母差保护

母线的故障
• 绝缘子老化，污秽引起的闪路接地故障和雷击造 成的短路比较多 • 主要故障有单相接地短路和相间短路故障，两相 接地短路故障和三相短路故障几率比较少 • 母线上故障较少，一般都为区外故障
对母线保护的要求
• 高度的安全性和可靠性 误动会造成大面积的停 电，拒动会损害电力设备以及系统的瓦解 • 选择性强，动作速度快 要良好的区分区内和区 外故障，还要确定故障母线，及早发现故障并切 除
电流型母差保护类型
• 常用的母差保护元件有常规比率差动判据、工频变化 量比率差动元件、复式比率差动元件 • 差流计算相同，制动电流计算有差异
母线运行方式的电流校验
– 引ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ隔离刀闸的辅助接点实现对母线运行方式的自适应。
– 同时用各支路电流和电流分布来校验刀闸辅助接点的正 确性
– 当发现刀闸辅助接点状态与实际不符，即发出“开入异 常”告警信号
抗TA饱和方法
• 1.同步识别法 母线故障时，母线电压和出线元件上 电流发生变化，产生差流，即工频电压和工频电流变 化与差动元件中的差流同时出现，当区外故障TA饱 和时母线电压和出线电流立即发生变化，但由于故障 后3-5ms TA磁路才会饱和，差流才出现，差动元件 中的差流比故障电流晚出现3-5ms 在母差保护中，当故障电流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；当故障电流比 差动元件中差流早出现时，认为差动元件中的差流是 区外故障TA饱和产生的，立即将差动闭锁一段时间
差回路的构成
• 差动回路是由一个母线大差动和几个各段母线小差动 所组成的； • 大差动是指除母联开关和分段开关以外的母线上所有 其余支路电流所构成的差动回路； • 某段母线小差动是指与该段母线相连接的各支路电流 构成的差动回路，其中包括了与该段母线相关联的母 联开关和分段开关； • 母线上所有元件极性相同，母联CT极性同II母线上元 件极性； • 大差动判别母线故障，小差动判别故障母线。
母线分列运行的说明（2）
• 母线分列运行时，死区故障，故障点位于母联的开关和TA之间。 此时，按差电流回路，Ⅰ母差动动作，然后启动母联失灵跳Ⅱ母， 如果两母线的复合电压闭锁均开放，则造成母线完全退出运行。 如果故障时Ⅰ母复合电压闭锁不开放（故障点在Ⅱ母），Ⅱ母复 合电压闭锁开放，会造成保护拒动。因此，在母线分列运行时， 装置封母联TA，若发生图3.14所示故障时，差动保护直接出口跳 Ⅱ母。 装置通过自动和手动两种方式判别母线是并列运行还是
微机母线保护装置
胡晓丽
母线的接线方式
• 单母线 35-66KV出线少 单母线分段 110KV出线 少于四回 • 双母线 110KV以上，出线四回以上 • 3/2断路器接线 220KV及以上电压等级 • 双母双分段接线及双母带旁路接线可靠性和灵活 性都比较高，但由于使用的电气设备比较多，结 构比较复杂
З
“和电流”与“差电流”
• 和电流
m
Ir Ij
j 1
• 差电流
Id
Ij
j 1
m
起动元件
1、和电流突变量判据： 2、差电流越限判据： 3、起动元件返回判据：
ir Idset
Id Idset
Id 0.75 Idset
普通比率差动判据
无意义区
动作区
起动值
复式比率差动判据
与其它保护配合
• 母线保护动作后作用于纵联保护停信（闭锁式) 母线上发生故障或断路器失灵时，为了使线路对侧 高频报护迅速作用于跳闸，母线保护动作后应使本侧 收发信机停信，在3／2接线方式中不能采用，因为 此时母线故障并不要求对侧断路器跳闸 • 闭锁线路重合闸 为了防止线路断路器对故障母线进行重合，母线保护 动作后应闭锁线路重合闸 • 启动断路器失灵保护 为了防止断路器失灵，母线保护动作后应启动断路器 失灵保护
一般配置
• 220kV母线保护功能一般包括母线差动保护，母 联相关的保护（母联失灵保护、母联死区保护、 母联过流保护、母联充电保护等），断路器失灵 保护。对重要的220kV母线应当实现双重化，配 置两套母线保护。500kV母线往往采用3/2接线， 相当于单母线接线，因此其母线保护相对简单， 一般仅配置母线差动保护，断路器失灵保护往往 置于断路器保护中。3/2接线的母线其拒动的危害 性远大于误动，所以母线保护实现双重化。
抗TA饱和方法
• 自适应阻抗加权抗饱和
采用工频变化量阻抗元件△Z，是母线电压变化量与差 流变化量的比值 发生故障时，差动元件电压元件以及阻抗元件同时动作， 即判为母线故障，如果电压元件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，立即将差动闭锁
抗TA饱和方法
