繼電保護(hù)講義-母線保護(hù)

PAGE第九章母線保護(hù)第一節(jié)概述母線保護(hù)的作用母線起著匯總和分配電能的作用，為電能供應(yīng)的樞紐。母線一旦發(fā)生故障，母線電壓的降低影響全系統(tǒng)的供電質(zhì)量和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。若采用母線所連組件的后備保護(hù)切除母線故障，動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)，不能保證安全連續(xù)供電，甚至可能造成系統(tǒng)穩(wěn)定性破壞；此外，母線短路故障產(chǎn)生的短路電流很大，保護(hù)動(dòng)作的延時(shí)將造成母線設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞，檢修和停電倒母線造成的損失也很大。為此，對(duì)于高壓重要母線應(yīng)裝設(shè)專(zhuān)門(mén)的快速母線保護(hù)。母線保護(hù)應(yīng)突出安全性和快速性。高壓重要母線應(yīng)采用兩套主保護(hù)，分別裝設(shè)在相距2m以上的不同保護(hù)屏上，以防同時(shí)受斷路器和隔離開(kāi)關(guān)頻繁操作使母線保護(hù)過(guò)電壓和干擾而誤動(dòng)作，并且通過(guò)“與”方式出口，以保證可靠性（安全性和可信賴性）。對(duì)于特別重要的母線要求采用三套主保護(hù)，通過(guò)三取取二表決方式出口。我國(guó)國(guó)標(biāo)《繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》GB14285-1993規(guī)定：在110kV的雙母線和220kV及以上的母線上，為保證快速地有選擇性地切除任一組（或段）母線上的故障，而另一組（或段）無(wú)故障母線仍能繼續(xù)運(yùn)行，應(yīng)裝設(shè)專(zhuān)用的母線保護(hù)。對(duì)于一個(gè)半斷路器接線的每組母線應(yīng)裝設(shè)兩套母線保護(hù)。110kV以上的單母線，重要發(fā)電廠的35kV母線或高壓側(cè)為110kV及以上的重要降壓變電站的35kV母線，按照系統(tǒng)的要求必須快速切除母線上的故障時(shí)，應(yīng)裝設(shè)專(zhuān)用的母線保護(hù)。母線保護(hù)的分類(lèi)母線保護(hù)按工作原理可分為以下幾類(lèi)用相鄰回路保護(hù)實(shí)現(xiàn)的母線保護(hù)；電流差動(dòng)原理母線保護(hù)（不完全差動(dòng)保護(hù)和完全差動(dòng)保護(hù)）；母聯(lián)電流相位比較原理母線保護(hù)等。母線保護(hù)按差動(dòng)回路電阻大小分類(lèi)低阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)；中阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)；高阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)。第二節(jié)用相鄰回路保護(hù)實(shí)現(xiàn)的母線保護(hù)對(duì)于35kV及以下電壓等級(jí)的母線，通常不裝設(shè)專(zhuān)門(mén)的母線保護(hù)，而是利用供電組件的保護(hù)來(lái)切除母線故障。如圖9-1所示為發(fā)電廠采用單母線接線。母線K點(diǎn)故障可以利用發(fā)電機(jī)過(guò)電流保護(hù)使發(fā)電機(jī)的斷路器跳閘來(lái)切除。如圖9-2所示為低壓側(cè)母線正常運(yùn)行時(shí)分裂運(yùn)行的降壓變電站。