继电保护-第八章_母线保护

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KD1
QF1 QF5
QF2
KD3
Ⅰ Ⅱ
QF3
QF4
KD2
(2)母线外部故障时,一次电流分布图
元件1提供的
KD1
短路电流
QF1 QF5
QF2
KD3
Ⅰ Ⅱ
QF3
QF4
KD2
元件3提供的 短路电流
元件4提供的 短路电流
(2)母线外部故障时,二次电流分布图
KD1
QF1 QF5
QF2
KD3
Ⅰ Ⅱ
QF3
QF4
I& s2
.
.
+
-
. D3 .
. D4
+
相位比较 延时展宽
U0
2. 工作情况
1) 母线不带电的情况 母线不带电时,小母线上无电压,相
位比较延时,展宽回路无输出。
2) 母线处于正常运行或外部故障情况 母线处于正常运行或外部故障时,按规
定的正方向电流相位相差180O,中间变流器 一次侧及二次侧经检波后的波形如下:


I&p1
I&p2
k1
2) 当母线内部故障时( k2点),I&p1和I&p2均流向母线, 在理想情况下两者相位相同
k2


I&p1
I&p2
I&s1
ZLH1
中间
变流器
I&s 2
ZLH2
中间
变流器
I&s3
切换 装置
切换 装置
小母线
相位 比较
延时 回路
脉冲展 宽回路
跳 闸
出口
电流比相式母线保护原理图
12.2 母线电流差动保护
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: I&pi 0 (流入母线为电流的正方向)
QF1
KD1
QF2
KD3
QF5


QF3
QF4
KD2
当母线Ⅰ内部故障时短路电流分布
二次电流分布
QF5
QF1 QF3
KD1
差等因素的影响,各电流间相位差可能是180 ,
值最大可达60O、有可能使保护误动。
-E
-E
t
t
小母线1的波形
小母线2的波形
当小母线上出现间断的电压时,延时回路就 要启动,为了防止在这种情况下发生误动作,
就需要选择延时回路的时间> 角所对应的时
间,即从时间上躲开外部故障时可能出现的电
流相位误差。一般采用 = 60o,即3.3ms
第十二章 母线的继电保护
本章主要内容: 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 5. 断路器失灵保护
12.1 母线故障及保护方式
一、母线的故障
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。为断开母线短路故 障,必须装设相应保护装置。
-E E1 E2
E1 E2
t
小母线2的波形
t
I&s 2
-E E2
E1
E2
E1
t
小母线1的波形
t
由于 E&1、 E&相2 位相同,两者叠加后,在小母 线1和小母线2上呈现出相间的断续负电位
4) 延时60O回路的作用和保护的闭锁角
理想情况:内部故障时电流的相位差为0O, 外部故障时为180O。
实际情况:由于电流互感器,中间变流器误
向母线,各中间变流器的一次电流基本上同相
位,由于 E、 E相位相同,两者叠加后,在
1
2
小母线1和小母线2上呈现出相间的断续负电
位,在负电位的间断期间比相回路输出一脉冲,
起动延时回路,若此脉冲延续时间大于
3.3ms(60O),则延时回路起动脉冲展宽回路,
后者输出一连续脉冲使开关跳闸。
I&s1
母线内部故障
直流回路展开图
+ KD3
G
ZJ3
-
KDG1
XJ1 ZJ1
KD2
XJ2
+ ZJ1 XJ3
ZJ1
XJ4
ZJ2
XJ5
ZJ2
XJ6
ZJ3
XJ7
ZJ2
跳QF1 跳QF2 跳QF3 跳QF4 跳QF5
只要KD3动作,说明母线故障,先跳开母联QF5
+
+
KD3
ZJ3
+
XJ7
-
跳QF5
+
+
+
XJ3
KD1
XJ1
ZJ1
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。
切换装置用于双母线时切换保护二次回路
(当一次元件从一条母线切换到另一条母线时,
其对应的二次回路也切换到另一条小母线上) 各电流互感器二次输出的电流 ,I&s1 …I&s分2 别 接入中间变流器ZLH1,ZLH2,…的一次线圈。 其二次输出电压分为二组,经半波整流后分别
接在小母线1,2,3上;fx1,fx2为非线性电阻(压敏 电阻)当电流互感器二次电流Is2很大时,用 以防止ZLH1,ZLH2的二次侧产生危险的高压, 小母线的输出接到相位比较,延时,脉冲展宽
单母线分段
+
I
电源
高压母线
+
t
-
+
+
I
t
-
变压器的过 电流保护
低压母线
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
1
4
k
2
3
B
5
B变电所母线
2、装设专用母线保护的原因:
电源
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)
k
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)
双母线同时运行时,母线保护 的实现方法
双母线是发电厂和变电所中广泛采 用的一种母线方式。对于双母线经常以 一组母线运行的方式,在母线发生故障 后,将造成全部停电,需把所有连接元 件倒换至另一组母线上才能恢复供电, 这是一个很大的缺点。
为此,在发电厂以及重要变电所的高压母线上, 一般都采用双母线同时运行(母线联络断路器经常 投入),而每组母线上连接一部分(大约1/2)供电 和受电元件的方式,这样当任一组母线上故障后, 就只影响到一半的负荷供电,而另一组母线上的连 接元件则仍可以继续运行,这就大大提高了供电的 可靠性。这种连接方式相对而言较为固定,因此有 可能装设元件固定连接的双母线电流差动保护, 要 求具有选择故障母线的能力。
8.2.3 元件固定连接的双母线电流差动保护
隔离开关
6
QF5
5
TA1
QF1
QF3
TA3
KD1
TA2
QF2
KD3
Ⅰ Ⅱ
QF4
KD2
TA4
第一组由电流互感器TA1、TA2、TA5和差动继 电器KD1组成,用以选择第Ⅰ组母线上的故障;
第二组由电流互感器TA3、TA4、TA6和差动继电 器KD2组成,用以选择第Ⅱ组母线上的故障;
二、母线的保护方式
1、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:
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
+

