電力系統(tǒng)繼電保護(hù)-8 母線保護(hù)

1、電力系統(tǒng)繼電保護(hù) 8 母線保護(hù) 8.1 母線故障和裝設(shè)母線保護(hù)的 基本原則 大部分母線故障是由絕緣子對(duì)地放電引起的，母線故障開始階段大多大部分母線故障是由絕緣子對(duì)地放電引起的，母線故障開始階段大多 表現(xiàn)為單相接地故障，而隨著短路電弧的移動(dòng)，故障往往發(fā)展為兩相表現(xiàn)為單相接地故障，而隨著短路電弧的移動(dòng)，故障往往發(fā)展為兩相 或三相接地短路。或三相接地短路。 一般不采用專門的母線保護(hù)，而利用供電元件的保護(hù)裝置就可以把母一般不采用專門的母線保護(hù)，而利用供電元件的保護(hù)裝置就可以把母 線故障切除。例如：線故障切除。例如： 利用發(fā)電機(jī)的過電流保護(hù)切除母線故障利用發(fā)電機(jī)的過電流保護(hù)切除母線故障 如圖8.1所示的

2、發(fā)電廠采用單母線接線，若接于母線的線路對(duì)側(cè)沒有 電源，此時(shí)母線上的故障就可以利用發(fā)電機(jī)的過電流保護(hù)使發(fā)電機(jī)的 斷路器跳閘予以切除； 圖8.1利用發(fā)電機(jī)的過 電流保護(hù)切除母線故障 大部分母線故障是由絕緣子對(duì)地放電引起的，母線故障開始階段大多大部分母線故障是由絕緣子對(duì)地放電引起的，母線故障開始階段大多 表現(xiàn)為單相接地故障，而隨著短路電弧的移動(dòng)，故障往往發(fā)展為兩相表現(xiàn)為單相接地故障，而隨著短路電弧的移動(dòng)，故障往往發(fā)展為兩相 或三相接地短路?；蛉嘟拥囟搪?。 一般不采用專門的母線保護(hù)，而利用供電元件的保護(hù)裝置就可以把母一般不采用專門的母線保護(hù)，而利用供電元件的保護(hù)裝置就可以把母 線故障切除。例如：線故

3、障切除。例如： 利用變壓器的過電流保護(hù)切除低壓母線故障利用變壓器的過電流保護(hù)切除低壓母線故障 如圖8.2所示的降壓變電所，其低壓側(cè)的母線正常時(shí)分開運(yùn)行，若接 于低壓側(cè)母線上的線路為饋電線路，則低壓母線上的故障就可以由相 應(yīng)變壓器的過電流保護(hù)使變壓器斷路器跳閘予以切除； 圖8.2利用變壓器的過電 流保護(hù)切除低壓母線故障 大部分母線故障是由絕緣子對(duì)地放電引起的，母線故障開始階段大多大部分母線故障是由絕緣子對(duì)地放電引起的，母線故障開始階段大多 表現(xiàn)為單相接地故障，而隨著短路電弧的移動(dòng)，故障往往發(fā)展為兩相表現(xiàn)為單相接地故障，而隨著短路電弧的移動(dòng)，故障往往發(fā)展為兩相 或三相接地短路?；蛉嘟拥囟搪贰?一

4、般不采用專門的母線保護(hù)，而利用供電元件的保護(hù)裝置就可以把母一般不采用專門的母線保護(hù)，而利用供電元件的保護(hù)裝置就可以把母 線故障切除。例如：線故障切除。例如： 在雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)上，利用電源側(cè)的保護(hù)切除母線故障在雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)上，利用電源側(cè)的保護(hù)切除母線故障 如圖8.3所示的雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)（或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)），當(dāng)變電所母線上k點(diǎn) 短路時(shí)，則可以由保護(hù)1、4的第段動(dòng)作予以切除等。 圖8.3在雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)上，利 用電源側(cè)的保護(hù)切除母線故障 利用供電元件的保護(hù)裝置切除母線故障的缺點(diǎn)：利用供電元件的保護(hù)裝置切除母線故障的缺點(diǎn)： 故障切除的時(shí)間一般較長(zhǎng)；故障切除的時(shí)間一般較長(zhǎng)； 雙母線同時(shí)運(yùn)行或母線為分段單母線時(shí)不能保

5、證有選擇性雙母線同時(shí)運(yùn)行或母線為分段單母線時(shí)不能保證有選擇性 地切除故障母線。地切除故障母線。 在下列情況下應(yīng)裝設(shè)專門的母線保護(hù)：在下列情況下應(yīng)裝設(shè)專門的母線保護(hù)： 在在110kV及以上的雙母線和分段單母線上，為了保證有選及以上的雙母線和分段單母線上，為了保證有選 擇性地切除任一組（或段）母線上發(fā)生的故障，而另一組擇性地切除任一組（或段）母線上發(fā)生的故障，而另一組 （或段）無故障的母線仍能繼續(xù)運(yùn)行，應(yīng)裝設(shè)專用的母線（或段）無故障的母線仍能繼續(xù)運(yùn)行，應(yīng)裝設(shè)專用的母線 保護(hù)。保護(hù)。 a) 110kV及以上的單母線，重要發(fā)電廠的及以上的單母線，重要發(fā)電廠的35kV母線或高壓側(cè)母線或高壓側(cè) 為為110

6、kV及以上的重要降壓變電所的及以上的重要降壓變電所的35kV母線，按照裝設(shè)母線，按照裝設(shè) 全線速動(dòng)保護(hù)的要求必須快速切除母線上的故障時(shí)，應(yīng)裝全線速動(dòng)保護(hù)的要求必須快速切除母線上的故障時(shí)，應(yīng)裝 設(shè)專用的母線保護(hù)。設(shè)專用的母線保護(hù)。 8.2 母線差動(dòng)保護(hù)基本原理 完全電流差動(dòng)母線保護(hù)的原理接線如圖完全電流差動(dòng)母線保護(hù)的原理接線如圖8-4所示，在母線的所有連接所示，在母線的所有連接 元件上裝設(shè)具有相同變比和特性的電流互感器：元件上裝設(shè)具有相同變比和特性的電流互感器： 由于由于TA有誤差，因此在母線正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，流入繼電器的有誤差，因此在母線正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，流入繼電器的 是由于各互感器的

