变电站母差原理.

母线保护母线故障大部分是由于绝缘子对地放电引起，母线故障开始阶段很多表现为单相接地故障，而随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路。绝缘子污秽老化、电流互感器损坏或爆炸、运行人员误操作是造成母线故障主要原因。拖长切除母线故障时间将给电力系统和设备安全运行带来严重后果。（要求20ms）概述：母线保护的重要性母线保护的配置原则：1、对220~500kV母线，应装设能快速有选择地切除故障的母线保护。对3/2接线，每组母线宜装设两套母线保护。对220KV母线，一般还是一套母差，重要母线可考虑两套。2、对变电所的35~110kV电压的母线，在下列情况下应装设专用的母线保护。a.110kV双母线b.110kV单母线，重要发电厂或110kV以上重要变电所的35母线，需快速切除母线上的故障时。c.35kV电网中，主要变电所的35kV双母线或分段母线需快速切除一段或一组母线上的故障时。对母线保护的要求:1.母线保护的可靠性可靠度，即在母线故障情况下能可靠地动作；安全度，即区外短路故障时不会误动作。2.母线保护的选择性区分母线内部故障和外部短路故障的选择性；在各种运行方式下区分出故障母线组的选择性；倒母后，母线保护仍应保持选择故障母线组的能力。3.母线保护的快速性快速切除母线故障是保护电力系统安全运行的重要手段之一。（暂态稳定）4.母线保护的灵敏性外部故障时的不平衡电流很大，而内部故障的短路电流可能很小，选择性和灵敏性都满足有难度。母差保护基本原理区内故障：∑I=Id区外故障：∑I=0母线完全电流差动保护：将母线上所有的连接元件的流互按同名相、同极性连接到差动回路，流互的特性与变比均应相同，若变比不同，可采用补偿变流器进行补偿。整定：1）躲外故的最大不平衡电流2）躲支路的最大负荷电流母线的不完全差动保护：将连接于母线的各有电源元件上的流互接入差动回路，无电源元件（电抗器或变压器）上的流互不接入。整定：1）第一段躲电抗器（变压器）的末端最大短路电流；2）第二段躲最大负荷电流或与相邻元件进行灵敏度上的配合。时限长一个级差Δt。母线差动保护的特点：1、当故障线路电流互感器完全饱和时，差动保护的不平衡电流几乎与短路电流相等，此时，母差保护不能误动。母线差动保护暂态不平衡电流的波形：波形中含有较大的直流分量，且最大值滞后于短路的最初时刻，故短路开始流互能正确传变，保护正确动作，饱和后二次电流下降至0。且饱和具有周期性。2、双母线保护要在任何情况下都能有选择性的切除故障母线。（倒母、分裂运行等）3、有时要考虑母线内部故障时有电流汲出的情况。4、用电压闭锁来防止母线保护由于流互断线等引起的误动。500kV母差保护（一个半开关接线），为什么不必考虑常规的电压闭锁？1、若考虑常规的电压闭锁，使之能反应各种不同类型的故障，需要负序电压和零序电压，而要构成负序和零序电压，需要三相式PT，500kV母线都是单相式的PT，构不成负序和零序；2、当一组母线的PT检修，需要切换至另一组母线运行，而一个半开关接线中，没有现成的电压切换回路，否则增加回路的复杂性；3、母差保护误动不会带来严重的后果。典型母线保护方式一、固定连接式的双母线完全电流差动保护双母线同时运行方式，按照一定的要求，将引出线和有电源的支路固定连接于两条母线上，这种母线称为固定连接母线。以此连接方式构成的母差保护称为固定连接式。二、母联电流相位比较式母线差动保护比较母联电流与差动电流的相位来作为方向元件，差动元件作为启动元件而构成的母差保护。固定连接式的母差保护1、在固定连接方式下：发生外部短路时，保护有选择的正确动作。发生内部故障时，保护也正确动作2、在破坏固定连接方式下外部故障时仍能保证选择性正确动作。内部故障时，将不能保证足够的选择性（主要缺点）故此时往往利用隔离开关辅接点将KA1、KA2触点短接，使之变成无选择性动作，相当于是单母线完全差动保护。