母差保护原理.docx

1、母差保护原理1概述11概述母线保护的基本原理：母线正常运行时：母线发生故障时：母线保护的要求l 区外故障绝对不允许误动l 区内故障必须快速动作12母差保护现中阻抗母差保护l 优点：1、动作速度快2、抗TA饱和能力强l 缺点：1、需辅助变流器2、调试、维护复杂3、不适应综合自动化的要求微机母差保护目前普遍采用的是比率差动继电器制动系数K直接影响到其抗TA饱和能力。为提高抗饱和能力必须提高K值，而提高K值势必降低保护在区内故障时的灵敏度，尤其在重负荷下故障或经过渡电阻故障时矛盾更为突出。13母差保护的难点母差保护的难点在于如何兼顾区外故障时的安全性与区内故障时的灵敏度问题。因此有必要研制一种全新的

2、、不完全依赖于制动系数的抗TA饱和判据，以根本上解决了安全性与灵敏度矛盾的问题。14电流互感器饱和的研究141电流互感器饱和的研究结论由于电流互感器存在角差，因此即使一、二次电流有效值的差不大于10，它所引起的差流也往往会大于一次电流的10。结论一次电流越大，其饱和时波形畸变得越厉害，因而在差动保护中所引起的差电流越大；但即使一次电流达到100多倍额定电流，其二次 电流也不会为零。结论当一次电流含有很大的非周期分量且衰减时间常数较长时，即使稳态电流倍数满足10误差曲线，但在暂态过程中，尤其是在起始的23个周波之内，二次电流会出现严重的缺损，从而引起的很大的差电流。结论 4故障起始电流互感器总有

3、一段正确传变时间，一般情况下大于2ms。图1.4.1为动模实验室实录的母线区内、外故障波形。图1.4.2 为区外故障，短路支路电流互感器极度饱和的情况下，差动保护也不会误动。图1.4.3为区内故障伴随电流互感器深度饱和，保护10ms 快速出口（包括出口继电器时间5ms）。图1.4.4为电流20In，时间常数180ms（89），电流互感器的波形142抗电流互感器饱和判据1421 RCS-915判据：反应工频变化量的自适应阻抗加权式差动保护（专利技术）自适应阻抗加权式差动保护：即利用电压工频变化量起动元件自适应地开放加权算法。l 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

4、件Z 与工频变化量电压元件U 基本同时动作；l 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。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。该保护具有极强的抗TA饱和能力。在区外故障，TA正确传变时间仅为2ms时也能可靠制动；同时又有很高的灵敏度，即使是在重负荷运行状态下发生区内故障，或

5、经过渡电阻短路时也能可靠动作，且动作速度快，整组动作时间为812ms。判据：带波形检测的稳态比率差动保护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。1422 BP-2B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 元件与 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，

6、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。上述母线差动保护判据从根本上解决了低阻抗母差保护抗TA饱和的问题以及安全性与灵敏度的矛盾，使得抗饱和性能不依赖于比率制动系数。在性能上有了质的飞跃。2BP-2B微机母线保护装置21母线保护原理211母线差动保护2111母线差动回路的构成1）由母线大差动和几个各段母线的小差动所组成；母线大差动：除母联断路器和分段断路器以外的母线所有其余支路构成的大差动回路。作用：判断区内、区外故障。某段母线小差动：与该段母线相连的各支路电流构成的差动回路，其中包括与该段母线相关联的母联断路器和分段断路器。作用：选择故障母线段。TA极性：支路TA极性为母线侧

7、；母联断路器为母侧。以双母线为例：母线差动回路的逻辑关系：2）差动回路和出口回路：双母线接线以 I1，I2，-，In 表示各元件电流数字量；以 Ilk 表示母联电流数字量；以S11，S12，-，S1n表示各元件I母刀闸位置，0表示刀闸分，1表示刀闸合；以S21，S22，-，S2n表示各元件II母刀闸位置；以Slk 表示母线并列运行状态，0表示分列运行，1表示并列运行；各元件TA的极性端必须一致；一般母联只有一侧有TA，装置默认母联TA的极性与II母上的元件一致。则差流计算公式为：大差电流 Id = I1 + I2 + - + InI母小差电流 Id1 = I1 * S11+ I2* S12 +

