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1、2019/1/24,母线保护,母线接线方式比较,单母线和单母分段母线：接线简单，占地小，投资少。单母线在母线检修或发生短路时将使全厂或全所停电。单母分段母线在母线检修或发生短路时将使大约一半的连接元件停电。 双母线：操作和运行比较灵活可靠，国内110220kV母线大多采用这种接线方式。当一组母线发生故障时，另一组母线仍可正常运行。 3/2断路器母线：可靠性高，一次回路操作灵活，任一组母线发生短路故障时不影响变电所的安全运行。但该母线方式需一次设备多，造价高，继电保护和二次回路的接线复杂，主要应用于330500kV母线。 双母双分段母线：任一段母线故障时，可将停电范围限制到全部连接元件数的四分之
2、一。但该母线方式需一次设备多，造价较高，主要应用于超高压或220kV出线较多的变电所。,母线故障大部分是由于绝缘子对地放电引起，母线故障开始阶段很多表现为单相接地故障，而随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路。 绝缘子污秽老化、电流互感器损坏或爆炸、运行人员误操作是造成母线故障主要原因。 拖长切除母线故障时间将给电力系统和设备安全运行带来严重后果：,概述：母线保护的重要性,拖长切除母线故障时间将给电力系统和设备安全运行带来严重后果： 由于需要由线路对侧和变压器后备保护来切除母线短路故障，扩大事故范围。 在长时间短路电流的热和力作用下，电气设备遭受破坏。 故障使功率输送不平衡，将使
3、故障母线两侧的发电机组失去同步，系统电压大幅波动，将大量甩负荷，而发电机组重新启动与电网并列花费很长时间，破坏电力系统稳定运行。 发电厂厂用电母线电压大幅度下降，使电动机的转矩大大减少，厂内热力系统的正常工作受到破坏，导致发电厂不能正常运行。,母线保护的配置原则：,1、对220500kV母线，应装设能快速有选择地切除故障的母线保护。 对3/2接线，每组母线宜装设两套母线保护。 对220KV双母线 ，一般还是一套母差，重要母线可考虑两套。 2、对变电所的35110kV电压的母线，在下列情况下应装设专用的母线保护。 110kV双母线 110kV单母线，重要发电厂或110kV以上重要变电所的35母线
4、，需快速切除母线上的故障时。 35kV电网中，主要变电所的35kV双母线或分段母线需快速切除一段或一组母线上的故障时。,母差保护基本原理 区内故障： I=Id 区外故障： I=0 母线完全电流差动保护：将母线上所有的连接元件的流互按同名相、同极性连接到差动回路，流互的特性与变比均应相同，若变比不同，可采用补偿变流器进行补偿。 整定：1）躲外故的最大不平衡电流 2）躲支路的最大负荷电流,母差保护基本原理,母线差动保护的特点：,1、当故障线路电流互感器完全饱和时，差动保护的不平衡电流几乎与短路电流相等，此时，母差保护不能误动。,母线差动保护暂态不平衡电流的波形：,波形中含有较大的直流分量，且最大值
5、滞后于短路的最初时刻，故短路开始流互能正确传变，保护正确动作，饱和后二次电流下降至0。且饱和具有周期性。,2、双母线保护要在任何情况下都能有选择性的切除故障母线。（倒母、分裂运行等） 3、有时要考虑母线内部故障时有电流汲出的情况。,4、用电压闭锁来防止母线保护由于流互断线等引起的误动。,500kV母差保护（一个半开关接线），为什么不必考虑常规的电压闭锁？ 1、 若考虑常规的电压闭锁，使之能反应各种不同类型的故障，需要负序电压和零序电压，而要构成负序和零序电压，需要三相式PT，500kV母线都是单相式的PT，构不成负序和零序； 2、 当一组母线的PT检修，需要切换至另一组母线运行，而一个半开关接
