据的分析，在系统振荡、异步运行等工况下，有功功率波动（励P时采用在一段时间求有功功率的平均值的方法。式中：—为计算有功的时间间隔；—为工频一周期的采样点数；—为工频周期数。例如，当取计算间隔秒时，则取10个工频周期有功功率的平均值作为有功的值。4负序电流和负序电压元件的整定（1）负序电流元件按故障时有足够灵敏度整定，同时应躲过发电机正常运行允许的负序电流值。式中：—为发电机长期运行允许的负序电流标幺值。（2）负序电压元件按躲过正常运行的不平衡分量整定。第二章电力变压器的继电保护第一节电力变压器的故障、不正常运行及配置的保护方式电力变压器是电力系统中应用十分广泛的电气元件。它的故障将对系统的稳定运行和供失。因此，必须根据变压器的容量及其重要程度装设相应的继电保护装置。变压器的故障可以分为油箱内部和油箱外部的故障。油箱内部的故障包括变压器绕组的上述接地短路是指变压器中性点接地一侧的绕组。变压器的不正常运行状态主要是：由于变压器外部发生相间短路的过电流和接地侧外部根据以上故障和不正常运行状态及变压器的容量大小、在系统中的重要程度，变压器应配置的继电保护装置有：1瓦斯保护。这是一种非电量保护。其基本原理是依据变压器内部故障产生电弧，使变压器的绝缘油油箱内部故障的主保护。轻瓦斯保护反映内部较轻微的故障，动作于发信号。装设瓦斯保护的变压器的容量界限是：容量在800KVA及以上的油浸式变压器。2纵联差动保护或电流速断保护6300KVA及以上或单独运行的变压器容量在10000KVA及以上保护作用。它是变压器的主保护。在容量小于10000KVA的变压器上可装设电流速断保护。3对于由外部短路引起的变压器过电流，应配置后备保护。后备保护的方式可采用：（1）过电流保护，一般用于容量较小、电压等级较低的降压变压器上。（2的降压变压器上。（3）负序电流保护及单相式低压起动的过电流保护。一般用于大容量升压变压器或系统中的联络变压器。（423度不满足要求时，可采用阻抗保护。4对变压器的接地故障应根据中性点接地方式配置不同的保护。配置零序电流和零序电压保护。5过负荷保护。对400KVA应根据情况装设过负荷保护。过负荷保护装于一相上，动作后经延时发信号。6过励磁保护。高压侧为500KV及以上的变压器，对频率降低电压升高引起的变压器过励磁应配置过励磁保护。7变压器的其他非电量保护。除上述的瓦斯保护外，变压器还配有其他非电量保护。包括：油温高保护、冷却器故障保护、压力释放保护等。第二节变压器的纵联差动保护毫无疑问，差动保护是变压器的主要保护之一。变压器的差动保护在原理上与发电机的要有以下几方面。1变压器高、中、低三侧（或高、低两侧）的电流不等，因此，选用的电流互感器的变电机差动保护的不平衡电流增大。2对于接线组的变压器，两侧同名相的电流有的相位差。由此产生的不平衡电流必须考虑。3有载调压的变压器在运行中改变分接头位置时产生的不平衡电流。4变压器在空载合闸或区外故障切除电压重新恢复时会产生非常大的励磁涌流。5变压器差动保护应能反映高、低压绕组的匝间短路。而在发生匝间短路时，短路的匝较高的灵敏度。6变压器差动保护应能反映中性点直接接地侧的单相接地故障。当经过渡电阻接地时，故障电流较小，变压器差动保护的灵敏度下降。7当变压器发生匝间短路时，变压器仍带有负荷，说明变压器发生内部故障时有流出电流，当然会影响保护的灵敏度。8发电机差动保护仅为两侧差动，而变压器差动保护除两侧或三侧差动的情况外，有可能出现多于三侧的情况，甚至达到六侧差动的情况。关于励磁涌流的问题将在下一节专门讨论。关于多侧差动的问题是在设计微机保护的硬护的构成及原理、整定计算。一微机变压器差动保护的接线和不平衡电流的补偿方法对于常规变压器差动保护，当变压器的接线组为时，为消除由此在差动继电器中产生的不平衡电流，应在构成差动保护的接线时，将变压器一次绕组接为星形一侧的三相CT的二位；而变压器一次绕组接为三角形一侧的三相CT的二次连接为星形。由于这种接线烦琐复杂，因此，在微机保护中普遍采用了软件调整相位的方法。即无论变压器采用什么连接组，都可将变压器各侧的三相CT按星形接线，然后将二次电流引入相应的电流变换器。如图7—13所示。