第八章_母线保护

8.2 母线差动保护的基本原则
为满足速动性和选择性的要求，母线保护均 按照差动原理构成，母线上一般连接着较多的电 气元件（线路、变压器、发电机等），不管母线 上元件有多少，实现差动保护的基本原则仍是适 用的。
母线差动保护的基本原则 a) 在正常运行以及母线范围以外故障时，在母线上所有 连接元件中，流入的电流和流出的电流相等，即: 0 （流入母线为电流的正方向） I pi
I
i 1
i
Kres { I i }max I set .0
或动作判据为模值和制动，即：
I
i 1
n
.
i
Kres I i I set .0
i 1
n
.
其中： Kres—制动系数 Ii—母线各连接元件TA二次电流值。
{ I i }max -.
Ii
.
中的最大电流值
Iset.0—动作电流门槛值
1ZJ
2ZJ
t
3ZJ
如果故障线路的断路器拒动时（例如k点短路， 1ZJ动作后QF1拒动），则时间继电器动作，起动失灵 保护的出口继电器3ZJ，使连接至该组母线上所有其 它有电源的断路器（如QF2、QF3）跳闸，从而切除了 k点的故障，起到了QF1拒动时的后备作用。
对断路器失灵保护的起动提出了附加的条件，只 当同时具备以下条件时它才能起动：
１
２
I p1
I p2
k1
和 Ip 2 均流向 2) 当母线内部故障时（ k2点）, I p1 母线，在理想情况下两者相位相同
k2 １ ２
I p1
I p2
I s1 I s2
ZLH1
小母线 切换 装置 切换 装置
中 间 变流器
ZLH2
跳 闸
中 间 变流器
相位 比较
延时 回路
I r.set Krel Iunbmax Krel 0.1 Ik max nTA
Iunbmax 0.1Kst I k max nTA ;Kst 1
b. 为防止在正常运行情况下，任一电流互感器二 次回路断线时，引起保护装置误动作，起动电 流应大于任一连接元件中最大的负荷电流IL.max
断路器失灵故障导致后果：
断路器失灵故障的发生会导致故障切除时间 的延长、事故范围的扩大，其后果是造成电力系 统大范围停电，甚至发生电力系统的瓦解事故。 为保证高压电网的安全运行，对于断路器失 灵故障，目前采取的主要措施之一是装设专用的 断路器失灵保护。
所谓断路器失灵保护是指： 当线路、变压器或母线发生短路并伴随断路 器失灵时，相应的继电保护动作发出跳闸脉冲后， 断路器拒绝动作时，能够以较短的时限切除同一 发电厂或变电所内其它有关的断路器，以使停电 范围限制为最小的一种后备保护。
I sn
1
2
3
当母线内部故障时，所有引出线电流都是流入母 线的，所有支路的二次电流都流向电压差动继电器。 由于其内阻很高，在电压差动继电器两端出现高电压， 从而使保护动作。
8.2.3 比率制动式中阻抗型母线电流差动保护
比率制动式中阻抗型母线电流差动保护，其动作判据可为 最大值制动，即： n . .
..
I s2
..
I sn
k
1
2
3
解决的办法是采用电压型差动继电器，由于电压 差动继电器的内阻很高，非故障支路的二次电流都被 故障支路TA的二次绕组旁路，故流入差动继电器的电 流很小，差动继电器不会动作。
k
I p1
I p2
I pn
+
U-U
+
+
.
I . s1
..
I s2
..
QF5
QF4
QF3
QF1
QF2
1ZJ
2ZJ
t
3ZJ
当其继电器（如 1ZJ、2ZJ）动作于跳开本身断路 器的同时，也起动失灵保护中的公用时间继电器t，此 时间继电器的延时应大于故障元件的断路器跳闸时间 及保护装置返回时间之和，因此，并不妨碍正常的切 除故障。
QF5 QF4 QF3 QF1 QF2
k
达式，并分析保护的动作行为。 6、说明母联电流相位比较式差动保护中哪个电 流相位是变化的，哪个相位是不变的，并简述其 电流相位比较继电器的组成和工作原理。
Байду номын сангаас
+ +
+
+
I
t
I
t
变压器的过 电流保护
低压母线
单母线分段
k
3） 对双侧电源网络（或环形网络）当变电所Ｂ 母线故障时可由保护１和４的Ⅱ段动作于以 切除。
A C
4 2
1
k
3
B
5
Ｂ变电所母线
装设专用母线保护的原因：
A）利用供电元件的保护装置切除 母线故障的时间较长。（速 动性） B）当双母同时运行或单母分段时， 保护不能保证有选择性地切除 故障母线。（选择性）
1）发电厂采用单母线接线，母线上的故障可利用发 电机的定子过电流保护使发电机的断路器跳闸 予以切除。
k
+
+
+
+
I
t -
I
t
定子绕组过电流保护
-
2） 对降压变电所，其低压母线采用单母线分段， 正常时分开运行，低压母线上的故障可以由 相应变压器的过电流保护使变压器的断路器 跳闸于以切除。
电源 高压母线
b) 当母线上发生故障时，所有与电源连接的元件都向故 障点供给短路电流，而在供电给负荷的连接元件中电 . （短路点的总电流） 流等于零，故 I pi I k c) 若从电流相位看，则正常运行及外部故障时，至少有 一元件中的电流相位和其余元件中的电流相位相反， 而当母线故障时，除电流等于零的元件以外，其它元 件的电流则是同相位的。
1
2
3
在外部故障时，非故障支路电流不很大，其TA不易饱和， 但故障支路电流是集各电源支路电流之和，可能非常大，其TA 可能极度饱和，这时一次电流大部分消耗在励磁上，传变到二 次侧近似为零，故差动回路将流过很大的不平衡电流，从而引 起差动保护误动。
I p1
I p2
I pn
+
U-U
+
+
.
