合工大继电保护课件第八 章母线保护

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8.1 母线故障和装设母线保护基本原则
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8.1 母线故障和装设母线保护基本原则
a.当利用供电元件的保护装置切除母线故障时，故障切除的时间一般较长。 b.当双母线同时运行或母线为分段单母线时，上述保护不能保证有选择性地 切除故障母线；当超高压枢纽变电站和大型发电厂母线为分段单母线时，上 述保护不能保证有选择性地切除故障母线。 c.超高压枢纽变电站和大型发电厂的母线联系着各个地区系统和各台大型发 电机组，母线发生短路直接破坏了各部分系统之间或各台机组之间的同步运 行，严重影响电力系统的安全供电。 d.虽然母线短路几率比输电线短路低的多，但一旦发生，后果特别严重。
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8.2 母线差动保护基本原理 Basic Principle of Busbar Differential Protection
动作电流应按如下条件考虑，并选择其中较大的一个
(1) 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， 其动作电流可按下式计算 K rel I k .max nTA
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8.2 母线差动保护基本原理 Basic Principle of Busbar Differential Protection
8.2.6 母联电流比相式母线差动保护
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8.2 母线差动保护基本原理 Basic Principle of Busbar Differential Protection
8.2.2 高阻抗母线差动保护
电流差动继电器改用内阻很高的电压继电器，其阻抗值很大， 一般约为2.5kΩ～7.5kΩ。 高阻抗母线差动保护的优点是保护的接线简单、选择性好、灵敏度高， 在一定程度上可防止母线发生外部短路并且TA 饱和时母线保护的误动作
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第八章 母线保护
8.1 8. 2 8.3 8.4 母线故障和装设母线保护基本原则 母线差动保护基本原理 母线保护的特殊问题及其对策 断路器失灵保护简介
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8.1 母线故障和装设母线保护基本原则
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母 线 故 障 和 装 设 母 线 保 护 基 本 原 则
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8.2 母线差动保护基本原理 Basic Principle of Busbar Differential Protection
8.2.5元件固定连接的双母线电流差动保护 第一组：TA1、TA2、TA5 和KD1（I母分差动）组成， 用以选择母线I 上的故障。 第二组：TA3、TA4、TA6 和KD2（I I母分差动）组成， 用以选择母线I 上的故障。 第三组：TA1~TA6 和KD3（总差动）组成， 作为整套保护的启动元件 当固定接线方式被破坏以及保护范围外部故障时，可防止保护的非选择性动作
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8.2 母线差动保护基本原理 Basic Principle of Busbar Differential Protection
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8.2 母线差动保护基本原理 Basic Principle of Busbar Differential Protection
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8.2 母线差动保护基本原理 Basic Principle of Busbar Differential Protection
(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(或段)母线上发生的故障， 而另一组(或段)无故障的母线仍能继续运行， 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， 应装设专用的母线保护。
I
r .set
= K rel I unb.max = K rel × 0.1I k.max
n
TA
——可靠系数，取为1.3；
——在母线范围外任一连接元件上短路时，流过TA一次侧的最大短路电流；
——母线保护用TA的变比。
(2) 由于母线差动保护电流回路中连接的元件较多，接线复杂，所以电 流互感器二次侧断线的几率比较大。 为了防止在正常运行情况下，任一电流互感器二次侧断线引起保护装置 误动作， 动作电流应大于任一连接元件中最大的负荷电流 I r .set = K rel × I L.max
对那些威胁电力系统稳定运行、使发电厂厂用电及重要负荷的供电电压 低于允许值(一般为额定电压的60％)的母线故障， 必须装设有选择性的快速母线保护。
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8.1 母线故障和装设母线保护基本原则
因此，《电力系统继电保护及自动装置技术规程》规 定，下列情况下应装设专门的母线保护
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8.2 母线差动保护基本原理 Basic Principle of Busbar Differential Protection
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），大大提高了供电的可靠性。这样当任一组母线 上出现故障时，只需切除故障母线，要求母线保护具有选择故障母线的能 力。