7、特性不同而引起的中有不平衡電流出現(xiàn)；當(dāng)母線上是由于各互感器的特性不同而引起的中有不平衡電流出現(xiàn)；當(dāng)母線上 （如（如8-4圖中圖中d點(diǎn)）故障時(shí)，則所有與電源連接的元件都向點(diǎn)）故障時(shí)，則所有與電源連接的元件都向d點(diǎn)供給短點(diǎn)供給短 路電流，于是流入繼電器的電流為：路電流，于是流入繼電器的電流為： 8.2.1 單母線完全電流差動(dòng)母線保單母線完全電流差動(dòng)母線保 護(hù)護(hù) 圖圖8-4：完全電流母線查動(dòng)保護(hù)原理接線圖：完全電流母線查動(dòng)保護(hù)原理接線圖 8.2.1 單母線完全電流差動(dòng)母線保單母線完全電流差動(dòng)母線保 護(hù)護(hù) 8.2.2 高阻抗母線差動(dòng)保護(hù)高阻抗母線差動(dòng)保護(hù) 克服措施克服措施將電流差動(dòng)繼電器換為高內(nèi)阻的電

8、壓繼電器：將電流差動(dòng)繼電器換為高內(nèi)阻的電壓繼電器： （圖（圖8-5：高阻抗母線差動(dòng)保護(hù)原理接線圖）：高阻抗母線差動(dòng)保護(hù)原理接線圖） 8.2.2 高阻抗母線差動(dòng)保護(hù)高阻抗母線差動(dòng)保護(hù) 假設(shè)母線上連有假設(shè)母線上連有n條支路，第條支路，第n條為故障支路，母線外部短路的等值回路如圖條為故障支路，母線外部短路的等值回路如圖 8-6所示：所示： 內(nèi)部短路時(shí)：所有引出線電流都是流入母線的，所有支路的二次電流都流向內(nèi)部短路時(shí)：所有引出線電流都是流入母線的，所有支路的二次電流都流向 電壓繼電器。由于其內(nèi)阻很高，電壓繼電器端出現(xiàn)高電壓，于是電壓繼電器電壓繼電器。由于其內(nèi)阻很高，電壓繼電器端出現(xiàn)高電壓，于是電壓繼電

9、器 動(dòng)作。動(dòng)作。 圖圖8-6：母線外部短路時(shí)高阻抗母線差動(dòng)保護(hù)等值電路：母線外部短路時(shí)高阻抗母線差動(dòng)保護(hù)等值電路 8.2.3 具有比率制動(dòng)特性的中阻抗母線差動(dòng)保護(hù)具有比率制動(dòng)特性的中阻抗母線差動(dòng)保護(hù) 8.2.4 電流比相式母線保護(hù)電流比相式母線保護(hù) 基本原理基本原理根據(jù)母線在根據(jù)母線在 內(nèi)部故障和外部故障時(shí)各內(nèi)部故障和外部故障時(shí)各 連接元件電流相位的變化連接元件電流相位的變化 來實(shí)現(xiàn)的。母線發(fā)生短路來實(shí)現(xiàn)的。母線發(fā)生短路 時(shí)，各有源支路的電流相時(shí)，各有源支路的電流相 位幾乎是一致的；外部發(fā)位幾乎是一致的；外部發(fā) 生短路時(shí)，非故障有源支生短路時(shí)，非故障有源支 路的電流流入母線，故障路的電流流入母

10、線，故障 支路的電流則流出母線，支路的電流則流出母線， 兩者相位相反，利用這種兩者相位相反，利用這種 相位關(guān)系就來構(gòu)成了電流相位關(guān)系就來構(gòu)成了電流 比相式母線保護(hù)。比相式母線保護(hù)。 （圖解：（圖解：2007年年2月月1日，河南平頂山供電日，河南平頂山供電 公司生產(chǎn)技術(shù)部組織檢修班工作人員對(duì)石龍公司生產(chǎn)技術(shù)部組織檢修班工作人員對(duì)石龍 區(qū)孫嶺變電站區(qū)孫嶺變電站35KV西母線進(jìn)行更換，確保西母線進(jìn)行更換，確保 了該區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及春節(jié)電力供應(yīng)）了該區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及春節(jié)電力供應(yīng)） 8.2.5 元件固定聯(lián)接的雙母線電流差動(dòng)保護(hù)元件固定聯(lián)接的雙母線電流差動(dòng)保護(hù) 元件固定連接的電流差動(dòng)保護(hù)的主要部分由三組差動(dòng)保

11、護(hù)組成。如圖元件固定連接的電流差動(dòng)保護(hù)的主要部分由三組差動(dòng)保護(hù)組成。如圖 8-7所示：所示： 第一組第一組由由TA1、TA2、TA5和差動(dòng)繼電器和差動(dòng)繼電器KD1（I母分差動(dòng)）組成母分差動(dòng)）組成 ，用以選擇第，用以選擇第I組母線上的故障；組母線上的故障； 第二組第二組由由TA3、TA4、TA6和差動(dòng)繼電器和差動(dòng)繼電器KD2（母分差動(dòng)）組母分差動(dòng)）組 成，用以選擇第成，用以選擇第組母線上的故障；組母線上的故障； 第三組第三組由由TA1、TA2、TA3、TA4和差動(dòng)繼電器和差動(dòng)繼電器KD3組成了一個(gè)組成了一個(gè) 完全電流差動(dòng)（總差動(dòng)）保護(hù)，當(dāng)任一組母線故障時(shí)，它都會(huì)動(dòng)作；完全電流差動(dòng)（總差動(dòng)）保護(hù)，

