母线保护基础知识技术培训资料

1母线保护第一节概述母线是发电厂和变电站重要组成部分之一。母线又称汇流排，是汇集电能及分配电能的重要设备。一母线的接线方式母线的接线方式种类很多。应根据发电厂或变电站在电力系统中的地位，母线的工作电压，连接元件的数量及其他条件，选择最适宜的接线方式。1单母线和单母线分段单母线及单母线分段的接线方式如图12-1所示。QF12母线QF15432I段母线II段母线QFQFQFQFQF(a)单母线（b）单母线分段图12-1单母线及单母线分段接线在图中：QF1~QF4－出线断路器；QF5－分段断路器。在发电厂或变电站，当母线电压为35~66KV、出线数较少时，可采用单母线接线方式；而当出线较多时，可采用单母线分段；对110KV母线，当出线数不大于4回线时，可采用单母线分段。2双母线在大型发电厂或枢纽变电站，当母线电压为110KV以上，出线在4回以上时，一般采用双母线接线方式，如图12-2所示。QF2QF3QF4QF1QF5I母II母图12-2双母线接线在图中：QF1~QF4－出线断路器；QF5－母联断路器。3角形母线出线回路不多的发电厂，其高压母线可采用角形接线。如图12-3所示。2QF1QF2QF3QF4图12-3角形接线母线在图中：QF1~QF4－出线断路器。423断路器母线当母线故障时，为减少停电范围，220KV及以上电压等级的母线可采用23断路器母线的接线方式。其接线如图12-4所示。QF1QF2QF3QF4QF5QF6I母II母图12-423断路器母线接线方式在图12-4中：QF1~QF6－出线断路器。断路器QF1~QF3组成一串；断路器QF4~QF6组成另一串。QF2、QF5叫串中间断路器。二母线的故障在大型发电厂和枢纽变电站，母线连接元件甚多。主要连接元件除出线单元之外，尚有TV、电容器等。运行实践表明：在众多的连接元件中，由于绝缘子的老化，污秽引起的闪路接地故障和雷击造成的短路故障次数甚多。另外，运行人员带地线合刀闸造成的母线短路故障，也有发生。母线的故障类型主要有单相接地故障，两相接地短路故障及三相短路故障。两相短路故障的几率较少。三母线保护当发电厂和变电站母线发生故障时，如不及时切除故障，将会损坏众多电力设备及破坏系统的稳定性，从而造成全厂或全变电站大停电，乃至全电力系统瓦解。因此，设置动作可靠、性能良好的母线保护，使之能迅速检测出母线故障所在并及时有选择性的切除故障是非3常必要的。1对母线保护的要求与其他主设备保护相比，对母线保护的要求更苛刻。（1）高度的安全性和可靠性母线保护的拒动及误动将造成严重的后果。母线保护误动将造成大面积停电；母线保护的拒动更为严重，可能造成电力设备的损坏及系统的瓦解。（2）选择性强、动作速度快母线保护不但要能很好地区分区内故障和外部故障，还要确定哪条或哪段母线故障。由于母线影响到系统的稳定性，尽早发现并切除故障尤为重要。2对电流互感器的要求母线保护应接在专用TA二次回路中，且要求在该回路中不接入其他设备的保护装置或测量表计。TA的测量精度要高，暂态特性及抗饱和能力强。母线TA在电气上的安装位置，应尽量靠近线路或变压器一侧，使母线保护与线路保护或变压器保护有重叠保护区。3与其他保护及自动装置的配合由于母线保护关联到母线上的所有出线元件，因此，在设计母线保护时，应考虑与其他保护及自动装置相配合。（1）母差保护动作后作用于纵联保护停信（对闭锁式保护而言）当母线发生短路故障（故障点在断路器与TA之间）或断路器失灵时，为使线路对侧的高频保护迅速作用于跳闸，母线保护动作后应使本侧的收发信机停信。（2）闭锁线路重合闸当发电厂或重要变电站母线上发生故障时，为防止线路断路器对故障母线进行重合，母线保护动作后，应闭锁线路重合闸。（3）起动断路器失灵保护为使在母线发生短路故障而某一断路器失灵或故障点在断路器与TA之间时，失灵保护能可靠切除故障，在母线保护动作后，应立即去启动失灵保护。