母差保护的组成原理保护范围

母差保护的组成原理保护范围演示文稿当前第1页\共有76页\编于星期四\2点优选母差保护的组成原理保护范围当前第2页\共有76页\编于星期四\2点目录一、母线保护的重要性及分类二、母线保护的组成、原理三、母线保护的保护范围四、母差保护配置（故障举例）当前第3页\共有76页\编于星期四\2点一、母线保护的重要性及分类与其他主设备保护相比，母线保护的要求更为苛刻。当变电站母线发生故障时，如不及时切除故障，将会损坏众多电力设备，破坏系统的稳定性，甚至导致电力系统瓦解。如果母线保护误动，也会造成大面积的停电。因此，设置动作可靠、性能良好的母线保护，使之能迅速有选择地切除故障是非常必要的。当前第4页\共有76页\编于星期四\2点一、母线保护的重要性及分类

——故障类型母线故障开始阶段大多表现为单相接地故障1.随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路2.当前第5页\共有76页\编于星期四\2点一、母线保护的重要性及分类母线故障原因母线绝缘子和断路器套管因表面污秽而导致的闪络

母线电压互感器及电流互感器发生故障断路器或隔离开关的支持绝缘子损坏

由于运行人员的误操作，如带负荷拉刀闸造成弧光短路

当前第6页\共有76页\编于星期四\2点一、母线保护的重要性及分类母线保护的分类：在大型发电厂及变电站的母线保护装置中，通常配置有母线差动保护、母联充电保护、母联失灵保护、母联死区保护、母联过流保护、母联非全相保护、其他断路器失灵保护等。其中，最为主要的是母差保护。本期我们一起了解一下母线差动保护的相关内容。当前第7页\共有76页\编于星期四\2点二、母线保护的组成、原理

2.1母线差动保护2.2母联充电保护2.3母联失灵保护2.4母联死区保护2.5母联过流保护2.6母联非全相保护2.7其他断路器失灵保护保护当前第8页\共有76页\编于星期四\2点2.1母线差动保护母差保护的原理和线路差动保护相同，母线差动保护的基本原理也是基于基尔霍夫定律：在母线正常运行及外部故障时，各线路流入母线的电流和流出母线的电流相等，各线路的电流向量和等于零；当母线上发生故障时，各线路电流均流向故障点，其向量和（差动电流）不再等于零，满足一定条件后，出口跳开相应开关。

为了提高保护的可靠性，在保护中还设置有启动元件、复合电压闭锁元件、CT回路断线闭锁元件等。当前第9页\共有76页\编于星期四\2点2.1母线差动保护TA极性的定义规定电流互感器正极性端的位置，是为了方便差流的电流计算，电流互感器极性接反，会使差动保护误动作或者拒动，以下是对一些保护装置正极性端的规定：当前第10页\共有76页\编于星期四\2点2.1母线差动保护母差保护回路构成▲差动回路是由一个母线大差动和各段母线小差动所组成的(母差由ABC三相分相差动元件构成。每相差动元件由小差差动元件及大差差动元件构成。)▲大差动是指除母联开关和分段开关以外的母线上所有其余支路电流相量和所构成的差动回路；▲某段母线小差动是指与该段母线相连接的各支路电流相量和构成的差动回路，其中包括了与该段母线相关联的母联开关和分段开关；▲大差动判别是否有母线故障，小差动判别故障母线是哪一段。当前第11页\共有76页\编于星期四\2点

以上是双母线或单母线分段一相母差保护的逻辑框图，母线差动保护逻辑回路中主要由三个分相差动元件构成，同时在保护中还设置有启动元件、复合电压闭锁元件、TA二次回路断线闭锁元件及TA饱和检测元件等。母差保护的简易逻辑回路