8、 - + In* S1n Ilk * SlkII母小差电流 Id2 = I1 * S21+ I2* S22 + - + In* S2n + Ilk * Slk以T1，T2，-，Tn表示差动动作于各元件逻辑，0表示不动作，1表示动作；以Tlk 表示差动动作于母联逻辑；以F1，F2 分别表示I母、II母故障，0表示无故障，1表示故障。则出口逻辑计算公式为：T1 = F1 * S11+ F2* S21T2 = F1 * S12+ F2* S22Tn = F1 * S1n+ F2* S2nTlk = F1 + F23）母线运行方式的电流校验双母线运行时，各连接元件经常在两段母线之间切换。母差保护需要正

9、确跟随母线运行方式的变化，才能保证母线保护的正确动作。本装置引入隔离刀闸的辅助接点实现对母线运行方式的自适应。同时用各支路电流和电流分布来校验刀闸辅助接点的正确性。当发现刀闸辅助接点状态与实际不符，即发出开入异常告警信号，在状态确定的情况下自动修正错误的刀闸接点，包括两段母线经两把刀闸双跨（母线互联）。刀闸辅助接点恢复正确后需复归信号才能解除修正。如有多个刀闸辅助接点同时出错，则装置可能无法全部修正，需要运行人员操作运行方式设置菜单进行强制设定，直到刀闸辅助接点检修完毕取消强制。由于大差电流与刀闸辅助接点无关，以及装置具有运行方式电流校验功能，因此双母线倒排操作期间，装置不需运行人员手动干预，

10、可以正确切除故障；刀闸辅助接点出错检修期间不需退出保护；带电拉刀闸，保护可以正确快速动作。2112起动元件1） 和电流突变量判据：当任一相的和电流突变量大于突变量门坎时，该相起动元件动作。 其表达式为：其中 为和电流瞬时值比前一周波的突变量； 为突变量门坎定值。2）差电流越限判据：当任一相的差电流大于差电流门坎定值时，该相起动元件动作。其表达式为：其中 为分相大差动电流； 为差电流门坎定值。3）起动元件返回判据，起动元件一旦动作后自动展宽40ms，再根据起动元件返回判据决定该元件何时返回。当任一相差电流小于差电流门坎定值的75%时，该相起动元件返回。其表达式为：和电流是指母线上所有连接元件电流

11、的绝对值之和 ；差电流是指所有连接元件电流和的绝对值 ， Ij为母线上第j个连接元件的电流。2113复式比率差动判据1） 复式比率差动判据动作表达式：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）2）复式比率差动元件动作特性3）复式比率差动判据的优点若忽略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 。复式比率差动判据由于在制动量的计算中引入了差

12、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。4）影响Kr的因素a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%)b若考虑区外故障时故障支路的CT误差达到，而其余支路的CT误差忽略不计，则此时的比率制动系数为：若令总流入电流为1，则总流出电流为1，差电流为所以：Kr=/(1+1-)=/(2-2)KrExt（%）（%）14067220803158541288C母线分列运行时：Kr自动由高值降为低值。2114故障分量复式比率差动判据1

13、）故障分量复式比率差动判据其中 为第j个连接元件的电流故障分量， 为故障分量差电流门坎，由 推得； 为复式比率系数（制动系数）。故障分量的提取有多种方案，本保护采用的数字算法如下：式中 为当前电流采样值； 为一个周波前的的采样值。在故障发生后的一个周波内，其输出能较为准确地反映包括各种谐波分量在内的故障分量。故障分量差电流 ；故障分量和电流2）常规保护反映的是故障前的工频分量和故障中的工频分量，可靠性高，动作速度慢；行波保护：反映故障分量，包括工频分量和暂态分量，动作速度比较快，但可靠性比较差；工频变化量：反映故障分量中的工频分量，动作快且可靠。3）采用故障分量比率差动的作用：采用电流故障分量

