母差保护.docx
《母差保护.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《母差保护.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
母差保护
第六章
母差保护
母线保护主要是母差保护。
此外，还可以根据母线的型式、重要性及其他要求，配置断路器失灵保护、母线充电保护、母联过流保护及母联死区保护等。
第一节母线差动保护
目前，国内生产及广泛应用的微机型母差保护，全部属于电流式差动保护。
一基本概念
电流式母线差动保护，皆采用A、B、C三相分相电流构成的三个分相差动元件；而对于35kV及以下的母线保护也可以采用A、C两相式电流差动保护。
1分相差动元件的动作方程
（
）…………………………………………….（6—1）
（
）…………………………………….（6—2）
式（6－1）及式（6－2）中：
Ij—第j支路中的电流；
Idzo—初始动作电流；
Izdo—拐点电流；
Kz—比率制动系数。
2母线差动保护的构成
为提高母差保护动作的可靠性，除分相差动元件之外，还采用了启动元件、区外故障TA饱和鉴别元件及出口闭锁元件（对于一个半开关接线的500kV母线，母差保护不采用出口闭锁元件）。
⑴启动元件
采用差流越限及相电流突变量构成的“或门”作为差动保护的启动元件。
⑵区外故障TA饱和鉴别元件
通常采用差流越限与相电流突变是否同步，来鉴别差流的产生是由于区内故障还是因区外故障TA饱和：
当两者同时产生时，判为内部故障；而当相电流突变超前差流出现时，则判为区外故障TA饱和。
⑶出口闭锁元件
为防止由于差动出口回路误碰或出口继电器损坏等原因而导致误跳断路器，采用复合电压（低电压、负序电压、零序电压及相电压突变）元件闭锁跳闸出口。
另外，对于双母线及单母线分段的差动保护，采用一套大差及两套（或多套）小差。
此时，大差作为启动元件，小差用于选择并切除故障母线。
3逻辑框图
⑴单母线母差保护
单母线母差保护的逻辑框图如图6－1所示。
图6－1单母线差动保护逻辑框图
⑵双母线或单母线分段差动保护
双母线或单母线分段差动保护的逻辑框图如图6－2所示。
图6－2双母线或单母线分段差动保护逻辑框图
⑶一个半断路器接线母线的母差保护
一个半断路器接线母线的母差保护，其构成框图同图6－1。
但当母线没有TV或不需采用复合电压闭锁时，在逻辑框图中要解除复合电压闭锁元件。
4差动元件的动作特性
差动元件的动作特性，为具有两段折线式的比率制动特性。
其动作特性如图6－3所示。
图6－3差动元件的动作特性
在图6－3中：
Idzo－初始动作电流；
Izdo－拐点电流（等于Idzo／Kz）
Izd－制动电流；
Idz－差动电流；
Kz－比率制动系数
二调整试验
不同接线型式（母线接线型式）的母差保护，其调试方法相似。
双母线或单母线分段的差动保护调试较复杂。
以下以装有WMZ-41型母线保护装置并有四个出线元件的双母线为例，介绍差动保护的调试方法。
1通道平衡状况的校验
⑴试验接线
试验接线如图6－4所示。
图6－4通道平衡试验接线
在图6－4中：
a1、b1、c1、n1…a4、b4、c4、n4－分别为出线或变压器单元TA1～TA4二次三相电流的接入端子；
a0、b0、c0、n0－母联TA二次三相电流的接入端子。
⑵各相差动通道平衡的检查
操作界面键盘，调出显示各相差流的界面。
（I）A相差动各通道平衡检查
如图6－4所示，操作试验，使分别通入装置的电流为Ie及5Ie（Ie－TA二次标称额定电流，5A或1A）。
观察并记录界面上显示的A相差流值。