2.1母线差动保护当前第12页\共有76页\编于星期四\2点差动保护的动作方程首先规定CT的正极性端在母线侧，一次电流参考方向由线路流向母线为正方向。差动电流：指所有母线上连接元件的电流和的绝对值；制动电流：指所有母线上链接元件的电流的绝对值之和。当前第13页\共有76页\编于星期四\2点差动保护的动作方程以如图的双母接线方式的大差为例。差动电流和制动电流为：当前第14页\共有76页\编于星期四\2点差动继电器的动作特性一般如下图所示。蓝色区域为非动作区，红色区域为动作区。这种动作特性称作比率制动特性。动作逻辑的数学表达式也在图中给出。此动作方程适用于南瑞继保RCS—915及许继电气WMH—800A母线保护装置。当前第15页\共有76页\编于星期四\2点除此之外，还有一种复式比率制动特性，动作特性如下图所示。此动作方程适用于深瑞BP—2C母线保护装置。复式比率制动能够更明确的区分区内和区外故障。因为它引入了复合的制动电流Ir-Id，一方面在外部故障时，Ir随着短路电流的增大而增大，Ir＞＞Id，能有效地防止差动保护误动。另一方面在内部故障时，Id－Ir≈0保护无制动量，使差动保护能不带制动量灵敏动作。这样既有区外故障时保护的高可靠性又有区内故障时保护的灵敏性。当前第16页\共有76页\编于星期四\2点大差和小差接入大差元件的电流为I母、II母所有支路（母联除外）的电流，目的是为了判断故障是否为母线区内故障；接入小差元件的电流为接入该段母线的所有支路的电流，目的是为了判断故障具体发生在哪一条母线上。以的双母接线图为例，规定母联CT正极性段在I母侧。大差小差的差动电流和制动电流如下：当前第17页\共有76页\编于星期四\2点大差和小差当I母发生故障时，可以看出对于大差元件Id=Ir，因此大差元件动作，确定母线发生区内故障；其次，II母小差元件Id=0，I母小差元件Id=Ir，因此判断故障发生在I母。大差、小差元件同时动作，母差保护差动继电器才动作当前第18页\共有76页\编于星期四\2点高值和低值为了保证母线分列运行时，母差保护的动作灵敏性，可以采取以下措施：a.解除大差元件当母联开关退出运行时，通过辅助接点解除大差元件，只要小差元件就可以出发差动继电器动作。但这样的缺点是降低了母差保护的可靠性。b.设置高值低值大差元件的比率制动系数设置一个高值和一个低值。当母线并列运行时，大差元件的比率制动系数使用高值；当母线分列运行时，自动降低大差元件的比率制动系数，采用低值，避免大差元件拒动。目前通常采用的也是这种措施，高值一般设为0.5~0.6，低值设为0.3。当前第19页\共有76页\编于星期四\2点复压闭锁元件如我们开头所说，母差保护极其重要，母差保护误动后，会误跳大量线路，造成灾难性的后果。所以为了防止保护出口继电器由于振动或人员误碰等原因误动作，通常采用复压闭锁元件。复压闭锁元件开放条件为：当前第20页\共有76页\编于星期四\2点复压闭锁元件复合电压闭锁元件的接点串接于差动继电器的出口回路中。现在微机型母线保护通常采用软件闭锁方式。差动继电器动作后，只有复压闭锁元件也动作，母差保护才能出口去跳相应开关。逻辑框图如图：当前第21页\共有76页\编于星期四\2点复压闭锁元件一般在母线保护中，母线差动保护、断路器失灵保护、母联死区保护、母联失灵保护都要经过复合电压闭锁。但母联充电保护和母联过流保护不经复合电压闭锁。当前第22页\共有76页\编于星期四\2点

CT断线闭锁为了防止母差保护误动，母线保护中应设置有CT断线闭锁元件。当母差用CT断线时，立即将母差保护闭锁。对CT断线闭锁元件的要求如下：（1）延时发出报警信号。对于母差保护，母线连接支路众多，制动电流为所有支路电流绝对值之和。所以某一支路的一相CT二次回路断线，一般不会导致保护误动作。因此应经一定延时发出报警信号，并将母差保护闭锁。（2）分相设置闭锁元件。一相CT断线就去闭锁该相差动保护，以减少母线上又发生故障时差动保护拒动的几率。（3）母联/分段断路器CT断线，不应闭锁母差保护。但此时应切换到单母线方式，发生区内故障时不再进行母线选择。当前第23页\共有76页\编于星期四\2点运行方式识别双母线上各连接元件在系统运行中需要经常在两条母线上切换，因此正确识别母线运行方式直接影响到母线保护动作的正确性。保护装置引入隔离开关辅助触点判别母线运行方式，同时对隔离开关辅助触点进行自检，作为小差电流计算及出口跳闸的依据。当某支路有电流而无隔离开关位置信号时，发出报警信号。