12、當(dāng)任一組母線故障時(shí)，它都會(huì)動(dòng)作； 當(dāng)母線外部故障時(shí)，它不會(huì)動(dòng)作，在正常運(yùn)行方式下，它作為整個(gè)保當(dāng)母線外部故障時(shí)，它不會(huì)動(dòng)作，在正常運(yùn)行方式下，它作為整個(gè)保 護(hù)的啟動(dòng)元件，當(dāng)固定接線方式破壞并保護(hù)范圍外部故障時(shí)，可防止護(hù)的啟動(dòng)元件，當(dāng)固定接線方式破壞并保護(hù)范圍外部故障時(shí)，可防止 保護(hù)的非選擇性動(dòng)作。保護(hù)的非選擇性動(dòng)作。 圖圖8-7：元件固定連接的雙母線電流差動(dòng)保護(hù)原理接線圖：元件固定連接的雙母線電流差動(dòng)保護(hù)原理接線圖 8.2.5 元件固定聯(lián)接的雙母線電流差動(dòng)保護(hù)元件固定聯(lián)接的雙母線電流差動(dòng)保護(hù) 如圖如圖8-8所示，當(dāng)正常運(yùn)行及母線外部故障（所示，當(dāng)正常運(yùn)行及母線外部故障（d點(diǎn)）時(shí)，流點(diǎn)）時(shí)，流

13、經(jīng)繼電器經(jīng)繼電器KD1、KD2和和KD3的電流均為不平衡電流，保護(hù)的電流均為不平衡電流，保護(hù) 裝置已從定值上躲開，不會(huì)誤動(dòng)作。裝置已從定值上躲開，不會(huì)誤動(dòng)作。 圖圖8-8：按正常連接方式運(yùn)行時(shí)保護(hù)范圍外部故障時(shí)電流的分布：按正常連接方式運(yùn)行時(shí)保護(hù)范圍外部故障時(shí)電流的分布 8.2.5 元件固定聯(lián)接的雙母線電流差動(dòng)保護(hù)元件固定聯(lián)接的雙母線電流差動(dòng)保護(hù) 如圖如圖8-9所示，當(dāng)?shù)谒?，?dāng)?shù)贗組母線上（組母線上（d點(diǎn)）短路時(shí)，由電流的分布情況可點(diǎn)）短路時(shí)，由電流的分布情況可 見，繼電器見，繼電器KD1和和KD3中流入全部故障電流，而繼電器中流入全部故障電流，而繼電器KD2中為不平中為不平 衡電流，于是衡

14、電流，于是KD1和和KD3起動(dòng)。起動(dòng)。KD3動(dòng)作后使母聯(lián)斷路器動(dòng)作后使母聯(lián)斷路器QF5跳閘。跳閘。 KD1動(dòng)作后即可使斷路器動(dòng)作后即可使斷路器QF1和和QF2跳閘，并發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)。這樣跳閘，并發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)。這樣 就把發(fā)生故障的第就把發(fā)生故障的第I組母線從電力系統(tǒng)中切除了，而沒有故障的第組母線從電力系統(tǒng)中切除了，而沒有故障的第 組母線仍可繼續(xù)運(yùn)行。組母線仍可繼續(xù)運(yùn)行。 圖圖8-9：按正常連接方式運(yùn)行時(shí)，：按正常連接方式運(yùn)行時(shí)，I母線上故障時(shí)電流的分布母線上故障時(shí)電流的分布 8.2.5 元件固定聯(lián)接的雙母線電流差動(dòng)保護(hù)元件固定聯(lián)接的雙母線電流差動(dòng)保護(hù) 主要缺點(diǎn)主要缺點(diǎn)從保護(hù)的角度看，希望盡量保

15、證固定接線的運(yùn)行方式不從保護(hù)的角度看，希望盡量保證固定接線的運(yùn)行方式不 被破壞，這就必然限制了電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行地靈活性。被破壞，這就必然限制了電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行地靈活性。 8.2.6 母聯(lián)電流比相式母線差動(dòng)保母聯(lián)電流比相式母線差動(dòng)保 護(hù)護(hù) 主要優(yōu)點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)對(duì)母線上的元件就無需提出固定連接的要求，有利于用對(duì)母線上的元件就無需提出固定連接的要求，有利于用 在連接元件切換較多的場(chǎng)合。在連接元件切換較多的場(chǎng)合。 選擇元件選擇元件KD是一個(gè)電流相位比較繼電器。它的一個(gè)是一個(gè)電流相位比較繼電器。它的一個(gè) 線圈接入除母聯(lián)斷路器之外其他連接元件的二次側(cè)電線圈接入除母聯(lián)斷路器之外其他連接元件的二次側(cè)電 流之和，另

16、一個(gè)線圈則接在母聯(lián)斷路器的電流互感器流之和，另一個(gè)線圈則接在母聯(lián)斷路器的電流互感器 二次側(cè)。它利用比較母聯(lián)斷路器中電流與總差動(dòng)電流二次側(cè)。它利用比較母聯(lián)斷路器中電流與總差動(dòng)電流 的相位選擇出故障母線。這是因?yàn)楫?dāng)?shù)南辔贿x擇出故障母線。這是因?yàn)楫?dāng)母線上故障時(shí)，母線上故障時(shí)， 流過母聯(lián)斷路器的短路電流是由母線流過母聯(lián)斷路器的短路電流是由母線流向母線流向母線， 而當(dāng)而當(dāng)母線上故障時(shí)，流過母聯(lián)斷路器的短路電流則母線上故障時(shí)，流過母聯(lián)斷路器的短路電流則 是由母線是由母線流向母線流向母線。在這兩種故障情況下，母聯(lián)。在這兩種故障情況下，母聯(lián) 斷路器電流相位變化了斷路器電流相位變化了180，而總差動(dòng)電流是反應(yīng)，