将图6－4中接a1端子的连线分别接在a2、a3及a4端子上，重复上述试验并记录显示的A相差流。
（II）B相及C相差动各通道平衡检查
将图6-4接a1端子的线分别改接到b1、b2、b3、b4及c1、c2、c3、c4上，重复（I）项的试验操作，观察及记录。
将上述各记录数据列于表6－1。
当母线上有更多连接元件时，试验方法同上。
表6-1各相差动元件通道平衡检查记录
要求：
当各组TA变比相同时，表中所列各差流与通入电流的百分比均应小于5％。
对于变比不相同的两组差动TA，其差流应为：
………………………………………………………………………（6-3）
式（6－3）中：
Id—差流；
I—外加电流；
η—两组TA之间的平衡系数，其值等于两组TA变比的比值。
此时，界面显示的差流与计算值的最大误差应小于5％。
2初始动作电流
在柜后端子排上，用短接隔离开关相应辅助接点接入端子的方法，使TA1及TA2二次三相电流接入Ⅰ母小差回路；而使TA3及TA4二次三相电流接入Ⅱ母小差回路；使TA0二次三相分别接入Ⅰ母及Ⅱ母小差回路。
⑴小差初始动作电流的校验
（I）试验接线
试验接线如图6－5所示。
在图6－5中，接线端子a1、b1、c1、n1…a4、b4、c4、n4的物理意义同图6-4。
图6－5小差元件初始动作电流试验接线
由于母差保护的小差动作电流一般比大差元件动作电流大，故在校验其初始动作电流时，不需采取任何措施。
（II）I母差动元件的校验
操作界面键盘，调出差流显示界面。
去掉母联刀闸一路辅助接点的短接线，使母联TA0只接入Ⅰ母差动回路中。
操作试验仪缓慢增加输出电流至I母A相差动保护动作。
记录保护动作时外加电流及差流显示值。
分别将接a1端子的线改接到a2、a0、b1、b2、b0、c1、c2及c0端子上，重复上述试验操作。
分别记录I母各相差动保护动作时外加电流及差流显示值。
（III）Ⅱ母差动元件的校验
分别将图6－5中接a1端子的线改接到a3、a4、b3、b4、c3、c4端子上，重复（II）项中操作试验并及记录。
将上述试验结果列入表6－2。
表6－2各母线及各相差动元件的初始动作电流
母线
相别
加流端子
动作电流
显示差流
Ⅰ
母
A相
B相
C相
Ⅱ
母
A相
B相
C相
要求：
表中的动作电流与显示的差流相同，并与整定值的最大误差小于5％。
⑵大差初始动作电流的校验
（I）试验接线
试验接线如图6－6所示。
在图6-6中：
IA、IB、IC、IN－分别为试验仪A相、B相、及C相输出电流。
图6－6大差元件初始动作电流试验接线
在柜后端子排上，用短接隔备开关辅助接点接入端子，使图6－6中：
端子a1、b1、c1、n1、a2、b2、c2、n2—为I母小差TA二次接入端子；而使端子a3、b3、c3、n3、a4、b4、c4、n4—为Ⅱ母小差TA二次接入端子。
（II）A相大差元件的校验
操作试验仪，将图6－6所示的IA、IB电流设置为反相，并使IB电流略大于小差的初始
动作电流，此时Ⅰ母A相差动保护动作。
然后，增大IA至差动保护返回，再缓慢降低IA至
Ⅰ母A相差动重新动作。
记录保护重新动作时的IA电流值。
此时，大差元件的动作电流为：
IB－IA。
再将接a3端子的线改接至a4端子上，重复上述试验操作，记录大差元件的动作电流。
（Ⅲ）B相及C相大差元件的校验
将图6－6中接a1端子的线分别改接在b1及c1上，而将接a3端子的线分别改接至b3、b4及c3、c4端子上，重复（II）项中的试验及操作，记录大差元件的动作电流IB－IA。
要求：
各相大差元件的初始动作电流等于倍小差初始动作电流，最大误差应小于5%。
3动作特性曲线的录制
（1）Ⅰ、Ⅱ母小差元件的动作特性