母線K點(diǎn)故障可以利用相應(yīng)變壓器過(guò)電流保護(hù)先跳開(kāi)低壓母線分段斷路器，如果故障不能消失保護(hù)不復(fù)歸時(shí)再跳開(kāi)變壓器低壓側(cè)斷路器。如圖9-3所示為雙電源網(wǎng)絡(luò)（或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)），當(dāng)變電站B母線上K點(diǎn)短路時(shí)，則可由保護(hù)1、4的第Ⅱ段動(dòng)作切除。利用供電組件的保護(hù)的保護(hù)裝置切除母線故障時(shí)，切除故障的時(shí)間一般比較長(zhǎng)。另外，當(dāng)雙母線運(yùn)行或母線為單母線分段運(yùn)行時(shí)，利用遠(yuǎn)處供電組件保護(hù)裝置不能保證有選擇性地切除故障母線段。母線的方向保護(hù)如圖9-4所示。在所有連接于母線的回路上裝設(shè)一個(gè)指向母線外部故障的方向組件KPD(KPD2)，當(dāng)母線發(fā)生故障時(shí)，回路上所有的短路功率方向均指向母線，這些方向組件均不動(dòng)作。反之，在母線外部短路時(shí)，至少有一條回路上的短路功率方向指向母線外部，由此即可判別母線的內(nèi)部故障和外部故障。這種原理構(gòu)成的母線保護(hù)動(dòng)作速度可以很快，保護(hù)裝置利用微機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)，只要將所有方向組件的動(dòng)作標(biāo)志送到變電站后臺(tái)機(jī)，如果母線故障，變電站后臺(tái)機(jī)立即通過(guò)網(wǎng)絡(luò)跳開(kāi)與故障母線相連的所有斷路器。為了防止方向組件在負(fù)荷功率下誤動(dòng)作，保護(hù)裝置還應(yīng)設(shè)置躲過(guò)任一連接組件中最大負(fù)荷電流的起動(dòng)元件KA。第三節(jié)低阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)如圖9-5所示為單母線低阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)的原理接線，選用的電流互感器TA變比、特性完全相同，則其差動(dòng)回路阻抗很小，通常只有幾奧姆。母線內(nèi)部短路時(shí)，電流互感器TA負(fù)擔(dān)小且不會(huì)造成二次回路過(guò)電壓，但母線外部短路時(shí)，全部故障電流流過(guò)故障支路的電流互感器而使其嚴(yán)重飽和，導(dǎo)致差動(dòng)回路不平衡電流很大，因此保護(hù)的動(dòng)作電流必須躲過(guò)最大不平衡電流，或外部故障采取制動(dòng)措施。目前，電流互感器飽和前，帶有制動(dòng)特性的低阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)半個(gè)周波內(nèi)，甚至3~5ms即可動(dòng)作，在我國(guó)有很成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用十分廣泛。正常運(yùn)行或母線外部故障時(shí)，選擇母線保護(hù)的電流互感器具有相同的特性、變比nTA，則理想情況下流入差動(dòng)繼電器KD的電流，實(shí)際流入差動(dòng)繼電器KD的電流為較小的不平衡電流，保護(hù)不動(dòng)作。當(dāng)母線內(nèi)部故障時(shí)，所有與電源連接組件均向母線故障點(diǎn)提供短路電流，則流入差動(dòng)繼電器KD的電流為故障點(diǎn)總電流的二次值，即此電流能夠使母線保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)母線各斷路器。母線差動(dòng)保護(hù)的起動(dòng)電流按以下兩個(gè)條件整定，取其中較大值。躲開(kāi)外部故障時(shí)的最大不平衡電流。