14、分相差动构成复式比率差动判据。为有效减少负荷电流对差动保护灵敏度的影响，进一步减少故障前系统电源功角关系对保护动作特性的影响，提高保护切除过渡电阻接地故障的能力，故障分量为当前电流采样值减一周波前的采样值。4）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，并受使用低制动系数（0.5）的复式比率差动判据闭锁。2115 TA饱和检测元件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 元件与 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

15、和能力。1）在区外故障时：流过最大穿越性电流的TA可能会严重饱和，使差动保护误动。故障发生的初始和线路电流过零点附近有一线性传变区，差动保护不动作即差动保护动作滞后一个时间。比 慢2）区内故障时：差电流是故障电流的实际反映，所以差动保护动作与实际故障是同步发生的，即 与 同时出现。TA保护后每周至少一个线性传变区，因此对保护的闭锁应是周期性的，在判TA 饱和后，差动保护先闭锁一个周期，随后开发，这样在区外转区内故障，差动保护仍可靠快速的动作，以满足系统稳定性的要求。2116电压闭锁元件以电流判据为主的差动元件，可以用电压闭锁元件来配合，提高保护整体的可靠性。电压闭锁元件的动作表达式为：式中 为

16、母线线电压（相间电压），为母线三倍零序电压，为母线负序电压，、 、 分别为各序电压闭锁定值。如母线电压正常，则闭锁元件返回。本元件瞬时动作，动作后自动展宽40ms再返回。差动元件动作出口，必须相应母线段的母线差动复合电压元件动作。2117故障母线的选择逻辑1）双母运行时的选择逻辑：2）母线分裂运行区内发生故障时：分析：母线分列运行时，母故障，母上的负荷电流仍然可能流出母线。特别是在、母线分别接大，小电源或者母线上有近距离双回线时，电流流出母线的现象特别严重。此时，大差灵敏度下降。因此，装置的大差比率元件采用2个定值，母线并列运行时，用比率系数高值；母线分列运行时，用比率系数低值。装置根据母线运

17、行状态自动切换定值；母线分列运行时但互联，比率系数仍取高值。3） 母线互联l 母线上的连接元件倒闸过程中，两条母线经刀闸相连时（母线互联），装置自动转入母线互联方式（非选择方式）不进行故障母线的选择，一旦发生故障同时切除两段母线。l 当运行方式需要时，如母联操作回路失电，也可以设定保护控制字中的强制母线互联软压板，强制保护进入互联方式212母联（分段）失灵和死区保护2121 母联失灵1）母线并列运行，当保护向母联（分段）开关发出跳令后，经整定延时若大差电流元件不返回，母联（分段）流互中仍然有电流，则母联（分段）失灵保护应经母线差动复合电压闭锁后切除相关母线各元件。2）分析：l 当母故障时，大差

18、起的，母小差动作跳1L、2L，但母联LK未跳开，母联失灵过流，经延时封母联TA，母小差有流动作跳3L、4L。l 对检修过后的母线充电时被充电母线故障，充电保护动作，但LK跳不开，经失灵保护延时，封母联TA，母小差有流动作跳3L、4L。只有母联（分段）开关作为联络开关时，才起动母联（分段）失灵保护，因此母差保护和母联（分段）充电保护起动母联（分段）失灵保护。2122 母线死区故障1）母线并列运行，当故障发生在母联（分段）开关与母联（分段）流互之间时，断路器侧母线段跳闸出口无法切除该故障，而流互侧母线段的小差元件不会动作，这种情况称之为死区故障。2）分析：l 母线并列运行时：当故障点在母联断路器与

19、母联TA之间时，大差起动，母小差不动作，母小差动作跳LK、3L、4L，但故障仍然存在。由于母差已动作于母、LK已跳开、大差不返回、母联TA有流，判死区故障，经延时封母联TA，跳母的1L、2L。l 母线分列运行时：母线分列运行时，因为母联TA已封，所以保护可直接跳故障母线，避免了故障切除范围的扩大。上述两个保护有共同之处，即故障点在母线上，跳母联开关经延时后，大差元件不返回且母联流互仍有电流，跳两段母线。3）由于故障点在母线上，装置根据母联断路器的状态封母联TA后即母联电流不计入小差比率元件，差动元件即可动作隔离故障点。对母联开关失灵而言，需经过长于母联断路器灭弧时间并留有适当裕度的延时（母联失