（4）短接线路纵差本侧电流回路对输电线路，为确保线路保护的选择性，通常配置线路纵差保护。当母线区内发生故障时，为使线路对侧断路器能可靠跳闸，母线保护动作后，应短接线路纵差保护的电流回路，使其可靠动作，去切除对侧断路器。（5）使对侧平行线路电流横差保护可靠不动作当平行线路上配置有电流横差保护时（两回线分别接在两条母线上），母线保护动作后，应闭锁横差保护。四大型发电厂及枢纽变电站母线保护装置中含保护的类别在大型发电厂及枢纽变电站的成套母线保护装置中，配置有母线差动保护、母联失灵保护、母联充电保护、母联死区保护、母联过流保护、母联非全相运行保护及断路器失灵保护等。第二节母线差动保护在母线保护中最主要的是母差保护一母差保护的分类4就其作用原理而言，所有母线差动保护均是反映母线上各连接单元TA二次电流的向量和的。当母线上发生故障时，各连接单元的电流均流向母线；而在母线之外（线路上或变压器内部）发生故障，各连接单元的电流有流向母线的，有流出母线的。母线上故障母差保护应动作，而母线外故障母差保护可靠不动作。若按母差保护差动回路中的阻抗分类，可分为高阻抗母差保护、中阻抗母差保护和低阻抗母差保护。低阻抗母差保护通常叫做电流型母线差动保护。根据动作条件分类，电流型母线差动保护又可分为电流差动式母差保护、母联电流比相式母差保护及电流相位比较式母差保护。本节介绍国产微机电流型母差保护、中阻抗母差保护及高阻抗母差保护。二微机电流型母线差动保护目前，微机电流型母差保护在国内各电力系统中得到了广泛应用。1作用原理及逻辑框图微机电流型母差保护的作用原理是njjI10……………………………………………………（12-1）式中：n－正整数（母线联接单元数）；jI－母线所连第j条出线的电流。即母线正常运行及外部故障时流入母线的电流等于流出母线的电流，各电流的向量和等于零。当母线上发生故障时njopjII1……………………………………………………（12-2）保护动作。式中：opI－差动元件的动作电流；jI的物理意义同式（12-1）。母线差动保护，主要由三个分相差动元件构成。另外，为提高保护的动作可靠性，在保护中还设置有启动元件、复合电压闭锁元件、TA二次回路断线闭锁元件及TA饱和检测元件等。对于单母线分段或双母线的母差保护，每相差动保护由两个小差元件及一个大差元件构成。大差元件用于检查母线故障，而小差元件选择出故障所在的哪段或哪条母线。双母线或单母线分段一相母差保护的逻辑框图如图12-5所示。5小差元件启动元件&＆跳开关TA饱和鉴定元件大差元件复压闭锁元件信号图12-5双母线或单母线分段母差保护逻辑框图（以一相为例）由图12-5可以看出：当小差元件、大差元件及启动元件同时动作时，母差保护保护出口继电器才动作；此外，只有复合电压元件也动作时，保护才能去跳各断路器。如果TA饱和鉴定元件鉴定出差流越限是由于TA饱和造成时，立即将母差保护出口短暂闭锁。2小差元件小差元件为某一条母线的差动元件，其引入电流为该条母线上所有连接元件TA二次电流。（1）动作方程小差元件的动作方程为njjnjjponjjISIII1101………………………………………………..（12-3）式中：n－其值为正整数；jI－为接母线的第j个连接单元TA的二次电流；S－比率制动系数，其值小于1；poI0－小差元件的启动电流。（2）动作特性根据式（12-3）的动作方程，绘制出的动作特性曲线如图12-6所示。opoI12III动作区制动区意义区resIdI无图12-6差动元件的动作特性图6在图中：dI－差动电流，njjdII1；Ires－制动电流，njjresII1；1－整定的动作曲线与Ires轴的夹角，njjnjjIIarctg111；2－动作特性曲线的上限与Ires轴的夹角，即njjI1＝njjI1时动作特性曲线与Ires轴的夹角，显然，2＝450，或12tg。由图可以看出，母线小差元件的动作特性为具有比率制动的特性曲线。