母差保護(hù)的組成,原理,保護(hù)范圍

母線保護(hù)的組成、原理及保護(hù)范圍2017年02月24日制作人：蔡雅萍目錄一、母線保護(hù)的重要性及分類二、母線保護(hù)的組成、原理三、母線保護(hù)的保護(hù)范圍四、母差保護(hù)配置（故障舉例）一、母線保護(hù)的重要性及分類與其他主設(shè)備保護(hù)相比，母線保護(hù)的要求更為苛刻。當(dāng)變電站母線發(fā)生故障時(shí)，如不及時(shí)切除故障，將會損壞眾多電力設(shè)備，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，甚至導(dǎo)致電力系統(tǒng)瓦解。如果母線保護(hù)誤動，也會造成大面積的停電。因此，設(shè)置動作可靠、性能良好的母線保護(hù)，使之能迅速有選擇地切除故障是非常必要的。一、母線保護(hù)的重要性及分類

——故障類型母線故障開始階段大多表現(xiàn)為單相接地故障1.隨著短路電弧的移動，故障往往發(fā)展為兩相或三相接地短路2.一、母線保護(hù)的重要性及分類母線故障原因母線絕緣子和斷路器套管因表面污穢而導(dǎo)致的閃絡(luò)

母線電壓互感器及電流互感器發(fā)生故障斷路器或隔離開關(guān)的支持絕緣子損壞

由于運(yùn)行人員的誤操作，如帶負(fù)荷拉刀閘造成弧光短路

一、母線保護(hù)的重要性及分類母線保護(hù)的分類：在大型發(fā)電廠及變電站的母線保護(hù)裝置中，通常配置有母線差動保護(hù)、母聯(lián)充電保護(hù)、母聯(lián)失靈保護(hù)、母聯(lián)死區(qū)保護(hù)、母聯(lián)過流保護(hù)、母聯(lián)非全相保護(hù)、其他斷路器失靈保護(hù)等。其中，最為主要的是母差保護(hù)。本期我們一起了解一下母線差動保護(hù)的相關(guān)內(nèi)容。二、母線保護(hù)的組成、原理

2.1母線差動保護(hù)2.2母聯(lián)充電保護(hù)2.3母聯(lián)失靈保護(hù)2.4母聯(lián)死區(qū)保護(hù)2.5母聯(lián)過流保護(hù)2.6母聯(lián)非全相保護(hù)2.7其他斷路器失靈保護(hù)保護(hù)2.1母線差動保護(hù)母差保護(hù)的原理和線路差動保護(hù)相同，母線差動保護(hù)的基本原理也是基于基爾霍夫定律：在母線正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，各線路流入母線的電流和流出母線的電流相等，各線路的電流向量和等于零；當(dāng)母線上發(fā)生故障時(shí)，各線路電流均流向故障點(diǎn)，其向量和（差動電流）不再等于零，滿足一定條件后，出口跳開相應(yīng)開關(guān)。

為了提高保護(hù)的可靠性，在保護(hù)中還設(shè)置有啟動元件、復(fù)合電壓閉鎖元件、CT回路斷線閉鎖元件等。2.1母線差動保護(hù)TA極性的定義規(guī)定電流互感器正極性端的位置，是為了方便差流的電流計(jì)算，電流互感器極性接反，會使差動保護(hù)誤動作或者拒動，以下是對一些保護(hù)裝置正極性端的規(guī)定：2.1母線差動保護(hù)母差保護(hù)回路構(gòu)成▲差動回路是由一個(gè)母線大差動和各段母線小差動所組成的(母差由ABC三相分相差動元件構(gòu)成。每相差動元件由小差差動元件及大差差動元件構(gòu)成。)▲大差動是指除母聯(lián)開關(guān)和分段開關(guān)以外的母線上所有其余支路電流相量和所構(gòu)成的差動回路；▲某段母線小差動是指與該段母線相連接的各支路電流相量和構(gòu)成的差動回路，其中包括了與該段母線相關(guān)聯(lián)的母聯(lián)開關(guān)和分段開關(guān)；▲大差動判別是否有母線故障，小差動判別故障母線是哪一段。

