母差保护原理

1概述

1．1概述

母线保护的基本原理：

母线正常运行时：

母线发生故障时：

母线保护的要求

l区外故障绝对不允许误动

l区内故障必须快速动作

1．2母差保护现

中阻抗母差保护

l优点：1、动作速度快

2、抗TA饱和能力强

l缺点：1、需辅助变流器

2、调试、维护复杂

3、不适应综合自动化的要求

微机母差保护

目前普遍采用的是比率差动继电器

制动系数K直接影响到其抗TA饱和能力。为提高抗饱和能力必须提高K值，而提高K值势必降低保护在区内故障时的灵敏度，尤其在重负荷下故障或经过渡电阻故障时矛盾更为突出。

1．3母差保护的难点

母差保护的难点在于如何兼顾区外故障时的安全性与区内故障时的灵敏度问题。

因此有必要研制一种全新的、不完全依赖于制动系数的抗TA饱和判据，以根本上解决了安全性与灵敏度矛盾的问题。

1．4电流互感器饱和的研究

1．4．1电流互感器饱和的研究

结论１

由于电流互感器存在角差，因此即使一、二次电流有效值的差不大于10％，它所引起的差流也往往会大于一次电流的10％。

结论２

一次电流越大，其饱和时波形畸变得越厉害，因而在差动保护中所引起的差电流越大；但即使一次电流达到100多倍额定电流，其二次电流也不会为零。

结论３

当一次电流含有很大的非周期分量且衰减时间常数较长时，即使稳态电流倍数满足10％误差曲线，但在暂态过程中，尤其是在起始的2～3个周波之内，二次电流会出现严重的缺损，从而引起的很大的差电流。

结论4

故障起始电流互感器总有一段正确传变时间，一般情况下大于2m s。

图1.4.1为动模实验室实录的母线区内、外故障波形。图1.4.2 为区外故障，短

路支路电流互感器极度饱和的情况下，差动保护也不会误动。图1.

4.3为区内故障

伴随电流互感器深度饱和，保护10ms 快速出口（包括出口继电器时间5ms）。图1.4.4为电流20In，时间常数180ms（89°），电流互感器的波形

1．4．2抗电流互感器饱和判据

1．4．2．1 RCS-915

判据１：反应工频变化量的自适应阻抗加权式差动保护（专利技术）自适应阻抗加权式差动保护：即利用电压工频变化量起动元件自适应

地开放加权算法。

l当发生母线区内故障时，工频变化量差动元件△BLCD 和工频变化量阻抗元件△Z 与工频变化量电压元件△U 基本同时动作；

l而发生母线区外故障时，由于故障起始TA 尚未进入饱和，△BLCD 元件和△Z 元件的动作滞后于工频变化量电压元件。

利用△BLCD 元件、△Z 元件与工频变化量电压元件动作的相对时序关系的特点，我们得到了抗TA 饱和的自适应阻抗加权判据。由于此判据充分利用了区外故障发生TA 饱和时差流不同于区内故障时差流的特点，具有极强的抗TA 饱和能力，而且区内故障和一般转换性故障（故障由母线区外转至区内）时的动作速度很快。

该保护具有极强的抗TA饱和能力。在区外故障，TA正确传变时间仅为2ms时也能可靠制动；同时又有很高的灵敏度，即使是在重负荷运行状态下发生区内故障，或经过渡电阻短路时也能可靠动作，且动作速度快，整组动作时间为

8～12ms。

判据２：带波形检测的稳态比率差动保护

由谐波制动原理构成的TA 饱和检测元件。这种原理利用了TA 饱和时差流波形畸变和每周波存在线性传变区等特点，根据差流中谐波分量的波形特征检测TA是否发生饱和。

以此原理实现的TA 饱和检测元件同样具有很强抗TA 饱和能力，而且在区外故障TA 饱和后发生同名相转换性故障的极端情况下仍能快速切除母线故障。

1．4．2．2BP-2B

自适应全波暂态监视器：

该监视器判别区内故障情况下截然不同于区外故障发生TA饱和情况下元件与元件的动作时序，以及利用了TA饱和时差电流波形畸变和每周波都存在线形传变区等特点，可以准确检测出饱和发生的时刻，具有极强的抗TA饱和能力。

上述母线差动保护判据从根本上解决了低阻抗母差保护抗TA饱和的问题以及安全性与灵敏度的矛盾，使得抗饱和性能不依赖于比率制动系数。在性能上有了质的飞跃。

2．BP-2B微机母线保护装置

2．1母线保护原理

2．1．1母线差动保护

2．1．1．1母线差动回路的构成

1）由母线大差动和几个各段母线的小差动所组成；

母线大差动：除母联断路器和分段断路器以外的母线所有其余支路构成的大差动回路。

作用：判断区内、区外故障。

某段母线小差动：与该段母线相连的各支路电流构成的差动回路，其中包括与该段母线相关联的母联断路器和分段断路器。

作用：选择故障母线段。

TA极性：支路TA极性为母线侧；母联断路器为Ⅱ母侧。

以双母线为例：母线差动回路的逻辑关系：

2）差动回路和出口回路：

双母线接线

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* S1 n—Ilk * Slk

II母小差电流Id2 =I1 * S21+ I2* S22 + --- + In* S2 n + Ilk * Slk

以T1，T2，---，Tn表示差动动作于各元件逻辑，0表示不动作，1表示动作；