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1、RCS-915 系列微机母差保护,NARI-RELAYS,南瑞继保,内容概要,母差保护的技术难点及对策 电流互感器饱和问题 母差保护的原理及配置 母差保护的定值整定原则 装置调试方法简介 保护装置的辅助功能 动模试验及运行业绩,主要技术难点 硬件诸多的外部连线和繁多的内部走线与装置整体的电磁兼容的矛盾 软件由电流互感器饱和而引起的保护的可靠性与安全性的矛盾,母差保护的技术难点及对策,合理的整机结构,所有保护功能在一个整机箱内完成,真正做到了总线不出板，弱电不出箱 取消手工扎线，采用背板总线结构，强弱电完全分开 很好的电磁兼容性,硬件结构,硬件结构,电磁兼容指标,硬件结构,先进的硬件核心,采样及
2、运算单元采用高速数字信号处理芯片（DSP）以及32位微处理器，精度高、速度快，保证了保护算法的实时计算（24点/周波）。输入、输出逻辑单元采用大规模可编程逻辑阵列，灵活性高、兼容性强，在同一硬件平台上可开发出多种保护装置。,硬件结构,硬件配置图,电流互感器饱和问题,问题的实质：TA铁芯的非线性 研究的方法：由专业互感器生产厂用与 一次电流互感器相同的材料制作了截面 积小的易饱和电流互感器，通过大量的 试验对电流互感器的饱和特性进行定量 的研究。,影响电流互感器正确传变的因素1二次负载 2一次电流的大小 3一次电流非周期分量的大小 4一次电流非周期分量的衰减时间常数 5电流互感器铁芯剩磁的大小,
3、电流互感器饱和问题,电流20In，无非周期分量,电流40In，无非周期分量,电流93In，无非周期分量,电流20In，时间常数180ms（89） 短路角60,电流20In，时间常数180ms（89） 短路角30,电流20In，时间常数60ms（87）,电流20In，时间常数180ms（89）,电流20In，时间常数260ms（89.3）,电流40In，时间常数260ms（89.3）,电流互感器饱和问题,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。,电流互感器饱和问题,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
4、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。,电流互感器饱和问题,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，从而引起的很大的差电流。,电流互感器饱和问题,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。,保护原理及配置,母线差动保护 母联充电保护 母联死区保护 母联失灵保护 母联过流保护 断路器失灵保护,母线差动保护由分相式比率差动元件构成。TA极性要求支路TA同名端在母线侧，母联TA同名端在一母侧。差动回路包括母线大
5、差回路和各段母线小差回路。母线大差是指除母联开关和分段开关外所有支路电流所构成的差动回路。某段母线的小差是指该段母线上所连接的所有支路（包括母联和分段开关）电流所构成的差动回路。,母线保护原理,母差保护原理,I,II,母线大差比率差动用于判别母线区内和区外故障，小差比率差动用于故障母线的选择,采用比率制动原理：,标准双母线差流计算示意图,母差保护原理,旁路兼母联（母联方式）差流计算示意图,母差保护原理,旁路兼母联（I母代路）差流计算示意图,母差保护原理,母联兼旁路 （母联方式）差流计算示意图,母差保护原理,母联兼旁路 （II母代路,代路极性负）差流计算示意图,母差保护原理,双母单分段主接线差流
6、计算示意图,母差保护原理,双母双分段主接线差流计算示意图,母差保护原理,稳态比率差动保护,由于反应工频变化量的保护不能保护同名相区外转区内的特殊故障，本装置中仍保留反应稳态量的比率差动保护，为防止TA饱和时误动，提出利用波形特征检测TA饱和的判据。,制动系数K可整定,母差保护原理,稳态比率差动保护,比例差动元件动作特性曲线,稳态比率差动保护,为防止在母联开关断开的情况下，弱电源侧母线发生故障时大差比率差动元件的灵敏度不够，大差比例差动元件的比率制动系数有高低两个定值。母联开关处于合闸位置以及投单母或刀闸双跨时大差比率差动元件采用比率制动系数高值，而当母线分列运行时自动转用比率制动系数低值。 小
7、差比例差动元件则固定取比率制动系数高值。,稳态比率差动保护,由谐波制动原理构成的TA饱和检测元件的原理利用了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。,谐波制动原理构成的TA饱和检测元件,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。,国内外首创的以工频变化量为基础的自适应加权式母差保护原理（国
8、家发明专利ZL 991145186） 构成元件：1工频变化量差流过流继电器2工频变化量比率差动继电器3系统阻抗继电器4电压开放元件,自适应加权式差动保护,工频变化量基本理论,重叠原理的应用,工频变化量的物理解释,大差K可整定，小差K=0.75,工频变化量比率差动元件,系统阻抗继电器（ Z ）：|u/i|UT +0.05UN u： 母线电压工频变化量瞬时值 UT ： 母线电压工频变化量浮动门坎 0.05UN ：固定门坎无论何种故障，u都会自适应地开放。,电压开放元件,自适应加权算法,加权算法,等权算法,以 元件动作为基准时间， 元件动作后 和 元件动作得越早加的权越大。当权值和达到阀值时发跳值命