LHALHBLHCLHaLHbYLHcÄ图2—1微双绕组变压器差动保护接线图中，和分别为变压器高、低压侧一次电流的正方向。变机保护中对应于变压器高压侧ABCabc相压器绕组为连接的一侧按下式处理：式中：A、B、CA、B、C三相电流的采样值。对变压器为连接的一侧则直接用其采样值计算。以通过软件的方法进行补偿，从而使不平衡电流减到最小。设某降压变压器的参数如下：容量：电压比：接线方式：（1）计算变压器各侧额定电流。110KV侧：35KV侧：10KV侧：（2）选择各侧电流互感器的变比：110KV侧：，选择：300/535KV侧：，选择：1000/510KV侧：，选择：2000/5（3）计算各侧二次电流：110KV侧：35KV侧：10KV侧：（4）以高压侧为基准，求各侧电流平衡系数设中压侧电流平衡系数为，低压侧电流平衡系数为。在本例中可得：压侧的容量为20MVA，低压侧的容量为11.5MVA，则有高压侧电流为：165.3A，中压侧电流为300A603.6A4.772A2.6A侧二次电流为1.51A。因此，差电流为：的不平衡电流减少到非常小的值。二比率制动特性的变压器差动保护的斜率较低，当制动电流大于时，制动特性的斜率较高。如图2—2所示。0图2—2三折线比率制动特性比率制动特性的变压器差动保护的动作方程和制动电流的选择。两折线特性的动作方程：（）（）其中：—为差动电流；—为制动电流；—为差动保护最小动作电流；—为比率制动特性的拐点电流—为比率制动特性的斜率；三折线特性的动作方程：（）（）其中：—为差动电流；—为制动电流；—为差动保护最小动作电流；—为比率制动特性的第一拐点电流；—为比率制动特性第一折线段的斜率；—为比率制动特性第二折线段的斜率；—为比率制动特性的第二拐点电流；制动电流分别为：双绕组变压器：差动电流为：制动电流为：三绕组变压器：

差动电流为：制动电流为：三变压器差动保护的整定计算1最小动作电流按躲过变压器在正常运行条件下产生的不平衡电流整定。式中：—可靠系数，取1.5~2.0；—同型系数，取1；—电流互感器变比误差，取0.1；—110KV侧为有载调压侧，调压范围为，在计算时取。—变压器高压侧的额定电流；—高压侧电流互感器的变比；在微机变压器保护中，已由软件补偿了各侧二次电流不等的影响，所以，可不予考虑。2制动特性拐点电流；3最大制动系数：在区外发生三相短路时，流过差回路的不平衡电流最大，为保证此时保护不误动应有：式中：—差动保护的最大动作电流；—为变压器差动保护范围外部发生三相短路的最大短路电流；按取最大侧短路电流为制动电流的原则，在外部短路时，制动电流即为：所以有：取：则：4制动特性的斜率按以上的分析：设外部三相短路电流为变压器额定电流的10则：即制动特性曲线的斜率取0.46，刚好满足上述要求。在微机变压器保护装置的资料介绍中，一般建议的整定值为：值，主要是为防止外部短路时保护误动。四微机型变压器差动保护的逻辑图2—3是微机变压器差动保护的逻辑图。其中包括三部分。一是差动速断部分。二是谐波和CT二次断线的控制，当差电流大于差动速断的定值时立即发出跳闸命令。比率制动压器过激磁时误动。在微机变压器保护中，一般二次谐波制动的整定值为0.15，即当二次谐波分量大于等于基波分量的15%15%500KV为0.3~0.35。即五次谐波大于等于基波分量的30%—35%时，闭锁差动保护。差电流的波形对称性构成的涌流闭锁方案。图2—3具有二次谐波制动的变压器差动逻辑图或第三节变器的励磁涌流分析众所周知，变压器的原边和副边是通过电磁耦合的。所以变压器在工作时一定有励磁电流存在在电源侧存在，因此会在差动保护中产生不平衡电流，但是，一般的大型常工作时，励约为额定电流的1%—3%。所以由此产生的不或平衡电流可不种情况变压器会产生非常大的励磁与二是当变发生外部压或以下分析变压器空载合闸产生产生励磁涌流的机理。一单相变压器空载合闸产生的励磁涌流图2-4单相变压器的励磁涌流设变压器的一次绕组为1合闸时，则根据电磁感应原理得：其中：，式中：为积分常数。由初始条件确定。设在合闸前变压器铁芯中有剩磁，则有：式中：于是：为电压的初相角。当时合闸，则变压器铁芯中的磁通为：其中：部分为稳态磁通，为暂态磁通。