微机母差保护装置

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母线保护原理分类
• 完全电流差动母线保护 • 相位比较式母线保护
10
比相式母线保护
• 母线故障时，各有源支路的电流相位一致 • 外部故障时，非故障有源支路电流流入母
线，故障支路电流流出母线 • 不需加装中间变流器 • 通过比较差动回路电流与母联电流相位选
择故障母线
11
电流差动母线保护
• 差动保护理论基础
相当于退出复合电压闭锁元件 • 对差动保护无影响
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断路器失灵保护
• 母差装置不判失灵电流，只提供运行方式判 别和出口
开入公共端
保护
过流
失
灵
外部接点
起
动
I母刀闸 II母刀闸
I母失灵出口起动 II母失灵出口起动
母差保护判运行方式
I母失灵出口起动
与
I母失灵复合电压动作
失灵出口延时1 失灵出口延时2
跳母联 跳I母
Ⅳ 915AS-2
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故障母线选择
• 差电流： ➢ 大差电流判断区内、区外故障 ➢ 小差电流选择故障母线 ➢ 固定连接方式由小差电流判断和选择
• 电压： ➢ 复合电压判起动，开放电压闭锁 ➢ 各母线复合电压开放本母线闭锁
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联络开关断开运行方式
• 有联络开关的接线方式（母联、分段） 在联络开关断开的运行方式下，为防 止拒动误动要调整大差比率系数和闭 锁电压 ➢ 接入联络开关辅助接点自动判断 ➢ 用母线分列运行压板人工切换
(1)
Id Kr (Ir Id )
(2)
I dset 为差电流门坎定值 Kr 为复式比率系数（制动系数）
m
Id Ij
j 1
m
Ir Ij
j 1
15
复式比率差动元件动作特性
Id
动作区
Kr
Idset Ir－Id
16
复式比率制动系数参考值
Kr
Fra Baidu bibliotek
Ext(%)
δ(%)
1
40
67
2
20
80
3
15
85
3
母线故障产生的原因
• 母线绝缘子及套管闪络 • 电压互感器故障 • 装设于母线和断路器之间的电流互感器故障 • 母线侧隔离开关绝缘子损坏（在操作时） • 运行人员的误操作 • 设备老化造成的故障 • 施工时安全措施不利造成的人为故障
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母差保护方式
• 装设专用母线差动保护装置 • 利用供电元件的保护装置切除母线故障
• 发生区内故障时可能失去对故障母线的选择性 • 联络开关TA断线时不需闭锁差动保护 • 联络开关TA断线时自动转入母线互联方式
Id 0.08In Id1 0.08In Id2 0.08In
id1 id 2 0
与
延时20ms
母线强制互联 发互联信号
48
TV断线告警
• 运行母线失去电压，延时 9 秒告警 • 该段母线的复合电压元件一直动作，
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TA断线闭锁差动保护
• 差动保护电流回路二次断线会影响差动的正常 判别，需要闭锁差动出口
• 电流回路恢复正常后0.9秒自动恢复正常运行 • Id-ct 为TA断线定值
Ida Id ct
Idb Id ct
或
延时9S
Idc Id ct
闭锁母差 TA断线信号
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母联(分段)TA断线
• 母联（分段）电流二次回路断线不会影响保护 队区内、区外故障的判别
• 10KV单母分段需快速有选择切除一段母线时 • 110KV枢纽变及以上电压等级母线保护双配置
8
专用母线差动保护装置
• 母差保护应保证快速性和选择性，并有足够的 灵敏性和可靠性
• 直接接地系统中：母差保护采用三相式接线 （完全电流差动）
• 非直接接地系统中：母差保护可采用两相式接 线、或采用只接入有电源元件上的TA进行差动 判别（不完全电流差动）
足线路末端故障时的灵敏度 • 失灵保护出口动作需要相应母线
的失灵复合电压元件动作
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母差保护整定值
• 比率差动门坎 Idset ： ➢ 保证母线最小方式故障时有足够的 灵敏度，尽可能躲过母线出线最大 负荷电流
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母差保护整定值
• 复式比率系数高值 Krh :
• 复式比率系数Kr的定值整定应综合考 虑: ➢ 区外故障时故障支路的CT饱和引起 的传变误差 δ(%) ➢ 区内故障时流出母线的电流占总故 障电流的比例Ext(%) ➢ 推荐值：2
5
用供电元件保护装置
• 供电元件保护装置能够保证系统所要求的快 速性、选择性、灵敏性、可靠性
