母线保护讲稿

母线保护讲稿第一页，共四十九页，编辑于2023年，星期日要点主接线方式硬件结构差动保护方式识别死区保护充电保护失灵保护调试中需要注意的问题第二页，共四十九页，编辑于2023年，星期日单母线和单母分段在发电厂或变电站，当母线电压为35~66KV、出线数较少时，可采用单母线接线方式；而当出线较多时，可采用单母线分段；对110KV母线，当出线数不大于4回线时，可采用单母线分段。第三页，共四十九页，编辑于2023年，星期日单母线的其它接线方式单母线分段兼旁路单母线旁路兼分段单母线三分段第四页，共四十九页，编辑于2023年，星期日双母线在大型发电厂或枢纽变电站，当母线电压为110KV以上，出线在4回以上时，一般采用双母线接线方式

第五页，共四十九页，编辑于2023年，星期日双母线的其它接线方式双母线母联兼旁路双母线旁路兼母联第六页，共四十九页，编辑于2023年，星期日角形母线出线回路不多的发电厂，其高压母线可采用角形接线。QF1~QF4－出线断路器。在多角形母线接线方式中，在设计变压器和线路的继电保护时，通常将母线部分包括在变压器和线路的保护范围内，因此在多角形接线的母线中，一般不装设专门的母线保护。第七页，共四十九页，编辑于2023年，星期日3/2断路器母线当母线故障时，为减少停电范围，220kV及以上电压等级的母线可采用3/2断路器母线的接线方式。QF1~QF6－出线断路器。断路器QF1~QF3组成一串；断路器QF4~QF6组成另一串。QF2、QF5叫串中间断路器。第八页，共四十九页，编辑于2023年，星期日多分段母线在超高压变电所或220kV出线回数较多的变电所中，为在母线发生短路故障时将停电范围限制到最小，采用了多分段母线。QF1~QF4－出线断路器QF5~QF6－母联断路器QF7~QF8－分段断路器第九页，共四十九页，编辑于2023年，星期日人机接口方式识别母联等保护电压闭锁差动

设立两套保护用和一套人机接口计算机系统，CPU2完成启动，CPU1完成出口（差动保护、复合电压闭锁、失灵、母联保护等）及运行方式的自动识别。硬件结构第十页，共四十九页，编辑于2023年，星期日硬件结构CPU2完成启动（大差、失灵、母联等保护启动），CPU1完成出口（大差及各段母线小差、复合电压闭锁、失灵保护、母联保护等），双CPU模式可防止一块CPU意外故障而引起保护误出口。此外CPU1还具有母线运行方式的自动识别元件、母联死区保护元件、交流断线判别元件等。第十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期日差动保护基本概念大差电流。所谓大差电流就是指整个母线系统种所有元件电流之和（流进和流出母线），其中不包括母联电流。小差电流，简单来说是一条母线系统的差流。由于本条母线可能由电流流向另一条母线，所以必须要加以母联电流才能达到平衡。所以小差电流的计算范围是本条母线和母联电流的向量和。为什么大差电流的计算不包括母联在内呢？其实，这只是一个总结性的说法，大差电流实际上是系统中所有单条母线系统的电流的总和量。由于可能电流由一条流向另以条。所以，母联中电流方向对于一条正向，对于另一条是反向。所有单条母线系统的电流相加，对于一个正向的母联电流和一个反向的母联电流在相加中自然被抵消。所以，我们在计算大差电流时，不需要这种无用的相抵消，而就不包括母联电流了。制动电流（If），某母线系统中所有电流的绝对值的和。引入制动电流是因为保护采用比率制动特性的差动保护原理。制动系数K：K＝Id/IfId：差动电流If：制动电流总结：a.大差电流，除母联外所有元件电流之和。启动电流，Idd。

b.小差电流，本母线以及母联电流之和。选相电流，Idxc.制动电流，母线系统中所有元件电流标量（绝对值）的和。Ifd.制动系数K：K＝Id/If第十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期日差动保护设置大差及各段母线小差，大差作为小差的起动元件，用以区分母线区内外故障，小差为故障母线的选择元件。大差，小差均采用具有比率制动特性的分相电流瞬时值差动算法，其动作方程为：WMH-800差动保护工作原理1第十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期日大差及小差各自的范围：

II母小差母小差大差WMH-800差动保护工作原理2第十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期日