17、而總差動(dòng)電流是反應(yīng) 母線故障的總電流，其相位是不變的。母線故障的總電流，其相位是不變的。 啟動(dòng)元件接在除母聯(lián)斷路器外所有連接元件的二次電啟動(dòng)元件接在除母聯(lián)斷路器外所有連接元件的二次電 流之和回路中，它的作用是區(qū)分兩組母線的內(nèi)部和外流之和回路中，它的作用是區(qū)分兩組母線的內(nèi)部和外 部短路故障。只有在母線發(fā)生短路時(shí)，啟動(dòng)元件動(dòng)作部短路故障。只有在母線發(fā)生短路時(shí)，啟動(dòng)元件動(dòng)作 后整組母線保護(hù)才得以啟動(dòng)。后整組母線保護(hù)才得以啟動(dòng)。 8.2.7 母線保護(hù)常見類型及特點(diǎn)比母線保護(hù)常見類型及特點(diǎn)比 較較 按照母線保護(hù)裝置差電流回路輸入阻抗的大小，可將其分為：按照母線保護(hù)裝置差電流回路輸入阻抗的大小，可將其分為

18、： 常規(guī)母線保護(hù)及微機(jī)數(shù)字式母線保護(hù)均為低阻抗型母線保護(hù)。常規(guī)母線保護(hù)及微機(jī)數(shù)字式母線保護(hù)均為低阻抗型母線保護(hù)。 優(yōu)點(diǎn)：低阻抗母線保護(hù)裝置比較簡(jiǎn)單，一般采用先進(jìn)的、久經(jīng)考驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：低阻抗母線保護(hù)裝置比較簡(jiǎn)單，一般采用先進(jìn)的、久經(jīng)考驗(yàn)的 判據(jù)，系統(tǒng)的監(jiān)視較為簡(jiǎn)單。判據(jù)，系統(tǒng)的監(jiān)視較為簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)：低阻抗母線保護(hù)再在外部故障缺點(diǎn)：低阻抗母線保護(hù)再在外部故障TA飽和時(shí)，母線差動(dòng)繼電器中飽和時(shí)，母線差動(dòng)繼電器中 會(huì)出現(xiàn)較大不平衡電流，可能使母差保護(hù)誤動(dòng)作。會(huì)出現(xiàn)較大不平衡電流，可能使母差保護(hù)誤動(dòng)作。 應(yīng)用：目前數(shù)字式低阻抗母線保護(hù)中可通過采用應(yīng)用：目前數(shù)字式低阻抗母線保護(hù)中可通過采用TA飽和識(shí)別和閉鎖

19、飽和識(shí)別和閉鎖 輔助措施，能有效地防止輔助措施，能有效地防止TA飽和引起的誤動(dòng)。因此，數(shù)字式低阻抗飽和引起的誤動(dòng)。因此，數(shù)字式低阻抗 母線保護(hù)在我國(guó)電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。母線保護(hù)在我國(guó)電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 中阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)將高阻抗的特性和比率制動(dòng)特性兩者有效結(jié)合中阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)將高阻抗的特性和比率制動(dòng)特性兩者有效結(jié)合 ，中阻抗型母線保護(hù)采用了快速、靈敏、比率制動(dòng)式電流差動(dòng)保護(hù)方，中阻抗型母線保護(hù)采用了快速、靈敏、比率制動(dòng)式電流差動(dòng)保護(hù)方 案，即具有低阻抗、高阻抗保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，又避開了它們的缺點(diǎn)，在處案，即具有低阻抗、高阻抗保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，又避開了它們的缺點(diǎn)，在處 理理TA飽和方

20、面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。它以電流瞬時(shí)值作測(cè)量比較，測(cè)量元飽和方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。它以電流瞬時(shí)值作測(cè)量比較，測(cè)量元 件和差動(dòng)元件多為集成電路或整流型繼電器，當(dāng)母線內(nèi)部故障時(shí)，動(dòng)件和差動(dòng)元件多為集成電路或整流型繼電器，當(dāng)母線內(nèi)部故障時(shí)，動(dòng) 作速度極快，一般動(dòng)作時(shí)間小于作速度極快，一般動(dòng)作時(shí)間小于10ms，因此又被稱為，因此又被稱為“半周波繼電半周波繼電 器器”。實(shí)踐證明，目前中阻抗式母線保護(hù)是一種最好的目下保護(hù)方案。實(shí)踐證明，目前中阻抗式母線保護(hù)是一種最好的目下保護(hù)方案 。在我國(guó)電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 8.2.7 母線保護(hù)常見類型及特點(diǎn)比母線保護(hù)常見類型及特點(diǎn)比 較較

21、 高阻抗母線差動(dòng)保護(hù)（參見高阻抗母線差動(dòng)保護(hù)（參見8.2.2節(jié)）較好地解決了母線區(qū)外故障節(jié)）較好地解決了母線區(qū)外故障TA 飽和時(shí)保證保護(hù)不誤動(dòng)的問題；但在母線內(nèi)部故障時(shí)，飽和時(shí)保證保護(hù)不誤動(dòng)的問題；但在母線內(nèi)部故障時(shí)，TA的二次側(cè)的二次側(cè) 可能出現(xiàn)過高電壓，對(duì)繼電器可靠工作不利，且要求可能出現(xiàn)過高電壓，對(duì)繼電器可靠工作不利，且要求TA的傳變特性的傳變特性 完全一致、變比相同，這對(duì)于擴(kuò)建的變電所來說較難做到。完全一致、變比相同，這對(duì)于擴(kuò)建的變電所來說較難做到。 8.2.8 數(shù)字式母線差動(dòng)保護(hù)的基本判據(jù)及算法數(shù)字式母線差動(dòng)保護(hù)的基本判據(jù)及算法 1 普通比率制動(dòng)特性母線差動(dòng)保護(hù)普通比率制動(dòng)特性母線差

