繼電保護(hù)第8章-母線保護(hù)

1、第八章 母線保護(hù)8.1 母線故障和裝設(shè)母線保護(hù)基本原則8.2 母線差動保護(hù)基本原理8.3 母線保護(hù)的特殊問題及其對策8.4 斷路器失靈保護(hù)簡介8.1 母線故障和裝設(shè)母線保護(hù)的基本原則一、母線故障 母線是集中和分配電能的重要電氣設(shè)備，母線發(fā)生故障，將造成大面積用戶停電，電氣設(shè)備遭到嚴(yán)重破壞，甚至使電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行破壞，導(dǎo)致電力系統(tǒng)瓦解，后果是十分嚴(yán)重的。 母線電壓互感器和電流互感器的故障。 母線隔離開關(guān)和斷路器的支持絕緣子損壞。 運(yùn)行人員的誤操作等。1、母線故障的原因各種類型的接地和相間短路 3、母線故障的保護(hù)方式利用供電元件的保護(hù)兼母線故障的保護(hù) 采用專用母線保護(hù) 2、母線主要故障類型1）發(fā)電

2、廠采用單母線接線，母線上的故障可利用發(fā)電機(jī)的定子過電流保護(hù)使發(fā)電機(jī)的斷路器跳閘予以切除。 tt-k+ II-定子繞組過電流保護(hù)（1）利用其它供電元件的保護(hù)裝置來切除母線故障2） 對降壓變電所，低壓母線上的故障可以由相應(yīng)變壓器的過電流保護(hù)使變壓器的斷路器跳閘于以切除。t+-t+ -II k電源單母線分段高壓母線低壓母線變壓器的過電流保護(hù)3） 對雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)（或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)）當(dāng)變電所母線故障時(shí)可由保護(hù)和的段動作于以切除。 k1234ABC變電所母線5（2）裝設(shè)專用母線保護(hù)的原因：A）利用供電元件的保護(hù)裝置切除母線故障的時(shí)間較長，威脅到系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、使發(fā)電廠廠用電及重要負(fù)荷供電電壓低于允許值。（速動性）

3、B）當(dāng)雙母同時(shí)運(yùn)行或單母分段時(shí)，保護(hù)不能保證有選擇性地切除故障母線。（選擇性）電源k雙母同時(shí)運(yùn)行 110kV單母線，重要發(fā)電廠或110kV以上重要變電所的3566kV母線，需要快速切除母線上的故障時(shí)。3566kV電力網(wǎng)中主要變電所的3566kV雙母線或分段單母線，在母聯(lián)或分段斷路器上裝設(shè)解列裝置和其它自動裝置后，仍不滿足電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的要求時(shí)。發(fā)電廠和主要變電所的310kV分段母線或并列運(yùn)行的雙母線，須快速地切除一段或一組母線上故障時(shí)，或者線路斷路器不允許切除線路電抗器前的短路時(shí)。 110kV及以上雙母線和分段母線。什么情況下應(yīng)裝設(shè)專門的母線保護(hù)？ 為滿足速動性和選擇性的要求，母線保護(hù)均按照

4、差動原理構(gòu)成，母線上一般連接著較多的電氣元件（線路、變壓器、發(fā)電機(jī)等），不管母線上元件有多少，實(shí)現(xiàn)差動保護(hù)的基本原則仍是適用的。8.2 母線差動保護(hù)基本原理a) 在正常運(yùn)行以及母線范圍以外故障時(shí)，在母線上所有連接元件中，流入的電流和流出的電流相等，即:c) 若從電流相位看，則正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，至少有一元件 中的電流相位和其余元件中的電流相位相反，而當(dāng)母線故障 時(shí)，除電流等于零的元件以外，其它元件的電流則是同相位的。b) 當(dāng)母線上發(fā)生故障時(shí)，所有與電源連接的元件都向故障點(diǎn)供給短路電流，而在供電給負(fù)荷的連接元件中電流等于零，故 （短路點(diǎn)的總電流）母線差動保護(hù)的基本原則8.2.1 單母線完全電流