• 厂用电母线上残余电压不低于允许值（一般 要求不低于50％～60％Un） ➢ 独立运行的发电厂母线短路，利用发电机 保护切除故障(图1) ➢ 单侧电源降压变高压母线短路，利用供电 线路保护切除故障（图2） ➢ 单侧电源降压变低压母线短路，利用变压 器和备自投切除故障（图2）
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断路器失灵保护
• 母差保护自带电流检测元件
三跳
三相过流
开
入
公
A相
A相过流
共
端
B相
B相过流
C相
外部接点
C相过流
I母刀闸 II母刀闸
I母失灵出口起动 II母失灵出口起动
母差保护
II母失灵出口起动
与
II母失灵复合电压动作
失灵出口延时1 失灵出口延时2
跳母联 跳II母
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断路器失灵电压闭锁
• 失灵保护电压闭锁与差动相同 • 复合电压闭锁失灵保护 • 失灵电压闭锁定值单独整定，满
• 和电流突变：∆ i r > ∆ I dset ∆ i r :电流瞬时值－前一周波值 ∆ I dset ：突变量起动定值
• 电压突变： ∆ U > ∆ U dset ∆ Ur :电压瞬时值－前一周波值 ∆ Udset ：突变量起动定值
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复式比率差动元件
• 复式比率差动判据 ：
Id Idset
或
Ikc Ikset 3Ik0 3I0kset
与
过流出口延时
跳母联
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母联非全相保护
• 母联断路器某相断开处于非全相运行时，由母 联非全相保护延时跳开三相
TWJA
HWJA
+
TWJB
HWJB
THWJ
TWJC
HWJC
&
Tbyz
跳母联
SW
YB
母联I2>I2byz
>=1
母联I0>I0byz
SW: 母联非全相保护投退控制字 YB: 母联非全相保护投入压板
6
用供电元件保护装置
• 上述母线保护简单、经济，切除故障 时间长，此方式通常应用于不太重要 的变电站、低压网络等场合
7
专用母线差动保护装置
• 110KV及以上电压等级的发电厂、变电站双母 线和单母分段
• 110KV及以上电压等级的单母线，重要变电站 的35～66KV母线需要快速切除母线故障时
• 35～66KV重要变电站的双母线或单母分段， 母联（分段）动作后不满足安全运行要求
母联(分段)过流保护
• 母联（分段）过流保护条件： • 母联（分段）过流保护压板投入 • 母联（分段）任一相电流大于过流定值 • 母联（分段）零序电流大于零序过流定值 • 可整定的延时时间到 • 母联（分段）过流保护不经复合电压闭锁
44
母联(分段)过流保护逻辑
母联过流保护投入
Ika Ikset Ikb Ikset
1
微机母线差动保护装置
上海天正明日电力自动化有限公司
2
母线故障的危害
• 变电站和发电厂母线故障是电气设备最严 重的故障之一
• 带来的影响： ➢ 枢纽站高压母线故障造成母线电压降到 很低，可能破坏电力系统的稳定 ➢ 可能全站（全厂）失电 ➢ 故障母线上的出线在母线修复期间停电 ➢ 双母方式下，故障母线上的出线切换到 正常母线所必须的时间内停电
• 固定连接方式
24
单母线单分段接线
• 两个差回路 • 固定连接方式
FD
25
3/2接线
• 相当于两个单母线 • 固定连接方式
双母线接线
• 两个差回路 • 非固定连接
26
ML
27
双母线单分段接线
• 三个差回路 • 非固定连接
FD
ML
28
双母线双分段接线
Ⅰ
FD1
ML1 FD2
Ⅱ
915AS-1
Ⅲ ML2
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母联（分段）失灵逻辑
母差跳一母（或母差跳二母）
充电保护动作
>=1
外部起动母联失灵开入 SW1 母联过流保护动作 SW2
母联IA>Imsl
>=1
母联IB>Imsl
母联IC>Imsl
&
Tmsl
跳I、II母
一母复合电压闭锁
&
二母复合电压闭锁
Tmsl
跳分段
SW1: 投外部起动母联失灵控制字 SW2: 投母联过流起动母联失灵控制字
0.55
40
75
0.7
20
82
0.83
10
90
20
电流互感器饱和检测
• 利用差电流与和电流动作时序 • 同步检测法 • 谐波制动原理 • 每周波存在线性传变区，波形识别法 • 自适应阻抗加权抗饱和 • 分布式母差功率方向
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复合电压闭锁差动
• 电压闭锁元件判据：
Uab Uset 3U 0 U 0set U 2 U 2set
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母差保护整定值
• 比率制动系数高值 Kh : ➢ 比率制动系数高值，按一般最小运行 方式下发生母线故障时，小差比率差 动元件具有足够的灵敏度整定 ➢ 推荐值：0.7 ➢ Kr与K之间一一对应，K=Kr/(1+Kr)
40
母联(分段)充电保护
• 充电投入期间闭锁差动保护有控制字投退 • 充电保护一旦投入自动展宽200～300ms • 充电保护动作条件：
