母差保護基本原理

1、母差及失靈保護介紹 母線故障是最嚴重的電氣故障之一，因為它與各個電氣元件相聯(lián)。母線保護裝置是正確迅速切除母線故障的重要手段，它的拒動或誤動將給電力系統(tǒng)帶來嚴重危害。 我國電網(wǎng)中使用的母線保護類型較多， 從元器件構成上大致可分為整流型、集成電路型和微機型。第一節(jié)母線保護的基本原則1、在正常運行以及母線范圍以外故障時，母線上所有連接元件中，流入的電流和流出的電流相等。用等式表示就是：0；2、當母線上發(fā)生故障時，所有與電源連接的元件都向故障點提供電流，而所有供電給負荷的連接元件中電流都等于零。因此， f(短路點的總電流)3、從電流相位上看，正常運行或外部故障時，至少有一個元件的電流與其他元件電流相位

2、相反。而內部故障時，除電流等于零的元件外，其他元件中的電流則是同相位的。第二節(jié)母線的電流差動保護分類1、母線完全差動保護：差動繼電器定值按下列條件計算：在母線的所有連接元件上裝設具有相同變比和特性的電流互感器,按同名相、同極性連接到差動回路。（1）躲開外部短路時產(chǎn)生的不平衡電流；（2）躲開母線連接元件中，最大負荷支路的最大負荷電流，以防止電流二次回路斷線時誤動。第二節(jié)母線的電流差動保護分類2、母線不完全差動保護：只將連接于母線的各有電源元件上的TA接入差動回路，無電源元件（電抗器或變壓器）的TA不接入差動回路。這種方式下，正常運行時差動繼電器內流有電流，大小為所有有電源元件提供的負荷電流。因此

3、，其定值采用分段處理。母線完全差動保護原理圖TA1TA2TA3差動繼電器不完全差動保護原理圖TA1TA2TA3差動繼電器第三節(jié)雙母線同時運行時的母線保護在發(fā)電廠及重要變電站的高壓母線上，一般采取雙母線同時運行（母聯(lián)開關投入）的方式，每組母線連接部分（大約1/2）負荷和電源元件。當一條母線故障時，將只影響到一半的負荷。此時，必須要求母線保護具有故障選擇能力。根據(jù)實現(xiàn)方法不同，分為固定連接方式的母線完全電流差動保護母聯(lián)電流相位比較式母線差動保護一、固定連接方式的母線完全電流差動保護雙母線同時運行方式，按照一定要求，將引出線和有電源的支路連接于兩條母線上。這種母線的完全差動保護稱為固定連接方式的母線

4、完全差動保護。優(yōu)點：1、接線簡單，調試方便，運行人員容易掌握；2、元件固定時，有很好的選擇性。3、母聯(lián)斷開后，仍有選擇能力，母線先后故障，也能可靠動作。固定連接方式的母線完全電流差動保護原理圖一、固定連接方式的母線完全差動保護缺點：1、固定連接破壞時，無選擇能力，將切除兩條母線。2、因要躲外部故障時的最大不平衡電流，靈敏度較低。3、由于采用了速飽和變流器，動作時間較慢，不能快速切除故障。二、母聯(lián)電流相位比較式母線差動保護這種保護是在具有固定連接元件的母線電流差動保護的基礎上改進而來的。它利用比較母聯(lián)開關中的電流與總的差電流的相位作為故障母線的選擇元件。當一母故障時，故障電流從二母通過母聯(lián)流向一

5、母。當二母故障時，故障電流從一母通過母聯(lián)流向二母。而總差流是反映母線故障的，相位不變，因此，只要母聯(lián)有電流流過，選擇元件就能正確動作。二、母聯(lián)電流相位比較式母線差動保護優(yōu)點：不要求元件固定連接于母線，可大大提高母線運行方式的靈活性。缺點：1、正常運行時母聯(lián)必須投入運行；2、如果母聯(lián)拒動，將造成非故障母線通過母聯(lián)向故障母線提供短路電流，故障不能切除；3、如果在母聯(lián)開關和母聯(lián)TA之間故障，將會切除非故障母線，而故障母線不能切除。4、雙母相繼故障時，只能切除先發(fā)生故障的母線，后故障母線因母聯(lián)斷開，不能切除。三、電流相位比較式母線保護無論是電流差動母線保護還是比較母聯(lián)斷路器的電流相位與總差動電流相位的