母联相位比较式母差保护差动继电器作为起动元件，判别区内和区外故障，当发生内故时，其电流的方向是不变的。当Ⅰ母故障时，母联电流方向由Ⅱ到Ⅰ当Ⅱ母故障时，母联电流方向由Ⅰ到Ⅱ所以用母联电流与差电流相位比较就可以选择出故障母线。要求：1）母联开关必须合上，且电流够大；2）每一母线都有电源元件。母差保护在运行时存在问题：区内故障：差电流较大，保护动作可靠区外故障：故障相线路CT易饱和（线路出口处），产生Ibp，引起继电器误动。措施：增加定值、用Wph校平衡、采用高阻抗继电器等等。缺点：牺牲灵敏性、动作时间为代价，在220～500KV系统中不能适应需要。特点：1、能适应各种运行方式，CT能自动切换2、动作速度快，测量故障1～3ms，跳闸出口8～13ms3、区外故障时，CT饱和不会误动作（选型适当）4、线路CT不同型也能匹配。中阻抗母差保护（RADSS）1、差回路原理T1、T2：辅助变流器，其作用为变流、调平衡、电气隔离TM：差回路升流器KD：差动元件，具有比率制动特性，其动作条件为：动作电压Ud制动电压Us+动作门槛KS：启动元件，无制动特性，其动作条件为：差电流IdKS的动作值GLJ：断线监视电流元件，其作用为监视差回路不平衡电流。为差动元件动作门槛，为制动系数（化简得：动作时，当KsdTMSKTcDKDDDsdsDscSTsdDcTMdddIRRnRSSSIISIKRIUUURIRIRIURIInRIU2/)102/1当差电流Ic达到总电流IT的S倍以上时，差动元件KD动作.A-稳定边界线B-动作临界线M-制动区N-无意义区阴影部分-动作区1）正常运行或外部故障（CT未发生饱和）时流经装置的总电流：IT=IL=I1=I2流经差回路的电流：Ic=0S·IT显然KD，KS均不动作。2）内部故障（CT未发生饱和）时总故障电流全部流经差回路Ic=ITKS的动作值，显然SR动作。3）内部故障（CT发生饱和）时差动元件KD及启动元件KS抢先于CT饱和前启动（约1~2ms），可靠跳闸。4）外部故障（CT发生严重饱和）此时，饱和CT的二次输出电流为零从图中可得：要确保此时保护不误动，必须满足下式：故在装置内部通过选择合适的元件阻值，就可保证满足上述条件，KD可靠不动作。TLSZLScIRRRRRI2/2/WWR2/1R2/12/2/LSZSZLLSZLSRRRSSRRSSRSRRRRR为装置稳定阻抗，则定义即：2、差动出口中间启动回路3、自保持回路及出口自复归回路4、CT断线闭锁回路及直流监视5、失灵回路线路失灵保护：线路保护出口，故障仍存在母联失灵、死区保护（母联DL和CT间短路）6、电压闭锁回路为防止因失灵保护被误启动或出口继电器被误碰，而导致断路器误跳闸，每段母线各装设有一套电压闭锁元件。7、切换及互联回路为保证在倒闸操作时，保护与一次并母状态相对应，设置了互联回路。在互联状态下，共用的是Ⅰ母的测量回路，同时实现并母跳闸方式。9、充电保护由母联开关向另一母线充电时才投入的保护，充电完好后即退出。358、出口跳闸回路BP-2B微机母线保护装置深圳南瑞陈远生电话：[phone]Email：[e-mail]BP-2B微机母线保护装置，适用于500kV及以下电压等级，包括单母线、单母分段、双母线、双母分段以及3/2接线在内的各种主接线方式，最大主接线规模为36个间隔。实现母线差动保护、母联充电保护、母联过流保护、母联失灵（或死区）保护、母联非全相以及断路器失灵保护出口等功能。母线差动保护母线保护差动元件由分相复式比率差动判据和分相突变量复式比率差动判据构成。复式比率差动判据由于在制动量的计算中引入了差电流，使其在母线区外故障时有很强的制动特性，在母线区内故障时无制动，因此能更明确的区分区外故障和区内故障。