差动保护动作曲线如下图所示：差动保护的差动电流其实就是保护发生故障时的故障分量，亦既是故障时的突变量，而制动电流包括稳态分量和突变分量。因此，比例制动保护即具有突变量保护反映故障分量的能力，又具有比突变量保护更高的安全性。WMH-800差动保护工作原理3第十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期日

大差后备保护：1.如某元件故障前电流很小，加上无隔离刀闸辅助接点，方式元件不能正确识别到该元件状态，母线故障差动跳闸后，由大差后备保护来切除该元件。2.当由I母通过母联开关向II母充电时死区故障，充电保护由于母联无电流而不能动作，同时充电时可能设置闭锁母差保护而使母线保护此时不能动作，可以利用大差后备切除母联开关而切除故障。WMH-800差动保护工作原理4大差连续动作达到大差后备延时，跳开母线上无隔离刀闸辅助接点位置的元件和母联，出口经复合电压闭锁。有以下两个作用：第十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期日TA饱和的检测1TA饱和鉴定元件母线出线故障时TA可能饱和。某一出线元件TA的饱和，其二次电流大大减少（严重饱和时TA二次电流等于零）。为防止区外故障时由于TA饱和母差保护误动，在保护中设置TA饱和鉴别元件。（1）TA饱和时二次电流的特点及其内阻的变化理论分析及录波表明：TA饱和时其二次电流有如下几个特点：

在故障发生瞬间，由于铁芯中的磁通不能跃变，TA不能立即进入饱和区，而是存在一个时域为3~5ms的线性传递区。在线性传递区内，TA二次电流与一次电流成正比。在线性传递区内，差动保护不会误动作。

TA饱和之后，在每个周期内一次电流过零点附近存在不饱和时段，在此时段内，TA二次电流又与一次电流成正比。

TA饱和后其励磁阻抗大大减小，使其内阻大大降低，严重时内阻等于零。

TA饱和后，其二次电流偏于时间轴一侧，致使电流的正、负半波不对称，电流中含有很大的二次和三次谐波电流分量。第十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期日TA饱和的检测2（2）TA饱和鉴别元件的构成原理目前，在国内广泛应用的母差保护装置中，TA饱和鉴别元件均是根据饱和后TA二次电流的特点及其内阻变化规律原理构成的。在微机母差保护装置中，TA饱和鉴别元件的鉴别方法主要是同步识别法及差流波形存在线性传变区的特点；也有利用谐波制动原理防止TA饱和差动元件误动的。（I）同步识别法当母线上发生故障时，母线电压及各出线元件上的电流将发生很大的变化，与此同时在差动元件中出现差流，即电压或工频电流的变化量与差动元件中的差流是同时出现。当母差保护区外发生故障某组TA饱和时，母线电压及各出线元件上的电流立即发生变化，但由于故障后3~5msTA磁路才会饱和，因此，差动元件中的差流比故障电压及故障电流晚出现3~5ms。在母差保护中，当故障电流（即工频电流变化量）与差动元件中的差流同时出现时，认为是区内故障开放差动保护；而当故障电流比差动元件中的差流出现早时，即认为差动元件中的差流是区外故障TA饱和产生的，立即将差动保护闭锁一定时间。将这种鉴别区外故障TA饱和的方法称作同步识别法。第十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期日TA饱和的检测3（II）自适应阻抗加权抗饱和法在该方法中，采用了工频变化量阻抗元件。所谈的变化量阻抗，是母线电压的变化量与差回路中电流变化量的比值。当区外发生故障时，母线电压将发生变化，即出现了工频变化量电压；当TA饱和之后，差动元件中出现了差流，即出现工频变化量差流。出现了工频变化量阻抗。而当区内发生故障时，母线电压的变化与差动元件中差流的变化与阻抗的变化将同时出现。所谓自适应阻抗加权抗饱和法的基本原理实际也是同步识别法原理，也就是故障后TA不会立即饱和原理。在采用自适应阻抗加权抗饱和法的母差保护装置中，设置有工频变化量差动元件、工频变化量阻抗元件及工频变化量电压元件。当发生故障时，如果差动元件、电压元件及阻抗元件同时动作，即判为母线上故障，开放母差保护；如果电压元件动作在先而差动元件及阻抗元件后动作，即判为区外故障TA饱和，立即将母差保护闭锁。第十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期日TA饱和的检测4（III）基于采样值的重复多次判别法采用同步识别法或自适应阻抗加权抗饱和法的TA饱和鉴别方法，只适用于故障瞬间。上述方法只能将母差保护暂短闭锁，否则，当区外故障转区内故障时，将致使母差保护拒绝动作。在微机型母差保护中，是将同步识别法（或自适应阻抗加权法）与基于采样值的重复多次判别法相结合构成TA饱和鉴别元件。基于采样值的重复多次判别法是：若在对差流一个周期的连续R次采样值判别中，有S次及以上不满足差动元件的动作条件，认为是外部故障TA饱和，继续闭锁差动保护；若在连续R次采样值判别中有S次以上满足差动元件的动作条件时，判为发生区外故障转母线区内障，立即开放差动保护。该方法实际是基于TA一次故障电流过零点附近存在线性传变区原理构成的。第二十页，共四十九页，编辑于2023年，星期日TA饱和的检测5（IV）谐波制动原理