6、母線保護，其啟動元件必須躲開外部故障時的最大不平衡電流。當不平衡電流過大，裝置的靈敏度就不能滿足要求。因此，出現(xiàn)了電流相位比較式母線保護。電流相位比較式母線保護是根據(jù)母線在內部故障和外部故障時個連接元件電流相位的變化來實現(xiàn)的。三、電流相位比較式母線保護1、外部故障時，I1和I2流入母線，I3流出母線，流入和流出大小相等，方向相反。2、內部故障時， I1和I2 、I3均流向母線。如果電源的電動勢同相，三支路短路阻抗角相同，則三電流同相，相角差0。因此，可用比相元件來判斷是否母線故障。由于它只反應電流間相位，因此具有較高的靈敏度。I1F1外部短路F2內部短路I2I3I1I2I3三、電流比相式保護在

7、雙母線上的應用電流比相式保護應用在雙母線上時，應在每組母線上裝設一套電流比相式保護。此時要通過切換裝置使保護裝置二次回路與一次方式對應，以保證選擇性，同時也能克服元件固定連接時母線差動保護的缺點。中間變流器切換裝置一母比相器二母比相器I I1 1電流比相式保護的缺點：當兩條母線所接電源嚴重不平衡時，大電源所在母線內部故障，小電源提供母聯(lián)電流不能啟動繼電器時，母差將拒動；母聯(lián)TA為單側設置時，在母聯(lián)與TA之間發(fā)生故障，故障母線不能快速切除；雙母線分裂運行時，動作失去選擇性；動作時間較長，當TA嚴重飽和時，可能失去選擇性。從電網(wǎng)的發(fā)展來看，無論是從性能上還是運行維護等方面，該保護都越來越難以滿足要

8、求，LXB型母差保護將逐漸被替換。四、母差保護回路中的電壓閉鎖為了防止差動繼電器誤動作或誤碰出口中間繼電器導致母差保護誤動作，廣泛采用了電壓閉鎖元件。它利用每組母線上的TV二次上的低電壓繼電器和零序過壓繼電器實現(xiàn)。接線原理圖如下：TJYJ0跳閘YJ1+第四節(jié) PMH150（RADSS/S） 母差保護裝置前面介紹的幾種母線保護均屬低阻抗母差保護，其特點是差動回路阻抗小，在外部故障時不平衡電流容易進入差動繼電器導致保護誤動。減小進入繼電器的不平衡電流的有效方法就是提高差動回路的阻抗，因而出現(xiàn)了所謂的中阻抗（阻抗值在200歐左右）母差和高阻抗（阻抗值在幾百至上千歐）母差保護。 PMH150（RADS

9、S/S）母差保護裝置就是使用較多的中阻抗母差保護。第四節(jié) PMH150（RADSS/S） 母差保護裝置一、RADSS/S母差保護特點：1、啟動元件是一個具有 特性的中阻抗差動繼電器，解決了TA飽和引起的區(qū)外故障誤動的問題。2、內部故障時，動作速度很快（小于10ms),同時給線路保護停信，加速對端跳閘。3、不管是單一故障還是相繼故障都具有很好的選擇性。4、正常倒閘操作，保護可靠運行。若一條線路雙跨，兩套母差保護自動切換成僅為一套母差保護運行方式，母線故障將導致切除雙母所有元件。第四節(jié) PMH150（RADSS/S） 母差保護裝置5、具有TA斷線閉鎖保護(延時5閉鎖）及告警功能。6、母聯(lián)開關和母聯(lián)

10、TA之間故障時，由母線保護與斷路器失靈保護相繼跳開兩條母線的所有元件。7、保護靈敏度高，對線路TA特性要求不高。8、設有輔助變流器，同一TA回路可以連接其他的保護。PMH150（RADSS/S） 母差保護裝置運行注意事項1、刀閘雙跨時，有互聯(lián)關系的母線上的每套母差自動切換成只有一套母差運行方式，無選擇行，母線故障跳開所連接的所有斷路器。2、母差正常運行時無任何調牌，手動閉鎖燈滅，雙位置繼電器位置正確。3、母線互聯(lián)時將有互連信號和掉牌，互連結束，掉牌自動復歸。4、母差動作后出口繼電器自保持，應在故障處理中及時復歸出口，防止開關合不上。PMH150（RADSS/S） 母差保護裝置運行注意事項5、母

