双母线电流差动保护的基本原理及发展过程

第3期(总第147期)

2008年6月

山　西　电　力

SHANXI EL ECTRIC POWER

No 13(Ser 1147)

J un 12008

双母线电流差动保护的基本原理及发展过程

王为华1,刘云峰2,郭小丽3

(11山西电力科学研究院,山西太原　030012;21晋城供电分公司,山西晋城　048000;

31太原供电分公司,山西太原　030012)

摘要:介绍了不同时期母线保护采用的技术,并进行了比较,分析了母线保护技术的发展趋势,阐述了母线微机保护技术的特点及其优越性。

关键词:母线保护;基本原理;发展过程中图分类号:TM77 文献标识码:A 文章编号:167120320(2008)0320066203

收稿日期:2008201205,修回日期:2008204202

作者简介:王为华(19632),男,山西榆社人,2000年毕业于太

原理工大学计算机及应用专业,工程师;

刘云峰(19782),男,山西晋城人,2000年毕业于华北电力大学电气专业,助理工程师;

郭小丽(19692),女,山西太原人,1990年毕业于临汾电力技校输配电运行与检修专业。

1　双母线完全电流差动保护和母联相位比

较式保护

20世纪70至80年代,双母线完全电流差动

和母联相位比较式母线保护,因其原理及二次接线简单等特点,在电网上广泛应用。111　元件固定连接的母线完全差动保护11111　工作原理(见图1)

双母线同时运行时,将元件固定连接于2条母线上,这种母线称为固定连接母线。其差动保护称为固定连接方式的母线完全差动保护

。

图1　原理接线图

在正常运行及区外故障时,启动元件KA ,选择元件KA1,KA2均无电流通过。区内母线1故障时,启动元件KA ,选择元件KA1均有故障电流通过,选择元件KA2的电流为零,因此母联断

路器及连接在1母上元件的断路器均动作跳闸。同理区内母线2故障时,将母联断路器及连接在2母

上元件的断路器动作跳闸。11112　双母线完全电流差动保护的评价

双母线完全电流差动保护的优点是:

a )接线比较简单,调试方便,运行人员易于掌握;

b )当元件固定连接时,母差保护有很好的选择性;

c )当母联断路器断开时,母线差动保护仍有选择能力;在2组母线先后发生短路时,母线差动保护仍能可靠的动作。

其缺点是:当元件固定连接方式破坏时,若任1组母线上发生短路故障时,就会将2组母线上的连接元件全部切除,因此它适应运行方式变化的能力较差。

112　母联相位比较式母线差动保护11211　工作原理

总差动电流回路由母线上连接元件(不包括母联断路器)的电流互感器的二次回路组成,母联断路器的电流互感器的二次回路单独引出,接入相位比较回路(见图2)。

a 交流电流回路

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综述与专论

b　电流相位比较回路内部接线

图2　母联相位差动保护回路原理接线图在总差动回路中接有保护装置的起动元件KD,当母线范围内故障时它才能动作。选择元件是电流相位比较式继电器,相位比较式继电器比较总差电流I d和母联电流I m的相位。电流相位比较继电器按幅值比较的方式构成,可以双方向动作,将比较相位的2个电流I d和I m转化为比较幅值的2个量│I d+I m│和│I d-I m│。

在正常运行情况下,KP1和KP2的2组线圈中通过电阻R3和起动元件KD的常闭接点,都加入1个附加的制动电流,使它处于闭锁状态,仅当母线发生故障KD动作后,附加电流才消失,KP1和KP2将根据相位比较的结果而动作。

当Ⅰ母故障时,I m与I d同相位,│U2│>│U3│,KP1中的工作电流大于制动电流,而KP2中的制动电流大于工作电流,结果KP1动作, KP2不动作。当Ⅱ母故障时,I m与I d相差180°,因此│U3│>│U2│,KP2动作,KP1不动作。

当外部故障时,差动回路中仅有不平衡电流,起动元件不动作,同时选择元件因起动元件不动作亦继续处于闭锁状态,因此保护装置不动作。11212　母联相位比较式母线差动保护的评价这种母线差动保护不要求元件固定连接于母线,可大大提高母线运行方式的灵活性,这是它的主要优点。

其缺点如下。

a)正常运行时,母联短路器必须投入运行。

b)当母线故障,母线差动保护动作时,如果母联短路器拒动,将造成由非故障线路母线的连接元件通过母联断路器供给短路电流,使故障不能切除。

c)当母联断路器和母联断路器的电流互感器之间发生故障时,将会切除非故障母线,而故障母线反而不能切除。

d)2组母线相继发生故障,只能切除先发生故障的母线,后发生故障的母线因这时母联断路器已跳闸,选择元件无法进行相位比较而不能动作,因而不能切除故障。

e)运行方式改变后,出口连片也必须做相应调整。

以上2种母差保护均为低阻抗保护,然而低阻抗型母线差动保护中存在着一些原理及技术条件限制,从电网发展看,无论从性能上还是运行方面该保护越来越难以满足要求。尤其是作为超高压母线的保护不能胜任,超高压系统的短路容量大,系统时间常数也较大,当母线外部故障时,故障线路的电流互感器会因短路电流中交流分量和直流分量过大而饱和,从而在母线差动继电器中出现较大的不平衡电流,由此可能引起母线保护的误动。如果采用高阻抗母线差动保护,那么在母线内部故障时,电流互感器二次侧可能出现高电压,从而加速了电流互感器的饱和速度,对继电器可靠工作不利。在20世纪90年代初由于微机母线差动保护还不成熟,于是出现了中阻抗母线保护。

2　中阻抗母线差动保护

211　工作原理

中阻抗母线保护是带制动特性的中阻抗型母线差动保护,这种保护的差动回路总电阻约200Ω左右,因而也可以大大减小外部短路时进入继电器的不平衡电流,与制动回路相配合可以保证保护的选择性,其起动元件是1个具有比率制动特性的中阻抗型电流差动继电器,解决了电流互感器饱和而引起的母线差动保护在区外故障时的误动问题,保护装置是以电流瞬时值测量、比较为基础的。母线内部故障时,保护装置的起动元件、选择元件先于电流互感器饱和前动作,因此动作速度很快。

正常运行时及外部故障(CT未饱和时)各单元电流之和为零,母线保护不动作。

在外部故障时(CT完全饱和时),完全饱和的线路CT的二次回路,可由其总的绕线电阻来表示。此时由于制动的作用,只要差动回路的电流等于总的输入电流某个固定百分数时,动作和制动电压就处于平衡状态,当大于这个百分数时就动作,相反小于这个百分数时就不动作。

内部故障时,故障母线的电流通过有源元件流入故障点,这一电流足以使选择元件及起动元件动作,从而切除故障。

212　对中阻抗母线差动保护的评价

a)其选择元件是1个具有比率制动特性的中阻抗电流差动继电器,解决了电流互感器饱和引起母线保护区外故障时的误动。

b)双母并列运行时,1组母线故障,在任何情况下保护装置均具有高度的选择性。

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　2008年6月 王为华,等:双母线电流差动保护的基本原理及发展过程