母線所連各組件電流互感器均按10%誤差曲線選擇負(fù)載，且差動(dòng)保護(hù)采取措施消除非周期分量的影響，則起動(dòng)電流為Krel—可靠系數(shù)，取1.3；IK.max—母線外部任一連接組件故障時(shí)，流過(guò)該組件的的最大短路電流；nTA—母線差動(dòng)保護(hù)電流互感器變比。躲開(kāi)正常運(yùn)行情況下，任一電流互感器二次斷線時(shí)的最大負(fù)荷電流，即母線差動(dòng)保護(hù)的靈敏系數(shù)按實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)連接組件最少，在母線上故障時(shí)的最小短路電流校驗(yàn)，要求。即這種保護(hù)方式適用于單母線或雙母線經(jīng)常只有一組母線運(yùn)行的情況。如果母線連接有對(duì)端無(wú)電源的供電線路，則這些線路不會(huì)給故障母線提供短路電流，為了簡(jiǎn)化接線，可將這些線路不接入保護(hù)的差動(dòng)回路。這種保護(hù)方式即不完全差動(dòng)保護(hù)。此時(shí)，保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)躲開(kāi)這些線路的最大負(fù)荷電流之和。第四節(jié)高阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)高阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)的原理接線如圖9-6所示，其差動(dòng)回路中接入數(shù)千歐的高阻抗。外部故障時(shí)電流互感器飽和，利用高阻抗限制差動(dòng)回路中產(chǎn)生的不平衡電流流入繼電器。保護(hù)按電流互感器二次電壓的瞬時(shí)值工作。如圖9-7所示，當(dāng)母線外部K點(diǎn)故障時(shí)，流過(guò)故障組件一次電流使電流互感器3TA嚴(yán)重飽和，則很難傳變到二次。同時(shí)，由于在外部故障硅雙向開(kāi)關(guān)SBS斷開(kāi)狀態(tài)下，繼電器支路呈現(xiàn)高阻抗，二次回路中差動(dòng)繼電器支路的阻抗R遠(yuǎn)高于與之并聯(lián)的3TA電阻加引線電阻Rs和從并聯(lián)點(diǎn)到電流互感器的電纜電阻RL支路的電阻（Rs+2RL），故二次電流幾乎全部流過(guò)Rs和RL支路，因而差動(dòng)回路中差動(dòng)繼電器支路流過(guò)的不平衡電流很小，在差動(dòng)繼電器上產(chǎn)生的最大峰值UP電壓不足使圖9-6（b）所示繼電器動(dòng)作。在全偏移電流情況下（電流完全偏于時(shí)間軸一側(cè)），繼電器上出現(xiàn)最大峰值電壓時(shí)，保護(hù)應(yīng)可靠不動(dòng)作。式中—電流互感器二次工頻對(duì)稱正弦電流有效值。內(nèi)部故障時(shí)，全部電流互感器的二次電流均通過(guò)圖9-6（b）所示端子5、6差動(dòng)回路繼電器支路的電阻分壓器上。其中R3兩端的電壓加于C和硅雙向開(kāi)關(guān)SBS上。繼電器支路電壓達(dá)到導(dǎo)通電壓時(shí)，SBS導(dǎo)通，根據(jù)所加電壓極性的不同，一個(gè)周波內(nèi)，晶閘管VTH20、VTH21交替觸發(fā)、導(dǎo)通，將分壓電阻R3短接，繼電器支路呈現(xiàn)很小的阻抗，有效防止繼電器支路過(guò)電壓。此時(shí)，差動(dòng)電流在分壓器上產(chǎn)生的電壓向脈沖變壓器T20一次側(cè)放電，二次側(cè)感應(yīng)的脈沖經(jīng)中間電壓變換器T1后整流，再經(jīng)電平檢測(cè)、放大回路，使出口繼電器KOM動(dòng)作并自保持，直至母線斷路器跳閘。