以上是雙母線或單母線分段一相母差保護(hù)的邏輯框圖，母線差動保護(hù)邏輯回路中主要由三個(gè)分相差動元件構(gòu)成，同時(shí)在保護(hù)中還設(shè)置有啟動元件、復(fù)合電壓閉鎖元件、TA二次回路斷線閉鎖元件及TA飽和檢測元件等。母差保護(hù)的簡易邏輯回路

2.1母線差動保護(hù)差動保護(hù)的動作方程首先規(guī)定CT的正極性端在母線側(cè)，一次電流參考方向由線路流向母線為正方向。差動電流：指所有母線上連接元件的電流和的絕對值；制動電流：指所有母線上鏈接元件的電流的絕對值之和。差動保護(hù)的動作方程以如圖的雙母接線方式的大差為例。差動電流和制動電流為：差動繼電器的動作特性一般如下圖所示。藍(lán)色區(qū)域?yàn)榉莿幼鲄^(qū)，紅色區(qū)域?yàn)閯幼鲄^(qū)。這種動作特性稱作比率制動特性。動作邏輯的數(shù)學(xué)表達(dá)式也在圖中給出。此動作方程適用于南瑞繼保RCS—915及許繼電氣WMH—800A母線保護(hù)裝置。除此之外，還有一種復(fù)式比率制動特性，動作特性如下圖所示。此動作方程適用于深瑞B(yǎng)P—2C母線保護(hù)裝置。復(fù)式比率制動能夠更明確的區(qū)分區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障。因?yàn)樗肓藦?fù)合的制動電流Ir-Id，一方面在外部故障時(shí)，Ir隨著短路電流的增大而增大，Ir＞＞Id，能有效地防止差動保護(hù)誤動。另一方面在內(nèi)部故障時(shí)，Id－Ir≈0保護(hù)無制動量，使差動保護(hù)能不帶制動量靈敏動作。這樣既有區(qū)外故障時(shí)保護(hù)的高可靠性又有區(qū)內(nèi)故障時(shí)保護(hù)的靈敏性。大差和小差接入大差元件的電流為I母、II母所有支路（母聯(lián)除外）的電流，目的是為了判斷故障是否為母線區(qū)內(nèi)故障；接入小差元件的電流為接入該段母線的所有支路的電流，目的是為了判斷故障具體發(fā)生在哪一條母線上。以的雙母接線圖為例，規(guī)定母聯(lián)CT正極性段在I母側(cè)。大差小差的差動電流和制動電流如下：大差和小差當(dāng)I母發(fā)生故障時(shí)，可以看出對于大差元件Id=Ir，因此大差元件動作，確定母線發(fā)生區(qū)內(nèi)故障；其次，II母小差元件Id=0，I母小差元件Id=Ir，因此判斷故障發(fā)生在I母。大差、小差元件同時(shí)動作，母差保護(hù)差動繼電器才動作高值和低值為了保證母線分列運(yùn)行時(shí)，母差保護(hù)的動作靈敏性，可以采取以下措施：a.解除大差元件當(dāng)母聯(lián)開關(guān)退出運(yùn)行時(shí)，通過輔助接點(diǎn)解除大差元件，只要小差元件就可以出發(fā)差動繼電器動作。但這樣的缺點(diǎn)是降低了母差保護(hù)的可靠性。b.設(shè)置高值低值大差元件的比率制動系數(shù)設(shè)置一個(gè)高值和一個(gè)低值。當(dāng)母線并列運(yùn)行時(shí)，大差元件的比率制動系數(shù)使用高值；當(dāng)母線分列運(yùn)行時(shí)，自動降低大差元件的比率制動系數(shù)，采用低值，避免大差元件拒動。目前通常采用的也是這種措施，高值一般設(shè)為0.5~0.6，低值設(shè)為0.3。復(fù)壓閉鎖元件如我們開頭所說，母差保護(hù)極其重要，母差保護(hù)誤動后，會誤跳大量線路，造成災(zāi)難性的后果。所以為了防止保護(hù)出口繼電器由于振動或人員誤碰等原因誤動作，通常采用復(fù)壓閉鎖元件。復(fù)壓閉鎖元件開放條件為：復(fù)壓閉鎖元件復(fù)合電壓閉鎖元件的接點(diǎn)串接于差動繼電器的出口回路中?，F(xiàn)在微機(jī)型母線保護(hù)通常采用軟件閉鎖方式。差動繼電器動作后，只有復(fù)壓閉鎖元件也動作，母差保護(hù)才能出口去跳相應(yīng)開關(guān)。邏輯框圖如圖：復(fù)壓閉鎖元件一般在母線保護(hù)中，母線差動保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)、母聯(lián)死區(qū)保護(hù)、母聯(lián)失靈保護(hù)都要經(jīng)過復(fù)合電壓閉鎖。但母聯(lián)充電保護(hù)和母聯(lián)過流保護(hù)不經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖。