有的装置设有母线模拟盘。当隔离开关位置发生异常时保护发出报警信号，通知检修人员检修。在检修人员检修期间，可以通过模拟盘用强制开关指定相应的隔离开关位置状态，保证母差保护在此期间的正常运行。当前第24页\共有76页\编于星期四\2点220千伏系统继电保护整定方案及相关运行要求220千伏母差及失灵保护差电流起动元件按可靠躲过区外故障最大不平衡电流和本站最大负荷线路CT断线整定，保证母线故障灵敏系数不小于1.5，低电压元件按躲过最低70％的额定电压；负序、零序电压闭锁元件按躲过正常运行最大不平衡电压。开关失灵保护的相电流判别元件按本线路末端单相接地故障有足够灵敏度整定，失灵保护电压元件按出线最长线路末端故障有灵敏度整定，对于失灵和母差保护公用的电压元件，按失灵保护有灵敏度进行设定。当前第25页\共有76页\编于星期四\2点220千伏母差运行注意事项

1.1、各类母差保护，现场运行人员均要在倒排完成后确认母差设备上的刀闸位置灯或双位置继电器指示正确，并核对差流等。对于刀闸远控的站，远方遥控进行母线侧刀闸操作时，调控人员应通过母差保护的刀闸变位信息核对刀闸到位情况，并在操作结束后远方复归母差保护装置，并确认母差保护无异常信号。母线分列或并列运行操作时，应在现场或通过调控后台核对母差保护运行方式。当前第26页\共有76页\编于星期四\2点220千伏母差运行注意事项

1.2、母差告警信号：母差保护可能误动，应立即进行母差保护的检查处理。

1.3、PT断线及电压闭锁异常开放时，母线保护可继续运行不超过24小时（此间将失去电压闭锁功能）。

2.1、无母差保护运行的母线原则上禁止倒闸操作。当前第27页\共有76页\编于星期四\2点所辖变电站母差保护配置情况新胜220kV母差双重配置（保护型号:BP-2CS）——双母单分段运行方式新胜110kV母差单套配置（保护型号:RCS-915AB-FJ）——双母线接线运行方式玉华220kV母差双重配置（保护型号:PRC15CD-415A）——双母单分段运行方式玉华110kV母差单套配置（保护型号:RCS-915AB）

