母線保護(hù)的探究

1、母線保護(hù)的探究【摘 要】母線保護(hù)是電力系統(tǒng)中的主保護(hù)之一，該保護(hù)對系統(tǒng)平安、穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。隨著我國電網(wǎng)電壓等級的進(jìn)步，新型傳感器的應(yīng)用以及1EC-61850標(biāo)準(zhǔn)變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的推行，母線保護(hù)技術(shù)也必將進(jìn)步到一個(gè)新的程度， 其中，電流差動保護(hù)原理，母聯(lián)電流相位比較原理以及電弧光母線保護(hù)原理，以其良好的性能在目前的市場占據(jù)主導(dǎo)地位。本文重點(diǎn)介紹了這幾類不同原理的母線保護(hù)；并對各種母線保護(hù)的原理進(jìn)展比較分析，總結(jié)出各自的特點(diǎn)?！娟P(guān)鍵詞】母線保護(hù)；基爾霍夫電流定律；電弧光母線是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備， 在整個(gè)輸配電中起著非常重要的作用。母線故障是電力系統(tǒng)中非常嚴(yán)重的故障， 它直接影響母線上所連接

2、的所有設(shè)備的平安可靠運(yùn)行， 導(dǎo)致大面積事故停電或設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞， 對于整個(gè)電力系統(tǒng)的危害極大。隨著電力系統(tǒng)技術(shù)的不斷開展， 電網(wǎng)電壓等級不斷升高，對母線保護(hù)的快速性、靈敏性、可靠性、選擇性的要求也越來越高。母線聯(lián)絡(luò)元件眾多，母線保護(hù)尤為重要，本文就母線保護(hù)提出探究，對現(xiàn)行被廣泛應(yīng)用的保護(hù)進(jìn)展分析總結(jié)，得出各自的特點(diǎn)。1 母線保護(hù)按其原理可分為以下幾類1.1 電流差動原理差動保護(hù)是根據(jù)“電路中流入節(jié)點(diǎn)電流的總和等于零原理制成的.差動保護(hù)把被保護(hù)的電氣設(shè)備看成是一個(gè)接點(diǎn)，那么正常時(shí)流進(jìn)被保護(hù)設(shè)備的電流和流出的電流相等，差動電流等于零。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，流進(jìn)被保護(hù)設(shè)備的電流和流出的電流不相等，差動電

3、流大于零。當(dāng)差動電流大于差動保護(hù)裝置的整定值時(shí)，保護(hù)動作，將被保護(hù)設(shè)備的各側(cè)斷路器跳開，使故障設(shè)備斷開電源。差動保護(hù)是利用基爾霍夫電流定理工作的，當(dāng)變壓器正常工作或區(qū)外故障時(shí)，將其看作理想變壓器，那么流入變壓器的電流和流出電流折算后的電流相等，差動繼電器不動作。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，兩側(cè)或三側(cè)向故障點(diǎn)提供短路電流，差動保護(hù)感受到的二次電流和的正比于故障點(diǎn)電流，差動繼電器動作。差動保護(hù)原理簡單、使用電氣量單純、保護(hù)范圍明確、動作不需延時(shí)。母聯(lián)電流相位比較式母線保護(hù)，一般用于110KV及以上電壓等級且出線回路數(shù)比較多的雙母線系統(tǒng)中。為了防止母差保護(hù)動作對系統(tǒng)造成較大的影響，實(shí)際的保護(hù)裝置中還裝設(shè)了復(fù)

4、合電壓閉鎖回路，對起動回路和每個(gè)出口跳閘回路都進(jìn)展了閉鎖，以進(jìn)步平安可靠性。如以下圖1， 為母聯(lián)電流相位比較式保護(hù)原理圖，分別比較兩組母線的總故障電流與母聯(lián)電流互感器中電流的相位，相位接近一致的母線組為故障母線組，相位接近180。的母線組為非故障母線組。此原理用于長期并列運(yùn)行的雙母線時(shí)比較有利。這種原理只比較電流的相應(yīng)，與其幅值無關(guān)，因此根本上不受電流互感器飽和的影響。圖1 母聯(lián)電流相位比較式保護(hù)原理圖1.3 電弧光母線保護(hù)原理與其他母線保護(hù)相比，電弧光保護(hù)是集非電量和電量信息一體的保護(hù)。其典型應(yīng)用參見圖2。當(dāng)母線段上出現(xiàn)故障時(shí)會立即產(chǎn)生電弧光這一非電量信息和母線的有源進(jìn)線電流量會增大這一電量

5、信息構(gòu)成了電弧光保護(hù)的邏輯判據(jù)。通過采集母線段上的弧光或是弧光加母線有源進(jìn)線上的電流大于整定值而切除母聯(lián)和進(jìn)線構(gòu)電弧光保護(hù)的動作機(jī)理。圖2 電弧光母線保護(hù)原理接線圖2 關(guān)于各類母線保護(hù)原理的比較差動保護(hù)原理是利用基爾霍夫電流定理工作的，當(dāng)變壓器正常工作或區(qū)外故障時(shí)，將其看作理想變壓器，那么流入變壓器的電流和流出電流折算后的電流相等，差動繼電器不動作。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，兩側(cè)或三側(cè)向故障點(diǎn)提供短路電流，差動繼電器感受到的二次電流和的正比于故障點(diǎn)電流，差動繼電器動作。正常運(yùn)行時(shí)，通過母線的各支路電流即為連接在母線上的各個(gè)間隔電流，當(dāng)母線發(fā)生故障時(shí)，通過母線的各支路電流就為連接在母線上的各個(gè)間隔電流