图2-5变压器空载合闸时产生励磁涌流的图解分析以上分析了在合闸后一个周期的时间内变压器铁芯中的磁通变化和励磁电流的变化。考虑到合闸回路的电阻分量，暂态磁通实际上是衰减的，暂态过程结束后进入稳态，由于在空载合闸时，变压器铁芯中的磁通非常大，而变压器铁芯本身又具有非线性特点，所以合闸回路会产生很大的励磁电流。该电流可达到正常运行时励磁电流的几百倍，相当于额定电流的6—8波形。图2-6变压器空载合闸时的励磁涌流波形由以上分析和波形图可得出励磁涌流的特点如下：（1）涌流波形对于时间轴不对称，其中含有大量的衰减直流分量。（2）涌流的波形呈现非正弦，含有大量高次谐波，其中以二次谐波的含量最大。大多数分析结果表明，二次谐波的含量不低于基波分量的17%。（3）涌流的波形不连续，两个周期之间有间断，其对应的角度称为间断角。分析表明，单相变压器空载合闸的涌流间断角不小于120度。（4）涌流的波形不对称，即当前点的瞬时值与相隔半个周期的瞬时值不是大小相等符号相反的关系。影响涌流特征的因素有：（1）合闸时电压的初相角。对于单相变压器而言，当时合闸，涌流最严重。当时合闸，将不产生涌流。（2）铁芯中剩磁的大小和方向。（3）变压器铁芯的饱和磁通。二三相变压器的励磁涌流磁涌流是两相涌流之差。影响三相变压器励磁涌流特征的因素有：（1）电源电压的大小和初相角；（2）系统阻抗的大小和相角；（3）变压器三相绕组的接线方式和中性点接地方式；（4（5（6）合闸前铁芯中剩磁的大小和方向；（7）电流互感器的传变特性；经过大量的分析表明，三相变压器空载合闸时产生的励磁涌流具有以下特征：（1）对于三相变压器而言，三相电压的相角互差，所以无论电压初相角是多少总会产生励磁涌流。（2）由于对差动保护来说，励磁涌流总是两相涌流之差，所以在三个涌流中，有一个励磁涌流不存在直流分量，其波形对时间轴对称。（317.1%三相变压器的励磁涌流中有一相或两相中的二次谐波含量小于17.1%磁涌流中二次谐波分量大于17.1%。（4角可能小于。三在变压器差动保护中，识别励磁涌流防止差动保护误动的方法1规电磁型保护装置中广泛采用的BCH—1差动继电器即具有这一功能。2谐波识别法中二次谐波含量的大小。式中：—二次谐波电流有效值；—基波电流有效值；—二次谐波含量比例门槛值；15%15%15%15%闭锁与门开放的原则。3间断角原理分析表明，励磁涌流的波形不连续，有一定的间断，其无电流部分所对应的角度称为间断角。而变压器内部故障时差电流的波形是连续的。在对变压器的励磁特性进行简化后可得出，单相变压器空载投入时励磁涌流的间断角为：式中：—变压器空载投入时励磁涌流的间断角；—变压器空载投入时电压的初相角；—变压器铁心的饱和磁通密度；—剩余磁通密度；—变压器铁心的最大工作磁通密度；—变压器空载投入前系统电压与额定压之比；在微机变压器差动保护种应用该原理需要解决的问题是：多大的采样频率才能准确

地测量间断角的大小；多高的采样精度才能正确判断电流进入间断范围；如何解决由于电流互感器传变引起的间断角变形问题。设A为变压器励磁涌流的最小间断角，B为保护整定的闭锁间断角，N为工频每周期设，，按上式可计算出。所以在判断间断角原理的变压器差动保护中，采样频率可取1800HZ，即。4波形对称原理涌流。判别波形对称性的公式为：式中：—当前差电流的采样值；—对应半周前时刻差电流的采样值；图2—7是故障电流波形与典型的励磁涌流波形。图2—7故障电流与励磁涌流波形由图2—7可看出，对于故障电流，由于与的符号相反，所以的值较小，而的值较大，换器的传变特性的影响，至少有四分之一周期的采样点不满足波形对称公式的判椐。在LFP—972C首先求出和在半周内的积分值，分别为和，然后用下式判断。式中：—为由程序设定的常数。由于当和都很小时可能发生误判，所以增加另一判椐。式中：—为差电流的半周积分值；—为变压器的额定电流；—为固定比例系数；励磁涌流时，上述判椐不满足，闭锁变压器差动保护。第四节变压器的接地保护一中性点直接接地的变压器的接地保护直接接地侧，如故障点在差动保护范围内，可由差动保护动作切除故障，若差动保护拒动，变压器内部绕组故障、引出线、母线和线路接地故障的后备保护。