22、動(dòng)保護(hù) 目前在數(shù)字式母線差動(dòng)保護(hù)中主要采用的判據(jù)為：目前在數(shù)字式母線差動(dòng)保護(hù)中主要采用的判據(jù)為： 由于比率制動(dòng)特性母線差動(dòng)保護(hù)判據(jù)是建立在基爾霍夫電流定律的基由于比率制動(dòng)特性母線差動(dòng)保護(hù)判據(jù)是建立在基爾霍夫電流定律的基 礎(chǔ)之上的，反映了各個(gè)連接元件電流的向量和，在通常情況下能保證礎(chǔ)之上的，反映了各個(gè)連接元件電流的向量和，在通常情況下能保證 在區(qū)外故障時(shí)具有良好的選擇性，在區(qū)內(nèi)故障時(shí)有較高的靈敏度，因在區(qū)外故障時(shí)具有良好的選擇性，在區(qū)內(nèi)故障時(shí)有較高的靈敏度，因 此在數(shù)字式母線差動(dòng)保護(hù)被廣泛應(yīng)用。此在數(shù)字式母線差動(dòng)保護(hù)被廣泛應(yīng)用。 8.2.8 數(shù)字式母線差動(dòng)保護(hù)的基本判據(jù)及算法數(shù)字式母線差動(dòng)保護(hù)的

23、基本判據(jù)及算法 2 復(fù)式比率制動(dòng)特性母線差動(dòng)保護(hù)復(fù)式比率制動(dòng)特性母線差動(dòng)保護(hù) 復(fù)式比率制動(dòng)特性母線差動(dòng)保護(hù)算法為：復(fù)式比率制動(dòng)特性母線差動(dòng)保護(hù)算法為： 理想條件下在母線外部短路時(shí)差動(dòng)電流為零，則式（理想條件下在母線外部短路時(shí)差動(dòng)電流為零，則式（8-8 ）中第二式的左邊為零；在內(nèi)部短路時(shí)式（）中第二式的左邊為零；在內(nèi)部短路時(shí)式（8-8）第二式）第二式 的左邊分母近似為零，則式（的左邊分母近似為零，則式（8-8）左側(cè)很大。）左側(cè)很大。 復(fù)式比率制動(dòng)特性母線差動(dòng)保護(hù)測(cè)量到的比率在內(nèi)部和外復(fù)式比率制動(dòng)特性母線差動(dòng)保護(hù)測(cè)量到的比率在內(nèi)部和外 部短路兩種狀態(tài)下擴(kuò)展到了理想的極限，使得制動(dòng)系數(shù)有部短路兩種狀

24、態(tài)下擴(kuò)展到了理想的極限，使得制動(dòng)系數(shù)有 極廣的范圍可以選擇。所以復(fù)式比率制動(dòng)特性母線差動(dòng)原極廣的范圍可以選擇。所以復(fù)式比率制動(dòng)特性母線差動(dòng)原 理保護(hù)較普通比率制動(dòng)特性母線差動(dòng)保護(hù)具有更加良好的理保護(hù)較普通比率制動(dòng)特性母線差動(dòng)保護(hù)具有更加良好的 選擇性。從理論上也可分析出這兩種保護(hù)原理相互之間的選擇性。從理論上也可分析出這兩種保護(hù)原理相互之間的 對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)應(yīng)關(guān)系。 8.2.8 數(shù)字式母線差動(dòng)保護(hù)的基本判據(jù)及算法數(shù)字式母線差動(dòng)保護(hù)的基本判據(jù)及算法 3 故障分量比率制動(dòng)特性母線差動(dòng)保護(hù)故障分量比率制動(dòng)特性母線差動(dòng)保護(hù) 故障分量比率制動(dòng)特性母線差動(dòng)保護(hù)算法為：故障分量比率制動(dòng)特性母線差動(dòng)保護(hù)算法為：

25、 式（式（8-9）中故障分量的算法將在第九章說明。）中故障分量的算法將在第九章說明。 優(yōu)點(diǎn)：將故障分量比率制動(dòng)特性應(yīng)用于母線差動(dòng)保護(hù)中可優(yōu)點(diǎn)：將故障分量比率制動(dòng)特性應(yīng)用于母線差動(dòng)保護(hù)中可 避免故障前的荷電流對(duì)比例制動(dòng)特性產(chǎn)生的不良影響，這避免故障前的荷電流對(duì)比例制動(dòng)特性產(chǎn)生的不良影響，這 將提高母線差動(dòng)保護(hù)的靈敏度。將提高母線差動(dòng)保護(hù)的靈敏度。 8.3 母線保護(hù)的特殊問題及其對(duì) 策 8.3.1 電流互感器的飽和問題及母線保護(hù)常用的對(duì)策電流互感器的飽和問題及母線保護(hù)常用的對(duì)策 1 中阻抗式母線差動(dòng)保護(hù)抗中阻抗式母線差動(dòng)保護(hù)抗TA飽和的措施飽和的措施 中阻抗式母差保護(hù)是利用中阻抗式母差保護(hù)是利用T

26、A飽和時(shí)其勵(lì)磁阻抗降低的特飽和時(shí)其勵(lì)磁阻抗降低的特 點(diǎn)來防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。點(diǎn)來防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。 外部故障引起外部故障引起TA飽和時(shí)：由于保護(hù)裝置本身差動(dòng)回路電飽和時(shí)：由于保護(hù)裝置本身差動(dòng)回路電 流繼電器的阻抗一般為幾百歐，此時(shí)因流繼電器的阻抗一般為幾百歐，此時(shí)因TA飽和造成的不飽和造成的不 平衡電流大部分被飽和平衡電流大部分被飽和TA的勵(lì)磁阻抗分流，流入差動(dòng)回的勵(lì)磁阻抗分流，流入差動(dòng)回 路的電流很少，再加之中阻抗母差保護(hù)帶有制動(dòng)特性，可路的電流很少，再加之中阻抗母差保護(hù)帶有制動(dòng)特性，可 以使外部故障引起以使外部故障引起TA飽和時(shí)保護(hù)不誤動(dòng)。飽和時(shí)保護(hù)不誤動(dòng)。 對(duì)于內(nèi)部故障對(duì)于內(nèi)部故障TA