6、與故障點(diǎn)的電流。由此我們可以以連接在母線上的各個(gè)間隔電流是否滿足基爾霍夫電流定律來斷定母線是否故障。對于一個(gè)母線系統(tǒng)， 母線上有n 條支路。母聯(lián)電流相位比較原理，以母線上接入兩條線路為例，當(dāng)其正常運(yùn)行或母線外部短路時(shí)流入母線與流出母線的電流，它們大小相等、相位相差180°。當(dāng)母線上發(fā)生短路時(shí)，短路電流均流向母線短路點(diǎn)，假設(shè)提供短路電流電源的電動勢同相位，且兩支路的短路阻抗角一樣時(shí)，兩個(gè)電流就同相位，其相位角差為0°。分別比較兩組母線的總故障電流與母聯(lián)電流互感器中電流的相位，相位接近一致的是母線組，就是說該組母線上電流只有流進(jìn)或流出，母線上電流凈流出不可能，所以為只有流進(jìn)的電

7、流，流入該組母線上的和電流不為零，不滿足基爾霍夫電流定律，可斷定為故障母線組。相位接近180。的母線組，即該組母線上除母聯(lián)外的和電流相位與母聯(lián)上電流相位相反，該母線上的和電流通過一正一負(fù)可為零，可滿足基爾霍夫電流定律，斷定為非故障母線組。 因此，可由比相元件來判斷母線上是否發(fā)生故障。這種母線保護(hù)只反響電流間的相位，因此具有較高的靈敏度。由上所述，電流差動原理、母聯(lián)電流相位比較原理、電流相位比較原理的根本原理都為基爾霍夫電流定律。而電弧光母線保護(hù)原理是基于母線發(fā)生故障時(shí)母線段上產(chǎn)生弧光為主要判據(jù)來判別母線是否故障。故可以把母線保護(hù)大致分為基于基爾霍夫電流定律母線保護(hù)和電弧光母線保護(hù)。現(xiàn)就兩者在應(yīng)

8、用中各自的特性進(jìn)展分析。圖3 母線系統(tǒng)各支路連接3 典型母線保護(hù)在實(shí)際應(yīng)用中的特性由上面的分析可知，母線保護(hù)大致分為基于基爾霍夫電流定律母線保護(hù)和電弧光母線保護(hù)?，F(xiàn)本文對兩者在應(yīng)用中各自的特性進(jìn)展分析。基于基爾霍夫電流定律母線保護(hù)的典型應(yīng)用為母線差動保護(hù)，代表產(chǎn)品為BP-2C，基于電弧光母線保護(hù)的代表產(chǎn)品為VAMP 221。母線差動保護(hù)在基爾霍夫電流定律的根底上增加了和電流突變量判據(jù)、復(fù)式比率差動判據(jù)、電壓閉鎖判據(jù)、CT飽和檢測元件。各判據(jù)含意見表1，電流差動保護(hù)判據(jù)邏輯見圖4所示以雙母線為例 。從母線差動保護(hù)和電弧光母線保護(hù)各自在工程及運(yùn)行中特點(diǎn)的比較可以得出假設(shè)兩保護(hù)裝置互換，會遇到以下問

9、題：一假設(shè)用電弧光母線保護(hù)交換母線差動保護(hù)存在的問題：1從安裝位置來看，110kV及以上電壓等級的母線安裝在高壓開關(guān)場，其母線一般為露天安裝，假設(shè)要采集故障時(shí)產(chǎn)生的電弧光，采光探頭要安裝在母線附近，這樣，雷電和開關(guān)廠其他設(shè)備故障時(shí)產(chǎn)生的弧光會引起弧光保護(hù)裝置產(chǎn)生誤判；2沒有斷路器失靈保護(hù)功能，對于220kV及以上電壓等級母線保護(hù)在線路間隔斷路器失靈時(shí)不能啟動母線保護(hù)，不滿足其可靠性要求；3母線差動保護(hù)能適應(yīng)母線的多種運(yùn)行方式，如單母運(yùn)行、雙母運(yùn)行等，而電弧光母線保護(hù)只針對所保護(hù)的單段母線，運(yùn)用機(jī)動性差。二假設(shè)用母線差動保護(hù)交換電弧光母線保護(hù)存在的問題：1現(xiàn)行運(yùn)行中的大部分35kV和10kV線路

10、所用CT保護(hù)繞組不夠，沒有專門用作差動保護(hù)的保護(hù)繞組，所以母線差動保護(hù)不能在35kV和10kV母線中大量普及，而電弧光母線保護(hù)就不受此限制，可以大量普及應(yīng)用；2母線差動保護(hù)接線復(fù)雜，給安裝和維護(hù)增加難度，而電弧光母線保護(hù)安裝及維護(hù)相對簡單。由上所述，母線差動保護(hù)和電弧光母線保護(hù)各有特點(diǎn)和各自的主要應(yīng)用范圍，一般情況下兩種保護(hù)裝置不能互換。4 完畢語母線保護(hù)原理眾多，在眾多的原理中可歸納為基于基爾霍夫電流定律的母線保護(hù)原理和電弧光母線保護(hù)原理，兩種保護(hù)各有其特點(diǎn)和應(yīng)用特性。由于電弧光母線保護(hù)動作出口比母線差動保護(hù)快，對于需要快速出口的110kV及以上電壓等級的母線保護(hù)中，只要母線的安裝與其他間隔隔分開以滿足其它設(shè)備的弧光不會影響到電弧光母線保護(hù)對母線弧光的采集，可裝設(shè)電弧光母線保護(hù)作為主二保護(hù)。由于母線差動保護(hù)能適應(yīng)母線的多種運(yùn)行方式，且?guī)С潆姳Ｗo(hù)等功能，對于一些35kV和10