CT斷線閉鎖為了防止母差保護(hù)誤動，母線保護(hù)中應(yīng)設(shè)置有CT斷線閉鎖元件。當(dāng)母差用CT斷線時(shí)，立即將母差保護(hù)閉鎖。對CT斷線閉鎖元件的要求如下：（1）延時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。對于母差保護(hù)，母線連接支路眾多，制動電流為所有支路電流絕對值之和。所以某一支路的一相CT二次回路斷線，一般不會導(dǎo)致保護(hù)誤動作。因此應(yīng)經(jīng)一定延時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，并將母差保護(hù)閉鎖。（2）分相設(shè)置閉鎖元件。一相CT斷線就去閉鎖該相差動保護(hù)，以減少母線上又發(fā)生故障時(shí)差動保護(hù)拒動的幾率。（3）母聯(lián)/分段斷路器CT斷線，不應(yīng)閉鎖母差保護(hù)。但此時(shí)應(yīng)切換到單母線方式，發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)不再進(jìn)行母線選擇。運(yùn)行方式識別雙母線上各連接元件在系統(tǒng)運(yùn)行中需要經(jīng)常在兩條母線上切換，因此正確識別母線運(yùn)行方式直接影響到母線保護(hù)動作的正確性。保護(hù)裝置引入隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)判別母線運(yùn)行方式，同時(shí)對隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)進(jìn)行自檢，作為小差電流計(jì)算及出口跳閘的依據(jù)。當(dāng)某支路有電流而無隔離開關(guān)位置信號時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號。

有的裝置設(shè)有母線模擬盤。當(dāng)隔離開關(guān)位置發(fā)生異常時(shí)保護(hù)發(fā)出報(bào)警信號，通知檢修人員檢修。在檢修人員檢修期間，可以通過模擬盤用強(qiáng)制開關(guān)指定相應(yīng)的隔離開關(guān)位置狀態(tài)，保證母差保護(hù)在此期間的正常運(yùn)行。220千伏系統(tǒng)繼電保護(hù)整定方案及相關(guān)運(yùn)行要求220千伏母差及失靈保護(hù)差電流起動元件按可靠躲過區(qū)外故障最大不平衡電流和本站最大負(fù)荷線路CT斷線整定，保證母線故障靈敏系數(shù)不小于1.5，低電壓元件按躲過最低70％的額定電壓；負(fù)序、零序電壓閉鎖元件按躲過正常運(yùn)行最大不平衡電壓。開關(guān)失靈保護(hù)的相電流判別元件按本線路末端單相接地故障有足夠靈敏度整定，失靈保護(hù)電壓元件按出線最長線路末端故障有靈敏度整定，對于失靈和母差保護(hù)公用的電壓元件，按失靈保護(hù)有靈敏度進(jìn)行設(shè)定。220千伏母差運(yùn)行注意事項(xiàng)

