母线保护.ppt

1、第12章母线保护、第1节母线故障及保护方式具有第2节母线电流差动继电器第3节母线电压差动继电器第4节比率制动特性的母线电流差动继电器第5节2母线云同步运行的母线差动继电器第6节空气开关故障保护、本章学习要求、本章阐述了母线故障及各种保护方式，论述了母线的电流差动继电器、2母线同时运行的母线差动保护的工作原理， 重点叙述接线及整定计算，了解母线故障、异常运转状态、母线故障结果的严重程度，在怎样的情况下设置专用的母线保护。 掌握几个常见的母线保护工作原理，如完全差动继电器和电流比相式母线保护等。 2理解母线固定连接运行时对母线保护的特殊要求。 理解空气开关故障保护的基本概念。 第一节在母线故障和保

2、护方式、一、母线故障二、母线保护方式、一、母线故障、电厂和变电所中，室内和室外配电装置中母线是电力集中和分配的重要环节，其安全运行对无供电中断供电具有极其重要的意义。 严格监视、维护母线，但可能发生故障。 在运行经验方面，母线故障多为单相接地故障，多相短路故障所占比例较小。 母线故障的主要原因有母线绝缘子和断路器套筒闪络、安装在电压互感器或者母线与断路器之间的电流互感器故障、母线隔离开关操作时绝缘子破损、驾驶员误操作等。 一、母线故障、母线故障是发电站和变电所中电气设备最严重的故障之一，使连接故障母线的所有零配件在母线故障修复期间或切换到其他母线所需的时间内供电中断。 母线发生故障时，母线电压

3、极端下降，可能会损害电力线路整体的正常动作。 为了切断母线上的短路故障，需要安装对应的保护具。 二、母线保护方式、母线保护的主要方式有两种： 1用供电元件的保护具安装母线2来保护专用保护，1用供电元件的保护具保护母线，用发电机的过流保护切除母线故障，图121用供电元件保护具切除故障母线(a )来利用发电机过流保护， 1用供电元件的保护具保护母线，用电压互感器的过流保护切除低压母线故障，图121用供电元件保护具切除故障母线，利用(b )电压互感器过流保护，1用供电元件的保护具保护母线，用线路保护切除母线故障，图121用供电元件保护具切除故障母线，用供电电源线路的第II、III段保护，2用母线的专

4、用保护但是，一般的供电元件快速动作的主保护就像差动继电器，不能反应母线故障，必须在其应用备份保护下动作，切除故障的时间大多较长。 另外，在双母线运转为云同步的情况下或母线为分割单母线的情况下，上述保护不能保证选择性地切除故障母线。 因此，母线应设置专用的保护具： 2母线的专用保护，(1)110千伏以上的电压网格的发电站变电所双母线和阶段单母线。 (2)电压在110千伏以上的单母线、重要发电站的35千伏母线和高压侧在110千伏以上的重要降压变电所的35千伏母线，如果供电元件的保护具发生定时切除故障，会引起系统振动、电力线路稳定性被破坏等极为严重的后果，母线可以迅速切除故障的专用保护、设置双母线的

5、专用保护，(3)在某些比较简单的电力网或电压低的电力网中，虽然没有稳定性问题，但当母线上发生三相短路主要电厂厂用母线的残馀电压低于50%额定电压、切除时间长时，会对厂内电功耗的安全运行产生影响，重要用户电压急剧下降自动负载为了保证工厂的电功耗和重要用户的电力供给，也应该采用母线专用保护。 另外，还必须考虑发电站和变电所的容量大小和系统的重要性水平。安装2母线专用保护，(4)一般610千伏的供电线路的空气开关由电抗器后短路来选择，母线安装专用保护，以便在电抗器前短路时，母线保护装置切断供电线路的空气开关，减小短路电力。 母线的专用保护应具有一盏茶的灵敏度和工作可靠性。 相对于中性点直接接地电网，

6、母线保护采用三相式接线，在反映相间短路和单相接地的中性点非直接接地电网中，母线保护只需采用二相式接线，反映相间短路即可。第二节母线电流差动继电器、图122母线完全电流差动继电器原理接线图(a )外部故障时的电流分布(b )内部故障时的电流分布、母线完全电流差动继电器常被用作单母线或仅一组母线运行良好的双母线保护。 母线完全电流差动继电器由差动原理构成，其原理布线如图122所示。一、母线完全电流差动继电器、一、母线完全电流差动继电器，在图12-2中，与母线连接的所有元件均设置了变比和特性相同的电流互感器(变比不一致时，补偿电流互感器，以降流方式补偿)。 电流互感器的二次绕组通过母线侧的端子(与母