高阻抗母線保護(hù)不需要采取防止外部故障產(chǎn)生的不平衡電流引起保護(hù)誤動(dòng)作的措施，動(dòng)作速度很快，但應(yīng)注意內(nèi)部故障時(shí)差動(dòng)回路產(chǎn)生的過(guò)電壓對(duì)人身和設(shè)備可能造成的危險(xiǎn)。目前，高阻抗母線保護(hù)在國(guó)外得到應(yīng)用①。①參見(jiàn)GE公司SDB11B母線差動(dòng)保護(hù)裝置說(shuō)明書(shū)。第五節(jié)中阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)中阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)如圖9-8所示，母線連接有n條支路，每條支路裝設(shè)一組主電流互感器，經(jīng)過(guò)一組輔助電流互感器接于保護(hù)回路，使各支路主電流互感器和輔助電流互感器的總變比相同，另外，二次電流經(jīng)輔助電流互感器進(jìn)一步減小以降低保護(hù)回路的功率損耗。差動(dòng)回路電阻約200ω左右，與制動(dòng)回路相配合，可以大大減小外部故障時(shí)差動(dòng)回路產(chǎn)生的不平衡電流，提高保護(hù)的靈敏性。同時(shí)，內(nèi)部故障時(shí)，差動(dòng)回路的電壓不會(huì)超過(guò)允許值。正常運(yùn)行狀態(tài)下正常運(yùn)行時(shí)正半軸的一次、二次電流分布如圖9-8所示，，由nTA極性端流出進(jìn)入整流橋，經(jīng)整流變成直流電流IT進(jìn)入兩個(gè)串聯(lián)電阻構(gòu)成的制動(dòng)臂，變成IL，通過(guò)整流二極管回到1TA的同極性端，形成環(huán)流。根據(jù)克?；舴螂娏鞫桑顒?dòng)回路電流，因此動(dòng)作電壓Ud3為零，二極管V2在制動(dòng)電壓Us的作用下導(dǎo)通，繼電器K被短接，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。正常運(yùn)行時(shí)負(fù)半軸的一次、二次電流與正半周相反，但I(xiàn)T、IL不變，因而保護(hù)也不會(huì)動(dòng)作。母線外部K1點(diǎn)短路當(dāng)母線外部K1點(diǎn)短路時(shí)，一次、二次電流分布與正常運(yùn)行狀態(tài)相同。若故障組件的nTA嚴(yán)重飽和，則，將有不平衡電流流入差動(dòng)回路，經(jīng)差流變流器TMd變換整流后，在電阻R3上產(chǎn)生動(dòng)作電壓Ud3。調(diào)整參數(shù)使Ud3<Us，保護(hù)仍不會(huì)誤動(dòng)作。母線內(nèi)部K2點(diǎn)短路當(dāng)母線內(nèi)部K2點(diǎn)短路時(shí)，各輔助電流互感器的二次電流流入差動(dòng)回路，不同半周將有或，且制動(dòng)回路電阻由減小為，因此Ud3>Us，二極管V2截止，V1導(dǎo)通，繼電器K動(dòng)作，跳開(kāi)母線斷路器1QF~nQF。中阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)特性分析和整定計(jì)算方法參見(jiàn)：PMH-150（RADSS/S）型母線差動(dòng)保護(hù)裝置說(shuō)明書(shū)。上海繼電器廠。中阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)差動(dòng)回路阻抗較大，有效減小了外部故障時(shí)的不平衡電流，且差動(dòng)回路不會(huì)引起太大的過(guò)電壓，但保護(hù)的整定計(jì)算較為復(fù)雜。目前在我國(guó)應(yīng)用廣泛。第六節(jié)雙母線保護(hù)發(fā)電廠和重要變電站的高壓母線，一般采用雙母線同時(shí)運(yùn)行、母線聯(lián)絡(luò)斷路器經(jīng)常投入的運(yùn)行方式，每條母線連接一半的供電和受電組件。