6、线中，没有现成的电压切换回路，否则增加回路的复杂性； 3、母差保护误动不会带来严重的后果。,典型母线保护方式,一、固定连接式的双母线完全电流差动保护 双母线同时运行方式，按照一定的要求，将引出线和有电源的支路固定连接于两条母线上，这种母线称为固定连接母线。以此连接方式构成的母差保护称为固定连接式。 二、母联电流相位比较式母线差动保护 比较母联电流与差动电流的相位来作为方向元件，差动元件作为启动元件而构成的母差保护。,固定连接式的母差保护,1、在固定连接方式下：,发生外部短路时，保护有选择的正确动作。,发生内部故障时，保护也正确动作,2、在破坏固定连接方式下,外部故障时仍能保证选择性正确动作。,
7、内部故障时，将不能保证足够的选择性（主要缺点）,故此时往往利用隔离开关辅接点将KA1、KA2触点短接，使之变成无选择性动作，相当于是单母线完全差动保护。,区内故障：差电流较大，保护动作可靠 区外故障：故障相线路CT易饱和（线路出口处）， 产生Ibp ，引起继电器误动。 措施：增加定值、用Wph校平衡、 采用高阻抗继电器等等。 缺点：牺牲灵敏性、动作时间为代价， 在220500KV系统中不能适应需要。,母差保护在运行时存在问题：,特点： 1、能适应各种运行方式，CT能自动切换 2、动作速度快，测量故障1 3ms，跳闸出口8 13ms 3、区外故障时，CT饱和不会误动作（选型适当） 4、线路CT不
8、同型也能匹配。,中阻抗母差保护（RADSS）,1、差回路原理,T1、T2：辅助变流器，其作用为变流、调平衡、电气隔离 TM：差回路升流器 KD：差动元件，具有比率制动特性，其动作条件为： 动作电压Ud制动电压Us+动作门槛 KS：启动元件，无制动特性，其动作条件为： 差电流IdKS的动作值 GLJ：断线监视电流元件，其作用为监视差回路不平衡电流。,当差电流Ic达到总电流IT的S倍以上时，差动元件KD动作.,A-稳定边界线 B-动作临界线 M-制动区 N-无意义区 阴影部分-动作区,1）正常运行或外部故障（CT未发生饱和）时 流经装置的总电流：IT=IL=I1=I2 流经差回路的电流：Ic=0K
9、S的动作值，显然SR动作。 3）内部故障（CT发生饱和）时 差动元件KD及启动元件KS抢先于CT饱和前启动（约12 ms） ，可靠跳闸。,4）外部故障（CT发生严重饱和） 此时，饱和CT的二次输出电流为零,从图中可得： 要确保此时保护不误动，必须满足下式： 故在装置内部通过选择合适的元件阻值，就可保证满足上述条件，KD可靠不动作。,2、差动出口中间启动回路,4、CT断线闭锁回路及直流监视,3、自保持回路及出口自复归回路,线路失灵保护：线路保护出口，故障仍存在 母联失灵、死区保护（母联DL和CT间短路）,5、失灵回路,为防止因失灵保护被误启动或出口继电器被误碰，而导致断路器误跳闸，每段母线各装设
10、有一套电压闭锁元件。,6、电压闭锁回路,7、切换及互联回路,为保证在倒闸操作时，保护与一次并母状态相对应，设置了互联回路。,在互联状态下，共用的是母的测量回路，同时实现并母跳闸方式。,9、充电回路,33,8、出口跳闸回路,REB103母差保护的原理,a、差动回路变流器Tmd ； b、SR起动继电器（作为启动元件或用闭锁元件）； c、DR动作继电器（动作电压UDZ制动电压US时，DR带电）；SR与DR的接点串接至出口，只有SR、DR均有电时，保护才能出口动作，这样可避免任一个继电器误动引起跳闸； d、AR断线继电器（经5s延时闭锁保护出口，并发告警信号）； e、制动电阻RS1+ RS2(建立制动
11、电压)； f、动作电阻RDZ建立动作电压。中间变流器Tmo与可变电阻及稳压二极管构成限压保护回路。,1、母线正常运行或外部故障CT未饱和时，流入母线的电流等于流出母线的电流，USUDZ，则流过DR和SR的电流均为0，故不动作。 2、外部故障CT饱和（设A3线路故障，CT3深度饱和），由于E3IA3，此时虽然SR有电流流过，但由于Tmd变流器变比的缘故，仍能保持USUDZ，则DR不带电，保护不动。,3、内部故障，全部电流流经Tmd变流器的一次侧，在二次侧产生IDZ=NAId1的电流，确保UDZUS，则SR和DR均有电流流过，保护可靠动作。 由于本保护的整组动作为510ms，加之DR和SR均为高速