1.1、各類母差保護(hù)，現(xiàn)場運(yùn)行人員均要在倒排完成后確認(rèn)母差設(shè)備上的刀閘位置燈或雙位置繼電器指示正確，并核對差流等。對于刀閘遠(yuǎn)控的站，遠(yuǎn)方遙控進(jìn)行母線側(cè)刀閘操作時(shí)，調(diào)控人員應(yīng)通過母差保護(hù)的刀閘變位信息核對刀閘到位情況，并在操作結(jié)束后遠(yuǎn)方復(fù)歸母差保護(hù)裝置，并確認(rèn)母差保護(hù)無異常信號。母線分列或并列運(yùn)行操作時(shí)，應(yīng)在現(xiàn)場或通過調(diào)控后臺核對母差保護(hù)運(yùn)行方式。220千伏母差運(yùn)行注意事項(xiàng)

1.2、母差告警信號：母差保護(hù)可能誤動，應(yīng)立即進(jìn)行母差保護(hù)的檢查處理。

1.3、PT斷線及電壓閉鎖異常開放時(shí)，母線保護(hù)可繼續(xù)運(yùn)行不超過24小時(shí)（此間將失去電壓閉鎖功能）。

2.1、無母差保護(hù)運(yùn)行的母線原則上禁止倒閘操作。所轄變電站母差保護(hù)配置情況新勝220kV母差雙重配置（保護(hù)型號:BP-2CS）——雙母單分段運(yùn)行方式新勝110kV母差單套配置（保護(hù)型號:RCS-915AB-FJ）——雙母線接線運(yùn)行方式玉華220kV母差雙重配置（保護(hù)型號:PRC15CD-415A）——雙母單分段運(yùn)行方式玉華110kV母差單套配置（保護(hù)型號:RCS-915AB）