7、线一次侧端子对应)相互连接。 差动继电器的线圈和电流互感器的次级线圈并联。 各电流互感器之间的一次电气设备是母线差动继电器的保护区。 另一方面，在母线完全电流差动继电器、正常运转和外部故障时，如图122(a)k )的k点短路那样，在母线中流动的电流与在母线中流动的电流即在母线中流动的电流相等。 差动继电器中流动的只有不平衡电流。图12-2图122母线完全电流差动继电器原理接线图(a )外部故障时的电流分布(b )内部故障时的电流分布、内部故障时，如图122(b )的k点短路那样，所有带电源的连接元件向短路点供给短路电流，此时流过继电器的电流是故障点的所有短路电流。 另一方面，母线完全电流差动继

8、电器，图12-2图122母线完全电流差动继电器原理接线图(a )外部故障时的电流分布(b )内部故障时的电流分布，另一方面，由于母线完全电流差动继电器，母线完全电流差动继电器不与负载电流和外部短路电流反应，仅与各电流互感器间的电气设备故障时的短路电流反应，因此母差保护不需要与其他保护时限性地合作、图122母线完全电流差动继电器原理接线图(a )外部故障时的电流分布(b )内部故障时的电流分布，当母线所有连接元件的电流互感器满足10%误差曲线的要求，差动继电器具有速饱和铁元素芯时，差动继电器的生物电流可以用下式修正：母线完全电流差动继电器、 差动继电器的生物电流可以考虑以下2个条件：保障范围外部

9、故障时母线完全差动电流保护用电流互感器中流过的最大短路电流、一、母线完全电流差动继电器、(二)从电流互感器中逃脱的二次电路断线调整， 差动继电器的生物电流必须大于流过最大负载电流的连接元件的二次电流(此时考虑电流互感器二次电路断线)，保护具的灵敏度系数检查如下：母线保护范围内部短路时，要求保护元件的最小灵敏度，二、不完全电流差动母线保护、不完全差动电流保护通常作为发电站或大容量变电所610kV母线保护使用保护通常采用二相式，由二级电流保护构成。 保护的原理接线图如图123所示。图12-3母线不完全电流差动继电器原理接线图、二、不完全电流差动母线保护、图12-3中，仅在端部有电源的连接元件上安装

10、电流互感器、即发电机、电压互感器、段空气开关及母连空气开关。 有时也安装在工厂用电压互感器上。 这些个的电流互感器形式和变比都是一样的。 次级绕组按环流法原理连接。 电流继电器KA1、KA2和电流互感器的次级线圈并联连接。 次级绕组按环流法原理连接。 电流继电器KA1、KA2和电流互感器的次级线圈并联连接。 这种受保护的电流互感器并非安装在与母线相连的所有元件上，因此称为不完全差动电流保护。图12-3母线不完全电流差动继电器原理接线图、二、不完全电流差动母线保护、二、不完全电流差动母线保护、KA1是电流速断保护。 其生物电流用逃脱线路电抗器后的最大短路电流来调整，保护的动作时限如下调整，线路的

11、空气开关容量由线路电抗器前短路来选择，如果在线路上除了延迟过流保护之外还安装快速动作的保护具，则电流速断保护带有时限，该时限与线路快速动作的保护具相比，不是时限差t 防止线路电抗器后短路时的保护误动作。图12-3母线不完全电流差动继电器原理接线图、二、不完全电流差动母线保护、二、不完全电流差动母线保护、图中KA2是过流保护。 正常运行时，差动电路中流过的电流与没有差动继电器的所有连接设备的负载电流之和相等，因此过流保护的生物电流必须从上述可能的最大负载电流(考虑电机的自启动)之和开始调整。 过流保护的动作时限比纱线保护具的最大动作时限大1时限是极为恶劣的t。 过流保护作为母线的应用备份保护以及

12、引出线路的应用备份保护使用。图12-3母线不完全电流差动继电器原理接线图、二、不完全电流差动母线保护、不完全差动电流保护动作解析：母线或线路电抗器前发生短路时，电流速断保护动作。 电流继电器1KA启动后，通过信号继电器KS1启动跳闸继电器KM1、KM2，跳过发电机空气开关以外的所有供电要素的空气开关。 速断保护持续开发电动机，当故障发生在导线的空气开关和电抗器之间时，如果切断发电机以外的所有供电要素，则故障电流大幅减少，空气开关可以通过电抗器后短路选择的线路的过流保护动作来切除故障，发电机可以带母线上的其他负载继续运行，提高供电的可靠性。不完全差动电流保护动作解析：接线图也考虑到运转的柔软性，