• 基于采样值的重复多次判别法 上述两种方法，只适用于故障瞬间，只能将保护暂短 闭锁，否则当发生区内故障时，将致使母差拒绝动作 若在对差流一个周期的连续R次采样中，有S次及以 上不满足差动元件动作要求，认为是外部故障TA饱 和，继续闭锁差动。若有连续S次及以上满足动作条 件，判为区外故障转为区内故障，立即开放差动。
TA饱和特点介绍
• 当TA一次电流很大时、含有很大的非周期分量时、铁 芯中有很大的剩磁时、TA二次负载阻抗很大时TA很容 易饱和 • TA饱和特点 当出线故障时，某一出线元件TA饱和，二次电流大大 减少，故障发生瞬间，铁芯中磁通不能突变，TA不能 立即进入饱和区，存在3-5ms的线性传变区 TA饱和后，每个周期内一次电流过零点附近存在不饱 和时段，TA一次二次成正比 TA饱和后，励磁电阻下降，内阻降低 饱和后电流中存在很大的二次和三次谐波分量
断路器失灵保护
• 对于双母线和单母线接线方式，由于失灵保护的动作 对象是跳失灵断路器所在的母线上的所有断路器，其 跳闸对象与母线保护跳闸对象完全一致，所以将失灵 保护与母线保护做在同一套装置中以节省二次电缆。 但是3/2接线方式中，边断路器失灵时除要求跳边断 路器所在的母线上的所有断路器外，还要跳中断路器。 而中断路器失灵时，要求跳同一串上相邻的两个边断 路器。所以它们的跳闸对象与母线保护的跳闸对象不 相同。因此在3/2接线方式中失灵保护不做在母线保 护装置中，另外与重合闸一起做成一套断路器保护。
– 在状态确定的情况下自动修正错误的刀闸接点 – 当负荷很小间隔发生刀闸位置不正确，不及时修正容易 造成保护区内故障误动作
差动回路
以 I1，I2，---，In 表示各元件电流数字量；以 Ilk 表示母联电流数 字量； 以S11，S12，---，S1n表示各元件I母刀闸位置，0表示刀闸分，1 表示刀闸合； 以S21，S22，---，S2n表示各元件II母刀闸位置； 以Slk 表示母线并列运行状态，0表示分列运行，1表示并列运行； 各元件TA的极性端必须一致；一般母联只有一侧有TA，装置 默认母联TA的极性与II母上的元件一致。 则差流计算公式为： 大差电流 Id = I1 + I2 + --- + In I母小差电流 Id1 = I1 * S11+ I2* S12 + --- + In* S1n- Ilk * Slk — II母小差电流 Id2 = I1 * S21+ I2* S22 + --- + In* S2n-+ Ilk * Slk
• 复式比率差动判据动作表达式：
Id
Id Idset Id Kr ( Ir Id )
其中Id为母线上各元件的矢量和，即差电流。 Ir为母线上各元件的标量和，即和电流。 Idset为差电流门坎定值； Kr为复式比率系数（制动系数）
Kr
(1) (2)
Idset Ir-Id
若忽略CT误差和流出电流的影响，在区外故障时，Id = 0， 0/Ir为0；在区内故障时，Id = Ir，Id/0为∞。由此可见，复 式比率差动继电器能非常明确地区分区内和区外故障，Kr值的 选取范围达到最大，即从0到∞ 。
• 并列运行时倒闸操作：
– 可预先投互联压板；
– 可预先设定保护控制字中的“强制母线互联” 软压板，强制母线互联； – 或依靠刀闸辅助接点自适应倒闸操作； – 此时差动回路改为一个母线大差动。
差回路的构成
• 母线分列运行时：
– 可分列运行后投分列压板强制（注意预合母联 开关前，应将压板退出）；
– 或依靠母联开关接点自适应分列运行操作（仅 常闭接点合，常开接点断，装置认为母联开关 断开）；
谐波制动原理
• TA饱和时差电流的波形将发生畸变，其中会有大量 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，而区内故 障时一直存在差流的方法来区别区内、外故障，而利 用谐波制动防止区外故障误动。但是此方法为了正确 测量谐波含量以及每周有线性传变区的原理，因此需 要的时间比较长。
对电流互感器的要求
• 母线保护应接在专用TA二次回路中，并且要求在 该回路中不接入其他设备的保护装置或测量装置， TA精度要求高，抗饱和能力强 • 母线TA安装位置应尽量靠近线路或变压器一侧， 使母线保护和线路保护变压器保护有重叠区
TA饱和对母线保护的影响
• 母线区外故障时TA饱和对母线保护的影响： 由于离故障点最近支路的电流互感器饱和其电流不 能线性传变到二次侧，产生缺损，差动元件中的电流 就是这部分缺损电流，如果TA饱和比较严重，差动 元件的动作电流就越大，造成保护误动。 • 母线区内故障时TA饱和对母线保护的影响： 由于电流互感器的饱和，饱和的电流互感器不能线 性传变一次电流使差动回路的电流大大降低，会影响 差动元件的灵敏度，可能造成母差保护的拒动。
双母线母差保护逻辑框图（以一相为例）
信号
大差元件
跳断路器 小差元件 与 与