——雙母線接線運(yùn)行方式所轄變電站母差保護(hù)配置情況水南變有配置一套母差保護(hù)（保護(hù)型號:RCS-915AB）

——單母分段帶旁路運(yùn)行方式（正常運(yùn)行方式160開關(guān)作旁路開關(guān)，兩段母線通過分段刀閘1001連接，17年過年期間160開關(guān)作分段開關(guān)運(yùn)行）肖公洞有配置一套母差保護(hù)（保護(hù)型號:WMZ-41B）——單母線分段運(yùn)行方式，母分170在運(yùn)行2.2母聯(lián)充電保護(hù)母聯(lián)充電保護(hù)也是臨時(shí)性保護(hù)，只有在母線安裝投運(yùn)前或母線檢修后再投入前，利用母聯(lián)斷路器對母線充電時(shí)短時(shí)投入。當(dāng)投運(yùn)母線有故障時(shí)，跳開母聯(lián)斷路器，切除故障。充電保護(hù)投入后，母聯(lián)斷路器任一相電流大于充電電流整定值，經(jīng)整定延時(shí)跳開母聯(lián)斷路器。充電保護(hù)也不經(jīng)復(fù)壓元件閉鎖。邏輯框圖如下：2.2母聯(lián)充電保護(hù)充電保護(hù)投入期間，為了防止母聯(lián)失靈誤動，避免被充電母線故障時(shí)擴(kuò)大停電范圍，可根據(jù)控制字決定是否閉鎖母差保護(hù)。2.3母聯(lián)失靈保護(hù)母線保護(hù)或其他有關(guān)保護(hù)動作，母聯(lián)斷路器出口繼電器觸電閉合，但母聯(lián)CT二次仍有流，即判為母聯(lián)斷路器失靈，啟動母聯(lián)失靈保護(hù)。母聯(lián)失靈保護(hù)動作后，需要經(jīng)過兩條母線的復(fù)壓閉鎖元件。若復(fù)壓閉鎖元件開放，經(jīng)短延時(shí)（0.2~0.3s）切除兩條母線上所有連接元件。上面說的母線保護(hù)，通常指的是母差保護(hù)、充電保護(hù)或母聯(lián)過流保護(hù)起動母聯(lián)失靈保護(hù)。其他有關(guān)保護(hù)通常包括線路保護(hù)、變壓器保護(hù)、發(fā)電器保護(hù)等，可以根據(jù)“投外部起動母聯(lián)失靈”控制字來決定是否通過外部保護(hù)啟動母聯(lián)失靈保護(hù)。母聯(lián)失靈保護(hù)邏輯框圖如圖：2.3母聯(lián)失靈保護(hù)2.4母聯(lián)死區(qū)保護(hù)在各種母差保護(hù)中，存在一個(gè)共同的問題，就是死區(qū)問題。2.4母聯(lián)死區(qū)保護(hù)如圖，在母聯(lián)合位時(shí)，當(dāng)故障發(fā)生在母聯(lián)斷路器與母聯(lián)CT之間時(shí)，故障電流由II母流向I母，I母小差有差流，判斷為I母故障，母差保護(hù)動作跳開I母及母聯(lián)。此時(shí)故障仍然存在，II母小差無差流，從而形成了母差保護(hù)的死區(qū)，無法切除故障。為了快速切除死區(qū)內(nèi)的故障，母線保護(hù)中設(shè)置了死區(qū)保護(hù)。邏輯框圖如下?？梢钥闯?，當(dāng)I母（或II母）母差動作后，母聯(lián)斷路器被跳開，但故障未切除，母聯(lián)CT仍有電流，死區(qū)保護(hù)動作，經(jīng)延時(shí)跳II母（或I母）上連接的各斷路器。2.4母聯(lián)死區(qū)保護(hù)2.5母聯(lián)過流保護(hù)母聯(lián)過流保護(hù)是線路投運(yùn)時(shí)，代替線路保護(hù)的臨時(shí)保護(hù)。當(dāng)流過母聯(lián)斷路器三相電流中的任一相或零序電流大于整定值時(shí)，經(jīng)整定延時(shí)跳開母聯(lián)斷路器。母聯(lián)過流保護(hù)不經(jīng)復(fù)壓元件閉鎖。保護(hù)動作的邏輯框圖如下：2.6母聯(lián)非全相保護(hù)運(yùn)行中，當(dāng)斷路器的一相斷開時(shí)，將出現(xiàn)斷路器非全相運(yùn)行。非全相運(yùn)行時(shí)，會產(chǎn)生負(fù)序電流，危及到發(fā)電機(jī)及電動機(jī)的安全。因此切除非全相運(yùn)行的斷路器非常重要。斷路器非全相保護(hù)依據(jù)的是非全相運(yùn)行的特點(diǎn)：斷路器三相位置不一致及產(chǎn)生負(fù)序、零序電流。因此由斷路器TWJ和HWJ接點(diǎn)起動，并采用零序、負(fù)序電流作為動作的輔助判據(jù)。當(dāng)三相HWJ或TWJ不同，且零序或負(fù)序電流大于整定值，經(jīng)延時(shí)跳斷路器。邏輯框圖如下：2.6母聯(lián)非全相保護(hù)2.7其他斷路器失靈保護(hù)保護(hù)線路發(fā)生故障時(shí)，若該線路斷路器失靈，則需要有母線保護(hù)護(hù)跳開該線路所在母線上的所有斷路器。斷路器失靈保護(hù)由四部分構(gòu)成：起動回路、失靈判別元件、動作延時(shí)元件、復(fù)壓閉鎖元件。2.7其他斷路器失靈保護(hù)保護(hù)斷路器失靈保護(hù)應(yīng)用于連接到母線上的所有支路。當(dāng)母線所連的某斷路器失靈時(shí)，由該線路或元件的失靈起動裝置提供一個(gè)失靈起動接點(diǎn)給母線保護(hù)裝置。裝置檢測到某一失靈起動接點(diǎn)閉合后，起動斷路器失靈保護(hù)。斷路器失靈保護(hù)動作后，宜無延時(shí)再次跳斷路器。然后以較短延時(shí)（0.2s~0.3s）跳母聯(lián)，再經(jīng)另一較長延時(shí)（0.5s）跳開與失靈斷路器連接在同一母線上的其他斷路器。斷路器失靈保護(hù)動作后，應(yīng)閉鎖有關(guān)線路的重合閘。