（Ⅰ）试验接线
录制Ⅰ、Ⅱ母小差元件动作特性的试验接线如图6－7所示。
在图6－7中，接线端子a1、b1、c1、n1…a4、b4、c4、n4的意义同图6-4。
图6－7录制比率制动特性试验接线
（Ⅱ）Ⅰ母小差元件的动作特性
在保护柜后端子排上，短接隔离刀闸的辅助接点的接入端子，使图6-7中端子a1、b1、c1、n1、a2、b2、c2、n2、a0、b0、c0及n0接入Ⅰ母小差回路。
设各侧之间的平衡系数为1（即各差动的TA变比相同）。
设置试验仪，将图6－7中的IA、IB电流设置为反相，而使IC与IA或IB同相位。
然后，进行以下试验操作：
使IA＝IB＝0缓慢增加IC至Ⅰ母A相差动保护动作。
记录动作电流IC0。
使IA＝IB＝
（Idzo－整定的初始动作电流；Kz－整定的比率制动系数），缓慢增大IC至Ⅰ母A相差动保护动作。
记录动作电流IC1。
使IA＝IB分别等于、2Ie、6Ie（Ie－TA二次标称额定电流，为5A或1A），重复上述试验操作及记录相应的动作电流IC2、IC3及IC4。
然后，将接在端子a0及a2的线分别改接在端子b0及b2、c0及c2上，而将接端子a1的线分别相应改接在端子b1、c1上。
重复上述试验操作，分别记录对Ⅰ母B相及C相差动元件的相应试验数据。
（Ⅲ）Ⅱ母小差元件的动作特性
在保护柜后端子排上，用短接隔离刀闸辅助接点的接入端子的方法，使端子a3、b3、c3、n3、a4、b4、c4、n4、a0、b0、c0及n0接入Ⅱ母小差回路。
设各侧之间的平衡系数为1。
将图6－7中接在端子a0及a2的线分别改接在端子a0及a4、b0及b4、c0及c4上，而将接端子a1的线分别相应改接在端子a3、b3及c3上。
将IA、IB电流设置为反相，重复（Ⅱ）项中各条加流试验过程，录取Ⅱ母各相小差元件的动作特性曲线。
将上述各试验结果列于表6－3中。
应按下式计算各相差动保护的比率制动系数及拐点电流值：
………………………………………….…………（6-4）
而初始动作电流为：
………………………………………….……………………………….…（6-5）
式（6－4）中：
Ic（4）及Ic
（2）——分别对应于图6－7中IA＋IB分别等于12Ie及3Ie时的动作电流Ic；
Izdo－拐点电流。
要求：
按式（6－4）的计算值与整定值的最大误差小于5％。
表6－3ⅠⅡ母差动保护动作特性
电流名称
母线
及相别
试验仪输出电流值
制动电流
IA＋IB
0
3Ie
4Ie
12Ie
Ic（0）
Ic
（1）
Ic
（2）
Ic（3）
Ic（4）
动
作
电
流
Ⅰ母
A相
B相
C相
Ⅱ母
A相
B相
C相
（2）大差元件的动作特性
当双母以正常方式运行时，大差元件的动作特性与小差相同。
而当母联开关退出运行时，大差元件的比率制动系数自动降低。
以下，介绍母联开关退出运行时，大差元件动作特性的校验。
在保护柜后端子排上，断开母联刀闸辅助接点的接入回路。
（I）试验接线
试验接线如图6－8所示。
图中各接线端子的意义同前图。
图6－8大差元件动作特性试验接线
在柜后端子排上，短接隔离刀闸辅助接点的接入端子，使a1、b1、c1、a2、b2、c2为Ⅰ母小差电流接入端子；而a3、b3、c3、a4、b4、c4为Ⅱ母小差电流接入端子。
（Ⅱ）A相大差元件的动作特性
将IA、IB电流设置为反相，使IC与IB方向相同。
然后，进行以下试验操作：
使IA＝IB＝0，缓慢增加IC至Ⅰ母A相差动元件动作。
记录动作电流。
使IA＝IB＝Ie，升高IC至Ⅰ母A相差动元件动作。
记录动作电流。
分别使IA＝IB等于2Ie及6Ie，重复上述试验操作，记录动作电流。