5、母線差動保護(hù)要求：母線的所有連接元件上裝設(shè)同變比同特性的電流互感器 I-I -+.123原理在正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，流入繼電器的是由各互感器特性不同而引起的不平衡電流Iunb而當(dāng)母線上故障時(shí)，則所有與電源連接的元件均向短路點(diǎn)供給短路電流，于是流入繼電器的電流為：此電流足夠使差動繼電器動作而起動出口繼電器，從而使所有連接元件的斷路器跳閘。（1）躲過外部短路時(shí)的最大不平衡電流 （2）任一TA二次回路斷線，按躲過任一連接元件中的最大負(fù)荷電流2、差動繼電器動作電流的整定（選擇其中較大的一個(gè)）3、靈敏系數(shù)一般應(yīng)不低于2 8.2.2 高阻抗母線差動保護(hù)問題：外部短路時(shí)，故障支路和電源支路電流很大，TA可能

6、極度飽和，不平衡電流很大. -+.123解決：改用內(nèi)阻很高的電壓繼電器（實(shí)際應(yīng)用中采用中阻抗）8.2.3 具有比率制動特性的中阻抗母線差動保護(hù)將比率制動的電流型差動保護(hù)應(yīng)用于母線，動作判據(jù)可為最大值制動，即：或?yàn)槟Ｖ岛椭苿樱矗?.2.4 電流比相式母線保護(hù)1.原理母線在內(nèi)部故障和外部故障時(shí)各連接元件電流相位發(fā)生變化。注意：母線保護(hù)規(guī)定：電流從線路流向母線為正，從母線流向線路為負(fù)。母線當(dāng)母線正常運(yùn)行及外部故障時(shí)（k1點(diǎn)），按規(guī)定的電流正方向來看，至少有一元件的電流相位和其余元件兩者相位相反。k1當(dāng)母線內(nèi)部故障時(shí)（ k2點(diǎn)）, 和均流向母線，在理想情況下兩者相位相同k2小母線中 間變流器中 間變

7、流器 切換裝置 切換裝置 相位比較 延時(shí)回路 脈沖展寬回路 出口跳閘ZLH1ZLH2電流比相式母線保護(hù)原理圖8.2.5 元件固定連接的雙母線電流差動保護(hù)KD1KD2KD3QF1QF2QF3QF4QF5隔離開關(guān)TA1TA2TA3TA456第一組由電流互感器TA1、TA2、TA5和差動繼電器KD1組成，用以選擇第組母線上的故障；第三組實(shí)際上是由電流互感器TA1、TA2、TA3、TA4和差動繼電器KD3組成的一個(gè)完全電流差動保護(hù)，當(dāng)任一組母線上發(fā)生故障時(shí)，它都起動，而當(dāng)母線外部故障時(shí)，它不動作，在正常運(yùn)行方式下，它作為整個(gè)保護(hù)的起動元件，當(dāng)固定接線方式破壞并保護(hù)范圍外部故障時(shí)，可防止保護(hù)的非選擇性動

8、作第二組由電流互感器TA3、TA4、TA6和差動繼電器KD2組成，用以選擇第組母線上的故障；反應(yīng)母線總差電流KD1KD2KD3QF1QF2QF3QF4QF5(1)正常運(yùn)行時(shí)，一次電流分布KD1KD2KD3QF1QF2QF3QF4QF5(1)正常運(yùn)行時(shí)，二次電流分布圖KD1KD2KD3QF1QF2QF3QF4QF5(2)母線外部故障時(shí)，一次電流分布圖元件1提供的短路電流元件3提供的短路電流元件4提供的短路電流KD1KD2KD3QF1QF2QF3QF4QF5(2)母線外部故障時(shí)，二次電流分布圖KD1KD2KD3QF1QF2QF3QF4QF5(3)母線內(nèi)部故障時(shí)，一次電流分布KD1KD2KD3QF1

9、QF2QF3QF4QF5(3)母線內(nèi)部故障時(shí)，二次電流分布KD1和KD3動作KD2不動作KD1KD2KD3QF1QF2QF3QF4QF5(4)固定連接方式破壞時(shí)，保護(hù)裝置的動作情況假設(shè)元件1由母線切換到母線上當(dāng)母線內(nèi)部故障時(shí)短路電流分布KD1KD2KD3QF1QF2QF3QF4QF5當(dāng)任一母線故障，KD1，KD2，KD3均動作，保護(hù)將切除兩組母線。二次電流分布（1）固定連接未破壞，區(qū)外短路故障時(shí)，保護(hù)不起動；內(nèi)部故障時(shí)保護(hù)動作具有選擇性。（2）固定連接破壞，外部短路故障時(shí)，保護(hù)不會誤動。（3）固定連接破壞，且內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)將失去選擇性。結(jié)論：8.2.6 雙母同時(shí)運(yùn)行時(shí)的母聯(lián)相位差動保