➢ 起动条件满足 ➢ 母联（分段）电流大于充电电流定值 ➢ 充电出口延时满足
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母联(分段)充电保护逻辑
Ika由无至有
Ikb由无至有
或
Ikc由无至有 一段母线失压 母分开关已断 充电保护压板合
Uab为母线线电压（相间电压） 3Uo为母线三倍零序电压 U2 为母线负序电压
• 三判据任一满足，电压闭锁开放
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母线运行方式识别
• 刀闸辅助接点位置开入作为运行方式 判别依据
• 电流计算法，配合刀闸辅助接点位置 • 保护装置运行方式模拟盘
➢ 强制接通 ➢ 强制断开 ➢ 自适应
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单母线接线
• 一个差回路
➢ 基尔霍夫定理：
➢ 在同一时刻，一个电气节点的流入电流
等于流出电流
İ＝İ1+İ2+İ3
İ
İ1 İ2
İ3
12
母差保护配置
• 母线分相差动保护 • 母联失灵保护 • 母联死区保护 • 母联充电保护 • 母联过流保护 • 断路器失灵保护
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母差保护起动元件
• 差电流越限：I d > I dset I d ：大差动相电流 I dset ：差动电流起动定值
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其它运行方式
• 母联兼旁路运行方式，母联TA在跨条另 一侧（图3）
• 旁路代母联运行方式，跨条接到I母（II 母），母联作为旁路开关（图4）
• 母线兼旁母 运行方式，母联作为旁路开 关，母差保护范围为单母线（图5）
33
母联（分段）失灵保护
• 起动条件： ➢ 母线并列运行 ➢ 母联（分段）作联络开关 ➢ 差动、充电、过流保护向母联（分段） 发跳令经延时大差不返回 ➢ 母联（分段）有电流
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母联（分段）死区保护
• 死区保护指断路器与TA之间的故障
• 故障现象类似于母联（分段）失灵 • 保护条件、动作逻辑类似于失灵保护，延
时不同，死区延时躲过主接点和辅助接点 的先后时序（50～100ms） • 通常失灵、死区保护看作一种保护
38
母联（分段）死区逻辑
母联TWJ
两母线均有电压
1
母联IA>0.04In
31
联络开关断开运行方式
• 故障母线差流定值、比率定值满足条件 • 故障母线电压闭锁开放 • 非故障母线差流定值、比率定值不满足条件 • 非故障母线电压闭锁不开放 • 大差比率定值有可能不满足定值，因为非故
障母线流出电流＝流入电流，制动量大，降 低了母差保护的灵敏度 • 此方式下退出联络开关回路（母联死区不扩 大停电范围）
充电保护投入
Ika Icset
或
Ikb Icset Ikc Icset
充电闭锁母差
与 闭锁母差
与 充电保护投入
展宽200ms
充电保护退出 差动恢复
与
充电出口延时
跳母联
42
母联(分段)过流保护
• 母联（分段）过流保护可作为母 线解列保护
• 母联（分段）过流保护可作为线 路、变压器的临时应急保护
43
4
12
88
17
比率差动元件
• 常规比率差动：
Id Idset
(1)
Id K Ir
(2)
I dset 为差电流门坎定值 K 为比率系数（制动系数）
m
Id Ij
j 1
m
Ir Ij
j 1
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比例差动元件动作特性
Id
K=1
动作区
K≠1
Idset Ir
19
比率制动系数参考值
K
Ext(%)
δ(%)
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母联（分段）失灵保护
• 失灵动作条件： ➢ 起动条件满足 ➢ 母联（分段）过流条件满足 ➢ 母联（分段）失灵延时条件满足（灭 弧时间） ➢ 复合电压条件满足 ➢ 根据保护逻辑相继跳开两段母线
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母联（分段）失灵逻辑
母联开关分位 延时50ms
差动动作 充电动作
或 母联失灵
过流
母联失灵 延时
或
封母联TA
母联IB>0.04In
≥1
母联IC>0.04In
母联IA>0.2In
母联IB>0.2In
≥1
母联IC>0.2In
&
0 400
母差跳一母
&
一母比例差动元件
&
大差比例差动元件
二母比例差动元件
&
母差跳二母
&
母联电流退出小差
&
Tsq
跳二母
&
Tsq
跳一母
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母联(分段)充电保护
• 充电保护起动条件： ➢ 母联（分段）开关作为联络开关 ➢ 母联（分段）充电保护压板投入 ➢ 其中一段母线失压 ➢ 联络开关处于分位 ➢ 母联电流从无到有