母线差动保护原理及说明书.docx

1、母线差动保护原理及说明书3.2 原理说明3.2.1 母线差动保护母线差动保护由分相式比率差动元件构成，TA极性要求支路TA同名端在母线侧，母联TA同名端在母侧。差动回路包括母线大差回路和各段母线小差回路。母线大差是指除母联开关和分段开关外所有支路电流所构成的差动回路。某段母线的小差是指该段母线上所连接的所有支路（包括母联和分段开关）电流所构成的差动回路。母线大差比率差动用于判别母线区内和区外故障，小差比率差动用于故障母线的选择。1）起动元件 a）电压工频变化量元件，当两段母线任一相电压工频变化量大于门坎（由浮动门坎和固定门坎构成）时电压工频变化量元件动作，其判据为： u UT +0.05UN

2、其中：u为相电压工频变化量瞬时值；0.05UN 为固定门坎；UT 是浮动门坎，随着变化量输出变化而逐步自动调整。b）差流元件，当任一相差动电流大于差流起动值时差流元件动作，其判据为： Id Icdzd其中：Id为大差动相电流；Icdzd为差动电流起动定值。母线差动保护电压工频变化量元件或差流元件起动后展宽500ms。2）比率差动元件a） 常规比率差动元件动作判据为： （1） （2） 其中：为比率制动系数；为第j个连接元件的电流；为差动电流起动定值。）其动作特性曲线如图3.2所示。图3.2 比例差动元件动作特性曲线为防止在母联开关断开的情况下，弱电源侧母线发生故障时大差比率差动元件的灵敏度不够，

3、大差比例差动元件的比率制动系数有高低两个定值。母联开关处于合闸位置以及投单母或刀闸双跨时大差比率差动元件采用比率制动系数高值，而当母线分列运行时自动转用比率制动系数低值。小差比例差动元件则固定取比率制动系数高值。b） 工频变化量比例差动元件为提高保护抗过渡电阻能力，减少保护性能受故障前系统功角关系的影响，本保护除采用由差流构成的常规比率差动元件外，还采用工频变化量电流构成了工频变化量比率差动元件，与制动系数固定为0.2的常规比率差动元件配合构成快速差动保护。其动作判据为： （1） （2）其中为工频变化量比例制动系数，母联开关处于合闸位置以及投单母或刀闸双跨时取0.75，而当母线分列运行时则自动

4、转用比率制动系数低值，小差则固定取0.75；Ij为第j个连接元件的工频变化量电流；DIT为差动电流起动浮动门坎；DIcdzd为差流起动的固定门坎,由Icdzd得出。3）故障母线选择元件差动保护根据母线上所有连接元件电流采样值计算出大差电流，构成大差比例差动元件，作为差动保护的区内故障判别元件。对于分段母线或双母线接线方式，根据各连接元件的刀闸位置开入计算出两条母线的小差电流，构成小差比率差动元件，作为故障母线选择元件。当双母线按单母方式运行不需进行故障母线的选择时可投入单母方式压板。当元件在倒闸过程中两条母线经刀闸双跨，则装置自动识别为单母运行方式。这两种情况都不进行故障母线的选择，当母线发生

5、故障时将所有母线同时切除。母差保护另设一后备段，当抗饱和母差动作（下述TA饱和检测元件二检测为母线区内故障），且无母线跳闸，则经过250ms切除母线上所有的元件。另外，装置在比率差动连续动作500ms后将退出所有的抗饱和措施，仅保留比率差动元件（，），若其动作仍不返回则跳相应母线。这是为了防止在某些复杂故障情况下保护误闭锁导致拒动，在这种情况下母线保护动作跳开相应母线对于保护系统稳定和防止事故扩大都是有好处的。（而事实上真正发生区外故障时，TA的暂态饱和过程也不可能持续超过500ms）4）TA饱和检测元件 为防止母线保护在母线近端发生区外故障时TA严重饱和的情况下发生误动，本装置根据TA饱和波