母線故障時(shí)，為了提高供電的可靠性，要求母線保護(hù)具有選擇故障母線的能力，只切除故障母線，保證無(wú)故障母線繼續(xù)運(yùn)行。雙母線同時(shí)運(yùn)行、組件固定連接的電流差動(dòng)保護(hù)元件固定連接的雙母線的電流差動(dòng)保護(hù)的單相原理接線如圖9-9所示，其三相原理接線如圖9-10所示。保護(hù)裝置主要由三組電流差動(dòng)保護(hù)組成。第一組由電流互感器TA1、TA2、TA5和差動(dòng)繼電器KD1組成小差動(dòng)保護(hù)，差動(dòng)繼電器1KD用來(lái)選擇第Ⅰ組母線上的故障；另一組小差動(dòng)保護(hù)由電流互感器TA3、TA4、TA6和差動(dòng)繼電器KD2組成，差動(dòng)繼電器2KD用來(lái)選擇第Ⅱ組母線上的故障；第三組由電流互感器TA1~TA6和差動(dòng)繼電器KD3組成大差動(dòng)保護(hù)，差動(dòng)繼電器KD3作為整套保護(hù)裝置的起動(dòng)元件。當(dāng)任一組母線發(fā)生故障時(shí)，KD3都動(dòng)作，為KD1、KD2加上直流電源，并跳開(kāi)母聯(lián)斷路器QF5。當(dāng)任一組母線發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)只將故障母線切除，而另一組非故障母線及其連接的所有元件仍可繼續(xù)運(yùn)行。母線正常運(yùn)行時(shí)，每條母線的供電和受電組件的負(fù)荷基本平衡，母線聯(lián)絡(luò)斷路器電流為零或很小，差動(dòng)繼電器1、2、3KD中很小的不平衡電流小于繼電器的動(dòng)作電流，因此，母線保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。外部任一點(diǎn)K短路時(shí)，一次、二次電流分布如圖9-11（a）所示。可見(jiàn)，差動(dòng)繼電器1、2、3KD中只有不平衡電流，保護(hù)可靠不動(dòng)作。當(dāng)任一組母線K點(diǎn)短路時(shí)，一次、二次電流分布如圖9-11（b）所示。可見(jiàn)，差動(dòng)繼電器1、3KD流入全部故障電流，能夠動(dòng)作；而差動(dòng)繼電器2KD中只流過(guò)不平衡電流，可靠不動(dòng)作。由圖9-9（b）可知，3KD動(dòng)作后起動(dòng)中間繼電器3KM，使母聯(lián)斷路器5QF跳閘并發(fā)出信號(hào)，同時(shí)給1、2KD提供操作電源。1KD動(dòng)作后起動(dòng)中間繼電器1KM，使1、2QF跳閘切除故障Ⅰ母線并發(fā)出母線Ⅰ故障信號(hào)。無(wú)故障母線Ⅱ繼續(xù)運(yùn)行。母線Ⅱ故障時(shí)的分析方法與前述相同。母線的固定連接方式改變，如1QF需要檢修，將線路L1由母線Ⅰ切換到母線Ⅱ時(shí)，由于差動(dòng)保護(hù)的二次回路不能隨著切換，破壞了保護(hù)的構(gòu)成原理，通過(guò)分析可知，保護(hù)將無(wú)選擇地切除兩組母線，此時(shí)可將圖9-9（b）中的兩個(gè)手動(dòng)開(kāi)關(guān)QK合上，3KD動(dòng)作后直接通過(guò)1、2KM切除Ⅰ、Ⅱ兩組母線。圖9-10中KA0的常開(kāi)接點(diǎn)接在相鄰線路零序電流保護(hù)的跳閘操作回路中，用以防止零序電流保護(hù)的零序電流濾光器二次回路斷線引起誤動(dòng)作。這種原理構(gòu)成的母線差動(dòng)保護(hù)限制了電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度的靈活性。雙母線同時(shí)運(yùn)行的母聯(lián)相位差動(dòng)保護(hù)*保護(hù)裝置的原理接線如圖9-12所示，主要由總差動(dòng)電流回路、相位比較回路和相應(yīng)的繼電器組成。