——双母线接线运行方式当前第28页\共有76页\编于星期四\2点所辖变电站母差保护配置情况水南变有配置一套母差保护（保护型号:RCS-915AB）

——单母分段带旁路运行方式（正常运行方式160开关作旁路开关，两段母线通过分段刀闸1001连接，17年过年期间160开关作分段开关运行）肖公洞有配置一套母差保护（保护型号:WMZ-41B）——单母线分段运行方式，母分170在运行当前第29页\共有76页\编于星期四\2点2.2母联充电保护母联充电保护也是临时性保护，只有在母线安装投运前或母线检修后再投入前，利用母联断路器对母线充电时短时投入。当投运母线有故障时，跳开母联断路器，切除故障。充电保护投入后，母联断路器任一相电流大于充电电流整定值，经整定延时跳开母联断路器。充电保护也不经复压元件闭锁。逻辑框图如下：当前第30页\共有76页\编于星期四\2点2.2母联充电保护充电保护投入期间，为了防止母联失灵误动，避免被充电母线故障时扩大停电范围，可根据控制字决定是否闭锁母差保护。当前第31页\共有76页\编于星期四\2点2.3母联失灵保护母线保护或其他有关保护动作，母联断路器出口继电器触电闭合，但母联CT二次仍有流，即判为母联断路器失灵，启动母联失灵保护。母联失灵保护动作后，需要经过两条母线的复压闭锁元件。若复压闭锁元件开放，经短延时（0.2~0.3s）切除两条母线上所有连接元件。上面说的母线保护，通常指的是母差保护、充电保护或母联过流保护起动母联失灵保护。其他有关保护通常包括线路保护、变压器保护、发电器保护等，可以根据“投外部起动母联失灵”控制字来决定是否通过外部保护启动母联失灵保护。母联失灵保护逻辑框图如图：当前第32页\共有76页\编于星期四\2点2.3母联失灵保护当前第33页\共有76页\编于星期四\2点2.4母联死区保护在各种母差保护中，存在一个共同的问题，就是死区问题。当前第34页\共有76页\编于星期四\2点2.4母联死区保护如图，在母联合位时，当故障发生在母联断路器与母联CT之间时，故障电流由II母流向I母，I母小差有差流，判断为I母故障，母差保护动作跳开I母及母联。此时故障仍然存在，II母小差无差流，从而形成了母差保护的死区，无法切除故障。为了快速切除死区内的故障，母线保护中设置了死区保护。逻辑框图如下。可以看出，当I母（或II母）母差动作后，母联断路器被跳开，但故障未切除，母联CT仍有电流，死区保护动作，经延时跳II母（或I母）上连接的各断路器。当前第35页\共有76页\编于星期四\2点2.4母联死区保护当前第36页\共有76页\编于星期四\2点2.5母联过流保护母联过流保护是线路投运时，代替线路保护的临时保护。当流过母联断路器三相电流中的任一相或零序电流大于整定值时，经整定延时跳开母联断路器。母联过流保护不经复压元件闭锁。保护动作的逻辑框图如下：当前第37页\共有76页\编于星期四\2点2.6母联非全相保护运行中，当断路器的一相断开时，将出现断路器非全相运行。非全相运行时，会产生负序电流，危及到发电机及电动机的安全。因此切除非全相运行的断路器非常重要。断路器非全相保护依据的是非全相运行的特点：断路器三相位置不一致及产生负序、零序电流。