27、飽和的情況：利用差動(dòng)保護(hù)的快速性在飽和的情況：利用差動(dòng)保護(hù)的快速性在 TA飽和前即可起動(dòng)出口動(dòng)作跳閘，不會(huì)出現(xiàn)拒動(dòng)的現(xiàn)象飽和前即可起動(dòng)出口動(dòng)作跳閘，不會(huì)出現(xiàn)拒動(dòng)的現(xiàn)象 。 8.3.1 電流互感器的飽和問題及母線保護(hù)常用的對(duì)策電流互感器的飽和問題及母線保護(hù)常用的對(duì)策 2 數(shù)字式母線差動(dòng)保護(hù)抗數(shù)字式母線差動(dòng)保護(hù)抗TA飽和的措施飽和的措施 （）具有制動(dòng)特性的母線差動(dòng)保護(hù)。 具有制動(dòng)特性的母線差動(dòng)保護(hù)在TA飽和不是非常嚴(yán)重時(shí)，比率制動(dòng)特性可以 保證母線差動(dòng)保護(hù)不誤動(dòng)作。但當(dāng)TA進(jìn)入深度飽和時(shí)，此方法仍不能避免保 護(hù)誤動(dòng)，需要采用其他專門的抗TA飽和的方法。 （）TA線性區(qū)母線差動(dòng)保護(hù)。 TA進(jìn)入飽和后

28、，在每個(gè)周波內(nèi)的一次電流過零點(diǎn)附近存在不飽和時(shí)段。TA線 性區(qū)母線差動(dòng)保護(hù)就是利用TA的這一特性，在TA每個(gè)周波退出飽和的線性區(qū) 內(nèi)，投入差動(dòng)保護(hù)。由于此種原理的保護(hù)實(shí)質(zhì)上是避開了TA飽和區(qū)，所以能 對(duì)母線故障作出正確的判定。為保證TA線性區(qū)母線差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作，必須 能實(shí)時(shí)檢測(cè)每個(gè)周波TA飽和與退出飽和的時(shí)刻。但是由于TA飽和時(shí)的電流波 形復(fù)雜，如何正確判斷TA飽和和退出飽和的時(shí)刻，判別出TA的線性傳變區(qū)是 實(shí)現(xiàn)此方法的關(guān)鍵和難點(diǎn)。 8.3.1 電流互感器的飽和問題及母線保護(hù)常用的對(duì)策電流互感器的飽和問題及母線保護(hù)常用的對(duì)策 2 數(shù)字式母線差動(dòng)保護(hù)抗數(shù)字式母線差動(dòng)保護(hù)抗TA飽和的措施飽和的措

29、施 （）TA飽和的同步識(shí)別法。 當(dāng)母線區(qū)外故障時(shí)，無論故障電流有多大，TA在故障的最初瞬間（在1/4周波 內(nèi)）都不會(huì)飽和，在飽和之前差電流很小，母線差動(dòng)電流元件不會(huì)誤動(dòng)作； 若以母線電壓構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)的啟動(dòng)元件，在故障發(fā)生時(shí)則可以瞬時(shí)動(dòng)作，兩 者的動(dòng)作有一段時(shí)間差。當(dāng)母線區(qū)內(nèi)故障時(shí)，差電流增大和母線電壓降低同 時(shí)發(fā)生。TA飽和的同步識(shí)別法就是利用這一特點(diǎn)，區(qū)分母線的區(qū)內(nèi)、區(qū)外故 障，在判別出母線區(qū)外故障TA飽和時(shí)則閉鎖母線差動(dòng)保護(hù)。考慮到系統(tǒng)可能 會(huì)發(fā)生區(qū)外轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)的母線轉(zhuǎn)換性故障，因而TA飽和的閉鎖應(yīng)該是周期性的。 （）通過比較差動(dòng)電流變化率鑒別TA飽和。 TA飽和后，二次側(cè)電流波形出現(xiàn)缺損，在

30、飽和點(diǎn)附近二次側(cè)電流的變化率突 增。而當(dāng)母線區(qū)內(nèi)故障時(shí)，由于各條線路的電流都流入母線，差電流基本上 按照正弦規(guī)律變化，不會(huì)出現(xiàn)區(qū)外故障TA飽和條件下差電流突變較大的情況 。因此可以利用差電流的這一特點(diǎn)進(jìn)行TA飽和的檢測(cè)。TA進(jìn)入飽和需要時(shí)間 ，而在TA進(jìn)入飽和后，在每個(gè)周波一次電流過零點(diǎn)附近都存在一個(gè)不飽和時(shí) 段，在此時(shí)段內(nèi)TA仍可不畸變地傳變一次電流，此時(shí)差電流變化率很小。利 用這一特點(diǎn)也可構(gòu)成TA飽和檢測(cè)元件。在短路初瞬和TA飽和后每個(gè)周波內(nèi)的 不飽和時(shí)段，飽和檢測(cè)元件都能夠可靠地閉鎖保護(hù)。 8.3.1 電流互感器的飽和問題及母線保護(hù)常用的對(duì)策電流互感器的飽和問題及母線保護(hù)常用的對(duì)策 2

31、數(shù)字式母線差動(dòng)保護(hù)抗數(shù)字式母線差動(dòng)保護(hù)抗TA飽和的措施飽和的措施 （）波形對(duì)稱原理。 TA飽和后，二次側(cè)電流波形發(fā)生嚴(yán)重畸變，周波內(nèi)波形的對(duì)稱性被破壞， 采用分析波形的對(duì)稱性可以判定TA是否飽和。判別對(duì)稱性的方法有多種，最 基本的一種是電流相隔半周波的導(dǎo)數(shù)的模值是否相等。 （）諧波制動(dòng)原理。 當(dāng)發(fā)生區(qū)外故障TA飽和時(shí)，差電流的波形實(shí)際是飽和TA勵(lì)磁支路的電流波形 。當(dāng)TA發(fā)生輕度飽和時(shí)，故障支路的二次電流出現(xiàn)波形缺損現(xiàn)象，差電流中 包含有大量的高次諧波。隨著TA飽和深度的加深，二次電流波形缺損的程度 也隨著加劇。但內(nèi)部故障時(shí)差電流的波形接近工頻電流，諧波含量少。 諧波制動(dòng)原理利用了TA飽和時(shí)差