It - 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。
Ir.set K I rel 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 Ir.set nTA
灵敏系数Ksen其值一般应不低于 2
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。
回路。
在电流的正半周
以母线3为参考(设其为0V,则母线2上为负电位)
. .+
I& s1 . .+-
I& s2
-
. D1 1 3 2
. . D2 . D3
. . D4
相位比较 延时展宽
U0
在电流的负半周
以母线3为参考(设其为0V,则母线1上为负电位)
I& s1
..-
. D1 1 3 2
. . D2
反 应
第三组实际上是由电流互感器TA1、TA2、TA3、 TA4和差动继电器KD3组成的一个完全电流差动
母 保护,当任一组母线上发生故障时,它都起动,
线 而当母线外部故障时,它不动作,在正常运行方
总 式下,它作为整个保护的起动元件,当固定接线
差 电 流
方式破坏并保护范围外部故障时,可防止保护的 非选择性动作
12.2.1 单母线完全电流差动母线保护
+
+
+
I-I
. . . . I&s1
. I&s 2
. I&sn
I&p1
I&p2
I&pn
12
3-
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。
应用:35KV及以上单母线或双母线经常只有一组母线运 行的情况。
12.2.2 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。

I&p1
母线 2
I&p2
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。
1) 当 的 和母 电 其线 流 余正 正 元常 方 件I运向&p2行来两及看者外,相部至位故少相障有反时一。(元件k1点的)电,流按相规位定I&p1
正常运行或外部故障
I&s1
-E E1
E2
E1
E2
t
小母线2的波形
t
I&s 2
-E E2
E1
E2
E1
t
小母线1的波形
t
由于检波后波形相加的结果,在小母线1、2上 都呈现出连续的负电位,因此,比相回路无输出, 不启动延时回路,整个回路无输出,不跳闸。
3) 母线内部故障情况
母线内部故障时,各连接元件的电流均流
跳QF1
-+
若KD1动作,说明母线1故障, XJ4
再跳开QF1,QF2
KD2
+
XJ2
+
ZJ2
+
XJ5
-+
XJ6 若KD2动作,说明母线2故障,
跳QF2 跳QF3
再跳开QF3,QF4
跳QF4
(1)正常运行时,一次电流分布
KD1
QF1 QF5
QF2
KD3
Ⅰ Ⅱ
QF3
QF4
KD2
(1)正常运行时,二次电流分布图
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
.
n.
.
I KA Isi I unb
i 1
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
为:
.
n.
1n.
1.
I KA
I si
i 1
nTA
I Pi
Ir.set K I rel unbmax Krel 0.1Ikmax nTA
其中
Krel—可靠系数 取1.3
I k.max—在母线范围外任一连接元 件上短路时,流过差动保护 TA一次侧的最大短路电流
nTA—母线保护用TA的变比
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I L.max
③ 35~66kV电力网中主要变电所的35~66kV 双母线或分段单母线,当在母联或分段断路器 上装设解列装置和其它自动装置后,仍不满足 电力系统安全运行的要求时。
④ 对于发电厂和主要变电所的1~10kV分段母线 或并列运行的双母线,须快速而有选择地切除 一段或一组母线上故障时,或者线路断路器不 允许切除线路电抗器前的短路时。
i 1
nTA
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I r.set可按以 下计算:
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
流等于零,故
.
I
pi
I&k(短路点的总电流)
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。
KD2
(3)母线内部故障时,一次电流分布
KD1
QF1 QF5
QF2
KD3
Ⅰ Ⅱ
QF3
QF4
KD2
(3)母线内部故障时,二次电流分布
KD1 KD1和 KD3动作
QF1 QF5
QF2
KD3
Ⅰ Ⅱ
QF3
QF4
KD2 KD2不动

(4)固定连接方式破坏时,保护装置的动作情况
假设元件1 由母线Ⅰ 切换到母 线Ⅱ上
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