6、形特点设置了两个TA饱和检测元件，用以判别差动电流是否由区外故障TA饱和引起，如果是则闭锁差动保护出口，否则开放保护出口。TA饱和检测元件一：采用新型的自适应阻抗加权抗饱和方法，即利用电压工频变化量起动元件自适应地开放加权算法。当发生母线区内故障时，工频变化量差动元件BLCD和工频变化量阻抗元件Z与工频变化量电压元件U基本同时动作，而发生母线区外故障时，由于故障起始TA尚未进入饱和，BLCD元件和Z元件的动作滞后于工频变化量电压元件U。利用BLCD元件、Z元件与工频变化量电压元件动作的相对时序关系的特点，我们得到了抗TA饱和的自适应阻抗加权判据。由于此判据充分利用了区外故障发生TA饱和时差流不

7、同于区内故障时差流的特点，具有极强的抗TA饱和能力，而且区内故障和一般转换性故障（故障由母线区外转至区内）时的动作速度很快。TA饱和检测元件二：由谐波制动原理构成的TA饱和检测元件。这种原理利用了TA饱和时差流波形畸变和每周波存在线性传变区等特点，根据差流中谐波分量的波形特征检测TA是否发生饱和。以此原理实现的TA饱和检测元件同样具有很强抗TA饱和能力，而且在区外故障TA饱和后发生同名相转换性故障的极端情况下仍能快速切除母线故障。图3.3为动模实验室实录的母线区外发生ABC三相故障时TA极度饱和波形，在此情况下本保护可靠制动，可见其优异的抗TA饱和性能。 饱和TA一次电流 饱和TA二次电流图3

8、.3 动模实验室实录的母线区外发生ABC三相故障时TA饱和波形5）电压闭锁元件其判据为 U Ubs 3U0U0bs U2U2bs其中U为相电压，3U0为三倍零序电压(自产),U2为负序相电压,Ubs 为相电压闭锁值，U0bs和U2bs分别为零序、负序电压闭锁值。以上三个判据任一个动作时，电压闭锁元件开放。在动作于故障母线跳闸时必须经相应的母线电压闭锁元件闭锁。图3.4 母差保护的工作框图（以I母为例）当用于中性点不接地系统时，将“投中性点不接地系统”控制字投入，此时电压闭锁元件为 Ul Ubs；U2U2bs（其中Ul为线电压，U2为负序相电压，Ubs为线电压闭锁值，U2bs为负序电压闭锁定值）

9、。母差保护的工作框图（以I母为例）如图3.4所示。3.2.2 母联充电保护当任一组母线检修后再投入之前，利用母联断路器对该母线进行充电试验时可投入母联充电保护，当被试验母线存在故障时，利用充电保护切除故障。母联充电保护有专门的起动元件。在母联充电保护投入时，当母联电流任一相大于母联充电保护整定值时，母联充电保护起动元件动作去控制母联充电保护部分。当母联断路器跳位继电器由“1”变为“0”或母联TWJ=1且由无电流变为有电流(大于0.04In)，或两母线变为均有电压状态，则开放充电保护300ms，同时根据控制字决定在此期间是否闭锁母差保护。在充电保护开放期间，若母联电流大于充电保护整定电流，则将母

10、联开关切除。母联充电保护不经复合电压闭锁。另外, 如果希望外部保护动作时闭锁本装置母差保护(如充电保护)，将“投外部闭锁母差保护”控制字置1。装置检测到“闭锁母差保护”开入后，闭锁母差保护。该开入若保持1s不返回，装置报“闭锁母差开入异常”，同时解除对母差保护的闭锁。母联充电保护的逻辑框图如图3.5所示。 图3.5 母联充电保护的逻辑框图3.2.3母联过流保护当利用母联断路器作为线路的临时保护时可投入母联过流保护。母联过流保护有专门的起动元件。在母联过流保护投入时，当母联电流任一相大于母联过流整定值，或母联零序电流大于零序过流整定值时，母联过流起动元件动作去控制母联过流保护部分。母联过流保护在

11、任一相母联电流大于过流整定值，或母联零序电流大于零序过流整定值时，经整定延时跳母联开关，母联过流保护不经复合电压元件闭锁。3.2.4母联失灵与母联死区保护当保护向母联发跳令后，经整定延时母联电流仍然大于母联失灵电流定值时，母联失灵保护经两母线电压闭锁后切除两母线上所有连接元件。通常情况下，只有母差保护和母联充电保护才起动母联失灵保护。当投入“投母联过流起动母联失灵”控制字时，母联过流保护也可以起动母联失灵保护。如果希望通过外部保护启动本装置的母联失灵保护，应将系统参数中的“投外部起动母联失灵”控制字置1。装置检测到“外部起动母联失灵”开入后，经整定延时母联电流仍然大于母联失灵电流定值时，母联失