20、灵延时，可整定）才能封母联TA；对于母线并列运行（联络开关合位）发生死区故障而言，母联开关接点一旦处于分位（可以通过开关辅接点DL，或TWJ、HWJ接点读入），再考虑主接点与辅助接点之间的先后时序（50ms），即可封母联TA，这样可以提高切除死区故障的动作速度。由于母联开关状态的正确读入对本保护的重要性，所以我们建议将DL的常开接点（或HWJ）和常闭接点（TWJ）同时引入装置，以便相互校验。对分相断路器，要求将三相常开接点并联，将三相常闭接点串联。213母联（分段）充电保护2131母联（分段）充电保护的作用分段母线其中一段母线停电检修后，可以通过母联（分段）开关对检修母线充电以恢复双母运行。此

21、时投入母联（分段）充电保护，当检修母线有故障时，跳开母联（分段）开关，切除故障。2132母联（分段）充电保护的起动需同时满足三个条件母联（分段）充电保护压板投入；其中一段母线已失压，且母联（分段）开关已断开（前采样状态母联分段开关曾断开）；母联电流从无到有。充电保护一旦投入自动展宽200ms后退出。充电保护投入后，当母联任一相电流大于充电电流定值，经可整定延时跳开母联开关，不经复合电压闭锁。充电保护投入期间是否闭锁差动保护可设置保护控制字相关项进行选择。2131微机电流保护220KV充电保护与母线保护共装一个盘上，且直流电源共用。若母线保护校验停用则：由于母线上没有电流保护作为解列保护，只能依

22、靠线路及主变后备保护切除故障，对系统安全和供电可靠性造成影响；同时如若母线上元件检修后需用母联或分段开关充电时，就没有保护。214母联（分段）过流保护2141 作用母联（分段）过流保护可以作为母线解列保护，也可以作为线路（变压器）的临时应急保护。母联（分段）过流保护压板投入后，当母联任一相电流大于母联过流定值，或母联零序电流大于母联零序过流定值时，经可整延时跳开母联开关，不经复合电压闭锁。215电流回路断线闭锁差电流大于TA断线定值，延时9秒发TA断线告警信号，同时闭锁母差保护。电流回路正常后，0.9秒自动恢复正常运行。母联（分段）电流回路断线，并不会影响保护对区内、区外故障的判别，只是会失去

23、对故障母线的选择性。因此，联络开关电流回路断线不需闭锁差动保护，只需转入母线互联（单母方式）即可。母联（分段）电流回路正常后，需手动复归恢复正常运行。由于联络开关的电流不计入大差，母联（分段）电流回路断线时上一判据并不会满足。而此时与该联络开关相连的两段母线小差电流都会越限，且大小相等、方向相反。216电压回路断线告警某一段非空母线失去电压，延时9秒发TV断线告警信号。除了该段母线的复合电压元件将一直动作外，对保护没有其他影响。217断路器失灵保护出口断路器失灵保护可以与母线保护公用跳闸出口，本装置有两种方式供选择。2171与失灵起动装置配合方式当母线所连的某断路器失灵时，由该线路或元件的失灵

24、起动装置提供一个失灵起动接点给本装置。本装置检测到某一失灵起动接点闭合后，起动该断路器所连的母线段失灵出口逻辑，经失灵复合电压闭锁，按可整定的失灵出口延时1跳开联络开关，失灵出口延时2跳开该母线连接的所有断路器。2172自带电流检测元件方式若没有失灵起动装置，本装置本身可以实现检测断路器失灵的过流元件。将元件保护的保护跳闸接点引入装置。分相跳闸接点则分相检测电流，三相跳闸接点则检测三相电流。对于220KV系统，母差装置需引入线路保护的三跳接点和单跳接点，变压器保护的三跳接点。BP-2B外部接点开入公共端失灵起动开入A相动作接点A相过流动作I母刀闸II母刀闸I母失灵出口起动II母失灵出口起动三跳

