10kV至35kV母线保护方案

七节 6kv母线保护

1概述

母线保护一般装设在110 kV及以上电压等级的母线上,用以快速切除母线故障,满足系统稳定的需要。目前6kV供电系统由于没有稳定问题,一般未装设母线保护。母线故障是靠变压器后备保护(复合电压过流保护)切除,由于母线短路故障电流大、故障持续时间长,严重危及变压器、开关设备。某电力公司不久前发生的10 kV母线故障,造成了故障开关柜烧毁及相邻多个开关柜同时受损,扩大了设备损失,使用户长时间停电,造成了很大的社会影响和经济损失。以前曾发生多起6kV母线故障,都造成严重经济损失。因此,根据继电保护快速性要求,在短路容量较大的低压系统中,考虑加装母线保护,对于保障变压器及母线设备的安全是有利的。

常规的母差保护一般有固定连接式、母联相位比较式、中阻抗电流差动等,其基本原理都是采用电流差动方式,将母线上所有连接元件的二次电流按同名相、同极性接到差动回路。采用常规母差保护投资大、接线复杂,对电流互感器的要求高,安装在6kV母线上有很多困难,也很不经济。因此,有必要研制一种造价低、原理简单、适用于6 kV的母线保护。

2保护的原理及构成

6kv母线保护，除非特别重要的电厂，一般厂用母线不设专用的母线保护，而是采用进线开关的过流实现对母线的保护。同时，由于母线短路必将伴随着母线电压大幅度降低，低压保护也能启动切除故

障。而且现在的断路器本身均带有机械过流的，也可以动作切除故障。如果确实很重要，可以装设不完全差动保护。即接A、C相即可由于变电站6 kV一般采用单母线分段,母线上出线较多,TA二次绕组数较少,主变开关TA与母联开关TA通常都采用三相式,变比相同,而出线通常采用两相式TA接线,且通常变比不同,与主变及母联TA变比相差很大,除主变开关和母联开关外,其他单元均为无电源的馈线。典型的变电站接线如图3.7.2所示。

图3.7.2变电站接线图

母线保护由微机保护实现。母线低电压元件UAB,UBC,UCA经或门H1作为启动条件1,流入母线的各同名相进线电流与母联电流接入差电流元件,三相差电流元件经或门H2作为启动条件2,两个启动条件通过与门Y1构成保护启动回路。母线上各馈线保护的过电流无延时启动信号,该信号可由馈线保护过流启动接点提供,也可由微机型线路保护提供过电流启动数字信号,经通信口传送到本保护,这些信号

经或门H3,输出闭锁信号,构成判别回路,判别是否为母线区内故障。当发生区外故障时,低电压和差电流元件启动,由于有馈线保护立即启动,提供的保护启动信号闭锁本保护。当发生母线区内故障时,低电压和差电流元件启动,但母线上各馈线无故障电流流过,馈线保护不启动,不发闭锁信号,保护动作,跳开进线和母联开关。考虑到出线为放射性馈线,无电源,不设跳出线开关回路,以简化接线。时间元件T1为防止线路保护启动慢,或传送到本保护有延时;时间元件T2为防止线路保护动作跳闸后,线路保护比本保护提前返回引起本保护误动。

传统母差保护的差电流在正常运行时为0,本保护正常运行方式下流入的差电流不为0,最大为一段母线的负荷电流。差电流启动元件的电流启动值可按躲最大负荷电流整定,如下式:

I dz=K k I fh

式中 K k为可靠系数,取1.3～1.5。

保护方案原理图

本保护电压元件作为另一个启动元件,为防止在单相接地时误启动,装置采用线电压。由于母线短路故障基本上是金属性相间短路,

故障相间电压几乎为0,电压启动值U dz可整定为(0.2～0.4)U n。

本保护由微机保护实现,可构成独立的母线保护。考虑到进线和母联TA二次绕组少,变电站一般都需要装设备用电源自投装置,而备用电源自投装置中,基本都具有进线电流、母联电流、母线电压的变换及采样相关硬件,和进线、母联开关跳合闸回路。为了减少投资、简化接线,也可考虑将本母差保护与微机型备用电源自投装置结合在一起,只需在现有备用电源自投装置中加入Ⅰ母、Ⅱ母母线保护相应的逻辑,不需增加多少硬件,就可使备用电源自投装置在原有功能的基础上,增加母线保护功能。

本母线保护要求出线保护提供过电流启动的接点信号或数字信号。

3保护的动作分析

以Ⅰ母母线保护为例对几种运行方式进行分析。

3.1 断路器3DL,4DL,5DL合,两段母线并列运行

对于这种运行方式,由于5DL在合闸位置,当发生母线故障K1时,母线电压降低,低电压元件启动,进线和母联都有故障电流流过,I1≈I2,差电流约为进线故障电流的2倍,电流增大,差电流元件启动,同时出线无故障电流流过,各出线保护不启动发闭锁信号,保护动作。当发生出线故障K2时,母线电压降低,进线和故障出线有故障电流流过,电流增大,低电压元件和差电流元件启动,同时故障线路保护也启动发闭锁信号,保护不动作。当发生主变故障或另一段母线故障(K3,K4)时,母线电压降低,但进线和母联流过的故障电流大小基本相等,且方向

相反,I1+I2很小,保护不启动,此时虽无线路保护闭锁信号,保护也不会误动。

3.2 断路器3DL,4DL合,5DL分,两段母线分裂运行

对于这种运行方式,由于5DL在分闸位置,I2=0。当发生母线故障K1时,母线电压降低,进线有故障电流流过,电流增大,低电压元件和电流元件启动,同时出线无故障电流流过,各出线保护不启动发闭锁信号,保护动作。当发生出线故障K2时,母线电压降低,进线和故障出线有故障电流流过,电流增大,低电压元件和电流元件启动,同时故障线路保护也启动发闭锁信号,保护不动作。当发生主变故障K3时,母线电压降低,但进线无故障电流,保护不启动。

3.3 一台主变带两段母线运行

断路器3DL,5DL合,4DL分,1号主变带两段母线运行。当发生母线故障K1、出线故障K2和主变故障K3时,母联开关均无故障电流流过,如2.2节中运行方式,保护可以正确反应。Ⅱ母母线K4故障时,母线电压降低,低电压元件启动,此时进线和母联都有故障电流流过,电流增大,且I1≈I2,但电流方向相反,故电流元件不启动,保护不会动作。断路器4DL,5DL合,3DL分,2号主变带两段母线运行。发生母线故障K1,母线电压降低,低电压元件启动,此时进线I1=0,母联有故障电流流过,电流增大,启动保护,此时,无出线保护启动闭锁,本保护动作跳闸。