（Ⅲ）B相及C相大差元件的动作特性
将图6-8所示接在端子a1及a3的线分别改接在端子b1及b3、c1及c3上，而将接端子a2的线分别相应改接在端子b2及c2上。
重复（Ⅱ）项试验操作、观察及记录相应的动作电流。
将上述各试验数据列于表6－4中。
表6－4大差元件的动作特性
电流名称
电流值
制动电流
IA＋IB
0
2Ie
4Ie
6Ie
动作
电流
Ic
Ic0
Ic1
Ic2）
Ic3
A相
B相
C相
按下式计算各相大差元件的比率制动系数及拐点电流值：
………………………………………….…………（6-6）
在式（6－6）中：
Ic（3）及Ic
（1）分别对应于图6－8中IA＝IB等于6Ie及Ie时的动作电流Ic；
Kz－退出母联运行时大差元件的比率制动系数；
Izdo－拐点电流。
要求：
按式（6－5）计算出的比率制动系数Kz应等于左右。
4复合电压闭锁元件的校验
（1）试验接线
校验复合电压闭锁元件的试验接线如图6－9所示。
图6－9母差保护复合电压闭锁元件试验接线
在图6－9中：
a1、b1、c1、a2、b2、c2分别为母差保护两组TA二次三相电流的接入端子，
a1、b1、c1接在Ⅰ母差动保护回路中；
a2、b2、c2接在Ⅱ母差动保护回路中；
A1、B1、C1、A2、B2、C2分别为Ⅰ母及Ⅱ母上TV二次三相电压接入端子。
（2）零序及负序电压计算及显示正确性的检查
操作界面键盘，调出零序及负序电压计算值的显示通道。
操作试验仪，使UA=30V、UB=UC=0。
观察并记录界面上显示的零序及负序电压的计算值。
再使UA=60V、UB=UC=0，再次观察并记录零序电压及负序电压的计算值。
要求：
界面显示的零序电压及负序电压应相等，且分别等于10V及20V。
最大误差小于5%。
（3）低电压定值的校验
操作盘面电压切换开关，使图6－9中端子A1、B1、C1上的电压用于闭锁Ⅰ母差动保护，使接入端子A2、B2、C2上的电压用于闭锁Ⅱ母差动保护。
操作试验装置使输出电压为三相对称正序额定电压（相电压为）；使输出电流大于差动元件的初始动作电流。
此时，Ⅰ母A相差动保护动作。
用通灯或万用表欧姆档，在柜后端子排上测量Ⅰ母出口跳闸回路导通状况。
此时，回路应不通。
缓慢降低三相电压至跳闸出口回路闭合，记录出口回路刚刚导通时的电压值。
（4）负序电压定值的校验
（Ⅰ）方法1
暂将复合电压闭锁元件的低电压定值降到1～2V。
将图6－9中由试验仪接至A1端子的线与由试验仪接至B1端子的线换接。
操作试验仪，使输出三相电压略大于低电压的整定值；输出电流大于差动的初始动作电流。
此时，差动保护动作。
但Ⅰ母出口跳闸回路不通。
缓慢升高三相电压至跳闸出口回路闭合，记录出口回路刚刚导通时的电压值，该电压值即为负序电压动作值。
（Ⅱ）方法2
试验接线仍如图6－9所示。
暂将低电压定值降到较小值（例如3～5V）；将零序电压定值暂调到较大值（例如30～40V）。
操作试验仪，使输出电压为三相正序对称额定电压；输出电流大于差动的初始动作电流。
此时，差动保护动作。
但Ⅰ母出口跳闸回路不通。
操作界面键盘，调出负序电压计算显示值。
缓慢降低某相（例如A相）电压（或改变某相电压的相位）至跳闸出口回路闭合。
记录出口回路刚刚导通时的界面上显示的负序电压值。
（5）零序电压定值的校验
暂将低电压整定值降到较小值（例如3～5V）；将负序电压整定值暂调到较大值（例如40V）。
恢复零序电压的整定值。
操作界面键盘，调出显示零序电压计算值通道。
（Ⅰ）方法1
试验接线如图6－9所示，操作试验仪，使输出电压为三相正序对称额定电压（相电压为），输出电流大于差动的初始动作电流。
