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1、05年继电保护岗位培训讲义母差保护部分1概述11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12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。 13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
2、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。14电流互感器饱和的研究141电流互感器饱和的研究结论 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 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23个周波之内，二次电流会出现严重的缺损，从而引起的很
3、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2ms。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），电流互感器的波形图1.4.1动模实验室实录的母线区外发生ABC 三相故障时TA 饱和波形图1.4.2 区外故障伴随电流互感器饱和的电流波形图1.4.3 区内短路波形伴随电流互感器饱和的动作波形图1.4.4电流20In，时间常数18
4、0ms（89）142抗电流互感器饱和判据1421 RCS-915判据：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
5、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812ms。 判据：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
6、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。1422 BP-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。2BP-2B微机母线保护装置21母线保护原理211母线差动保护2111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
7、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
8、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 + - + InI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；以Tlk 表示差动动作于母联逻辑；以F1，F2 分别表示I母、II母故障，0表示无故障，1表示故障
9、。则出口逻辑计算公式为：T1 = F1 * S11+ F2* S21T2 = F1 * S12+ F2* S22Tn = F1 * S1n+ F2* S2nTlk = F1 + F23）母线运行方式的电流校验 双母线运行时，各连接元件经常在两段母线之间切换。母差保护需要正确跟随母线运行方式的变化，才能保证母线保护的正确动作。 本装置引入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，在状态确定的情况下自动修正错误的刀闸接点，包括两段母线经两把刀闸双跨（母线互联）。刀闸辅助接点恢复正确后
10、需复归信号才能解除修正。如有多个刀闸辅助接点同时出错，则装置可能无法全部修正，需要运行人员操作运行方式设置菜单进行强制设定，直到刀闸辅助接点检修完毕取消强制。由于大差电流与刀闸辅助接点无关，以及装置具有运行方式电流校验功能，因此双母线倒排操作期间，装置不需运行人员手动干预，可以正确切除故障；刀闸辅助接点出错检修期间不需退出保护；带电拉刀闸，保护可以正确快速动作。2112起动元件1） 和电流突变量判据：当任一相的和电流突变量大于突变量门坎时，该相起动元件动作。 其表达式为： 其中为和电流瞬时值比前一周波的突变量；为突变量门坎定值。2）差电流越限判据：当任一相的差电流大于差电流门坎定值时，该相起动
11、元件动作。其表达式为： 其中为分相大差动电流； 为差电流门坎定值。3）起动元件返回判据，起动元件一旦动作后自动展宽40ms，再根据起动元件返回判据决定该元件何时返回。当任一相差电流小于差电流门坎定值的75%时，该相起动元件返回。其表达式为： 和电流是指母线上所有连接元件电流的绝对值之和 ；差电流是指所有连接元件电流和的绝对值 ，Ij为母线上第j个连接元件的电流。2113复式比率差动判据1） 复式比率差动判据动作表达式： 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）2）复式比率差动元件动作特性3）
12、复式比率差动判据的优点若忽略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 。复式比率差动判据由于在制动量的计算中引入了差电流，使其在母线区外故障时有很强的制动特性，在母线区内故障时无制动，因此能更明确的区分区外故障和区内故障。4）影响Kr的因素a若考虑区内故障时有Ext%的总故障电流流出母线，则此时的比率制动系数为： Kr= Id/ ( Id+Ext%Id+Ext%Id-Id )=1/(2Ext%) b若考虑区外故障时故障支路的CT误差
13、达到，而其余支路的CT误差忽略不计，则此时的比率制动系数为： 若令总流入电流为1，则总流出电流为1，差电流为 所以：Kr=/(1+1-)=/(2-2)KrExt（%）（%）14067220803158541288 C母线分列运行时： Kr自动由高值降为低值。2114故障分量复式比率差动判据1）故障分量复式比率差动判据 其中为第j个连接元件的电流故障分量，为故障分量差电流门坎，由推得；为复式比率系数（制动系数）。故障分量的提取有多种方案，本保护采用的数字算法如下： 式中 为当前电流采样值；为一个周波前的的采样值。在故障发生后的一个周波内，其输出能较为准确地反映包括各种谐波分量在内的故障分量。 故
14、障分量差电流 ；故障分量和电流2）常规保护反映的是故障前的工频分量和故障中的工频分量，可靠性高，动作速度慢；行波保护：反映故障分量，包括工频分量和暂态分量，动作速度比较快，但可靠性比较差；工频变化量：反映故障分量中的工频分量，动作快且可靠。3）采用故障分量比率差动的作用： 采用电流故障分量分相差动构成复式比率差动判据。为有效减少负荷电流对差动保护灵敏度的影响，进一步减少故障前系统电源功角关系对保护动作特性的影响，提高保护切除过渡电阻接地故障的能力，故障分量为当前电流采样值减一周波前的采样值。4）由于电流故障分量的暂态特性，故障分量复式比率差动判据仅在和电流突变起动后的第一个周波投入，并受使用低制动系数（0.5）的复式比率差动判据闭