因此由断路器TWJ和HWJ接点起动，并采用零序、负序电流作为动作的辅助判据。当三相HWJ或TWJ不同，且零序或负序电流大于整定值，经延时跳断路器。逻辑框图如下：当前第38页\共有76页\编于星期四\2点2.6母联非全相保护当前第39页\共有76页\编于星期四\2点2.7其他断路器失灵保护保护线路发生故障时，若该线路断路器失灵，则需要有母线保护护跳开该线路所在母线上的所有断路器。断路器失灵保护由四部分构成：起动回路、失灵判别元件、动作延时元件、复压闭锁元件。当前第40页\共有76页\编于星期四\2点2.7其他断路器失灵保护保护断路器失灵保护应用于连接到母线上的所有支路。当母线所连的某断路器失灵时，由该线路或元件的失灵起动装置提供一个失灵起动接点给母线保护装置。装置检测到某一失灵起动接点闭合后，起动断路器失灵保护。断路器失灵保护动作后，宜无延时再次跳断路器。然后以较短延时（0.2s~0.3s）跳母联，再经另一较长延时（0.5s）跳开与失灵断路器连接在同一母线上的其他断路器。断路器失灵保护动作后，应闭锁有关线路的重合闸。当前第41页\共有76页\编于星期四\2点2.8母线保护与其他保护的配合由于母线保护关联到母线上的所有出线元件，因此，在设计母线保护时，应考虑与其他保护的配合问题。（1）母差保护动作后，对于闭锁式纵联保护，本侧收发信机应停信，使对侧迅速跳闸。（2）母线保护动作后，为防止线路断路器对故障母线进行重合，应闭锁线路重合闸。（3）在母线保护动作后，应立即去启动失灵保护。这是为了在母线发生故障时母联断路器失灵，或故障点发生在死区时，失灵保护能迅速可靠的切除故障。（4）母线保护动作后，对于线路纵差保护，应发远跳命令去切除对侧断路器。（5）主变非电量保护不应起动母线失灵保护，只是因为非电量保护动作后不能快速自动返回，容易造成失灵保护误动。当前第42页\共有76页\编于星期四\2点当前第43页\共有76页\编于星期四\2点当前第44页\共有76页\编于星期四\2点当前第45页\共有76页\编于星期四\2点当前第46页\共有76页\编于星期四\2点当前第47页\共有76页\编于星期四\2点当前第48页\共有76页\编于星期四\2点当前第49页\共有76页\编于星期四\2点当前第50页\共有76页\编于星期四\2点当前第51页\共有76页\编于星期四\2点当前第52页\共有76页\编于星期四\2点I1ⅠI0ⅡI2I3I4母联死区故障大差（紫色框所示）：∑I母线≠0，即I1+I2+I3+I4≠0，大差起动Ⅰ母小差（蓝色框所示）：∑IⅠ母≠0，即I1+I2+I0≠0，Ⅰ母小差起动跳Ⅰ母Ⅱ母小差（绿色框所示）：∑IⅡ母=0，即I3+I4-I0=0，Ⅱ母小差不起动当前第53页\共有76页\编于星期四\2点ⅠI0ⅡI3I4母联死区故障跳Ⅰ母后，由于故障未切除，大差不返回（I3+I4≠0）母联分位，经延时后封母联TAⅡ母小差：I3+I4≠0，Ⅱ母小差起动跳Ⅱ母当前第54页\共有76页\编于星期四\2点当前第55页\共有76页\编于星期四\2点当前第56页\共有76页\编于星期四\2点当前第57页\共有76页\编于星期四\2点当前第58页\共有76页\编于星期四\2点当前第59页\共有76页\编于星期四\2点

