第八章 母线保护

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-E
E1 E2 E1 E2
t
小母线2的波形 -E
E2 E1 E2 E1
t
I 2
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 向母线,各中间变流器的一次电流基本上同相 位,由于 E1 、 E2 相位相同,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,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。
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 f.max
I dzJ K k I f max / n
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 m
I d .min > 2 I dz.J n
此电流使继电器1动作而起动出口继电器3, 使断路器DL1,DL2,DL3跳闸。
2. 差动继电器起动电流整定原则: ——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,起 动电流I dz.J可按以下计算:
.
. .
.
U0
I2
.
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:
I2
正常运行或外部故障
只要CJ3动作,说明母线故障,先跳开母联DL5
直流回路展开图 +
CJ3
G CJ1 G CJ2 XJ1 ZJ3 ZJ1
+
+
CJ3
ZJ3
+
XJ7
-
+
+ +
XJ1 ZJ1
跳DL5
XJ3
跳DL1
XJ2
ZJ2
CJ1
+
ZJ1
ZJ1 ZJ2 ZJ2 ZJ3
XJ3
XJ4 XJ5 XJ6 XJ7
+
XJ4
跳DL1 跳DL2 跳DL3 跳DL4 跳DL5
IdzJ K k Ibpmax K k 0.1 Id max n
Ibpmax 0.1K tx I d max n ; K tx 1
其中
Kk—可靠系数
取1.3
I d.max—在母线范围外任一连接元 件上短路时,流过差动保护 继电器的最大短路电流 nl—母线保护用电流互感器的变比
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。
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。
二、完全电流差动母线保护
+
+
+
I-I
I1
..
I2
I1
..
I2 I1
..
I2
1
2
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。
DL2
CJ3
DL5
Ⅰ Ⅱ
DL3
DL4
CJ2
(2)母线外部故障时,一次电流分布图
CJ1
DL1
DL2
CJ3
DL5
Ⅰ Ⅱ
DL3
DL4
CJ2
(2)母线外部故障时,二次电流分布图
CJ1
DL1
DL2
CJ3
DL5
Ⅰ Ⅱ
DL3
DL4
CJ2
(3)母线内部故障时,一次电流分布
CJ1
DL1
DL2
CJ3
DL5
Ⅰ Ⅱ
DL3
当第一组母线上故障时,流过母联的电流是由母 线Ⅱ流向母线Ⅰ。
当第二组母线上故障时,流过母联的电流是由母 线Ⅰ流向母线Ⅱ 。 在这两种故障情况下,母联电流的相位变化了 180o 而总差电流是反映母线故障的总电流,其相位是 不变的(始终是正的)。
比较这两个电流的相位,就可以选择出故障母线
保护装置主要由总差动电流回路, 相位比较回路和相应的继电器组成
三、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。
d2 1 2
注意:
I2
d1
I1
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) 当母线正常运行及外部故障时(d1点), 按规定的电流正方向来看 I1 和 I 2 大小相 等,相位相差180O
四、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。
四、双母线同时运行时,母线 保护的实现方法
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。
3) 对双侧电流网络(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。
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)
d
电源
什么情况下应装设专门的母线 保护?
若CJ1动作,说明母线1故障, 再跳开DL1,DL2
+
+ CJ2
XJ2
跳DL2
+
ZJ2
XJ5
跳DL3
若CJ2动作,说明母线2故障, 再跳开DL3,DL4
+
XJ6
跳DL4
(1)正常运行时,一次电流分布
CJ1
DL1
DL2
CJ3
DL5
Ⅰ Ⅱ
DL3
DL4
CJ2
(1)正常运行时,二次电流分布图
CJ1
DL1
当任一母线 故障,CJ1, CJ2,CJ3均 动作,保护 将切除两组 母线。
CJ3
DL5
Ⅰ Ⅱ
DL3
来自百度文库
DL4
CJ2
2.双母同时运行时的母联相位差动保护
U3 W3 W2
U2
LJ
DL1 DL2
I cd
Wcd
WM
Ⅰ Ⅱ
DL2
IM
DL3 DL4
利用比较母联中电流与总差电流的相位作为故障 母线的选择元件。
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 注意:为满足速动性和选择性的要求,母线 故障,而另一组无故障母线仍能继续运行,应 保护均按照差动原理构成,母线上一般连接着 装设专用的母线保护。 较多的电气元件(线路、变压器、发电机等), b)不管母线上元件有多少,实现差动保护的基本 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 原则仍是适用的。 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。
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)
相位比较
I2
. .
.+ .
+
D1 1 3 2
.
延时展宽
D2 D3
.
.
.
.
U0
I2
D4
.
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)
相位比较
I2
.
.
..+
+
D1 1 3 2
.
延时展宽
D2 D3 D4
a)
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 0 (流入母线为电流的正方向) 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 I d (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。
-E
E2 E1 E2 E1
-E
E1
E2
E1
E2
t
小母线1的波形 小母线2的波形
t
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
1. 双母同时运行时,元件固定连接的电流差动保护
CJ1
1
DL1
2
DL2
CJ3
6
DL5
Ⅰ Ⅱ
5
DL3 DL4
CJ2
3
4
隔离开关
第一组由电流互感器1、2、5和差动继电器 CJ1组成,用以选择第Ⅰ组母线上的故障;
第二组由电流互感器3、4、6和差动继电器 CJ2组成,用以选择第Ⅱ组母线上的故障;
反 应 母 线 总 差 电 流 第三组实际上是由电流互感器1、2、3、4 和差动继电器CJ3组成的一个完全电流差动 保护,当任一组母线上发生故障时,它都 起动,而当母线外部故障时,它不动作, 在正常运行方式下,它作为整个保护的起 动元件,当固定接线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
I1 和 I 2 均流 2) 当母线内部故障时( d2点),
向母线,在理想情况下两者相位相同
小母线 切换 装置 切换 装置
I2
I 2
ZLH1 中间 变流器
跳 闸
中间 变流器
ZLH2
相位 比较
延时 回路
脉冲展 宽回路
出口
I 2
电流比相母线保护原理图
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 , …分别 I2 I 2 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I2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 回路。
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
5. 断路器失灵保护
一、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。
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Ibp 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:
I I I 1 I I I 1 I IJ 2 2 2 1 1 1 d n n
DL4
CJ2
(3)母线内部故障时,二次电流分布
CJ1
CJ1和CJ3 动作,CJ2 不动作
DL1
DL2
CJ3
DL5
Ⅰ Ⅱ
DL3
DL4
CJ2
(4)固定连接方式破坏时,保护装置的动作情况
CJ1
DL1
DL2
CJ3
DL5
Ⅰ Ⅱ
DL3
DL4
CJ2
(4)固定连接方式破坏时,保护装置的动作情况
CJ1
DL1
DL2
I2
母线内部故障
-E
E1 E2 E1 E2
t
小母线2的波形 -E
E2 E1 E2 E1
t
I 2
t
小母线1的波形
t
由于 E1 、 E2 相位相同,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 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。
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