一般配置两段式零序电流保护，每段可设置两个时限。其接线图如下图所示。跳开母联断路器t跳开变压器各侧断路器图2-8中性点直接接地变压器的零序电流保护零序电流取自接地变压器的中性点联线上。保护设置两段。各段的整定配合原则如下：（1）零序电流保护的第一段的动作电流按与相邻线路零序电流保护的第一或第二段配合。式中：—变压器零序电流保护一段动作电流；—可靠系数，取1.2；—零序电流与流过线路的零序电流之比。当高压母线上无其他接地变压器时其值等于1压母线上有其他接地变压器或等值零序阻抗时，分支系数小于1。—线路零序电流保护一段或二段的动作电流；对于高压侧电压为110KV及220KV断开母联或分段断路器，以较长的时限断开变压器各侧断路器。各时限的整定原则是：式中：—线路零序电流保护一段或二段的动作时间；对与高压侧为330KV或500KV的变压器，可只设一个时限，保护动作后跳开本侧断路器。（2）零序电流保护的第二段的动作电流按与相邻线路零序电流保护的后备段配合。式中：—变压器零序电流保护二段动作电流；—可靠系数，取1.2；—零序电流与流过线路的零序电流之比。当高压母线上无其他接地变压器时其值等于1压母线上有其他接地变压器或等值零序阻抗时，分支系数小于1。—线路零序电流保护后备段的动作电流；对于高压侧电压为110KV及220KV断开母联或分段断路器，以较长的时限断开变压器各侧断路器。各时限的整定原则是：式中：—线路零序电流保护后备段的动作时间；对与高压侧为330KV或500KV的变压器，可只设一个时限，保护动作后跳开本侧断路器。（3）灵敏系数校验二中性点可能接地或不接地运行的变压器的接地保护点的绝缘水平、并联运行的变压器台数有关。1中性点全绝缘的变压器的零序电压保护零序电压保护的动作电压按以下原则整定。（1）零序电压保护的动作电压应大于部分变压器中性点接地的系统中，保护安装处可能出现的最大零序电压；在中性点直接接地系统中一般有：。所以有：取，则有：在开口三角得到的零序电压为：所以，继电器的动作电压值取180伏。（2）零序电压保护的动作电压应小于中性点直接接地系统的电压互感器在失去接地点后发生单相接地时，开口三角绕组可能出现的最低电压；中性点接地系统的电压互感器的变比为：式中：—线电压；当失去接地点后发生单相接地，则一次系统中的零序电压为：产生的零序电压小于300伏。一般可达到230伏。所以，动作电压取180伏可满足要求。与其他保护配合，故其动作时间可按躲过暂态过电压时间考虑，一般取0.3秒。2变压器中性点为分级绝缘，但中性点装有放电间隙除装设两段零序电流保护外，应装设反映间隙电流的保护和零序电压保护。隙电流，所以可用零序电压和间隙电流按或逻辑构成接地保护。零序电压保护的动作电压同上。间隙电流保护的动作电流根据经验一次值可取100A。第八章母线的继电保护第一节概述母线是发电厂和变电站中的重要设备。它是电源和负荷的集中点。运行经验表明，虽然母线发生故障的几率较输电线路小（根据国外的统计资料母线故障占系统所有故障的6%~7%成很大的损失，破坏电力系统的稳定运行。因此母线故障是电力系统中最为严重的故障。电力系统中的母线接线形式主要可分为：1单母线：包括单母线形式；带分段的单母线形式；2线形式等。33/2（又称一个半接线方式）断路器母线形式；根据母线的接线形式，母线保护可分为单母线的母线保护、双母线的母线保护和一个半断路器的母线保护。对于单母线形式，母线保护的作用是要正确区分母线内部故障和母线外部（线路侧）故障；而对于双母线形式，要求母线保护一方面能正确区分母线内部故障和母线外部故障，另一方面还要求母线保护能正确区分出故障母线。根据母线的重要程度和对系统稳定的要求，可采用由供电元件的后备保护或线路保护中对母线故障有灵敏度的保护段作为母线故障的保护，或采用专设的母线保护。由供电元件的后备保护构成的母线保护：如图3—1为由发电机的后备保护作为母线故障的后备保护，图3—2为由变压器电源3—3为由距离保护的II段或III段构成对母线故障的保护。对于接地故障也可由零序电流保护的IIIII段、VI段作为母线故障的保护。