32、電流波形畸變的特點(diǎn)，根據(jù)差電流中諧波分 量的波形特征檢測(cè)TA是否發(fā)生飽和。這種方法有利于發(fā)生保護(hù)區(qū)外轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)故 障時(shí)根據(jù)故障電流中存在諧波分量減少的情況而迅速開放差動(dòng)判據(jù)。 8.3.2 母線運(yùn)行方式的切換及保護(hù)的自適應(yīng)母線運(yùn)行方式的切換及保護(hù)的自適應(yīng) 母線的接線方式隨運(yùn)行方式經(jīng)常變化，各種主接線方式中以雙母線接母線的接線方式隨運(yùn)行方式經(jīng)常變化，各種主接線方式中以雙母線接 線運(yùn)行最為復(fù)雜。隨運(yùn)行方式的變化，母線上其上的各種連接元件在線運(yùn)行最為復(fù)雜。隨運(yùn)行方式的變化，母線上其上的各種連接元件在 運(yùn)行中需要經(jīng)常在兩條母線上切換。因此希望母線保護(hù)應(yīng)能自動(dòng)適應(yīng)運(yùn)行中需要經(jīng)常在兩條母線上切換。因此希望母線保

33、護(hù)應(yīng)能自動(dòng)適應(yīng) 系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，免去人工干預(yù)及由此引起的人為誤操作。系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，免去人工干預(yù)及由此引起的人為誤操作。 利用隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)來判斷母線運(yùn)行方式利用隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)來判斷母線運(yùn)行方式為防止隔離開關(guān)輔助為防止隔離開關(guān)輔助 觸點(diǎn)引入環(huán)節(jié)發(fā)生錯(cuò)誤，有些母線保護(hù)采用引入每副隔離開關(guān)的常開觸點(diǎn)引入環(huán)節(jié)發(fā)生錯(cuò)誤，有些母線保護(hù)采用引入每副隔離開關(guān)的常開 觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)，以兩對(duì)觸點(diǎn)的組合來判別隔離開關(guān)狀態(tài)。觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)，以兩對(duì)觸點(diǎn)的組合來判別隔離開關(guān)狀態(tài)。 應(yīng)用：在集成電路型母線保護(hù)中通常采用此方法。應(yīng)用：在集成電路型母線保護(hù)中通常采用此方法。 缺點(diǎn)：常因隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)不可靠（接觸

34、不良、觸點(diǎn)粘連或觸點(diǎn)抖缺點(diǎn)：常因隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)不可靠（接觸不良、觸點(diǎn)粘連或觸點(diǎn)抖 動(dòng)等），導(dǎo)致出錯(cuò)，因此在實(shí)際工程應(yīng)用中并不能真正有效。當(dāng)輔助動(dòng)等），導(dǎo)致出錯(cuò)，因此在實(shí)際工程應(yīng)用中并不能真正有效。當(dāng)輔助 觸點(diǎn)出錯(cuò)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致母線保護(hù)拒動(dòng)或因保護(hù)失去選擇性而擴(kuò)大故障切觸點(diǎn)出錯(cuò)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致母線保護(hù)拒動(dòng)或因保護(hù)失去選擇性而擴(kuò)大故障切 除范圍。除范圍。 8.3.2 母線運(yùn)行方式的切換及保護(hù)的自適應(yīng)母線運(yùn)行方式的切換及保護(hù)的自適應(yīng) 母線的接線方式隨運(yùn)行方式經(jīng)常變化，各種主接線方式中以雙母線接母線的接線方式隨運(yùn)行方式經(jīng)常變化，各種主接線方式中以雙母線接 線運(yùn)行最為復(fù)雜。隨運(yùn)行方式的變化，母線上其上的各種連接

35、元件在線運(yùn)行最為復(fù)雜。隨運(yùn)行方式的變化，母線上其上的各種連接元件在 運(yùn)行中需要經(jīng)常在兩條母線上切換。因此希望母線保護(hù)應(yīng)能自動(dòng)適應(yīng)運(yùn)行中需要經(jīng)常在兩條母線上切換。因此希望母線保護(hù)應(yīng)能自動(dòng)適應(yīng) 系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，免去人工干預(yù)及由此引起的人為誤操作。系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，免去人工干預(yù)及由此引起的人為誤操作。 用將隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)和電流識(shí)別兩種方法相結(jié)合，且更加先進(jìn)、有用將隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)和電流識(shí)別兩種方法相結(jié)合，且更加先進(jìn)、有 效的運(yùn)行方式自適應(yīng)方法。具體實(shí)現(xiàn)方法是：將運(yùn)行于母線上的所有效的運(yùn)行方式自適應(yīng)方法。具體實(shí)現(xiàn)方法是：將運(yùn)行于母線上的所有 連接單元的隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)引入保護(hù)裝置，實(shí)時(shí)計(jì)算保護(hù)

36、裝置所采連接單元的隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)引入保護(hù)裝置，實(shí)時(shí)計(jì)算保護(hù)裝置所采 集的各連接元件負(fù)荷電流瞬時(shí)值，根據(jù)運(yùn)行方式識(shí)別判據(jù)，來校驗(yàn)隔集的各連接元件負(fù)荷電流瞬時(shí)值，根據(jù)運(yùn)行方式識(shí)別判據(jù)，來校驗(yàn)隔 離開關(guān)輔助觸點(diǎn)的正確性，校驗(yàn)確定它們無誤后，形成各個(gè)單元的離開關(guān)輔助觸點(diǎn)的正確性，校驗(yàn)確定它們無誤后，形成各個(gè)單元的“ 運(yùn)行方式字運(yùn)行方式字”，運(yùn)行方式字反映了母線各連接元件與母線的連接情況，運(yùn)行方式字反映了母線各連接元件與母線的連接情況 ；若校驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有誤，保護(hù)裝置則自動(dòng)糾正其錯(cuò)誤。；若校驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有誤，保護(hù)裝置則自動(dòng)糾正其錯(cuò)誤。 數(shù)字式母線保護(hù)的這種自動(dòng)適應(yīng)運(yùn)行方式的方法能更有效地減輕運(yùn)行數(shù)字式母線保護(hù)的這