11、差保護TA二次斷線或差流過大，閉鎖燈亮，并有調牌。此時應檢查TA二次回路是否外部斷線，如不是，及時通知保護人員。6、低電壓動作。首先嘗試復歸掉牌信號，如不能復歸，檢查TV回路是否有斷線，如不能確定，報保護人員處理。7、互連掉牌。檢查雙位置繼電器動作情況和輔助接點到位情況，不能確定的，報保護人員處理。8、出線閉鎖信號，未查明原因并作處理前，禁止強行復歸閉鎖信號。第五節(jié) 微機型母線保護裝置傳統(tǒng)電磁繼電器式母線保護具有接線復雜，調試麻煩、運行維護困難、繼電器特性離散值大的弊端。隨著微機保護技術的發(fā)展，逐漸發(fā)展起來一批新型的微機母差保護裝置，經(jīng)過最近幾年在系統(tǒng)內的運行，具有可靠性高、接線簡單、調試簡單

12、、運行維護簡單等諸多優(yōu)點。我們以南瑞繼保公司出品的RCS-915系列為例說明微機母差保護的特點。RCS-915A/B型母線保護裝置RCS-915A/B型微機母線保護裝置適用于各種電壓等級的單母線、單母線分段、雙母線等各種主接線方式，母線上允許所接的線路與元件數(shù)量最多21個。RCS-915A/B型微機母線保護裝置設有母線差動保護、母聯(lián)充電保護、母聯(lián)失靈保護、母聯(lián)過流保護、母聯(lián)非全相保護以及斷路器失靈保護等功能。RCS-915A/B型母線保護裝置一、性能特征1、允許TA變比不同，TA調整系數(shù)可以整定；2、高靈敏度的比率差動保護3、新型的自適應阻抗加權抗TA飽和判據(jù)；4、完善的事件報文處理，靈活的后

13、臺通訊方式；5、具有兼容的故障錄波功能；RCS-915A/B型母線保護裝置CPU板：板： 完成保護的邏輯和跳閘出口功能，同時完成事件記錄及打印、后臺通訊等工作。管理板：管理板： 設總起動元件，起動后開放出口繼電器的正電源，同時完成故障錄波功能。二、硬件結構RCS-915A/B型母線保護裝置三、母差保護原理：1、TA極性要求：2、差動回路的大差、小差之分：大差回路是指除母聯(lián)開關和分段開關外所有支路電流所構成的差動回路。小差回路是指該段母線上所連接的所有支路（含母聯(lián)和分段）大差回路判別母線區(qū)內還是區(qū)外故障，小差回路用以故障母線的選擇。各出線TA同名端在母線側，母聯(lián)TA同名端在一母側。RCS-915

14、A/B型母線保護裝置母差保護動作說明：1、起動元件： a、電壓工頻變化量元件電壓工頻變化量元件：任意相電壓工頻變化量大于門坎時動作。 b、差流元件差流元件：任一相差流大于起動定值時動作。2、比率制動元件：差動門坎隨制動電流的變化成比率變化。（差動電流為各分支電流相量和的有效值，制動電流為各分支電流相量的有效值之和。）3、故障母線選擇元件：根據(jù)各分支刀閘位置開入計算母線小差電流，作為故障母線選擇元件。RCS-915A/B型母線保護裝置4、TA飽和檢測元件：防止TA嚴重飽和后保護誤動。TA飽和后閉鎖差動保護，但差動元件動作500ms后退出所有的抗飽和措施。為了防止在某些復雜故障情況下保護誤閉鎖導致

15、拒動。5、電壓閉鎖元件：母線故障時必然伴隨著正序電壓下降、負序電壓或零序電壓上升。保護跳閘時必須經(jīng)過相應母線的電壓閉鎖元件。母差保護的工作框圖（以一母為例）RCS-915A/B型母線保護裝置四、母聯(lián)充電保護當任一組母線檢修后再投入之前，利用母聯(lián)斷路器對該母線進行充電試驗時可投入母聯(lián)充電保護，當被試母線有故障時由充電保護切除故障。&3001&1&CDBS 閉鎖母差 跳母聯(lián)母聯(lián)TWJ兩母線均有壓母聯(lián)母聯(lián)IAIdz母聯(lián)母聯(lián)IBIdz母聯(lián)母聯(lián)ICIdz母聯(lián)母聯(lián)IA0.04In母聯(lián)母聯(lián)IB0.04In母聯(lián)母聯(lián)IC0.04InRCS-915A/B型母線保護裝置五、母聯(lián)失靈與母聯(lián)死區(qū)保護：只有母差保護和母聯(lián)