图3—1由发电机后备保护实现的母线保护MN电源图3—2由变压器电源侧后备保护实现的母线保护变压器后MN备保护系统图3—3由距离保护II段或III段实现的母线保护注意到以上的对母线故障的保护都不需要再增加特殊设备，但这些保护全部是带延时的母线保护。根据我国国家标准《继电保护及安全自动装置技术规程》GB14285—1993的规定，在下列情况下应装设专门的母线保护：（1）110kV双母线和220kV及以上的母线上，为了保证快速而有选择性的切除任一条保护。对于一个半断路器接线的每一条母线应装设两套母线保护。（2）110KV及以上的单母线，重要发电厂的35KV母线或高压侧为110KV及以上的重要降压变电站的35KV母线，按照系统的要求必须快速切除母线故障时，应装设专门的母线保护。从电路上看，母线可看作是电路中的一个节点。在电力系统处于正常运行状态时，该线差动母线保护。如果规定由母线流向线路的电流为正，而由线路流向母线的电流则为负。在忽略流比相式母线保护。护等已在系统中获得应用。第二节母线的电流差动保护一单母线的完全电流差动保护的工作原理连接元件的同相的电流互感器按同极性端相连，构成母线的差动保护。图3—4所示为在一条母线上有三个连接元件的母线差动保护的单相原理接线图。123I-I图3—4单母线完全差动母线保护单相原理接线图图中为正常运行时线路1和线路23常运行，在一次侧必有如下关系：即：也必然满足：即流入继电器的电流为零，继电器不动作。当发生母线外部故障时。例如，故障点在线路3平衡电流比正常运行时的更大。不平衡电流为：—分别为线路1、2、3互感器的励磁电流。当在母线上发生故障时，如果线路1和线路2、3变为短路电流，且全部是流向故障母线的。因此，流入继电器的电流为：。—分别为流过线路1、2、3的短路电流的二次值。如果我们取继电器的整定值为躲过区外短路的最大不平衡电流，则在母线内部故障开断路器1DL—3DL。从而将故障切除。二完全差动母线保护的整定计算（1）躲过母线外部发生短路的最大不平衡电流(2)由于母线差动保护电流回路中的连接元件多，接线复杂。因此电流互感器二次发生断线的几率多，当任一支路中的电流互感器二次发生断线，必然在差回路产生该支路电流对应的二次电流，当该电流大于保护定值时会使保护误动作。为防止这种情况下的误动，传统的母线保护采用提高整定值的方法。因此，整定值应躲过最大负荷支路电流互感器二次断线产生的电流。式中：：母线连接元件中，最大负荷支路上最大负荷电流。取以上两者中的大者为定值。在最新研究的微机型母线保护中，设有专门判断电流互感器二次发生断线的软件，当不考虑第二个条件。3灵敏系数校验：—当母线上可能出现的最少连接元件时发生母线内部故障的最小电流。三双母线固定连接方式的母线差动保护（一）构成以及作用原理对于单母线接线，当母线上发生故障时，必须将母线上所有连接元件切除。为提高供支路固定联于两条母线上—件称为选择元件。固定连接方式的双母线保护的起动元件和选择元件均采用差动原理实现，双母线固定连接方式的母线差动保护的构成如图3—5所示。图中画出在I母线和II母线上分别接有两个元件。在分析故障时假定他们都与电源相连。XL1XL21LH2LH125LHI5II6LH343LH4LHXL3XL4图3—5双母线固定连接方式的母线差动保护原理图保护由三部分组成，1LH2LH6LH组成母线Ⅰ的差动保护，1CJ为I母线故障的选择元件。3LH、4LH、5LH组成II母线的差动保护，2CJ为II母线故障的选择元件。3CJ为整套保护的启动元件。5DL为母联断路器。保护的直流回路构成如图8—5所示。当起动元件动作后一方面起动ZJ3选择元件1CJ动作后，起动ZJ1，由它的接点去跳开连接于I母线上的所有断路器。当选择元件2CJ动作后，起动ZJ2，由它的接点去跳开连接于II母线上的所有断路器。下面分几种情况说明其工作过程。1正常运行或区外故障时不平衡电流，故在正常运行或外部故障时，保护不会误动。图3—6是在固定连接方式下，