TA饱和时差电流的波形将发生畸变，其中含有大量的谐波分量。用谐波制动可以防止区外故障TA饱和误动。但是，当区内故障TA饱和时，差电流中同样会有谐波分量。因此，为防止区内故障或区外故障转区内故障TA饱和使差动保护拒动，必须引入其他辅助判据，以确定是区内故障还是区外故障。利用区外故障TA饱和后在线性传变区无差流方法，来区别区内、外故障，而利用谐波制动防止区外故障误动。试验表明，该方法是优异的抗TA饱和方法。第二十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期日复合电压闭锁1复合电压闭锁元件为防止保护出口继电器误动或其他原因误跳断路器，通常采用复合电压闭锁元件。只有当母差保护差动元件及复合电压闭锁元件均动作之后，才能作用于去跳各路断路器。(1)动作方程及逻辑框图在大电流系统中，母差保护复合电压闭锁元件，由相低电压元件、负序电压及零序过电压元件组成。其动作方程为式中：UΦ－相电压（TV二次值）；3U0－零序电压，在微机母差保护中，利用TV二次三相电压自产；U2－负序相电压（二次值）；Uop－低电压元件动作整定值；U0op－零序电压元件动作整定值；U2op－负序电压元件动作整定值。第二十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期日复合电压闭锁2复合电压元件逻辑框图如图所示可以看出：当低电压元件、零序过电压元件及负序电压元件中只要有一个或一个以上的元件动作，立即开放母差保护跳各路开关的回路。（2）闭锁方式母线保护用和失灵保护用电压闭锁元件定值分别整定。母线保护用复合电压闭锁元件和差动元件配合，实现分母线闭锁；失灵保护用复合电压闭锁元件和断路器失灵保护配合，实现分母线闭锁，对变压器低压侧故障，高压侧断路器失灵，失灵保护复合电压闭锁元件可能存在灵敏度不足的问题，设置有解除失灵复合电压闭锁的开入回路。第二十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期日TA断线闭锁1母差保护的误动及拒绝动作，都将造成严重后果。因此，为确保电力系统的安全经济运行，提高母差保护的动作灵敏度及动作可靠性是非常必要的。

TA断线闭锁目前，对于大型发电机及变压器，为了设备及人身的安全，差动TA断线后不应闭锁差动保护。与大型发电机及变压器相比，母线出线TA的变比要小得多。例如200MW机组TA的变比为12000/5＝2400，高压母线出线上TA的变比通常为600/1或1200/1，相差2~4倍；500KV出线TA的变比将更小。相对而言，TA的变比越小，二次回路开路的危害越小。又由于母差保护的误动可能造成严重的后果，在母线保护装置中设置有TA断线闭锁元件，当差动TA断线时，立即将母差保护闭锁。第二十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期日TA断线闭锁2（1）TA二次回路断线判别采用系统无故障时差流越限，即Id>Iop时，来判为差动TA二次回路断线。式中：Id－差电流；

Iop－TA断线闭锁元件动作电流。

WMH-800A母线保护装置利用差流进行CT断线的判别。正常运行时，大差以及各段母线小差为零。当差流连续7S越限时判为CT断线，闭锁断线相该段母线差动保护并发告警信号。装置根据每个元件的各相电流的不平衡程度判断出具体是哪个元件断线（三相断线除外）。第二十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期日运行方式识别1运行方式识别根据系统运行方式的需要，双母线上各连接元件经常在两条母线上切换，因此正确地确认母线运行方式，即确认哪个连接元件接在哪条母线上运行，是保证母线差动保护正确动作的重要条件。

