母线差动保护9-01邵

情景四 母线的继电保护 任务4.1母线差动保护 任务要点： 1)了解母线差动保护的意义与要求。 2)掌握母线差动保护的分类。 3)对常用的母线差动保护进行计算。 理论分析：为满足速动性和选择性的要求，母线保护都是按差动原理构成的。实现母线差动保护必须考虑在母线上一般连接着较多的电气原件（如线路、变压器、发电机等），因此，就不能像发电机的差动保护那样，只用简单的接线加以实现。但不管母线上原件有多少，实现差动保护的基本原则仍是适用的。

4.1.1母线差动保护的基本要求 实现母线差动保护的基本原则为： （1）在正常运行以及母线范围以外故障时，在母线上所合连接元件中，流入的电流和流出的电流相等，或表示为0I。 （2）当母线上发生故障时，所有与电源连接的元件都向故障点供给短路电流，而在供电给负荷的连接元件中电流等于零，因此dII (dI短路点的总电流)。 （3）如从每个连接元件中电流的相位来看，则在正常运行以及外部故障时，至少有一个元件中的电流相位和其余元件中的电流相位是相反的，具体说来，就是电流流入的元件和电流流出的元件这两者的相位相反。而当母线故障时，除电流等于零的元件以外，其他元件中的电流则是同相位的。 4.1.2完全电流母线差动保护 完全电流母线差动保护的原理接线如图4.1所示，在母线的所有连接元件上装设具有相同变比和特性的电流互感器。因为在一次侧电流总和为零时，母线保护用电流互感器必须具有相同的变比TAn，才能保证二次侧的电流总和也为零。所有互感器的二次线圈在母线侧的端子互相连接，另一侧的端子也互相连接，然后取差动回路中的电流与整定值进行比较。 （a）内部故障 （b）外部故障 图4-1完全电流母线差动保护的原理接线图

正常运行或外部故障时，inoutII，因123III，所以 1230IIII （4-1）

二次侧1230RIIII



（4-2）

母线故障时，有 123FIIIII （4-3） 二次侧 123/FRTAOPIIIIInI （保护动作） （4-4） 差动保护继电器按照下面两个条件进行整定计算，取较大者为整定值。 （1）躲过外部短路可能产生的最大不平衡电流.maxunbI，有

..max.max0.1/OPRrelunbrelFTAIKIKIn （4-5） （2）TA二次回路断线时不误动，则有 ..max/OPRrelLOTAIKIn （4-6） 式中， .maxLOI——母线连接元件中，最大负荷之路上最大负荷电流。

.min.2Fsen

OPRTA

IKIn

 （4-7）

式中，.minFI——在母线上发生故障的最小短路电流（连接元件最少）。 完全电流母线差动保护原理比较简单，通常应用于35kV及以上单母线或双母线经常只有一组母线运行的情况，母线故障时，所有连于母线上的设备都要跳闸。 4.1.3 高阻抗母线差动保护(也称电压差动母线保护) 在母线发生外部短路时，一般情况下，非故障支路电流不很大，它们的电流互感器TA不易饱和，但是故障支路电流集各电源支路电流之和，可能非常大，它的TA就可能极度饱和，相应的励磁阻抗必然很小，极限情况下近似为零。这时虽然一次电流很大，但其几乎全部流入励磁支路，二次电流近似为零。这时差动继电器中将流过很大的不平衡电流，将使完全电流差动母线保护误动作。为避免这种情况下母线保护的误动，可将图4.1中的电流差动继电器改用内阻很高的电压继电器，其阻抗值很大，一般约为2.5~7.5kk。高阻抗母线差动保护的原理接线如图4.2 所示。

图4.2高阻抗母线差动保护原理接线图 假设母线上连接有n条支路，第n条支路为故障支路，母线外部短路的等值回路如图4.3所示。图中虚线框内为故障支路TA的等效回路，mZ为励磁阻抗，

1Z和2Z分别为TA的一次和二次绕组漏抗，r为故障支路TA至电压继电器二次

回路的阻抗值，r为电压差动继电器的内阻。 在外部短路时，若电流互感器无误差，则非故障支路二次电流之和与故障支路二次电流大小相等、方向相反，此时差动继电器（不论是电流型的还是电压型的）中的电流为零，非故障支路二次电流都流入故障支路TA的二次绕组中。外部短路最严重的情况是故障支路的TA 出现极度饱和的情况，其励磁阻抗mZ近似为零，一次电流全部流入励磁支路。由于电压差动继电器KV的内阻r 很高，非故障支路二次电流都流入故障支路TA 的二次绕组，差动继电器中电流仍然很小，不会动作。在内部短路时，所有引出线电流都是流入母线的，所有支路的二次电流都流向电压继电器。由于其内阻很高，电压继电器端出现高电压，于是电压继电器动作。