此时，差动保护动作。
而出口跳闸回路不通。
操作试验仪，缓慢降低某一相电压，并兼移动其它两相电压之间的相位，至跳闸出口回路闭合。
记录出口回路刚刚导通时的界面上显示的零序电压值。
（Ⅱ）方法2
试验接线仍如图6－9所示。
操作试验仪，使输出电流大于差动的初始动作电流。
输出三相电压同相位且幅值相等，其值大于低电压元件的动作电压。
此时，差动保护动作。
而出口跳闸回路不通。
同时缓慢升高三相电压至跳闸出口回路闭合，记录出口回路刚刚导通时的外加电压值及界面上显示的零序电压值，这两个电压值即为零序电压动作值。
（6）电压突变量定值ΔU的校验
操作界面键盘，使电压突变量动作值等于整定值。
试验接线如图6－9所示。
操作试验仪，使输出电压为三相正序对称额定电压（相电压为），输出电流大于差动的初始动作电流。
此时，差动保护动作。
而出口跳闸回路不通。
操作试验仪，设定试验电压变化量的步长，使其等于倍电压突变量ΔU定值。
操作试验仪，同时突然降低三相电压几次（降低后的电压值仍大于低电压定值）。
检查跳闸出口回路是否导通。
回路应不导通。
改变试验电压变化量的步长，使其等于倍电压突变量ΔU定值。
重复上述试验操作及检查，差动出口回路应可靠导通。
（7）Ⅱ母复合电压元件的校验
将图6－9中接在a1、A1、B1、C1端子上的线分别对应改接在a2、A2、B2、C2端子上。
重复以上（3）～（6）各相试验及记录。
将上述校验结果列于表6－5。
表6－5复合电压闭锁元件定值检验结果
项目
低电压
负序电压
零序电压
突变量电压
动作
电压
整定值
测量值
（I母）
（II母）
要求：
各动作电压的测量值与整定值的最大误差不大于5％。
另外，通过上述试验，可验证母差保护构成框图的正确性（除TA饱和判别回路之外）。
若在试验中出现拒动、误动或出口回路不闭合等情况，应及时查明原因并进行处理。
5母差保护校验记录汇总表
在校验完母差保护之后，将校验结果列于表6—6。
表6－6母差保护校验记录表
项目
Ⅰ母小差
Ⅱ母小差
大差
复合电压闭锁
整定项目
Idzo
Izdo
Kz
Idzo
Izdo
Kz
Idzo
Izdo
Kz
U＜
U2＞
U0＞
ΔU
整定值
实测值
备注
第二节断路器失灵保护
220kV及以上电压等级（包括重要的110kV电压等级）的母线，应配置断路器失灵保护。
一基本概念
断路器失灵保护由启动元件、所接母线判别元件及时间元件组成。
另外，为防止出口回路误碰及出口继电器损坏等原因而导致误跳断路器，其出口回路均采用复合电压元件闭锁。
当母线差动与失灵保护配套时，两者可公用出口回路。
1启动元件
断路器失灵保护启动元件，通常是由各出线单元的保护提供。
它是由出线元件保护出口继电器一对接点与过电流（相电流、负序电流或零序电流）继电器的一对接点串联（或电流元件动作）后的开关量。
当出线元件只提供保护出口继电器接点时，母线保护需增加相电流元件来启动失灵。
2所接母线判别元件
在双母线的母线保护中，用两组隔离开关辅助接点的状态（那一组接点闭合）来判定出线元件所接的母线。
3时间元件
对于双母线或单母线分段的断路器失灵保护，应有两段延时。
以短延时跳母联或分段断路器，以较长延时跳故障元件所在母线上的其它所有断路器。
4逻辑框图
双母线断路器失灵保护，通常采用的逻辑框图如图6－10及图6－11所示。
图6－10双母线失灵保护框图
图6－11双母线失灵保护框图
在图6－10及图6－11中：
P1、P2－分别为接Ⅰ母及Ⅱ母隔离刀闸的辅助接点；
J、J1－连接元件保护出口继电器接点；
t1、t2′、t2″—分别为跳母联、I母所接开关及II母所接开关的出口延时；
J2－相过电流元件继电器接点；