13、在运转要求发电机空气开关被速断保护切除的情况下，仅通过闭合连接片XB12切断连接片XB11就能够实现。 在供电元件(例如发电机、电压互感器)的内部短路或电压互感器的高压侧栅极短路的情况下，由于差动电路只流过不平衡电流，所以速断和过流保护都不动作。 电抗器后的线路发生短路时，电流速断保护不动作，过流保护动作。 当线路保护或空气开关拒绝动作时，在电流继电器KA2动作后，使时间继电器1KT和2KT动作，经过规定时间后，闭合KT1接点，经由信号继电器KS2使跳闸继电器KM1、KM2动作，并弹出发电机空气开关以外的所有供电要素的空气开关。 不完全差动电流保护动作解析：如果此时故障尚未切除，则在时间继电器

14、2KT的接点闭合后，切断发电机空气开关。 时间继电器2KT比时间继电器1KT的动作时限大一个时限段差t，因此考虑尽量继续开发电机，带着母线上的其他负荷继续运行发电机。不完全差动电流保护动作解析：母线不完全差动电流保护，由于只需在供电元件上安装母线保护用的电流互感器，而无需安装在母线的所有线连接元件上，因此大幅削减了设备费用，简化了保护配线，对于线多的610kV母线是实用的。 三、电流比相式母线保护、电流比相式母线保护的基本原理是在母线发生内部故障和外部故障时，通过各连接元件的电流相位的变化来实现的。 在母线发生故障的情况下，与电源连接的所有元件向故障点供给短路电流，理想的是所有供电元件的电流相

15、位相同，另一方面，在通常运行时或外部故障时，至少一个元件的电流相位和该辅助元件的电流相位相反，即流入电流和流出电流的相位相反。 因此，能够利用该原理构成对比实施方式的母线保护。 三、电流比相式母线保护，图124(a )表示正常运转或外部故障时的电流分布。 此时，在母线中流动的电流i1和在母线中流动的电流i2的大小相等，相位相差180，另一方面，在内部故障时，电流i1和i2都在母线中流动，如图124(b )所示，两电流的相位理想地相同。图124母线外部故障和内部故障时的电流分布(a )外部故障(b )内部故障、三、电流比相式母线保护、电流i1和i2经过电流互感器的变换，二次电流i1和i2输入到中

16、间电流转换器UA1和UA2的一次线圈。 中间电流互感器的二次电流如图125所示，由于该负载电阻上的电压降而成为二次电压。图12-5电流比相式母线保护原理图，中间电流转换器UA1和UA2的二次输出电压被分为两组，分别通过二极管VD9、VD10、VD11、VD12进行半波整流，与小母线1、2、3连接。 小母线输出与相位比较元件重新连接。 下面，对各个状况下的工作进行分析。图12-5电流比相式母线保护原理图、三、电流比相式母线保护，此时电流和相位相差180度，和的波形如图126(a )所示，在负半周，UA1二次侧导通，由于端为，二极管VD9导通，另一方面，在正半周，由于端为，二极管vd1 VD9、V

17、D10的半波整流后的波形在图126(b )中示出。 同样，在负的半周V11导通，在正的半周V12导通。 V11、V12的半波整流后的波形也示于图126(b )。 (1)正常运转和外部故障情况下，图12-6(a )、图12-6(b )、(1)正常运转和外部故障的情况下，二极管VD9、VD11的阳极与小母线1连接，因此二极管的阴极经由各UA1同样地V10、VD12的半波整流后的波形与小母线2 此时，由于在小母线1、2上表示连续的负电位，因此，不输出比相元件，从而受到跳闸的保护。图12-6(b )、图12-6母线正常故障时UA一次侧和二次侧电流波形a)UA一次电流波形b)v9、V10、V11、V12

18、的半波整流波形和小母线1、2上的波形与此时的电流相位相同，和的波形示于图127(a )。 (2)母线内部故障时，图12-7(a)UA一次侧电流波形和负半周VD10、VD12导通。 二极管VD9、VD10、VD11、VD12的半波整流后的波形示于图127(b )。 VD9、VD11整流后的波形与小母线1重合，日式榻榻米VD10、VD12的半波整流后的波形与小母线2重合。 在小母线1、2中出现相间的断续负电位，一次比相元件有输出，保护动作跳闸。 (2)母线内部故障时、图12-7(b )母线故障时、UA一次侧和二次车的波形图、(2)母线内部故障时、根据上述解析可知，比相式母线保护在母线内部故障时无法正确跳闸，在正常运行时或外部故障时无法可靠动作。 由于该母线保护的工作原理基于电流相位比较，