25、动作接点ABC相过流动作C相动作接点C相过流动作B相动作接点B相过流动作跳母联II母失灵出口起动II母失灵复合电压动作与失灵出口延时1失灵出口延时22173失灵电压闭锁元件失灵的电压闭锁元件，与差动的电压闭锁类似，也是以低电压（线电压）、负序电压和3倍零序电压构成的复合电压元件。只是使用的定值与差动保护不同，需要满足线路末端故障时的灵敏度。同样失灵出口动作，需要相应母线段的失灵复合电压元件动作。22装置调试：2 21安措：（1） 打印定值，记录把手、压板的位置，以便试验完成后恢复。（2） 电流：在端子排外侧短接，在装置中确认没有电流流入装置后将连接片断开。（3） 电压：a） 解开电压输入源并用

26、绝缘胶布包好（试验时电压可加在空开前面，此时注意空开位置，断开时电压不能加到装置，电压没有显示）。b） 打开电压空开：试验时电压加在空开后面，中性点仍在空开前。（4） 信号：解开中央信号，录波起到，远动信号开出的正电源。（5） 跳闸出口：打开跳闸出口压板，或解开跳闸出口线。222继电保护排故题故障点设置BP-2B序号故障点描述BP-2B1电流回路开路，在保护柜端子内侧用热缩套对导线绝缘或错接到相邻空端子上。现象：相应回路无电流，试验仪发开路告警。X12中与试验相关的电流回路、相别。2电流回路短路，在保护柜端子内侧及保护装置背板端子上加小线短接。现象：相应回路电流值下降，相位不变。X12、3N1

27、5中与试验相关的电流回路、相别。3电流回路错线，在保护柜端子内侧及保护装置背板端子上将相别置换。现象：相应回路电流值不变，相位错误。X12、3N15中与试验相关的电流回路、相别。4电压回路开路，在保护柜端子内侧用热缩套对导线绝缘或错接到相邻空端子上。现象：相应回路无电压。X14119中与试验相关的电压回路、相别。相应空气小开关上。5电压回路短路，在保护柜端子内侧及保护装置背板端子上加小线短接。现象：相应回路无电压，试验仪发短路告警。X14119中与试验相关的电压回路、相别。相应空气小开关上。6电压回路错线，在保护柜端子内侧及保护装置背板端子上将相别置换。现象：相应回路有电压，但相位错误。X14

28、119中与试验相关的电压回路、相别。相应空气小开关上。7跳闸回路开路，在保护柜端子排上加热缩套对导线绝缘或错接到相邻空端子上。现象：手动分闸、保护动作后断路器或其中一相无法跳闸。X4-1、X5-1与试验相关的线。8跳闸回路错线，在保护柜端子内侧及保护装置背板端子上将有关线置换。现象：手动分闸、保护动作后断路器或其中一相无法跳闸，或错跳其它断路器、其它相、或分合错位，或断路器合不上。X4-1、X5-1与试验相关的线。9跳合闸接点短接，在保护柜端子内侧及保护装置背板端子上将有关分合闸接点短接。现象：无法分闸或合闸，跳闸接点短接时，防跳继电器会动作保持。X4-1、X5-1与试验相关的线。10开入量回

29、路开路，在保护端子排内侧及保护装置背板上加热缩套对导线绝缘或错接到相邻空端子上。现象：相应的保护不能投退，非电量保护不能动作或发信。X811与试验相关的线。33 RCS-915保护装置335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YHWJ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，经延时跳母联开关。图3.8 母联非全相保护逻辑框图8.4 整组试验8.4.1 母线差动保护投入母差保护压板及投母差保护控制字。1）区外故障短接元件1 的I 母刀闸位置及元件2 的II 母刀闸位置接点。将元件2TA 与母联TA 同极性串联，再与元件1TA 反极性串联，模拟母线区外故障。通入大于差流起动高定值的电流，并保证母差电压闭锁条件开放，保护起动。2）区内故障短接元件1 的I 母刀闸位置及元件2 的II 母刀闸位置接点。将元件1TA、母联TA 和元件2TA 同极性串联，模拟I 母故障。通入大于差流起动高定值的电流，并保证母差电压闭锁条件开放，保护动作跳I 母。