WMH-800A利用隔离刀闸的辅助接点用软件自动来识别母线的运行方式，作为小差电流计算和出口跳闸的依据。装置利用电流对隔离刀闸的辅助接点位置进行校核，若校核电流不平衡，发位置异常告警。

第二十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期日方式识别：

L3L2L1L0I母主接线

II母

L4L5L6

隔离刀闸辅助接点的状态可以通过母线保护辅助箱面板的发光二极管指示。当装置发位置异常后，运行人员可通过辅助箱的强制开关临时切换到正确的运行方式，排除隔离刀闸辅助接点问题后，再将强制开关切换到自动识别状态。如装置在位置异常期间（尚未排除故障且未强制到正确的运行方式）发生母线故障，则保护按位置异常前的运行方式计算、跳闸。运行方式识别2第二十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期日母联死区及母联断路器失灵保护1母联断路器两侧装设两组CT，交叉接线，不存在死区，差动保护不装设死区保护。第二十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期日母联断路器仅一侧装设CTIIIK在双母线接线中，K点发生故障，对II母差动保护来说为外部故障，II母差动保护不动；对I母差动保护为内部故障，I母差动保护动作，跳开I母上的连接元件及母联断路器。但此时故障仍不能切除，针对这种情况，本装置采用I母母差动作跳开母联断路器后检测母联断路器跳位开入，若母联处于跳位且母联电流大于定值时，则封掉母联CT的电流，母联电流不再计入差动保护，从而破坏II母电流平衡，使II母差动动作，最终切除故障。若没有把母联跳位接点引入，或者保护没有识别到母联TWJ，则母联死区故障时保护自动按母联失灵处理。母联死区及母联断路器失灵保护2第二十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期日双母线分裂运行时发生死区故障1第三十页，共四十九页，编辑于2023年，星期日母联断路器断开即双母线分裂运行时，若母联隔离刀闸未拉开，而仅靠隔离刀闸进行方式识别，则母联为运行状态，母联死区故障时就会引起双母线相继跳闸。双母线分裂运行母联死区故障如图中所示，K点故障，I母为区内，I母差动动作跳I母，II母延时跳闸。这样就扩大了停电范围。为避免这种情况的发生，装置中引入母联断路器的辅助触点以判断母联断路器的投退情况，当母联断路器断开时，母联电流不计入小差的计算，这样K点故障相当于II母故障，II母差动动作跳开II母线以切除故障。这种运行方式下不再进行死区及母联失灵的判别。双母线分裂运行时发生死区故障2第三十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期日母联失灵保护第三十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期日

双母线系统，在倒闸过程中，仅靠大差对母线进行保护，如果大差动作，不再进行故障母线的选择，而直接切除双母线上的所有连接元件。系统在进行倒闸操作时，用户可能要求禁止跳母联断路器（去掉电源保险）。从去掉保险到两隔离刀闸同时闭合，时间可能较长，若此过程中一条母线发生故障，非故障母线只能靠母联失灵保护切除，增加了故障切除时间。本装置设置了一个母线互联压板，倒闸前投入此压板，保护即按单母线方式运行。倒闸结束后退出此压板。若母联失灵延时系统可以接受，也可不用此压板。倒闸过程中差动保护逻辑

第三十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期日母联（分段）充电保护1第三十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期日母联（分段）充电保护2当任一组母线检修后再投入运行之前，利用母联断路器对该母线进行充电试验时可投入母联充电保护，当被试验母线存在故障时，利用充电保护切除故障。

充电保护只能短时投入，逻辑为：一组母线无压，母联由无电流变为有电流（>0.04In）或母联由分位到合位，则开放充电保护500ms。在充电保护投入期间，若母联电流任一相大于充电保护整定电流，则经充电保护延时将母联断路器切除。母联充电保护出口不经电压闭锁。根据控制字的投退来决定充电保护投入期间是否闭锁母差保护，若控制字投入，则在充电保护投入期间闭锁母差保护500ms。如果有专门的母联保护，充电试验时不使用WMH-800A的母联充电保护，要闭锁母差保护，可采用‘外部闭锁母差’的开入来闭锁母差保护，最长闭锁1s。

