第三節(jié) 母線保護1.0

第三節(jié)220KV升壓站母線保護發(fā)電廠微機保護母線保護1、概述運行經(jīng)驗表明，發(fā)電廠或變電所的母線發(fā)生單相接地和多相短路的可能性還是存在的。這是由于母線絕緣子或斷路器套管發(fā)生閃絡(luò)，運行人員誤操作(如帶地線合閘和帶負荷拉隔離開關(guān))等原因造成的。通常，母線上接有較多的電氣元件，母線故障將使這些元件停電，從而造成大面積的停電事故，并可能破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，使事故進一步擴大。母線保護1、概述由此可見，發(fā)電廠或變電所母線的故障是電力系統(tǒng)最嚴重的故障之一。因此，利用母線保護來消除或縮小故障所造成的后果，是十分必要的。一般說來，母線的故障可以利用母線上其他供電元件的保護來切除。如圖所示單電源網(wǎng)絡(luò)。當B變電所母線故障時，可利用A變電所1QF保護的第Ⅱ段或第Ⅲ段來切除。母線保護1、概述但這種辦法的最大缺點是延時太長。對大多數(shù)重要母線，帶時限切除故障，是不能滿足要求的。因此，對比較重要的發(fā)電廠和變電所的母線都必須裝設(shè)專門的母線保護。裝設(shè)母線保護應特別強調(diào)其可靠性，并盡量簡化其結(jié)構(gòu)。在電力系統(tǒng)中的單母線和雙母線上，采用差動保護一般可以滿足要求。因此差動保護在母線保護中得到了極為廣泛的應用。母線保護2、本廠母線保護配置（1）500kV母線保護配置1）九電四期500kV母線主接線型式為雙母線、專用母聯(lián)接線，配置兩套微機型比率制動式電流差動保護，母線保護接入單元數(shù)按最終規(guī)模配置。2）母線保護采用隔離刀閘的輔助接點檢測每一個母線元件的運行位置，將二次回路切換到相應母線的差動回路中。母線保護應設(shè)置復合電壓閉鎖元件，以提高母線保護動作的可靠性。母線保護2、本廠母線保護配置（1）500kV母線保護配置3）各聯(lián)接單元斷路器失靈啟動回路由各聯(lián)接單元的保護裝置提供，母線保護僅提供線路、主變失靈啟動接入回路及跳閘邏輯回路?？紤]到主變故障500kV側(cè)斷路器失靈時，母線保護的電壓閉鎖元件靈敏度有可能不夠，因此母線保護應設(shè)置主變失靈解除復合電壓閉鎖回路。4）母線保護應具有母聯(lián)充電保護、過流保護和母聯(lián)死區(qū)保護功能。母線保護2、本廠母線保護配置（1）500kV母線保護配置5）母線保護應設(shè)有交流電流監(jiān)視回路，當交流電流回路不正常或斷線時不應誤動作，應經(jīng)延時閉鎖母線保護并發(fā)出告警信號。6）母線保護應對電流互感器的特性無特殊要求，并允許使用不同變比的電流互感器。母線保護2、本廠母線保護配置（2）220kV母線保護1）九電三期220kV母線延伸至九電四期后，主接線型式由雙母線、專用母聯(lián)接線改造為雙母線單分段、二個專用母聯(lián)接線。由于現(xiàn)有母線保護不適用于這種接線方式，因此考慮將其退役，重新配置兩套微機型比率制動式電流差動保護，母線保護接入單元數(shù)按最終規(guī)模配置。2）母線保護采用隔離刀閘的輔助接點檢測每一個母線元件的運行位置，將二次回路切換到相應母線的差動回路中。母線保護應設(shè)置復合電壓閉鎖元件，以提高母線保護動作的可靠性。母線保護2、本廠母線保護配置（2）220kV母線保護3）各聯(lián)接單元斷路器失靈啟動回路由各聯(lián)接單元的保護裝置提供，母線保護僅提供線路、主變失靈啟動接入回路及跳閘邏輯回路?？紤]到主變故障220kV側(cè)斷路器失靈時，母線保護的電壓閉鎖元件靈敏度有可能不夠，因此母線保護應設(shè)置主變失靈解除復合電壓閉鎖回路。母線保護2、本廠母線保護配置（2）220kV母線保護4）母線保護應具有母聯(lián)及分段充電保護、過流保護和母聯(lián)死區(qū)保護功能。5）母線保護應設(shè)有交流電流監(jiān)視回路，當交流電流回路不正?；驍嗑€時不應誤動作，應經(jīng)延時閉鎖母線保護并發(fā)出告警信號。6）母線保護應對電流互感器的特性無特殊要求，并允許使用不同變比的電流互感器。母線保護3、母線完全電流差動保護（1）母線差動保護的原理母線完全電流差動保護是將所有母線的引出元件都包括在差動回路中的差動保護。為了構(gòu)成完全電流差動保護，需在所有引出元件上裝設(shè)專用電流互感器，而且這些電流互感器的變比應一致，特性應盡可能接近。如圖是母線完全電流差動保護的單相原理接線圖。正常運行或外部短路時，流入母線和流出母線的一次電流之和為零，即而二次側(cè)流入差動繼電器的電流為不平衡電流：母線保護3、母線完全電流差動保護（1）母線差動保護的原理正常運行時，流入差動繼電器的不平衡電流小于啟動電流，差動繼電器不動作。在母線上發(fā)生短路時，所有電源的引出元件都向短路點供給短路電流，流入差動繼電器的電流為各引出元件供給短路電流之和，即此時流入差動繼電器的短路電流足以使差動繼電器動作，從而跳開1QF~4QF。母線保護3、母線完全電流差動保護（2）動作電流的整定差動繼電器的動作電流必須躲過外部短路時產(chǎn)生的最大不平衡電流。同時，也需保證電流互感器二次回路斷線時不誤動作。這時保護就會出現(xiàn)靈敏度和可靠性難以兼顧的問題。為了既提高靈敏度又不降低可靠性，就必須減小不平衡電流的影響。