母线差动保护原理及说明书。

3.2 原理说明

3.2.1 母线差动保护

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Ⅰ母侧。差动回路包括母线大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。 1）起动元件

a ）电压工频变化量元件，当两段母线任一相电压工频变化量大于门坎（由浮动门坎和固定门坎构成）时电压工频变化量元件动作，其判据为： △u >△U T +0.05U N

其中：△u 为相电压工频变化量瞬时值；0.05U N 为固定门坎；△U T 是浮动门坎，随着变化量输出变化而逐步自动调整。

b ）差流元件，当任一相差动电流大于差流起动值时差流元件动作，其判据为： Id > I cdzd

其中：Id 为大差动相电流；I cdzd 为差动电流起动定值。

母线差动保护电压工频变化量元件或差流元件起动后展宽500ms 。 2）比率差动元件

a ） 常规比率差动元件 动作判据为：

cdzd m

j j

I I

>∑=1

（1）

∑∑==>m

j j m

j j

I K I

1

1

（2）

其中：K 为比率制动系数；I j 为第j 个连接元件的电流；cdzd I 为差动电流起动定值。）

其动作特性曲线如图3.2所示。

∑I

cdzd

I

图3.2 比例差动元件动作特性曲线

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。

小差比例差动元件则固定取比率制动系数高值。 b ） 工频变化量比例差动元件

为提高保护抗过渡电阻能力，减少保护性能受故障前系统功角关系的影响，本保护除采用由差流构成的常规比率差动元件外，还采用工频变化量电流构成了工频变化量比率差动元件，与制动系数固

定为0.2的常规比率差动元件配合构成快速差动保护。其动作判据为：

cdzd T m

j j DI DI I +∆>∆∑=1

（1）

∑∑==∆'>∆m

j j m j j I K I 1

1

（2）

其中K '为工频变化量比例制动系数，母联开关处于合闸位置以及投单母或刀闸双跨时K '取0.75，而当母线分列运行时则自动转用比率制动系数低值，小差则固定取0.75；△I j 为第j 个连接元件的工频变化量电流；△DI T 为差动电流起动浮动门坎；DI cdzd 为差流起动的固定门坎,由I cdzd 得出。 3）故障母线选择元件

差动保护根据母线上所有连接元件电流采样值计算出大差电流，构成大差比例差动元件，作为差动保护的区内故障判别元件。

对于分段母线或双母线接线方式，根据各连接元件的刀闸位置开入计算出两条母线的小差电流，构成小差比率差动元件，作为故障母线选择元件。

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。这两种情况都不进行故障母线的选择，当母线发生故障时将所有母线同时切除。

母差保护另设一后备段，当抗饱和母差动作（下述TA 饱和检测元件二检测为母线区内故障），且无母线跳闸，则经过250ms 切除母线上所有的元件。

另外，装置在比率差动连续动作500ms 后将退出所有的抗饱和措施，仅保留比率差动元件（

cdzd m

j j

I I

>∑=1

，

∑∑==>m

j j m

j j

I K I

1

1

），若其动作仍不返回则跳相应母线。这是为了防止在某些复杂故障情

况下保护误闭锁导致拒动，在这种情况下母线保护动作跳开相应母线对于保护系统稳定和防止事故扩大都是有好处的。（而事实上真正发生区外故障时，TA 的暂态饱和过程也不可能持续超过500ms ） 4）TA 饱和检测元件

为防止母线保护在母线近端发生区外故障时TA 严重饱和的情况下发生误动，本装置根据TA 饱和波形特点设置了两个TA 饱和检测元件，用以判别差动电流是否由区外故障TA 饱和引起，如果是则闭锁差动保护出口，否则开放保护出口。 TA 饱和检测元件一：

采用新型的自适应阻抗加权抗饱和方法，即利用电压工频变化量起动元件自适应地开放加权算法。当发生母线区内故障时，工频变化量差动元件△BLCD 和工频变化量阻抗元件△Z 与工频变化量电压元件△U 基本同时动作，而发生母线区外故障时，由于故障起始TA 尚未进入饱和，△BLCD 元件和△Z 元件的动作滞后于工频变化量电压元件△U 。利用△BLCD 元件、△Z 元件与工频变化量电压元件动作的相对时序关系的特点，我们得到了抗TA 饱和的自适应阻抗加权判据。由于此判据充分利用了区外故障发生TA 饱和时差流不同于区内故障时差流的特点，具有极强的抗TA 饱和能力，而且区内故障和一般转换性故障（故障由母线区外转至区内）时的动作速度很快。 TA 饱和检测元件二：

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。

图3.3为动模实验室实录的母线区外发生ABC 三相故障时TA 极度饱和波形，在此情况下本保护可靠制动，可见其优异的抗TA 饱和性能。