16、充電保護才起動母聯(lián)失靈保護。當保護向母聯(lián)發(fā)跳閘命令后，經(jīng)整定延時母聯(lián)電流仍然大于母聯(lián)失靈電流定值時，母聯(lián)失靈保護經(jīng)兩母線電壓閉鎖后切除兩母線上所有連接元件若母聯(lián)開關和母聯(lián)TA之間發(fā)生故障，母聯(lián)跳開后故障仍然存在。母聯(lián)死區(qū)保護在差動保護跳開母聯(lián)后母聯(lián)TA仍有電流，且大差、小差元件不返回，延時100ms跳開另一條母線。RCS-915A/B型母線保護裝置當兩母線都有電壓且母聯(lián)在跳位時母聯(lián)電流不計入小差。其目的為了防止母聯(lián)在跳位時發(fā)生死區(qū)故障導致將母線全不切除。RCS-915A/B型母線保護裝置六、母聯(lián)非全相保護： 當母聯(lián)斷路器非全相運行，延時跳開三相。TWJATWJBTWJCHWJAHWJBHWJC

17、+&T跳母聯(lián)1母聯(lián)I2I2BYZ母聯(lián)I0I0BYZRCS-915A/B型母線保護裝置七、母線運行方式的判別：母線的各種主接線方式中以雙母線最復雜。本裝置引入隔離刀閘的輔助接點判別母線方式，同時對輔助接點進行自檢，當發(fā)現(xiàn)與實際不符（某支路有電流而無刀閘位置）則報警。同時，裝置還提供與母差保護裝置配套的模擬盤，當運行檢修刀閘時，通過模擬盤強制指定刀閘位置，保證母差保護在此期間的正常運行。RCS-915A/B型母線保護裝置運行人員在操作刀閘位置模擬盤時應注意的問運行人員在操作刀閘位置模擬盤時應注意的問題題 ：MNP-1型模擬盤原理圖如下： 圖中，LED指示目前的各元件刀閘位置狀態(tài)，S1、S2為強制開

18、關的輔助觸點。強制開關有三種位置狀態(tài)：自動、強制接通、強制斷開。 運行人員在操作刀閘位置模擬盤時應注意的問題運行人員在操作刀閘位置模擬盤時應注意的問題 ：自動：S1打開，S2閉合，開入取決于刀閘輔助觸點； 強制接通：S1閉合，開入狀態(tài)被強制為導通狀態(tài)； 強制斷開：S1、S2均打開，開入狀態(tài)被強制為斷開狀態(tài)。 在正常運行情況下，強制開關應打在“自動”位置； 裝置發(fā)出刀閘位置報警信號 后，裝置仍能記憶原正常運行時的刀閘位置，運行人員不應盲目對刀閘位置報警信號進行確認 。正確的步驟是：先認真核對報警支路的實際運行方式，再通過模擬盤上對應的強制開關打在“強制接通”狀態(tài)強制指定刀閘位置與實際運行方式一致后，再按屏上“刀閘位置確認”按鈕通知母線保護裝置讀取正確的刀閘位置（此時的刀閘位置為模擬狀態(tài)）。保證母線保護在此期間的正常運行。應當特別注意的是，當檢修人員對刀閘位置接點檢修結束后運行人員必須及時將強制開關恢復到自動狀態(tài)。并按下屏上的“刀閘位置確認”按鈕，使母線保護讀取正確的刀閘位置。 第六節(jié) 斷路器失靈保護一、什么是斷路器失靈保護？故障線路的保護動作發(fā)出跳閘脈沖后，斷路器拒絕動作，能夠以最短的時限切除同一發(fā)電廠或變電站內其他有關的斷路器，以使停電范圍限制為最小的一種后備保護。CB1CB2CB3支路1故障，線路保護跳