保護(hù)裝置根據(jù)總差動(dòng)電流的大小判別母線內(nèi)部、外部故障并作為母線內(nèi)部故障時(shí)保護(hù)裝置的起動(dòng)組件，通過(guò)比較母聯(lián)電流相位與總差動(dòng)電流相位來(lái)選擇故障母線。按此原理構(gòu)成的母線保護(hù)不受母線連接組件運(yùn)行方式變化的影響。如圖9-12（a）所示，電流繼電器KA作為保護(hù)內(nèi)部故障的起動(dòng)組件接于總差動(dòng)回路。故障母線選擇組件采用磁合成原理構(gòu)成的電流相位比較式繼電器。電流相位比較式繼電器是由中間變流器TAM、整流濾波回路VU1、C1、和VU2、C2以及極化繼電器1KP、2KP組成，可以雙向動(dòng)作，按幅值比較方式比較總差動(dòng)電流和母聯(lián)電流的相位。將比較相位的兩個(gè)電流和轉(zhuǎn)化為比較幅值的兩個(gè)量和。在中間變流器TAM右邊柱上，磁通為，在二次繞組W2中輸出電壓；在左邊柱上，磁通為，W3中輸出電壓。整流、濾波后即可得到幅值比較的兩個(gè)電壓U2和U3。如圖9-12（b）所示，相位比較組件的執(zhí)行組件為極化繼電器1KP、2KP，電流從極性端流入，繼電器動(dòng)作；反之，繼電器制動(dòng)。U2接1KP的工作繞組和2KP的制動(dòng)繞組，而U3接2KP的工作繞組和的制動(dòng)繞組。當(dāng)?shù)冖窠M母線故障時(shí)，和同相位，，1KP中工作電流大于制動(dòng)電流，2KP中制動(dòng)電流大于工作電流，1KP動(dòng)作，2KP不動(dòng)作；反之，第Ⅱ組母線故障時(shí)，和相位相反，，2KP動(dòng)作，1KP不動(dòng)作。正常運(yùn)行及母線外部故障時(shí)，差動(dòng)回路只有不平衡電流，起動(dòng)組件KA不動(dòng)作，通過(guò)電阻R3及KA的常閉接點(diǎn)給1KP和2KP的兩組制動(dòng)繞組附加制動(dòng)電流，閉鎖相位比較回路，保護(hù)可靠不動(dòng)作。母線內(nèi)部故障時(shí)，差動(dòng)回路電流為故障點(diǎn)電流，大于繼電器KA的動(dòng)作電流，繼電器KA動(dòng)作后，其常開(kāi)接點(diǎn)起動(dòng)中間繼電器5KM，跳開(kāi)母聯(lián)斷路器5QF，并接通中間繼電器1～4KM的正電源，同時(shí)，其常閉接點(diǎn)解除對(duì)1KP和2KP的閉鎖。如圖9-12（c）所示，當(dāng)母線Ⅰ故障時(shí)，選擇組件1KP動(dòng)作，其接點(diǎn)經(jīng)電壓閉鎖繼電器KV1的常閉接點(diǎn)起動(dòng)中間繼電器1KM和2KM，使斷路器1QF及2QF跳閘。當(dāng)母線Ⅱ故障時(shí)，其接點(diǎn)經(jīng)電壓閉鎖繼電器KV2的常閉接點(diǎn)起動(dòng)中間繼電器3KM和4KM，將斷路器3QF及4QF跳閘。為了反應(yīng)各種故障，KV1、KV2分別接在兩組母線電壓互感器的二次線電壓上。實(shí)際中，常采用復(fù)合電壓閉鎖。當(dāng)母聯(lián)斷路器因故退出運(yùn)行時(shí)，由于IM=0，選擇組件將無(wú)法工作，此時(shí)，可投入人工刀開(kāi)關(guān)QK，解除1KP和2KP的作用。將電壓或復(fù)合電壓閉鎖繼電器適當(dāng)整定后，即可選擇故障母線。如圖9-12（b）所示，由于系統(tǒng)運(yùn)行方式的需要，各連接組件斷路器跳閘回路中均裝設(shè)切換連接片XS，根據(jù)連接片位置的不同，可由任一組母線保護(hù)跳閘中間繼電器斷開(kāi)某組件的斷路器。斷路器失靈保護(hù)簡(jiǎn)介電力系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)生故障時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)繼電保護(hù)動(dòng)作發(fā)出跳閘命令，而斷路器失靈不能跳閘，導(dǎo)致設(shè)備燒毀、擴(kuò)大事故范圍，甚至破壞系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的情況。