图4.3 母线外部短路时高阻抗母线差动保护等值电路 高阻抗母线差动保护的优点是保护的接线简单、选择性好、灵敏度高，在一定程度上可防止母线发生外部短路并且TA 饱和时母线保护的误动作。但高阻抗母线差动保护要求各个支路TA 的变比相同，TA 二次侧电阻和漏抗要小。TA 的二次侧要尽可能在配电装置处就地并联，以减小二次回路连线的电阻。因而此种母线保护一般只适用于单母线。此外，由于二次回路阻抗较大，在区内故障产生大故障电流情况下，TA 二次侧可能出现相当高的电压，因此必须对二次电流回路的电缆和其他部件采取加强绝缘水平的措施。

实践内容： 1)去大型变电站参观母线差动保护装置。 知识拓展： 1)参看母线差动保护装置说明书，逐步掌握母线差动保护的类型。 总结与思考： 1)母线差动保护的意义？ 2)思考完全电流母线差动保护的工作原理？ 任务 4.2 比率制动式母线差动保护 任务要点： 1)理解比率制动式电流差动保护的原理 2)会用比率制动式电流差动保护进行设计 理论分析：为满足速动性和选择性的要求，母线保护都是按差动原理构成的。实现母线差动保护必须考虑在母线上一般连接着较多的电气原件（如线路、变压器、发电机等），因此，就不能像发电机的差动保护那样，只用简单的接线加以实现。但不管母线上原件有多少，实现差动保护的基本原则仍是适用的。

4.2.1 比率制动式电流差动保护的动作原理 比率制动式电流差动保护是指继电器的动作电流随外部短路电流的增大而自动增大，而且动作电流的增大比不平衡电流的增大还要快。 设有大差启动元件、小差选择元件和电压闭锁元件。大差启动元件和小差选择元件中有反映任意一相电流突变或电压突变的启动量，它和差动动作判据一起在每个采样中断中实时进行判断，以确保内部故障时电流保护正确动作，在同时满足电压闭锁开放条件时跳开故障母线上所有断路器。 4.2.2比率制动式电流保护动作过程 因为母线在正常工作或其保护范围外部故障时所有流入及流出母线的电流之和为零（差动电流为零），在内部故障情况下所有流入及流出母线的电流之和不再为零（差动电流不为零）。基于这种前提，差动保护可以正确地区分母线内部和外部故障。 具有比率制动特性的母线差动保护引入了两个主要量，其中反映差流的动作量为dI和反映外部短路时穿越电流的制动量为brkI。制动电流和动作量的计算式分别为： 12...dnIiii （4-8）

12(...)brknIiii （4-9）

比率制动式电流差动保护的基本判据为 .0dactII ----------① dbrkIKI-------------②

（1）其动作特性曲线如图4.4所示。

图4.4 比率制动式电流差动保护动作特性 （2）动作情况分析： 外部故障短路电流很大时，不平衡电流较大，①容易满足，但不平衡差动电流占制动电流的比率很小，因而②式不会满足，动作条件由上述两判据①、②“与”门输出，所以当外部短路故障电流较大时，由于②式使得保护不会误动。 而内部故障②式易于满足，只要同时满足①式提供的差动电流动作门槛，保护就能正确动作，这样提高了差动保护的可靠性。 实践内容： 1)去大型变电站参观母线保护装置。 知识拓展： 1)参看比率制动式电流差动保护装置说明书。 总结与思考： 1)母线比率制动式电流差动保护的意义？ 2)思考比率制动式电流差动保护的工作原理？ 任务 4.3 断路器失灵保护 任务要点： 1)理解断路器失灵保护的原理 2)会用断路器失灵保护进行继电保护设计 理论分析：由于断路器失灵保护是在系统故障的同时断路器失灵的双重故障的情况下的保护，因此允许适当降低对它的要求，即仅要最终能切除故障即可。装设断路器失灵保护的条件有：(1)相邻元件保护的远后备保护灵敏度不够时应装设断路器失灵保护。对分相操作的断路器，允许只按单相接地故障来校验其灵敏度。（2）根据变电所的重要性和装设失灵保护作用的大小来判断装设断路器失灵保护。例如多母线运行的220kV及以上变电所，当失灵保护能缩小断路器拒动引起的停电范围时，就应装设失灵保护。

4.3.1 对断路器失灵保护的要求 对于220kV及其以上的主干网，通常装设两套独立的全线快速动作的保护以防止保护装置的拒动。对于断路器的拒动，则可装设专门的断路器失灵保护来解决。失灵保护是一种近后备保护。 对断路器失灵保护的要求：（1）失灵保护的误动和母线保护误动一样，影响范围很广，必须有较高的可靠性。（2）失灵保护首先动作于母线断路器和分段断路器，此后相邻元件保护已能以相继动作切除故障时，失灵保护仅动作于母联断路器和分段断路器。（3）在保证不误动的前提下，应以较短延时、有选择性地切除有关断路器。（4）失灵保护的故障鉴别元件和跳闸闭锁元件，应对断路器所在线路或设备末端故障有足够的灵敏度。 下面以图4.5所示线路为例来说明失灵保护工作的原理。

图4.5 失灵保护工作原理图