这种保护差动回路的电阻不像高阻抗母线差动保护的差动回路内阻那么高， 也就不需要有限制高电压的措施。 由于这种保护差动回路的电阻高于电流型差动保护而低于高阻抗母线差动保 护，故称之为中阻抗式母线差动保护。
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I
set .0
u
r
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8.2.3 具有比率制动特性的中阻抗母线差动保护
最大值制动 模值和制动
⎧ • ⎫ ⎪ ⎪ ∑ I i − K res ⎨ I i ⎬ ≥ ⎪ ⎪ max i =1 ⎩ ⎭
——动作电流门槛值。
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8.2.4 电流比相式母线保护
当母线发生短路时，各有源支路的电流相位几乎是一致的； 当外部发生短路时，非故障有源支路的电流流入母线， 故障有源支路的电流流出母线，两者相位相反， 利用这种相位关系来构成电流比相式母线保护。
• •
(3)从每个连接元件中电流的相位来看， 在正常运行及外部故障时， 电流流入的元件和电流流出的元件中电流的相位相反。 而当母线故障时，除电流等于零的元件以外， 其他元件中的电流几乎是同相位。(电流比相式差动保护)
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8.2 母线差动保护基本原理 Basic Principle of Busbar Differential Protection
母线差动保护的基本原则
(1)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，或表示为 ∑ pi＝0 I （2）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， ∑I pi＝ I k 按基尔霍夫电流定律
n •
I
set .0
, i = 1,2,3, L，n
∑Ii −K ∑ Ii
i =1 res i =1
I
set . 0
, i = 1, 2 ,3 , L ， n
K res
•
—制动系数 ——母线各连接元件TA二次电流值；
•
Ii
⎧ • ⎫ ⎪ ⎪ ⎨ Ii ⎬ ⎪ ⎪ max ⎩ ⎭
——
Ii
中的最大值；
启动元件KST接在除母联断路器外所有连接元件的二次电流之和回路中，它的作 用是区分两组母线的内部和外部短路故障。只有在母线发生短路时，启动元件动 作后整组母线保护才得以启动。 选择元件KD 是一个电流相位比较继电器。它的一个线圈接入除母联断路器之外其 他连接元件的二次电流之和回路中；另一个线圈则接在母联断路器的电流互感器 的二次侧。它利用比较母联断路器中电流与总差动电流的相位选择出故障母线。 这是因为当I母线上故障时，流过母联断路器的短路电流是由II母线流向I母线，而 当II母线上故障时短路电流则是由母线I 流向母线II。在这两种故障情况下，母联 断路器的电流相位变化了180°，而总差动电流是反应母线故障的总电流，其相位 是不变的。因此利用这两个电流的相位比较，就可以选择出故障母线，并切除选 择出的故障母线上的全部断路器。 基于这种原理，当母线上故障时，不管母线上的元件如何连接，只要母联断路器 中有电流流过，选择元件KD 就能正确工作，所以，对母线上的连接元件就无须提 出固定连接的要求。这是母联电流比相式保护的主要优点，该保护用于连接元件 切换较多的场合十分有利。
如图8.9 所示，当I母线(k 点)短路时，由电流的分布情况可见，继电器K D1和KD3中流入全部故障电流，而继电器KD2中为不平衡电流，于是K D1和KD3启动。 KD3动作后，使母联断路器QF5跳闸， KD1动作后即可使断路器QF1和QF2跳闸，并发出相应的信号。
希望尽量保证元件固定连接方式不被破坏，这就必然限制了电力系统调度运 行的灵活性，这是这种母线保护的主要缺点。
8.2 母线差动保护基本原理 Basic Principle of Busbar Differential Protection
8.2.1 单母线完全电流差动母线保护
I KA = ∑I si = n ∑I pi = n ∑I k
i=1 TA i=1 TA i=1
•
n
•
1
n
•
1
n
•
完全电流差动保护方式原理比较简单，灵敏度高，选择性好， 通常适用于单母线或双母线经常只有一组母线运行的情况。
(Busbar Fault and Basic Principle for Installation of Busbar Protection)
母线故障类型和原因
•各种类型的接地和相间短路故障； •绝缘子对地放电 一般来说，不采用专门的母线保护，而利用供电元件的保护装置就可 以把母线故障切除 。
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8.2 母线差动保护基本原理 Basic Principle of Busbar Differential Protection 虚线框内为故障支路TA的等效回路，
Z Z Z
μ
σ1
σ2
为励磁阻抗， 分别为TA的一次和二次绕组漏抗， r 为故障支路TA至电压继电器二次回路的阻抗值，
为电压差动继电器的内阻。 高阻抗母线差动保护要求各个支路TA 的变比相同，TA 二次侧电阻和漏抗要小。TA 的二次侧要尽可能在配电装置处就地并联，以减小二次回路连线的电阻。因而此种 母线保护一般只适用于单母线。 此外，由于二次回路阻抗较大，在区内故障产生大故障电流情况下，TA 二次侧可能 出现相当高的电压，因此必须对二次电流回路的电缆和其他部件采取加强绝缘水平 的措施。
灵敏度校验：
K
sen
=
I
n
TA
k .min TA
I n
r .set
其值一般不低于2.
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8.2 母线差动保护基本原理 Basic Principle of Busbar Differential Protection
当固定接线方式被破坏以及保护范围外部故障时，可防止保护的非选择性动作 如图8.8所示 ，当正常运行及母线外部故障时，流经继电器KD1、KD2 和KD3 的电流均为不平衡电流，保护装置已从定值上躲开，不会误动作。
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