12、干簧继电器动作时间为1-3 ms，故在母线内部故障时能抢在流变饱和之前动作。,母线保护方式：微机式电流完全差动保护,微机式电流完全差动保护保护方式主要优点 能适应各种主接线，保护原理上不存在缺陷。 二次回路接线简单，省去许多中间重动继电器和中间电流互感器。 装置调试方便。 装置硬件自检完善，便于维护和及早发现隐患问题。 具有详细的事件记录和录波记录，便于分析异常行为和故障行为。 具有灵活的通讯方式，便于实现无人值守和远方监测、控制。 只要程序代码一样，便能保证两套装置的逻辑行为完全一样。,BP-2B微机母线保护装置,BP-2B微机母线保护装置，适用于500kV及以下电压等级，包括单母线、单母分
13、段、双母线、双母分段以及3/2接线在内的各种主接线方式，最大主接线规模为36个间隔 。 实现母线差动保护、母联充电保护、母联过流保护、母联失灵（或死区）保护、母联非全相以及断路器失灵保护出口等功能。,GO TOP,39,母线差动保护,母线保护差动元件由分相复式比率差动判据和分相突变量复式比率差动判据构成。 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。,GO TOP,40,“和电流”与“差电流”,和电流 差电流,GO TOP,41,起动元件,1、和电流突变量判据： 2、差电流越限判据： 3、
14、起动元件返回判据：,GO TOP,42,差动元件,复式比率差动判据动作表达式：,Id,Ir-Id,Idset,Kr,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） 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 。,GO TOP,43,电流折算：所有保护使用的电流都必须往基准变比折算 基准变比：当按定值单整定变比，备用间隔整定最小后，基
15、准变比为整定的最大变比 复式比率计算：,复式比率差动判据,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%),GO TOP,45,复式比率差动判据,若考虑区外故障时故障支路的CT误差达到，而其余支路的CT误差忽略不计，则此时的比率制动系数为: Kr=/(1+1-)=/(2-2) 若令总流入电流为1，则 总流出电流为1， 差电流为,GO TOP,46,复式比率差动判据,复式比率系数Kr和故障支路误差、区内故障时流出母线电流占总故障电流的比例Ext%之间的关系表：,该表含义是，Kr与Ext成反
16、比，即Kr选值越大在区内故障时允许流出母线的电流占总故障电流的份额越小；Kr选值越大在区外故障时允许故障支路的最大CT误差越大。 当Kr整定为2时，在区外故障时允许故障支路的最大CT误差为80%而母差不会误动，在区内故障时允许20%以下的总故障电流流出母线而母差不会拒动。其余类推。,GO TOP,47,故障分量复式比率差动判据,故障分量复式比率差动判据动作表达式为：,GO TOP,48,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,电压闭锁元件,式中Uab、Ubc、Uca为母线线电压，3U0为母线三倍零序电压，U2为母线负序电压，Uset、U0set、U2set分别为各电压闭锁定值。三个判据中的任何一个被满足，该段母线的电压闭锁元件就会动作，称为复合电压元件动作。本元件瞬时动作，动作后自动展宽40ms再返回。差动元件与失灵元件动作出