10、護(hù)QF1QF2QF3QF4DL2KSTU3U2W3W2WcdWM母聯(lián)電流總差電流KD利用比較母聯(lián)中電流與總差電流的相位作為故障母線的選擇元件。當(dāng)?shù)谝唤M母線上故障時(shí)，流過母聯(lián)的電流是由母線流向母線。當(dāng)?shù)诙M母線上故障時(shí)，流過母聯(lián)的電流是由母線流向母線 。在這兩種故障情況下，母聯(lián)電流的相位變化了比較這兩個(gè)電流的相位，就可以選擇出故障母線而總差電流是反映母線故障的總電流，其相位是不變的（始終是正的）。 在110kV及以上電壓等級的發(fā)電廠和變電所中，當(dāng)輸電線路、變壓器或母線發(fā)生短路，在保護(hù)裝置動作于切除故障時(shí)，可能伴隨故障元件的斷路器拒動，也即發(fā)生了斷路器的失靈故障。產(chǎn)生斷路器失靈故障的原因是多方面的

11、，例如:斷路器跳閘線圈斷線；斷路器的操作機(jī)構(gòu)失靈等。8.4 斷路器失靈保護(hù) 斷路器失靈故障的發(fā)生會導(dǎo)致故障切除時(shí)間的延長、事故范圍的擴(kuò)大，其后果是造成電力系統(tǒng)大范圍停電，甚至發(fā)生電力系統(tǒng)的瓦解事故。 為保證高壓電網(wǎng)的安全運(yùn)行，對于斷路器失靈故障，目前采取的主要措施之一是裝設(shè)專用的斷路器失靈保護(hù)。斷路器失靈保護(hù)又稱為后備接線，是一種近后備保護(hù)。當(dāng)故障線路的繼電保護(hù)動作發(fā)出跳閘脈沖而斷路器拒絕動作時(shí)，能夠以較短的時(shí)限切除同一發(fā)電廠或變電所內(nèi)其它有關(guān)的斷路器，將故障元件隔離，使停電范圍限制到最小程度，從而保證整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，避免造成發(fā)電機(jī)、變壓器等故障元件的嚴(yán)重?zé)龘p和電網(wǎng)的崩潰瓦解事故的一種近后

12、備保護(hù)。 規(guī)定：在220500KV電力網(wǎng)中以及110KV電力網(wǎng)個(gè)別重要部分，按下列規(guī)定裝設(shè)斷路器失靈保護(hù)： （1）線路保護(hù)采用近后備方式且斷路器確有可能發(fā)生拒動時(shí)；對于分相操作的斷路器，可只考慮斷路器單相拒絕動作的情況。（2）線路保護(hù)采用遠(yuǎn)后備方式且斷路器確有可能發(fā)生拒動時(shí)。如果由其它線路或變壓器的后備保護(hù)切除故障，將擴(kuò)大停電范圍（例如采用多角形接線、雙母線或分段單母線等接線）并引起嚴(yán)重后果時(shí)。（3）如斷路器和電流互感器之間距離較長，在其間發(fā)生故障不能由該回路主保護(hù)切除，而由其它線路和變壓器后備保護(hù)切除又將擴(kuò)大停電范圍并引起嚴(yán)重后果時(shí)。1ZJ2ZJ3ZJtQF1QF2QF3QF5QF4當(dāng)其出口繼電器（如1ZJ、2ZJ）動作于跳開本身斷路器的同時(shí)，也起動失靈保護(hù)中的公用時(shí)間繼電器t，此時(shí)間繼電器的延時(shí)應(yīng)大于故障元件的斷路器跳閘時(shí)間及保護(hù)裝置返回時(shí)間之和，因此，并不妨礙正常的切除故障。如果故障線路的斷路器拒動時(shí)（例如k點(diǎn)短路，1ZJ動作后QF1拒動），則時(shí)間繼電器動作，起動失靈保護(hù)的出口繼電器3ZJ，使連接至該組母線上所有其它有電源的斷路器（如QF2、QF3）跳閘，從而切除了k點(diǎn)的故障，起到了QF1拒動時(shí)的后備作用。 由于斷路器失靈保護(hù)要動作于跳開一組母線上的所有斷路器，而且在保護(hù)的接線上將所有斷路器的操作回路都連接在一起，因此，應(yīng)注意提高失靈保