母線保護3、母線完全電流差動保護（3）帶制動特性的差動保護為了減小不平衡電流，可以采用速飽和中間變流器、在差回路中接入強制電阻、以及采用帶制動特性的差動保護等方法。帶制動特性的差動保護利用差動電流作為動作量，同時采用各種不同的制動量構(gòu)成不同型式的差動保護。母線保護3、母線完全電流差動保護（3）帶制動特性的差動保護假設(shè)母線上有多條引出線，為各引出線電流互感器的二次電流，則由差動電流構(gòu)成的動作量Id為：制動量可以有幾種：1）最大值制動量取m條引出線中的最大電流IJmax為制動量。母線保護3、母線完全電流差動保護（3）帶制動特性的差動保護1）最大值制動量動作方程可寫為：其中制動量K是制動系數(shù)；I0是差動保護的最小動作電流。母線保護3、母線完全電流差動保護（3）帶制動特性的差動保護2）絕對值之和制動量以m條引出線電流絕對值之和作為制動量，動作方程可寫成：其中制動量母線保護3、母線完全電流差動保護（3）帶制動特性的差動保護3）綜合制動量其制動量是一種綜合考慮的量，動作方程為其中K1、K2是制動系數(shù)。大括號上角的“+”號表示大括號內(nèi)只取正值，如為負值時，取0。母線保護3、母線完全電流差動保護最大值制動方式和絕對值之和制動方式，在母線內(nèi)部或外部故障時，均有制動作用。綜合制動方式可以保證母線內(nèi)部故障時制動量為零，而在母線外部故障時有很大的制動量，并且在母線內(nèi)部故障有電流流出時，也有較大能力可靠動作。因此，在母線內(nèi)部短路時，綜合制動方式比最大值制動方式、絕對值之和制動方式，有更高的靈敏度；在外部短路時，能更好地躲過不平衡電流。母線保護4、BP―2B微機母線保護（1）應用范圍及保護配置BP-2B微機母線保護裝置，適用于500KV及以下電壓等級，包括單母線、單母分段、雙母線、雙母分段以及3/2接線在內(nèi)的各種主接線方式。BP-2B微機母線保護裝置可以實現(xiàn)母線差動保護、母聯(lián)充電保護、母聯(lián)過流保護、母聯(lián)失靈（或死區(qū)）保護、以及斷路器失靈保護出口等功能。母線保護4、BP―2B微機母線保護（2）主要特點快速、高靈敏復式比率差動保護，整組動作時間小于15ms；自適應全波飽和檢測器，差動保護在區(qū)外飽和時有極強的抗飽和能力，又能快速切除轉(zhuǎn)換性故障，適用于任何按技術(shù)要求正確選型的保護電流互感器；允許TA型號、變比不同，TA變比可以現(xiàn)場設(shè)定。母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）裝置原理各種類型的母線保護就其對母線接線方式、電網(wǎng)運行方式、故障類型以及故障點過渡電阻等方面的適應性來說，仍以按電流差動原理構(gòu)成的母線保護為最佳。帶制動特性的差動繼電器（亦即比率差動繼電器），采用一次的穿越電流作為制動電流，以克服區(qū)外故障時由于電流互感器（以下稱TA）誤差而產(chǎn)生的差動不平衡電流，在高壓電網(wǎng)中得到了較為廣泛的應用。母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理BP系列母差保護以此為基礎(chǔ)，結(jié)合微機數(shù)字處理的特點，發(fā)展出以分相瞬時值復式比率差動元件為主的一整套電流差動保護方案。BP系列母差保護各元件判據(jù)一般都是分相計算，分相判別。母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理1）起動元件母線差動保護的起動元件由‘和電流突變量’和‘差電流越限’兩個判據(jù)組成?！碗娏鳌侵改妇€上所有連接元件電流的絕對值之和

母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理1）起動元件‘差電流’是指所有連接元件電流和的絕對值母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理1）起動元件與傳統(tǒng)差動保護不同，微機保護的‘差電流’與‘和電流’不是從模擬電流回路中直接獲得，而是通過電流采樣值的數(shù)值計算求得。起動元件分相起動，分相返回。母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理1）起動元件i）‘和電流’突變量判據(jù)當任一相的‘和電流’突變量大于突變量門坎時，該相起動元件動作。其表達式為△ir>△Idset其中△ir為‘和電流’瞬時值比前一周波的突變量；△Idset為突變量門坎定值。母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理1）起動元件ii）‘差電流’越限判據(jù)當任一相的差電流大于‘差電流’門坎定值時，該相起動元件動作。其表達式為Id≥Idset其中Id為分相大差動電流；Idset為差電流門坎定值。母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理1）起動元件iii）起動元件返回判據(jù)起動元件一旦動作后自動展寬40ms，再根據(jù)起動元件返回判據(jù)決定該元件何時返回。當任一相差電流小于差電流門坎定值的75%時，該相起動元件返回。其表達式為：Id≤0.75Idset母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理2）差動元件母線保護差動元件由分相復式比率差動判據(jù)和分相突變量復式比率差動判據(jù)構(gòu)成。