為了防止這種情況的發(fā)生，應(yīng)采用斷路器失靈保護(hù)。斷路器失靈保護(hù)是繼電保護(hù)動(dòng)作、斷路器拒動(dòng)時(shí)，能夠以較短時(shí)限切除同一發(fā)電廠或變電站內(nèi)其它有關(guān)斷路器，將故障部分隔離，并使停電范圍最小的一種近后備保護(hù)。為此，DL400-1991《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：在220~500kV電力網(wǎng)中以及110kV電力網(wǎng)的個(gè)別重要部分，可按下列規(guī)定裝設(shè)斷路器失靈保護(hù)：線路保護(hù)采用遠(yuǎn)后備方式，且斷路器確有可能拒動(dòng)時(shí)；對(duì)220kV~500kV分相操作的斷路器，可只考慮斷路器單相拒動(dòng)的情況。線路采用遠(yuǎn)后備方式，且斷路器確有可能拒動(dòng)，如果其它線路或變壓器的后備保護(hù)切除故障，將擴(kuò)大停電范圍（例如采用多角形接線、雙母線或分段單母線時(shí)），并引起嚴(yán)重后果時(shí)。如斷路器和電流互感器之間距離較長(zhǎng)，在其間發(fā)生故障不能由該回路主保護(hù)切除，而由其它線路或變壓器的后備保護(hù)切除故障又將擴(kuò)大停電范圍并引起嚴(yán)重后果時(shí)。斷路器失靈保護(hù)的構(gòu)成原理接線如圖9-13所示。所有連接于Ⅰ段的組件保護(hù)裝置，當(dāng)其出口中間繼電器1KM、2KM動(dòng)作于跳開(kāi)本身斷路器的同時(shí)，起動(dòng)斷路器失靈保護(hù)中的公用時(shí)間繼電器KT，其動(dòng)作延時(shí)大于故障組件斷路器的跳閘時(shí)間和保護(hù)裝置的返回時(shí)間之和。因此，斷路器失靈保護(hù)并不影響原有保護(hù)裝置對(duì)故障的正常切除。例如，出線K點(diǎn)發(fā)生故障，保護(hù)裝置出口中間繼電器1KM動(dòng)作后1QF拒動(dòng)時(shí)，起動(dòng)斷路器失靈保護(hù)的時(shí)間繼電器KT，經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)，起動(dòng)中間繼電器3KM，使母線上所有有電源的斷路器2QF、3QF跳閘，切除K點(diǎn)故障，起到1QF失靈拒動(dòng)時(shí)的后備作用。如果斷路器失靈保護(hù)誤動(dòng)作，將引起嚴(yán)重后果。因此，斷路器失靈保護(hù)必須同時(shí)具備以下兩個(gè)條件時(shí)，才能投入工作：故障組件的保護(hù)裝置出口繼電器動(dòng)作后不返回，如圖9-13中，1KM、2KM的常開(kāi)接點(diǎn)一直處于閉合狀態(tài)。在被保護(hù)范圍內(nèi)仍然存在著故障。當(dāng)母線連接組件較多時(shí)，通常采用檢查電壓的方法來(lái)判斷故障是否切除，以此來(lái)確定斷路器失靈保護(hù)的工作狀態(tài)，其構(gòu)成原理如圖9-14所示。對(duì)于保護(hù)動(dòng)作于多個(gè)斷路器或采用單相重合閘時(shí)，還可以采用檢查每相斷路器故障電流的方式來(lái)判定斷路器是否拒動(dòng)。由于斷路器失靈保護(hù)是在出線保護(hù)動(dòng)作后才開(kāi)始計(jì)時(shí)，因而其動(dòng)作時(shí)限應(yīng)與其它保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限相配合，通常取0.3~0.5s。