RCS-915AS型母线保护

装置使用说明保护运行时液晶显示当前第60页\共有76页\编于星期四\2点保护动作时液晶显示说明NO.002

保护动作报告

2002-07-1504:15:00:003

5ms

AB

变化量差动跳Ⅰ母

0001，0002，0003，0004

0005，0006，0007，0008NO.001

异常记录报告

2002-07-1504:15:04:001

刀闸位置报警

I母电压闭锁开放RCS-915AB型母线保护当前第61页\共有76页\编于星期四\2点有保护动作报告，没有自检报告，此时界面如下：按屏上复归按钮（持续1s）可切换显示跳闸报告、自检报告和主接线图。RCS-915AB型母线保护当前第62页\共有76页\编于星期四\2点RCS-915AB型母线保护装置指示灯说明当前第63页\共有76页\编于星期四\2点模拟盘1）自动：开入取决于刀闸辅助触点；

2）强制接通：开入状态被强制为导通状态；

3）强制断开：开入状态被强制为断开状态。当前第64页\共有76页\编于星期四\2点RCS-915AB型母线保护a.“运行”灯为绿色，装置正常时点亮；b.“断线报警”灯为黄色，当发生交流回路异常时点亮；c.“位置报警”灯为黄色，当发生刀闸位置变位、双跨或自检异常时点亮；d.“报警”灯为黄色，当发生装置其它异常时点亮；e.“跳Ⅰ母”、“跳Ⅱ母”灯为红色，母差保护动作跳母线时点亮；f.“母联保护”灯为红色，母差跳母联、母联充电、母联非全相、母联过流保护动作或失灵保护跳母联时点亮；g.“Ⅰ母失灵”、“Ⅱ母失灵”灯为红色，开关失灵保护动作时点亮；h.“线路跟跳”灯为红色，开关失灵保护动作时点亮。当前第65页\共有76页\编于星期四\2点装置异常信息含义及处理建议：自检信息含义处理建议保护板（管理板）内存出错保护板（管理板）的RAM芯片损坏，发“装置闭锁”和“其它报警”信号,闭锁装置立即退出保护，通知厂家处理。保护板（管理板）程序出错保护板（管理板）的FLASH内容被破坏，发“装置闭锁”和“其它报警”信号,闭锁装置保护板（管理板）定值出错保护板（管理板）定值区的内容被破坏，发“装置闭锁”和“其它报警”信号,闭锁装置保护板（管理板）DSP定值出错保护板（管理板）DSP定值区求和校验出错，发“装置闭锁”和“其它报警”信号,闭锁装置保护板（管理板）FPGA出错保护板（管理板）FPGA芯片校验出错，发“装置闭锁”和“其它报警”信号,闭锁装置保护板（管理板）CPLD出错保护板（管理板）CPLD芯片校验出错，发“装置闭锁”和“其它报警”信号,闭锁装置当前第66页\共有76页\编于星期四\2点自检信息含义处理建议跳闸出口报警出口三极管损坏，发“装置闭锁”和“其它报警”信号,闭锁装置立即退出保护，通知厂家处理。保护板（管理板）DSP出错保护板（管理板）DSP自检出错，FPGA被复位，发“装置闭锁”和“其它报警”信号,闭锁装置。采样校验出错保护板和管理板采样（开入量和模拟量）不一致，发“装置闭锁”和“其它报警”信号,闭锁装置管理板起动开出报警在保护板没有起动的情况下，管理板长期起动，发“其它报警”信号，不闭锁装置该区定值无效该定值区的定值无效，发“装置闭锁”和“其它报警”信号,闭锁装置定值区号或系统参数定值整定后，母差保护定值必须重新整定光耦失电光耦正电源失去，发“其它报警”信号请检查电源板的光耦电源以及开入/开出板的隔离电源是否接好当前第67页\共有76页\编于星期四\2点内部通讯出错保护板与管理板之间的通讯出错，发“其它报警”信号，不闭锁装置。检查保护板与管理板之间的通讯电缆是否接好保护板（管理板）DSP1长期起动保护板（管理板）DSP1起动元件长期起动(包括母差、母联充电、母联非全相、母联过流长期起动)，发“其它报警”信号,不闭锁保护检查二次回路接线（包括TA极性）外部起动母联失灵开入异常外部起动母联失灵接点10s不返回，报“外部起动母联失灵开入异常”，同时退出该起动功能检查外部起动母联失灵接点外部闭锁母差开入异常外部闭锁母差接点1s不返回，发“其它报警”信号,同时解除对母差保护的闭锁检查外部闭锁母差接点保护板（管理板）DSP2长期起动保护板（管理板）DSP2起动元件长期起动(包括失灵保护长期起动，解除复压闭锁长期动)，发“其它报警”信号，闭锁失灵保护检查失灵接点（包括解除电压闭锁接点）RCS-915AB型母线保护当前第68页\共有76页\编于星期四\2点刀闸位置报警刀闸位置双跨，变位或与实际不符，发“位置报警”信号，不闭锁保护检查刀闸辅助触点是否正常，如异常应先从模拟盘给出正确的刀闸位置，并按屏上刀闸位置确认按钮确认，检修结束后将模拟盘上的三位置开关恢复到“自动”位置，并按屏上刀闸位置确认按钮确认母联TWJ报警母联TWJ=1但任意相有电流，发“其它报警”信号，不闭锁保护检查母联开关辅助接点TV断线母线电压互感器二次断线，发“交流断线报警”信号，不闭锁保护母线电压闭锁元件开放，发“其它报警”信号，不闭锁保护。此时可能是电压互感器二次断线，也可能是区外远方发生故障长期未切除检查TV二次回路电压闭锁开放RCS-915AB型母线保护当前第69页\共有76页\编于星期四\2点闭锁母差开入异常由外部保护提供的闭锁母差开入保持1S以上不返回，发“其它报警”信号，同时解除对母差保护的闭锁。检查提供闭锁母差开入的保护动作接点TA断线电流互感器二次断线，发“断线报警”信号，闭锁母差保护立即退出保护，检查TA二次回路TA异常电流互感器二次回路异常，发“TA异常报警”信号，不闭锁母差保护检查TA二次回路面板通讯出错面板CPU与保护板CPU通讯发生故障，发“其它报警”信号，不闭锁保护。检查面板与保护板之间的通讯电缆是否接好RCS-915AB型母线保护当前第70页\共有76页\编于星期四\2点闭锁母差开入异常由外部保护提供的闭锁母差开入保持1S以上不返回，发“其它报警”信号，同时解除对母差保护的闭锁。检查提供闭锁母差开入的保护动作接点TA断线电流互感器二次断线，发“断线报警”信号，闭锁母差保护立即退出保护，检查TA二次回路TA异常电流互感器二次回路异常，发“TA异常报警”信号，不闭锁母差保护检查TA二次回路面板通讯出错面板CPU与保护