在线路21CJ—3CJXL1XL21LH2LH5LH125III6LH343LH4LHXL3XL4图3—6固定连接方式下发生外部故障的电流分布2发生母线内部故障时如图3—7所示，在母线Ⅰ上发生故障，假设图中四个元件均与电源联系，则电流分布情况如图中所示。1CJ、3CJ中流入全部短路电流的二次值，所以1CJ、3CJ启动，跳开1DL、2DL和5DL；2CJ中为不平衡电流，不动作，所以母线Ⅱ仍可继续运行。当母线Ⅱ故障时，分析同上。2CJ、3CJ起动，跳开3DL、4DL、和5DL，母线Ⅰ继续运行。XL1XL21LH2LH1CJ125LHI53CJII6LH343LH4LH2CJXL3XL4图3—7固定连接方式下I母线内部故障的电流分布3固定连接破坏时发生外部故障例如线路3由母线II切换到母线I8—8随之切换，所以外部短路时，1CJ、2CJ中有较大的差动电流而误动，但3CJ流过的电流仍为不平衡电流，由于其整定值已躲过外部断路的最大不平衡电流，所以不会误动。由于起动元件不动作，所以整套保护不会误动。XL1XL21LH2LH1CJ125LH5III3CJ6LH343LH4LHXL3XL42CJ图3—8固定连接方式破坏后发生外部故障的电流分布4固定连接方式破坏发生母线内部短路时由图3—9中的电流分布可知，1CJ2CJ3CJ从而使母线保护失去选择性，所以将两条母线上的元件都切除。定计算与单母线完全产差动母线保护的整定计算原则相同。XL1XL21LH2LH1CJ5LH12I5II3CJ6LH34XL3XL4图3—9固定连接方式破坏后I母线内部故障的电流分布2CJ四减小差动保护不平衡电流影响的方法（一）采用速饱和中间变流器这是一种在电磁型差动继电器构成的保护中普遍采用的方法。分析可知，在外部短路的的特点可大大减小流入差回路的不平衡电流。（二）在差回路串入强制电阻不平衡电流大大增加。为减小不平衡电流，可在差回路接入一个电阻。和有强制电阻的等效电路，如图3—10所示。（a）差回路无强制电阻（b）差回路有强制电阻图3—1析差回路接有强制电阻的等值电路由图8—10（a）的等值电路得，当差回路无强制电阻时，不平衡电流为：当差回路有强制电阻时，不平衡电流为：从而可求得：所以有：式中：8—8一措施。（三）采用带制动特性的差动保护得了广泛应用。对于母线保护也可采用比率制动特性。制动电流的选取方式：1最大值制动2各元件电流绝对值之和制动3综合制动大括弧右上角的+号表示大括弧内的值只取正值，如为负值则取零。第三节电流比相式母线保护与母联相位差动保护一电流比相式母线保护（一）电流比相式母线保护的基本原理件的电流方向为由线路流向母线，两者的相位完全相反。如图3—11所示为最简单的情况，设母线上仅有两个元件，在正常运行或外部故障时，电流流向母线，而电流流出母线，两者相位相同。因此，可利用这种相位的差别判断是否发生母线故障。1234（a）外部故障（b）内部故障图3—11母线外部、内部故障时的电流分布从波形图上看，正常运行或者点故障时：母线内部故障时：其波形如图3—12所示。(a)内部故障（b）外部故障图3—12母线内、外部故障的电流波形（二）电流比相式母线保护的构成小母线中间图3—切换比相式母线保护的单相原理方框图变流器

装置电流比比相式母线保护的构成原理如图所中间将各支路的二比相延时展宽出口次电流变中间半波整入小母线1、2上，切换装置是用于双母线系统时切换保护切换变流

装置180理如图3—14所示。ZLH1132D1D2输出ZLH2D3D4图3—14电压形成及相位比较回路原理图图3—14是假设母线上仅有两个元件，图中为单相接线图。设、分别为元件1和元件2的A相电流互感器的二次电流。经中间变换器后经二极管进行半波整流，由D1和D3整流后的电压分别接至小母线1上，由D2和D4整流后的电压接于小母线2上，小母线3为公共点。以下分两种情况说明其工作原理。1正常运行或母线外部故障时180度。在为正半周时，二极管D2导通，小母线2为负电位，负半周时，二极管D1导通，小母线1为负电位。注意到外部故障特征，与相位为180度，当为正半周时，刚好为负半周，此时二极管D3导通，小母线1为负电位，为正半周时，二极管D4导通，小母线2为负电位。可见，当正常运行或发生母线外部故障时，小母线1、2出现连续的负电位。三极管T1、T3均截止，T2导通，输出为0伏。保护不动作。D1导通的波形D2导通的波形D3导通的波形D4导通的波形小母线1的波形小母线2的波形图3—15母线外部故障时电流比相母线保护小母线的波形2母线内部故障时0度。