12、灵保护经两母线电压闭锁后切除两母线上所有连接元件。该开入若保持10S不返回，装置报“外部起动母联失灵长期起动”，同时退出该起动功能。逻辑框图见图3.6。图3.6 母联失灵保护逻辑框图若母联开关和母联TA之间发生故障，断路器侧母线跳开后故障仍然存在，正好处于TA侧母线小差的死区，为提高保护动作速度，专设了母联死区保护。本装置的母联死区保护在差动保护发母线跳令后，母联开关已跳开而母联TA仍有电流，且大差比率差动元件及断路器侧小差比率差动元件不返回的情况下，经死区动作延时Tsq跳开另一条母线。为防止母联在跳位时发生死区故障将母线全切除，当两母线都有电压且母联在跳位时母联电流不计入小差。母联TWJ为三

13、相常开接点（母联开关处跳闸位置时接点闭合）串联。逻辑框图见图3.7。 图3.7 母联死区保护逻辑框图3.2.5母联非全相保护 当母联断路器某相断开，母联非全相运行时，可由母联非全相保护延时跳开三相。 非全相保护由母联TWJ和HWJ接点起动，并可采用零序和负序电流作为动作的辅助判据。在母联非全相保护投入时，有THWJ开入且母联零序电流大于母联非全相零序电流定值，或母联负序电流大于母联非全相负序电流定值，经整定延时跳母联开关。逻辑框图见图3.8。图3.8 母联非全相保护逻辑框图3.2.6 母联带路运行方式 当主接线方式为母联兼旁路主接线方式时，应投入“投母联兼旁路主接线”控制字。 当系统处于母联带

14、路运行方式时，应投入母联带路压板，并根据系统主接线情况决定是否投入带路TA极性负压板：由于各支路的同名端均在母线侧,所以当带路TA极性端位于母线侧时，不投入此压板；反之当带路TA极性端位于线路侧时则需投入此压板。 当保护处于母联带路状态时，母联电流被视为等同于支路电流。根据“带路TA极性负”的压板状态，决定如何将母联电流计入大差和小差电流；而根据“I母带路”和“II母带路”的压板状态，决定母联电流计入I母小差还是II母小差电流。 当保护处于母联带路状态时，自动将母联开关的部分保护功能（如母联充电保护、母联死区保护、母联失灵保护）退出，另外将因母联开关担负两母线联接功能而设置的一些保护功能（如发

15、生母线故障时将母联开关跳开）也同时退出。此时仍保留母联过流保护、母联非全相保护功能，带路时可用作带路支路的过流保护、母联非全相保护。3.2.7 断路器失灵保护断路器失灵保护由各连接元件保护装置提供的保护跳闸接点起动，逻辑如图3.9。输入本装置的跳闸接点有两种：一种是分相跳闸接点(虚框1所示)，分别对应元件2、3、4、5、7、8、9、10、12、13、14、15、17、18、19、20的跳A、跳B、跳C，通常与线路保护连接，当失灵保护保护检测到此接点动作时，若该元件的对应相电流大于失灵相电流定值（可整定是否再经零序电流或负序电流闭锁），则经过失灵保护电压闭锁起动失灵保护；另一种是每个元件都有的三

16、跳接点Ts(虚框2所示)，当失灵保护检测到此接点动作时，若该元件的任一相电流大于失灵相电流定值（可整定是否再经零序电流或负序电流闭锁），则经过失灵保护电压闭锁起动失灵保护。失灵保护起动后经跟跳延时再次动作于该线路断路器，经跳母联延时动作于母联，经失灵延时切除该元件所在母线的各个连接元件。图3.9 断路器失灵保护逻辑框图失灵保护电压闭锁判据为： UUsl 3U0U0sl U2U2sl其中U为相电压，3U0为三倍零序、U2为负序相电压，Usl 为相电压闭锁定值，U0sl和U2sl分别为零序、负序电压闭锁定值。以上三个判据任一动作时，电压闭锁元件开放。当用于中性点不接地系统时，将“投中性点不接地系统