第三十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期日母联（分段）充电保护3对于母联双CT,要求元件和母联两CT均有电流。例如：I母对II母充电，需要施加的电流有I3正方向I2正方向I1反方向第三十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期日母联失灵保护第三十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期日断路器失灵保护1第三十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期日断路器失灵保护2断路器失灵当输电线路、变压器、母线或其他主设备发生短路，保护装置动作并发出了跳闸指令，但故障设备的断路器拒绝动作，称之为断路器失灵。断路器失灵的原因运行实践表明，发生断路器失灵故障的原因很多，主要有：断路器跳闸线圈断线、断路器操作机构出现故障、空气断路器的气压降低或液压式断路器的液压降低、直流电源消失及控制回路故障等。其中发生最多的是气压或液压降低、直流电源消失及操作回路出现问题。断路器失灵的影响系统发生故障之后，如果出现了断路器失灵而又没采取其他措施，将会造成严重的后果。第三十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期日断路器失灵保护3（1）损坏主设备或引起火灾例如变压器出口短路而保护动作后断路器拒绝跳闸，将严重损坏变压器或造成变压器着火。（2）扩大停电范围如图所示，当线路L1上发生故障断路器QF5跳开而断路器QF1拒动时，只能由线路L3、L2对侧的后备保护及发电机变压器的后备保护切除故障，即断路器QF6、QF7、QF4将被切除。这样扩大了停电的范围，将造成很大的经济损失。第四十页，共四十九页，编辑于2023年，星期日断路器失灵保护4（3）可能使电力系统瓦解当发生断路器失灵故障时，要靠各相邻元件的后备保护切除故障，扩大了停电范围，有可能切除许多电源；另外，由于故障被切除时间过长，影响了运行系统的稳定性，有可能使系统瓦解。上世纪90年代中期，西北某330KV线路上发生了接地故障，由于故障没即时切除，使某省南部电网瓦解。断路器失灵保护为防止电力系统故障并伴随断路器失灵造成的严重后果，必须装设断路器失灵保护。在DL400－91继电保护和安全自动装置技术规程中规定：在220~500KV电力网中，以及110KV电力网的个别重要系统，应按规定设置断路器失灵保护。第四十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期日断路器失灵保护5断路器失灵保护的装设原则在220～500kV电力网中，以及110kV电力网的个别重要部分，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，对220～500kV分相操作的断路器，可只考虑断路器单相拒动的情况。（2）线路保护采用远后备方式，如果由其它线路或变压器的后备保护切除故障将扩大停电范围（例如采用多角形接线，双母线或分段单母线等时），并引起严重后果时。（3）如断路器与电流互感器之间发生故障，不能由该回路主保护切除，而由其它线路和变压器后备保护切除又将扩大停电范围，并引起严重后果时。▲第四十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期日断路器失灵保护6对失灵保护的要求（1）高度的安全性和可靠性断路器失灵保护与母差保护一样，其误动或拒动都将造成严重后果。因此，要求其安全性及动作可靠性高。（2）动作选择性强断路器失灵保护动作后，宜无延时再次去跳断路器。对于双母线或单母线分段接线，保护动作后以较短的时间断开母联或分段断路器，再经另一时间断开与失灵断路器接在同一母线上的其他断路器。（3）与其他保护的配合断路器失灵保护动作后，应闭锁有关线路的重合闸。对于断路器接线方式，当一串的中间断路器失灵时，失灵保护则应启动远方跳闸装置，断开对侧断路器，并闭锁重合闸。对多角形接线方式的断路器，当断路器失灵时，失灵保护也应启动远方跳闸装置，并闭锁重合闸。第四十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期日断路器失灵保护7构成原理被保护设备的保护动作，其出口继电器接点闭合，断路器仍在闭合状态且仍有电流流过断路器，则可判断为断路器失灵。断路器失灵保护启动元件就是基于上述原理构成的。断路器失灵保护的构成原则断路器失灵保护应由故障设备的继电保护启动，手动跳断路器时不能启动失灵保护；在断路器失灵保护的启动回路中，除有故障设备的继电保护出口接点之外，还应有断路器失灵判别元件的出口接点（或动作条件）；失灵保护应有动作延时，且最短的动作延时应大于故障设备断路器的跳闸时间与保护继电器返回时间之和；正常工况下，失灵保护回路中任一对触点闭合，失灵保护不应被误启动或误跳断路器；第四十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期日母线保护与其它保护的配合当线路上设置闭锁式高频保护，母线保护动作