当为正半周时，D2D4D1、D3均导通，因此在小母线1、2上产生间断的负电位。且在时间上小母线1、2轮流出现负电位。如图3—16所示。D1导通的波形D2导通的波形D3导通的波形D4导通的波形小母线1的波形小母线2的波形图3—16母线内部故障时电流比相母线保护小母线的波形当小母线1有负电位期间，T3截止，此时小母线2不出现负电位，因此，T1保持导通状态，T2保持截止状态。故比相电路输出为高电位。对电容器充电。3设置时间电路的作用180电流相位差不等于180度时，在小母线1、2上的负电位必然出现间断。从而使保护误判为内部故障。为此必须设置一延时回路，通常取3.3ms，相当于工频角度为60度。此延时电路由RC12的电位间断时间必须大于3.3ms（相当于工频60度）时，保护才能动作。电流比相式母线保护具有以下特点：（1）电流比相式母线保护只与电流相位有关，而与电流的幅值大小无关。（2）不需考虑不平衡电流的影响，提高了母线保护的灵敏度（3）不要求采用同型号和同变比的CT，增加了使用的灵活性。（4）对双母线系统可在每条母线上装设电流比相式母线保护，从而克服了固定连接方式母线差动保护不适应母线运行方式变化的缺点。二母联相位差动保护8—16闸，当发生I母线故障或II母线故障时，流过母联断路器的电流方向必有180度的变性能，适应运行方式的灵活性。图中，在两条母线上共有四个元件。由1LH—4LH的二次构成一个总差回路。该回路中串有差动继电器CJ。由差动回路的电流与母联电流互感器5LH的二次电流共同作用于相位护不动作。当I母线发生故障时，差动回路有很大的短路电流，起动元件动作。同时，差电流与母联电流共同作用与相位比较元件，此时，流过母联断路器的电流为从II母线流向III母线上的所有元件切除，保证II母线继续运行。1LH2LH12选择I母线III5LH选择II母线34图3—17母联相位差动保护原理图（1）Ⅰ母线发生故障时，母联中电流方向从Ⅱ母线流向Ⅰ母线（2）Ⅱ母线发生故障时，母联中电流方向从Ⅰ母线流向Ⅱ母线，两种情况下电流相位变化1800无固定连接的要求。这是它的优点。第四节微机型母线保护近年来，微机保护发展十分迅速。随着线路保护和发电机、变压器微机保护的发展，性能明显得到改善，提高了母线保护的可靠性和适应系统运行方式变化的灵活性。常规母线保护遇到的主要问题有：1对完全差动或不完全差动母线保护，要求各支路电流互感器的变比相同。2发生母线外部故障时由于各电源支路都向故障支路提供短路电流，使故障支路的电流互感器严重饱和，从而产生很大的不平衡电流，引起母线保护误动。3对双母线固定连接方式的母线差动保护，当固定连接方式破坏时，母线内部故障，保护将失去选择性，限制了系统的运行方式。4采用母联相位差动式母线保护，当母联断路器断开时选择元件无法工作。另外，在件后故障并不能消除。5特殊情况下母线内部故障，但有流出母线的电流，这种情况对差动原理的保护会降低其灵敏度，对电流比相式母线保护则会发生误判。而采用微机式母线保护后可通过软件调整使二次电流达到平衡。针对电流互感器的饱和的可靠性。采用隔离刀闸位置与电流求和方法自动识别母线的运行方式。一比率制动式微机母线保护（一）微机型母线保护工作原理、微机型母线保护采用比率制动特性，由分相式比率差动元件构成。为适应各种母线结构形式，分别设置了大差动和各母线的小差动判据。要求电流互感器的同名端在母线侧，母联电流互感器的同名端在I断路器和分段断路器电流所构成的差动回路。微机型母线保护具有以下主要特点：1构成微机差动保护时，不要求各支路电流互感器变比相同。通过软件的调整可实现二次电流的平衡。2具有抗CT饱和的措施，保证在外部故障CT饱和情况下，母线保护不发生误动。3根据隔离刀闸位置和电流自动识别母线运行方式。4采用瞬时值差动算法，保护动作速度快。5采用电压闭锁元件，提高了保护的可靠性。（二）比率制动判据差动电流为连接于母线上各元件的电流向量和：制动电流为连接于母线上各元件电流幅值和：保护的动作条件为：（8—16）动作区（8—17）图3—18比率制动特性式中：为差动电流；为差动保护的最小动作电流为制动电流；为制动系数；图8—是比率制动差动保护的动作特性及动作区。