GOTOP37“和电流”与“差电流”和电流差电流mjIjIr1mjIjId1GOTOP38起动元件1、和电流突变量判据：2、差电流越限判据：3、起动元件返回判据：IdsetirIdsetIdIdsetId75.0GOTOP39差动元件复式比率差动判据动作表达式：)1(IdsetId)2()(IdIrKrIdIdIr-IdIdsetKr其中Id为母线上各元件的矢量和，即差电流。Ir为母线上各元件的标量和，即和电流。Idset为差电流门坎定值；Kr为复式比率系数（制动系数）若忽略CT误差和流出电流的影响，在区外故障时，Id=0，0/Ir为0；在区内故障时，Id=Ir，Id/0为∞。由此可见，复式比率差动继电器能非常明确地区分区内和区外故障，Kr值的选取范围达到最大，即从0到∞。GOTOP40复式比率差动判据若考虑区内故障时有Ext%的总故障电流流出母线，则此时的比率制动系数为：Kr=Id/(Id+Ext%Id+Ext%Id-Id)=1/(2Ext%)IdExt%IdId+Ext%IdGOTOP41复式比率差动判据若考虑区外故障时故障支路的CT误差达到δ，而其余支路的CT误差忽略不计，则此时的比率制动系数为:Kr=δ/(1+1-δ-δ)=δ/(2-2δ)若令总流入电流为1，则总流出电流为1－δ，差电流为δ1-δ1GOTOP42复式比率差动判据复式比率系数Kr和故障支路误差δ、区内故障时流出母线电流占总故障电流的比例Ext%之间的关系表：KrExt%δ%14067220803158541288该表含义是，Kr与Ext成反比，即Kr选值越大在区内故障时允许流出母线的电流占总故障电流的份额越小；Kr选值越大在区外故障时允许故障支路的最大CT误差越大。当Kr整定为2时，在区外故障时允许故障支路的最大CT误差为80%而母差不会误动，在区内故障时允许20%以下的总故障电流流出母线而母差不会拒动。其余类推。GOTOP43故障分量复式比率差动判据故障分量复式比率差动判据动作表达式为：)()()(NkikikimjIjId1mjIjIr1)1(IdsetId)2()(IdIrKrId)3(IdsetId)4()(5.0IdIrIdGOTOP44由于电流故障分量的暂态特性，故障分量复式比率差动判据仅在和电流突变起动后的第一个周波投入电压闭锁元件setUUsetUUUsetUUUcabcab2200,3)(式中Uab、Ubc、Uca为母线线电压，3U0为母线三倍零序电压，U2为母线负序电压，Uset、U0set、U2set分别为各电压闭锁定值。三个判据中的任何一个被满足，该段母线的电压闭锁元件就会动作，称为复合电压元件动作。本元件瞬时动作，动作后自动展宽40ms再返回。差动元件与失灵元件动作出口经相应母线段的相关复合电压元件闭锁。GOTOP45TA(电流互感器)饱和检测元件为防止母线差动保护在母线近端发生区外故障时，由于TA严重饱和出现差电流的情况下误动作，本装置根据TA饱和发生的机理、以及TA饱和后二次电流波形的特点设置了TA饱和检测元件，用来判别差电流的产生是否由区外故障TA饱和引起。该饱和检测元件可以称之为自适应全波暂态监视器。该监视器判别区内故障情况下截然不同于区外故障发生TA饱和情况下ΔId元件与ΔIr元件的动作时序，以及利用了TA饱和时差电流波形畸变和每周波都存在线形传变区等特点，可以准确检测出饱和发生的时刻，具有极强的抗TA饱和能力。GOTOP46故障母线选择逻辑差动保护使用大差比率差动元件作为区内故障判别元件；使用小差比率差动元件作为故障母线选择元件。母线分列运行：大差比率差动元件自动转用比率制动系数低值母线互联运行：小差比率差动元件自动退出——保护不进行故障母线的选择，一旦发生故障同时切除两段母线。GOTOP47故障母线选择逻辑与与与或与与全波饱和检测或I母差动复合电压动作与I母出口KzKr5.0KrzKKr15.01KrIdsetIrIdsetIdKzKrzKKr1ΔIr：和