17、”控制字投入，此时电压闭锁元件的判据为 Ul Usl；U2U2sl（其中Ul为线电压，Usl为线电压闭锁值）。考虑到主变低压侧故障高压侧开关失灵时，高压侧母线的电压闭锁灵敏度有可能不够，因此可选择主变支路跳闸时失灵保护不经电压闭锁，这种情况下应同时将另一付跳闸接点接至解除失灵复压闭锁开入。该开入若保持10s不返回，装置报“保护板管理板DSP2长期起动”，同时解除电压闭锁功能暂时退出。3.2.8 母线运行方式识别针对不同的主接线方式，应整定不同的系统主接线方式控制字。若主接线方式为单母线，则应将“投单母线主接线”控制字整定为1；若主接线方式为单母分段，则应将“投单母线分段主接线”控制字整定为1；

18、若该两控制字均为0，则装置认为当前的主接线方式为双母线。对于单母分段等固定连接的主接线方式无需外引刀闸位置，装置提供刀闸位置控制字可供整定。双母线上各连接元件在系统运行中需要经常在两条母线上切换，因此正确识别母线运行方式直接影响到母线保护动作的正确性。本装置引入隔离刀闸辅助触点判别母线运行方式，同时对刀闸辅助触点进行自检。在以下几种情况下装置会发出刀闸位置报警信号：1、 当有刀闸位置变位时，需要运行人员检查无误后按刀闸位置确认按钮复归；2、 刀闸位置出现双跨时；3、 当某条支路有电流而无刀闸位置时，装置能够记忆原来的刀闸位置，并根据当前系统的电流分布情况校验该支路刀闸位置的正确性，此时不响应刀

19、闸位置确认按钮；4、 由于刀闸位置错误造成大差电流小于TA断线定值，而小差电流大于TA断线定值时延时10s发刀闸位置报警信号；5、 因刀闸位置错误产生差流时，装置会根据当前系统的电流分布情况计算出该支路的正确刀闸位置。另外，为防止无刀闸位置的支路拒动，当无论哪条母线发生故障时，将切除TA调整系数不为0又无刀闸位置的支路。我们还提供与母差保护装置配套的模拟盘（见附录2）以减小刀闸辅助触点的不可靠性对保护的影响。当刀闸位置发生异常时保护发出报警信号，通知运行人员检修。在运行人员检修期间，可以通过模拟盘用强制开关指定相应的刀闸位置状态，保证母差保护在此期间的正常运行。注意：当装置发出刀闸位置报警信号

20、时，运行人员应在保证刀闸位置无误的情况下，再按屏上刀闸位置确认按钮复归报警信号。3.2.9 交流电压断线检查1）母线负序电压大于12V，延时1.25秒报该母线TV断线。2）母线三相电压幅值之和（|Ua|+|Ub|+|Uc|）小于Un，且母联或任一出线的任一相有电流（0.04In），延时1.25秒延时报该母线TV断线。3）当用于中性点不接地系统时，将“投中性点不接地系统”控制字整定为1，此时TV断线判据改为3U212V和线电压低于70V。4）三相电压恢复正常后，经10秒延时后全部恢复正常运行。5）当检测到系统有扰动或任一支路的零序电流大于0.1In时不进行TV断线的检测，以防止区外故障时误判。6

21、）若母线任一电压闭锁条件开放，延时3秒报该母线电压闭锁开放。3.2.10 交流电流断线检查1） 任一支路3I00.25Imax+0.04In时延时5秒发TA断线报警信号，该判据可由控制字选择退出。2） 大差电流大于TA异常报警整定值IDXBJ时，延时5秒报TA异常报警，不闭锁母差保护。TA回路恢复正常后延时5秒TA异常报警信号自动复归。3） 差流大于TA断线整定值IDX ，延时5秒发TA断线报警信号。4） 大差电流大于TA断线整定值IDX，两个小差电流均大于IDX时，延时5秒报母联TA三相断线，当母联代路时不判母联TA三相断线。5） 如果仅母联TA断线不闭锁母差保护，但此时自动切到单母方式，发