母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理2）差動元件i）復式比率差動判據(jù)動作表達式為：Id＞IdsetId＞Kr（Ir-Id）其中Idset為差電流門坎定值，Kr為復式比率系數(shù)（制動系數(shù)）。母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理2）差動元件i）復式比率差動判據(jù)復式比率差動判據(jù)相對于傳統(tǒng)的比率制動判據(jù)，由于在制動量的計算中引入了差電流，使其在母線區(qū)外故障時有極強的制動特性，在母線區(qū)內(nèi)故障時無制動，因此能更明確地區(qū)分區(qū)外故障和區(qū)內(nèi)故障。如圖表示復式比率差動元件的動作特性。動作區(qū)制動區(qū)母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理2）差動元件i）復式比率差動判據(jù)可以參考下表確定復式比率系數(shù)Kr的取值,表中Ext為母線區(qū)內(nèi)故障時流出母線的電流占總故障電流的百分比，此時判據(jù)應可靠動作；母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理2）差動元件i）復式比率差動判據(jù)δ為母線區(qū)外故障時故障支路電流互感器的誤差（其余支路電流互感器的誤差忽略不計），此時判據(jù)應可靠不動作。該表數(shù)據(jù)僅就復式比率判據(jù)的推導所得。母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理2）差動元件ii）故障分量復式比率差動判據(jù)根據(jù)疊加原理，故障分量電流有以下特點：a.母線內(nèi)部故障時，母線各支路同名相故障分量電流在相位上接近相等（即使故障前系統(tǒng)電源功角擺開）。母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理2）差動元件ii）故障分量復式比率差動判據(jù)根據(jù)疊加原理，故障分量電流有以下特點：b.理論上，只要故障點過渡電阻不是∞，母線內(nèi)部故障時故障分量電流的相位關(guān)系不會改變。母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理2）差動元件ii）故障分量復式比率差動判據(jù)為有效減少負荷電流對差動保護靈敏度的影響，為進一步減少故障前系統(tǒng)電源功角關(guān)系對保護動作特性的影響，提高保護切除經(jīng)過渡電阻接地故障的能力，保護裝置采用電流故障分量分相差動構(gòu)成復式比率差動判據(jù)。母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理2）差動元件ii）故障分量復式比率差動判據(jù)故障分量的提取有多種方案，現(xiàn)采用的數(shù)字算法如下：式中i(k)為當前電流采樣值；i(k?N)為一個周波前的采樣值。母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理2）差動元件ii）故障分量復式比率差動判據(jù)在故障發(fā)生后的一個周波內(nèi)，其輸出能較為準確地反映包括各種諧波分量在內(nèi)的故障分量?！收戏至坎铍娏鳌收戏至亢碗娏鳌妇€保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理2）差動元件ii）故障分量復式比率差動判據(jù)動作表達式為：其中ΔIj為第j個連接元件的電流故障分量，ΔIdset為故障分量差電流門坎，由Idset推得；Kr為復式比率系數(shù)（制動系數(shù)）。母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理2）差動元件ii）故障分量復式比率差動判據(jù)由于電流故障分量的暫態(tài)特性，故障分量復式比率差動判據(jù)僅在和電流突變起動后的第一個周波投入，并受使用低制動系數(shù)（0.5）的復式比率差動判據(jù)閉鎖。母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理2）差動元件ii）故障分量復式比率差動判據(jù)保護將母線上所有連接元件的電流采樣值輸入上述兩個差動判據(jù)，即構(gòu)成大差（總差）比率差動元件；母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理2）差動元件ii）故障分量復式比率差動判據(jù)對于分段母線，將每一段母線所連接元件的電流采樣值輸入上述差動判據(jù)，即構(gòu)成小差（分差）比率差動元件。各元件連接在哪一段母線上，是根據(jù)各連接元件的刀閘（隔離開關(guān)）位置來決定。母線保護4、BP―2B微機母線保護（3）母線保護原理3）電流互感器飽和檢測元件為防止母線差動保護在母線近端發(fā)生區(qū)外故障時，由于TA嚴重飽和出現(xiàn)差電流的情況下誤動作，保護裝置根據(jù)TA飽和發(fā)生的機理、以及TA飽和后二次電流波形的特點設(shè)