二复式比率制动式母线差动保护复式比率制动式母线差动保护是在普通比率制动差动保护基础上，在制动量中引入差动电流，从而使其在母线外部故障时具有极强的制动作用，保证了外部故障可靠不误动，而在母线内部故障时无制动，提高了内部故障的灵敏度。保护的动作条件为：动作区图3—19微机母线保护的复式比率制动特性动作区式中：为母线上各元件电流的向量和，为母线上各元件电流的绝对值和。为复式比率制动母线差动保护制动特性的斜率。三工频变化量比率差动保护响，可采用工频变化量比率差动保护。也称为故障分量比率制动差动保护。差动电流为：制动电流为：对于一般比率制动差动保护的动作条件为：其中：式中：—为浮动门槛—为固定门槛—为工频变化量比率差动保护的制动系数四比率制动系数的选取对保护性能的影响比率制动系数的选取应综合考虑母线内部故障时有流出母线的电流时母线保护应有足够的灵敏度，母线外部故障时由于电流互感器饱和产生误差时母线保护不应误动作两个因素。对普通比率制动特性的分析如下：I，流出母线的电流为。则此时有：流出母线保护的动作条件为：流入母线即：图3—20母线内部故障时有流出电流的情况器产生的误差为。则有如下关系：差动电流为：制动电流为：区外故障保护不误动应满足：（8—25）图3—21母线外部故障时电流互感器饱和的情况当制动系数有0.3变化到0.8时，可得到以下关系：制动系数内部故障允许流出母线电流比例外部故障允许CT最大误差0.353.8%46.2%0.442.8%57.2%0.533.3%66.7%0.625%75%0.717.6%82.4%0.811.1%88.9%对复式比率制动式母线保护的分析：根据其动作条件，内部故障有流出母线的电流时，保护动作的条件为：即：外部故障时故障支路CT饱和产生误差为，则差动电流与制动电流分别为：保护不误动的条件为：当制动系数从1到4变化时，可得到以下关系：制动系数内部故障允许流出母线电流比例外部故障允许CT最大误差133.3%66.75220%80%314.3%85.7%411.1%88.9%五母线保护的电压闭锁元件为提高母线保护的可靠性，设有电压闭锁元件。包括低电压闭锁元件，反映母线对称短路，负序电压元件，反映母线的不对称短路，零序电压元件，反映母线接地故障。电压闭锁元件的整定：1相间低电压闭锁元件按躲过母线正常运行的最低电压。2负序电压元件按躲过正常运行的最大不平衡电压整定。3零序电压元件按躲过正常运行的不平衡电压整定。六检测电流互感器饱和的方法误动。为防止这种情况下的误动，在微机保护中采取了一些检测电流互感器保和的方法。部故障发生到电流互感器饱和需要一段时间。在电流互感器饱和之前存在一个线性传变区。二次电流波形如图3—22所示。图3—22电流互感器饱和后的电流波形根据以上分析提出的识别电流互感器饱和的方法如下。（1短路电流二次值）的不同可识别出电流互感器的饱和。（2）自适应阻抗加权法。利用工频变化量电压元件作为母线保护的起动元件，当其动作时（3）谐波制动法。该方法利用了差电流中含有谐波分量的特征识别电流互感器的饱和。由仿真实验得出，当电流互感器暂态饱和时在二次电流中将产生以二次谐波为主的谐波分量。当电流互感器稳态饱和时在二次电流中将产生以三次谐波为主的谐波分量。第五节断路器失灵保护在电力系统运行过程中，有时会出现某个元件发生故障，继电保护装置正确发出跳后备保护。实现断路器失灵保护的方法是当某个元件发生故障，保护正确发出跳闸命令后，如该元DL400—91《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，在220KV—500KV的电力系统中及110KV的特别重要的变电站，可按下列规定装设断路器失灵保护。1线路保护采用近后备方式且断路器确有可能发生拒动时，对220KV—500KV分相操2线路保护采用远后备方式，且断路器确有可能拒动时，如果由其他线路或变压器的后线的情况。3如果断路器和电流互感器之间的距离较长，在其间发生故障不能由该回路的主保护切除故障，而由其他线路或变压器后备保护切除故障又将扩大停电范围并引起严重后果时。图3—23说明断路器失灵保护的系统图如图3—23d5DLB的断路