22、生区内故障时不再进行故障母线的选择。6） 其它TA断线情况时均闭锁母差保护（其它保护功能不闭锁）。7） 当母线电压异常（母差电压闭锁开放或母线电压3U0大于5V）时不进行TA断线的检测。8） 根据母差保护中“投TA断线自动恢复”控制字可以选择电流回路恢复正常后母差保护是否自动解除闭锁（注：该控制字对支路对称断线及母联TA断线无效）。若此控制字置0则电流回路恢复正常后，须按屏上复归按钮复归报警信号，母差保护才能恢复运行。3.2.11 母线电压切换当有一组PT检修或故障时，可利用屏上的电压切换开关进行切换。开关位置有双母，母、母三个位置，所对应的开入接点TV1、TV2见下表：双母I母II母母TV0

23、10母TV001当置在双母位置，引入装置的电压分别为母、母TV来的电压; 当置在母位置，引入装置的电压都为母电压，即UA2 =UA1 ，UB2 =UB1 ，UC2 =UC1 ; 当置在母位置，引入装置的电压都为母电压，即UA1 =UA2 ，UB1 =UB2 ，UC1 =UC2 。 注意：当由电压切换开关进行切换时，请将整定控制字中的投一母方式、投二母方式置为0；当由整定控制字进行TV切换时(用于远方控制)，请将电压切换开关打在双母位置。 当母联代路运行或两母线分列运行时PT切换不再起作用，各母线取各自PT的电压，而双母方式或单母方式运行（包括投单母方式、双跨）时，PT切换一直起作用，所以此时如

24、果有PT检修则必须将TV切换至未检修侧PT，不应打在双母位置。如为单母主接线方式，则程序中固定投一母TV。6整定方法及用户选择6.1装置参数定值6.1.1 定值区号：母差保护与失灵保护有4套定值可供切换。装置参数与系统参数不分区，只有一套定值。6.1.2 母线名称：可输入由6位AZ或09组成的母线名称，例如BUS001。6.1.3 本机通讯地址：与后台机联接时本装置的通讯地址。6.1.4 波特率1：装置通讯接口1的波特率。6.1.5 波特率2：装置通讯接口2的波特率。6.1.6 打印波特率：打印的通讯波特率。6.1.7 通讯规约：置“0”表示投60870-5-103规约，置“1”表示投RCS-

25、900系列传统规约。6.1.8自动打印：当需要在保护动作后自动打印报告时置为“1”，否则置为“0”。6.1.9 网络打印机：当需要使用共享的打印机时置为“1”，否则置为“0”。6.1.10分脉冲对时：当采用分脉冲对时置为“1”，秒脉冲对时置为“0”。6.1.11远方修改定值：当允许远方修改定值时置为“1”，否则置为“0”。定值单见表6.16.2系统参数定值6.2.1 TV二次额定电压：固定取为57.7V6.2.2 TA二次额定电流：取基准变比的电流互感器的二次额定电流。6.2.3 TA调整系数：TA调整系数是专为母线上各连接元件TA变比不同的情况而设，取多数相同TA变比为基准变比，TA调整系数

26、整定为1，没有用到的支路TA调整系数整定为0。例如母线上连接有3个元件，TA变比分别为600：5，600：5，1200：5，则将“线路01TA调整系数”整定为1，“线路02TA调整系数”也整定为1，而将“线路03TA调整系数”整定为2，其余各TA调整系数均整定为0。注意：为保证精度，各连接元件TA变比的差别一般不宜超过4倍。归算至基准TA二次侧的系统短路容量不应超过80In。所有电流的显示值也均归算到了基准TA的二次侧。 如果各连接元件TA二次额定电流不同，订货时应特别声明。此时TA调整系数应反映各元件TA一次额定电流之比。例如母线上连接有3个元件，TA变比分别为600：1，600：5，120