9、令。最多只计算半个周波的权值和。 母线内短路时上述三个元件同时动作，加的权很大。所以用不了多长时间就可以发跳闸命令。保护动作得很快。 母线外短路且TA饱和。 元件短路后立即动作，但由于短路初始阶段TA是不饱和的，所以 和 元件一开始不动作。到TA饱和后才动作，所以加的权值小。半周内的权值和也达不到跳闸的阀值，所以差动保护不动作。,自适应加权算法,在3/2接线母线，或双母线等接线发生电压互感器断线等无母线电压的情况下，可将工频变化量阻抗元件退出，同时将电压工频变化量开放元件改为电流工频变化量开放元件，并将权值略抬高。,自适应加权式差动保护,该保护具有极强的抗TA饱和能力。在区外故障，TA正确传变
10、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。,抗TA饱和性能十分优异 动作速度快，812ms出口 灵敏度高，受故障接地电阻以及负荷的影响小 灵敏度不受常规制动系数的影响从根本上解决了母差保护 灵敏度与可靠性之间的矛盾,自适应加权式差动保护,最大接线方式为21个单元（包括母联），允许TA变比不同，无需辅助变流器 最大配置为三段母线 可适应的主接线方式有：单母线、单母线分段、双母线、双母线单分段、母联兼旁路、3/2接线,保护装置适用范围,当母联开关分裂运行时自动将大差比率差动的制动
11、系数定值转为低定值。,I,II,保护对运行方式的自适应,保护对运行方式的自适应,为防止在母线分列运行的情况下，弱电源侧母线发生故障时大差比率差动元件的灵敏度不够，母联及分段开关至少有两个处于合闸位置（三段母线并列运行）时大差比率差动元件采用比率制动系数高值，而当母线分列运行时自动转用大差比率制动系数低值。为防止在母联及分段开关均处于合闸位置构成环型母线时，因故障母线可能有电流从母联及分段开关流出，造成小差比率差动元件的灵敏度不够，当处于环形母线运行方式时小差比率差动元件采用小差比率制动系数低值，其它运行方式下则采用比率制动系数高值。,保护对运行方式的自适应,双母双分段母线在一侧母联分列运行，而
12、FD1、FD2、ML2处于合位时，若母故障，FD2有可能有较大的电流流出，影响915AS1的大差的灵敏度，因此在母联分列运行时，大差的比率制动系数取0.3。同样道理，若母联和分段都在合位时，故障母线的小差会有电流流出，此时大差若制动系数K0.5的比率差动动作，则跳母联（单母方式运行时跳分段），将母线解环，小差制动系数仍取高值。基于同样考虑，母联开关处于合闸位置以及投单母或刀闸双跨时工频变化量比例制动系数取0.5，而当母线分列运行时则自动转为0.3，小差则固定取0.65。,为防止由于刀闸位置异常造成母差保护拒动，母差保护另设一后备段，当抗饱和母差动作（利用波形特征检测TA饱和的判据检测为母线区内
13、故障），且无母线跳闸，则经过250ms切除母线上所有的元件。为保证在难以预料的复杂故障情况下不失去保护，在稳态比率差动保护中增设不经谐波制动闭锁的延时段保护。,稳态比率差动保护,电压闭锁元件,其判据为 UUbs3U0U0bsU2U2bs其中:U为相电压，3U0为三倍零序电压(自产),U2为负序相电压Ubs 为相电压闭锁值，U0bs和U2bs分别为零序、负序电压闭锁值以上三个判据任一个动作时，电压闭锁元件开放。在动作于故障母线跳闸时必须经相应的母线电压闭锁元件闭锁。,母线差动保护,母差保护原理比较,一母区内B相金属性接地故障,一母区内A相经100电阻接地故障,区外出口ABC故障伴随B、C相TA严
14、重饱和,饱和TA一、二次电流对比,TV断线时一母区内A相金属性接地故障,TV断线时区外ABC故障伴随B、C相TA严重饱和,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。,母线差动保护,针对不同的主接线方式，整定不同的系统主接线方式控制字-“投单母线主接线” 、“投单母线分段主接线” ；若该两控制字均为0，则装置认为当前的主接线方式为双母线（双母单分段）。对于单母分段等固定连接的主接线方式无需外引刀闸位置，装置提供刀闸位置控制字可供整定。当双母线按单母方式运行不需进行故障母线的选择时可投入单母方
15、式压板。当元件在倒闸过程中两条母线经刀闸双跨，则装置自动识别为单母运行方式。,母线运行方式判别,本装置引入隔离刀闸辅助触点判别母线运行方式，同时对刀闸辅助触点进行自检。在以下几种情况下装置会发出刀闸位置报警信号： 当有刀闸位置变位时，需要运行人员检查无误后按刀闸位置确认按钮复归； 刀闸位置出现双跨时，此时不响应刀闸位置确认按钮； 当某条支路有电流而无刀闸位置时，装置能够记忆原来的刀闸位置，并根据当前系统的电流分布情况校验该支路刀闸位置的正确性，此时不响应刀闸位置确认按钮； 由于刀闸位置错误造成大差电流小于TA断线定值，而小差电流大于TA断线定值时延时10s发刀闸位置报警信号； 因刀闸位置错误产生差流时，装置会根据当前系统的电流分布情况计算出该支路的正确刀闸位置。为防止无刀闸位置的支路拒动，当无论哪条母线发生故障时，将切除TA调整系数不为0又无刀闸位置的支路。,母线运行方式判别,对于双母线主接线，我们还提供与母差保护装置配套的模拟盘以减小刀闸辅助触点的不可靠性对保护的影响。当刀闸位置发生异常时保护发出报警信号，通知运行人员检修。在运行人员检修期间，可以通过模拟盘用强制开关指定相应的刀闸位置状态，保证母差保护在此期间的正常运行。 注意：当装置发出刀闸位置报警信号时，运行人员应在保证刀闸位置无误的情况下，再按屏上刀闸位置确认按钮复归报警信号。,