I . s1
8.2.1 单母线完全电流差动母线保护
+
I-I
+
+ -
I I I p 2 pn p1 在母线的所有连接元件上装具有相同变比和特 性的电流互感器，所有互感器的二次线圈在母线侧 的端子互相连接，另一端的端子也互相连接，然后 接入差动继电器，继电器中的电流即为各个二次电 流的向量和。
..
I s1
脉冲展 宽回路
出口
I s3
电流比相式母线保护原理图
8.4 断路器失灵保护简介 断路器失灵故障及其产生原因： 在 110kV 及以上电压等级的发电厂和变电所中， 当输电线路、变压器或母线发生短路，在保护装置动 作于切除故障时，可能伴随故障元件的断路器拒动， 也即发生了断路器的失灵故障。产生断路器失灵故障 的原因是多方面的，例如 : 断路器跳闸线圈断线；断 路器的操作机构失灵等。
第八章 本章主要内容:
母线的继电保护
1. 装设母线保护的基本原则
2. 完全电流差动母线保护
3. 电流比相式母线保护 4. 双母线同时运行时，母线保护的实现方法（不讲解）
5. 断路器失灵保护
8.1 装设母线保护的基本原则 母线是电力系统中的一个重要元件，当母线上 发生故障时，将使连接在母线的所有元件在修复故 障母线期间或转换到另一组无故障的母线上运行以 前被迫停电，在枢纽变电站母线上发生故障时，可 能引起系统稳定的破坏，造成严重的后果。 一般不采用专门的母线保护,而利用供电元件 的保护装置就可以把母线故障予以切除,例如:
I r.set Krel I Lmax / nTA
3. 灵敏系数校验 当保护范围内部故障时，应采用下式校验 灵敏系数：
K sen
I k .min 2 I r .set nTA
其中： Ik.min--应采用实际运行中可能出现 的母线连接元件最少时，在母线上 发生故障的最小短路电流值。
灵敏系数Ksen其值一般应不低于2
+
I-I
+
+
I p1
..
I s1
I p2
..
I s2
I pn
..
I sn
1
2
3
-
b. 而当母线上故障时，则所有与电源连接的元件均 向短路点供给短路电流，于是流入继电器的电流 n . . 为： 1 n . 1 .
I KA I si
i 1
nTA
I
i 1
Pi

nTA
（ 1 ） 故 障 元 件 的 保 护 装 置 出 口 继 电 器 （ 1 ZJ、 2ZJ）动作后不返回； （2）在被保护范围内仍然存在着故障。
第八章习题
1、母线保护的装设原则是什么？ 2、母线电流保护为什么要求各连接元件的电流互感 器变比相等？ 3、双母同时运行时，母线保护可依据哪些原理来判 断故障母线？ 4、在元件固定连接的双母电流差动保护中，当元件 固定连接破坏后，DL2由母线I转接到母线II后，在 DL2外部发生故障和在母线2发生故障时的电流分布 图，并说明此时母线保护的动作行为。 5、在母线完全差动保护中（图8-4），连接元件III 的电流互感器极性相反，试列出差动回路电流的表
4. 母线保护常见类型
按照母线保护装置输入阻抗的大小，可分为： 低阻抗型母线保护（一般为几Ω）
中阻抗型母线保护（一般为几百Ω）
高阻抗型母线保护（一般为几千Ω）。
8.2.2 高阻抗型母线电流差动保护
I p1
I p2
I pn
+
+
+
I-I
.
I . s1
..
I s2
I . . ksn
Ik
此电流足够使差动继电器动作而起动出口继电 器３，从而使所有连接元件的断路器跳闸。
2. 差动继电器启动电流整定原则： ——按如下条件整定，选择其中较大的一个
a. 躲开外部故障时所产生的最大不平衡电流，当所有 电流互感器均按10%误差曲线选择，且差动继电器采 用具有速饱和铁芯的继电器时，其动作电流Ir.set可 按以下计算：
k
电源
双母同 时运行
什么情况下应装设专门的母线保护？
1）在110kV及以上的双母线和分段单母线上，为保证 有选择性地切除任一组母线上所发生的故障，而另 一组无故障母线仍能继续运行，应装设专用的母线 保护。
2）110kV及以上的单母线，重要发电厂的35kV母线或 高压侧为110kV及以上的重要降压变电所的35kV母 线，按照装设全线速动保护的要求必须快速切除母 线上的故障时，应装设专用母线保护。
8.2.4 电流比相式母线保护 1. 原理 母线在内部故障和外部故障时各连接元 件电流相位发生变化。
母线 １ ２
注意：
母线保护规定：电流从 线路流向母线为正，从 母线流向线路为负。
I p1
I p2
1) 当母线正常运行及外部故障时（k1点），按规定 的电流正方向来看 Ip1 和 Ip 2大小相等，相位相差 180O
..
I s2
..
I sn
1
2
3
I p1
I p2
I pn
+
I-I
+
+
-
..
I s1
..
I s2
..
I sn
1
2
3
1. 原理 a. 在正常运行及外部故障时，流入继电器的是由各 互感器特性不同而引起的不平衡电流Iunb
I KA I si I unb
i 1 . n . .