I＞－失灵保护的相电流元件。
说明：
根据设计的要求，相电流元件也可以采用相电流、零序电流或负序电流构成的或门元件。
二调整试验
1逻辑框图正确性检查
（1）图6－10所示逻辑框图正确性检查
在柜后端子排上，用导线将图6－10所示接J1及J2串接接点两端的输出端子短接起来。
短接接Ⅰ母隔离刀闸的辅助接点P1的端子时，Ⅰ母失灵保护动作；而短接接Ⅱ母隔离刀闸的辅助接点P2的端子时，Ⅱ母失灵保护动作。
在Ⅰ、Ⅱ母失灵保护分别动作的情况下，用通灯或万用表欧姆档测量相应出口接点闭合情况。
由于没加电压，所测出口接点应可靠闭合。
在不短接J1、J2，或不短接P1，或不短接P2的情况下，失灵保护应可靠不动作。
（2）图6－11所示逻辑框图正确性检查
试验接线如图6－12所示。
图6－12失灵保护试验检查接线
在图6－12中：
a1、b1、c1、n1－为失灵保护用一组TA二次三相电流的接入端子；
P1、P2－分别为接Ⅰ母及Ⅱ母隔离刀闸的辅助接点；
J—连接元件保护出口继电器的一对接点；
1～2、3～4、5～6分别为失灵或母差保护跳母联开关、失灵开关及其他开关的出口接点；
X、Y为试验仪停止计时的返回接点接入端子。
（Ⅰ）相电流元件动作电流的校验
在柜后端子排上，短接J及P1接点的输出接线端子。
操作试验仪，缓慢增加输出电流至Ⅰ母失灵保护动作。
记录保护动作时的电流值。
然后，再缓慢降低电流至Ⅰ母失灵保护返回，记录返回电流。
要求：
动作电流值与整定值的误差小于5％。
返回系数应不低于。
（Ⅱ）逻辑框图正确性检查
短接J及P2接点的输出接线端子。
操作试验仪，缓慢增加输出电流至大于相电流元件的整定值，此时，Ⅱ母失灵保护应动作。
在不短接J或J1或J2的情况下，重复上述试验及检查，Ⅰ母失灵或Ⅱ母失灵保护应可靠不动作。
2动作时间的测量
（1）逻辑框图为图6－11时时间的测量
试验接线如图6－12所示。
短接J1及P1接点。
操作试验仪，设置输出电流大于相电流元件的整定值。
突加电流测并记录时间t1。
然后，将接在端子1～2的线分别改接到3～4及5～6端子上。
重复上述试验操作并记录时间t2′、t2″。
要求：
第一次测得的时间不大于250ms；t2′及t2″的测量值与整定值的最大差值应小于5％。
（2）图6－10所示逻辑框图时间的测量
试验接线如图6－13所示。
图6－13失灵保护时间测量接线
在图6－13中：
J－为出线保护出口继电器接点与过流继电器接点串联后接入端子；
P1－为接Ⅰ母隔离刀闸的辅助接点；
1～2、3～4、5～6分别为失灵或母差保护跳母联开关、失灵开关及其他开关的出口接点输出线端子；
K－单相刀闸。
短接P1接点端子，突合单相刀闸K，记录动作时间t1。
然后，将接在端子1～2的线分别改接到端子3～4及5～6上。
重复上述试验操作并记录时间t2′及t2″。
对测得时间的要求同
（1）项。
3校验记录汇总表
将对失灵保护的校验结果列于表6—7中。
表6—7失灵保护校验汇总表
项目
相电流启动
动作延时
逻辑回路检查
动作电流
返回电流
t2′
t1
t2″
整定值
实测值
第三节母联失灵及母差死区保护
一基本概念
对于双母线或单母线分段，通常母联或联络断路器单元只安装一组TA。
当在断路器与TA安装点之间发生故障时，故障母线的母差将拒绝动作（即出现死区）。
另外，当一段母线故障时，母联或联络断路器有可能拒动（即失灵）。
为不扩大事故，在上述两种情况下，需设置母联或联络开关失灵及死区保护。
1保护的构成
母差保护动作，母联TA二次仍有电流，经延时启动失灵（或将母联电流不计入小差回
路）跳开另一条母线上所连断路器。
2逻辑框图
母
升级会员 