37、種自動(dòng)適應(yīng)運(yùn)行方式的方法能更有效地減輕運(yùn)行 人員的負(fù)擔(dān)，提高母線保護(hù)動(dòng)作的正確率。人員的負(fù)擔(dān)，提高母線保護(hù)動(dòng)作的正確率。 8.3.3 3/2斷路器接線的母線及其保護(hù)問題斷路器接線的母線及其保護(hù)問題 當(dāng)母線為當(dāng)母線為3/2斷路器接線，在母線內(nèi)部短路時(shí)可能斷路器接線，在母線內(nèi)部短路時(shí)可能 有電流流出。圖有電流流出。圖8.11示出了示出了3/2斷路器的母線短路斷路器的母線短路 時(shí)有電流流出的情況。時(shí)有電流流出的情況。 這種情況會(huì)使比較母線連接元件電流相位原理的這種情況會(huì)使比較母線連接元件電流相位原理的 母線保護(hù)拒動(dòng)，也會(huì)使具有制動(dòng)特性原理的母線母線保護(hù)拒動(dòng)，也會(huì)使具有制動(dòng)特性原理的母線 差動(dòng)保護(hù)的靈

38、敏度降低。差動(dòng)保護(hù)的靈敏度降低。 要考慮在內(nèi)部短路時(shí)有一定電流流出的影響，是要考慮在內(nèi)部短路時(shí)有一定電流流出的影響，是 母線保護(hù)需要注意的問題之一。母線保護(hù)需要注意的問題之一。 圖圖8.11 3/2斷路器的母線斷路器的母線 短路時(shí)有電流流出的情況短路時(shí)有電流流出的情況 左圖：佛山市電力局左圖：佛山市電力局220kv吉安變吉安變 電所屏蔽絕緣銅管母線電所屏蔽絕緣銅管母線 主變?nèi)萘浚褐髯內(nèi)萘浚?80MVA 母線額定電流：母線額定電流：4000A 8.4 斷路器失靈保護(hù)簡(jiǎn)介 斷路器的失靈故障斷路器的失靈故障在在110kV及以上電壓等級(jí)的發(fā)電廠及以上電壓等級(jí)的發(fā)電廠 和變電所中，當(dāng)輸電線路、變壓器或母

39、線發(fā)生短路時(shí)，在和變電所中，當(dāng)輸電線路、變壓器或母線發(fā)生短路時(shí)，在 保護(hù)裝置動(dòng)作于切除故障同時(shí)伴隨著故障元件的斷路器拒保護(hù)裝置動(dòng)作于切除故障同時(shí)伴隨著故障元件的斷路器拒 動(dòng)。動(dòng)。 電網(wǎng)中樞地區(qū)重要的電網(wǎng)中樞地區(qū)重要的220kV及以上主干線路，系統(tǒng)穩(wěn)定要及以上主干線路，系統(tǒng)穩(wěn)定要 求必須裝設(shè)全線速動(dòng)保護(hù)時(shí)，通?？裳b設(shè)兩套獨(dú)立的全線求必須裝設(shè)全線速動(dòng)保護(hù)時(shí)，通?？裳b設(shè)兩套獨(dú)立的全線 速動(dòng)主保護(hù)（即保護(hù)的雙重化），以防保護(hù)裝置的拒動(dòng)；速動(dòng)主保護(hù)（即保護(hù)的雙重化），以防保護(hù)裝置的拒動(dòng)； 對(duì)于斷路器的拒動(dòng)，則專門裝設(shè)斷路器失靈保護(hù)。對(duì)于斷路器的拒動(dòng)，則專門裝設(shè)斷路器失靈保護(hù)。 （SEL-352斷路器失靈

40、繼電器圖）斷路器失靈繼電器圖） 1 裝設(shè)斷路器裝設(shè)失靈保護(hù)的條件裝設(shè)斷路器裝設(shè)失靈保護(hù)的條件 由于斷路器失靈保護(hù)是在系統(tǒng)故障的同時(shí)斷路器由于斷路器失靈保護(hù)是在系統(tǒng)故障的同時(shí)斷路器 失靈的雙重故障情況下的保護(hù)，因此允許適當(dāng)降失靈的雙重故障情況下的保護(hù)，因此允許適當(dāng)降 低對(duì)它的要求，即僅要最終能切除故障即可。低對(duì)它的要求，即僅要最終能切除故障即可。 裝設(shè)斷路器裝設(shè)失靈保護(hù)的條件：裝設(shè)斷路器裝設(shè)失靈保護(hù)的條件： (1)相鄰元件保護(hù)的遠(yuǎn)后備保護(hù)靈敏度不夠時(shí)應(yīng)裝相鄰元件保護(hù)的遠(yuǎn)后備保護(hù)靈敏度不夠時(shí)應(yīng)裝 設(shè)裝設(shè)斷路器失靈保護(hù)。對(duì)分相操作的斷路器，設(shè)裝設(shè)斷路器失靈保護(hù)。對(duì)分相操作的斷路器， 允許只按單相接地故障來校驗(yàn)其靈敏度。允許只按單相接地故障來校驗(yàn)其靈敏度。 (2)根據(jù)變電所的重要性和裝設(shè)失靈保護(hù)作用的大根據(jù)變電所的重要性和裝設(shè)失靈保護(hù)作用的大