27、0：5，则应将TA二次额定电流整定为5A，将“线路01TA调整系数”整定为1（此时装置内元件1的电流变换器额定电流为1A），“线路02TA调整系数”也整定为1，而将“线路03TA调整系数”整定为2，其余各TA调整系数均整定为0。6.2.4投中性点不接地系统控制字：当用于中性点不接地系统时将“投中性点不接地系统”控制字整定为1，此时母差及失灵定值中的相电压闭锁改取线电压作为比较电压，TV断线判据改为3U28V和线电压低于70V。6.2.5 投单母主接线控制字：当用于单母主接线系统时将“投单母主接线”控制字整定为1。6.2.6投单母分段主接线控制字：当用于单母分段主接线系统时将“投单母分段主接线”

28、控制字整定为1，此时无需外引刀闸位置，应通过整定刀闸位置控制字决定母线运行方式。当“投单母主接线”和“投单母分段主接线”控制字均为0时，装置认为当前的主接线方式为双母主接线。6.2.7投母联兼旁路主接线控制字：当用于母联兼旁路主接线系统时将“投母联兼旁路主接线”控制字整定为1。6.2.8投外部起动母联失灵控制字：如果希望通过外部保护启动本装置的母联失灵保护，将“投外部起动母联失灵”控制字置1。6.2.9母线1、2编号：根据母线实际编号整定，整定范围为IVIII。6.2.10 I、II母刀闸位置控制字：当“投单母分段主接线”控制字为1时无需外引刀闸位置，应通过整定刀闸位置控制字决定母线运行方式。

29、刀闸位置控制字某位置1表示该元件挂在此母线上，例如：若I母刀闸位置控制字1整为000F，则表示线路01、02、03、04挂在I母上。控制字定义如下：6.3母差保护定值注意：以下所有电流的定值均要求归算至基准TA的二次侧。6.3.1 IHcd：差动起动电流高值，保证母线最小运行方式故障时有足够灵敏度，并应尽可能躲过母线出线最大负荷电流。6.3.2 ILcd：差动起动电流低值，该段定值为防止母线故障大电源跳开差动起动元件返回而设，按切除小电源能满足足够的灵敏度整定，如无大小电源情况整定为0.9IHcd。6.3.3 KH：比率制动系数高值，按一般最小运行方式下（母联处合位）发生母线故障时，大差比率差

30、动元件具有足够的灵敏度整定，一般情况下推荐取为0.7。6.3.4 KL：比率制动系数低值，按母联开关断开时，弱电源供电母线发生故障的情况下，大差比率差动元件具有足够的灵敏度整定，一般情况下推荐取为0.6。6.3.5 Ichg：充电保护电流定值，按最小运行方式下被充电母线故障时有足够的灵敏度整定。6.3.6 Igl：母联过流电流定值，按被充线路末端发生相间故障时有足够灵敏度整定，且必须躲过该运行方式下流过母联的负荷电流。6.3.7 I0gl：母联过流零序定值（3I0），按被充线路末端接地故障有足够灵敏度整定。6.3.8 Tgl：母联过流时间定值，可根据实际运行需要整定。6.3.9 Idx：TA断

31、线电流定值，按正常运行时流过母线保护的最大不平衡电流整定。6.3.10 Idxbj：TA异常电流定值，设置TA异常报警是为了更灵敏地反应轻负荷线路TA断线和TA回路分流等异常情况，所以整定时灵敏度应较Idx高，推荐值为0.06In左右。6.3.11 Ubs：母差相低电压闭锁，按母线对称故障有足够的灵敏度整定，推荐值为3540V。（注：当“投中性点不接地系统控制字”投入时，此项定值改为母差线低电压闭锁值，推荐值为70V）6.3.12 U0bs：母差零序电压闭锁（3U0），按母线不对称故障有足够的灵敏度整定，并应躲过母线正常运行时最大不平衡电压的零序分量。推荐值为610V。（注：当“投中性点不接地系统控制字”投入时，此项定值无效）6.3.13 U2bs：母差负序电压闭锁(相电压)，按母线不对称故障有足够的灵敏度整定，并应躲过母线正常运行时最大不平衡电压的负序分量。推荐值为48V。6.3.14 Imsl：母联失灵电流定值，按母线故障时流过母联的最小故障电流来整定，应考虑母差动作后系统变化对流经母联断路器的故障电流影响。6.3.15 Tmsl：母联失灵时间定值，应大于母联开关的最大跳闸灭弧时间。6.3.16 Tsq：母联死区动作时间定值，应大于母联开关TWJ动作与主触头灭弧之间