由于njjI1不可能大于njjI1，故差动元件不可能工作于2＝450曲线的上方。因此将2＝450曲线的上方称之无意义区。3大差元件接入大差元件的电流为二条（或二段）母线所有连接单元（除母联之外）TA的二次电流。大差元件的动作方程及动作特性曲线与小差元件相似。不同之处是大差元件比率制动系数有两个，即有高定值和低定值，当双母线母联断路器或单母线分段的分断路器断开运行时，大差比率制动系数采用低定值，当两段母线并列运行时，大差比率制动系数采用高定值。而小差元件则固定取比率制动系数高定值。4启动元件为提高母差保护的动作可靠性，设置有专用的启动元件，只有在启动元件启动之后，母差保护才能动作。不同型号母差保护，采用的启动元件有差异。通常采用的启动元件有：电压工频变化量元件、电流工频变化量元件及差流越限元件。（1）电压工频变化量元件当两条母线上任一相电压工频变化量大于门坎值时，电压工频变化量元件动作，去启动母差保护。动作方程为NTUUU05.0…………………………………………….（12-4）式中：U－相电压工频变化量瞬时值；NU－额定相电压（TV二次值）；TU－浮动动作门坎值。（2）电流工频变化量元件当相电流工频变化量大于门坎值时，电流工频变化量元件动作，去启动母差保护。动作7方程为NKII…………………………………………….（12-5）式中：I－相电流工频变化量瞬时值；NI－标称额定电流；K－小于1的常数。（3）差流越限元件当某一相大差元件测量差流大于某一值时，差流越限元件动作，去启动母差保护。动作方程为oponjjII1…………………………………………….（12-6）式中：opoI－差动电流启动门坎值；dI＝njjI1－大差元件某相差动电流。当上述各启动元件动作后，均将动作展宽0.5秒。5TA饱和鉴定元件母线出线故障时TA可能饱和。某一出线元件TA的饱和，其二次电流大大减少（严重饱和时TA二次电流等于零）。为防止区外故障时由于TA饱和母差保护误动，在保护中设置TA饱和鉴别元件。（1）TA饱和时二次电流的特点及其内阻的变化理论分析及录波表明：TA饱和时其二次电流有如下几个特点：（I）在故障发生瞬间，由于铁芯中的磁通不能跃变，TA不能立即进入饱和区，而是存在一个时域为3~5ms的线性传递区。在线性传递区内，TA二次电流与一次电流成正比。（II）TA饱和之后，在每个周期内一次电流过零点附近存在不饱和时段，在此时段内，TA二次电流又与一次电流成正比。（III）TA饱和后其励磁阻抗大大减小，使其内阻大大降低，严重时内阻等于零。（IV）TA饱和后，其二次电流偏于时间轴一侧，致使电流的正、负半波不对称，电流中含有很大的二次和三次谐波电流分量。（2）TA饱和鉴别元件的构成原理目前，在国内广泛应用的母差保护装置中，TA饱和鉴别元件均是根据饱和后TA二次电流的特点及其内阻变化规律原理构成的。在微机母差保护装置中，TA饱和鉴别元件的鉴别方法主要是同步识别法及差流波形存在线性传变区的特点；也有利用谐波制动原理防止TA饱和差动元件误动的。（I）同步识别法当母线上发生故障时，母线电压及各出线元件上的电流将发生很大的变化，与此同时在差动元件中出现差流，即电压或工频电流的变化量与差动元件中的差流是同时出现。当母差保护区外发生故障某组TA饱和时，母线电压及各出线元件上的电流立即发生变化，但由于故障后3~5msTA磁路才会饱和，因此，差动元件中的差流比故障电压及故障电流晚出现3~5ms。在母差保护中，当故障电流（即工频电流变化量）与差动元件中的差流同时出现时，认为是区内故障开放差动保护；而当故障电流比差动元件中的差流出现早时，即认为差动元件中的差流是区外故障TA饱和产生的，立即将差动保护闭锁一定时间。将这种鉴别区外故障8TA饱和的方法称作同步识别法。（II）自适应阻抗加权抗饱和法在该方法中，采用了工频变化量阻抗元件Z。所谈的变化量阻抗Z，是母线电压的变化