第七節(jié)一個(gè)半斷路器接線的母線保護(hù)雙母線接線方式的特點(diǎn)雙母線具有投資設(shè)備少，一次回路操作比較靈活，繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置接線簡(jiǎn)單、可靠等優(yōu)點(diǎn)。但也存在一些不足。例如，在母聯(lián)斷路器兼做旁路斷路器，或旁路斷路器兼做母聯(lián)斷路器的情況下，雙母線將以單母線方式運(yùn)行，若此時(shí)母線發(fā)生短路，將使雙母線全部停電。此外，高壓斷路器檢修通常需要半個(gè)月以上，這樣，雙母線在一年中將有很長(zhǎng)時(shí)間以單母線方式運(yùn)行，相對(duì)降低了供電的可靠性。在采用雙母線的變電站中，母聯(lián)斷路器通常處于合閘狀態(tài)，即按分段單母線運(yùn)行。當(dāng)一組母線故障，將有約一半的連接組件停電，若同時(shí)伴隨母聯(lián)斷路器失靈或故障發(fā)生在母聯(lián)斷路器和電流互感器之間的保護(hù)死區(qū)，則會(huì)造成變電站全部停電。目前，對(duì)于500kV變電站和220kV樞紐變電站，要求在母線發(fā)生短路時(shí)不影響變電站的連續(xù)供電；在母線短路伴隨斷路器失靈時(shí)，要求停電范圍最小。因此，對(duì)于220kV及以上的重要變電站，如串?dāng)?shù)為3串以上時(shí)，推薦采用如圖9-15所示的一個(gè)半斷路器母線接線方式。一個(gè)半斷路器母線接線方式的特點(diǎn)一個(gè)半斷路器母線接線方式的優(yōu)點(diǎn)在任一斷路器檢修時(shí)不影響所連接元件的連續(xù)供電，不需要進(jìn)行倒閘操作，可以減少一次回路誤操作的機(jī)會(huì)。當(dāng)進(jìn)行母線檢修或清掃時(shí)，不需要進(jìn)行復(fù)雜操作。當(dāng)一組母線發(fā)生短路時(shí)，母線保護(hù)動(dòng)作后只跳開(kāi)與該母線相連的所有斷路器，不會(huì)使任何連接元件停電。任一組母線或任一連接元件發(fā)生短路并伴隨斷路器失靈（拒動(dòng)）時(shí)，失靈保護(hù)動(dòng)作后需要跳開(kāi)斷路器的數(shù)量少，不會(huì)引起全廠或全站停電。下面分三種情況說(shuō)明：如圖9-16（a）所示線路L1的K點(diǎn)發(fā)生短路，保護(hù)應(yīng)跳開(kāi)1QF、2QF，若1QF失靈，失靈保護(hù)動(dòng)作后，跳開(kāi)Ⅰ母線上的所有斷路器4、7QF，因此除線路L1外，其它連接元件都不停電。同理，如圖9-16（b）所示，線路L1的K點(diǎn)發(fā)生短路并伴隨2QF失靈，失靈保護(hù)動(dòng)作后，跳開(kāi)3QF，因此除同一串的線路L1和變壓器T1兩個(gè)連接元件外，其它連接元件均不停電。如圖9-16（c）所示，Ⅰ母線上的K點(diǎn)發(fā)生短路，保護(hù)應(yīng)跳開(kāi)1QF、4QF、7QF，若1QF失靈，失靈保護(hù)動(dòng)作后，跳開(kāi)斷路器2QF，因此除與故障Ⅰ母線相連且斷路器失靈的連接元件外，其它連接元件均不停電。注：白色方框表示斷路器處于閉合狀態(tài)，黑色方框表示斷開(kāi)狀態(tài)，方框打叉表示拒動(dòng)狀態(tài)。在一個(gè)半母線接線方式中，各隔離開(kāi)關(guān)只作為檢修斷路器時(shí)隔離用，不需要象雙母線接線方式中那樣進(jìn)行倒閘操作，因此減少了隔離開(kāi)關(guān)誤操作的機(jī)會(huì)。由于不需要裝設(shè)旁路開(kāi)關(guān)，變電站一次回路的布置清晰，配電裝置占地面積小，消耗材料少。由于不采用旁路斷路器代替線路斷路器的工作方式，因而不需要對(duì)線路保護(hù)進(jìn)行切換或重新整定，簡(jiǎn)化了繼電保護(hù)的接線和運(yùn)行。一個(gè)半斷路器母線接線方式存在的問(wèn)題如果進(jìn)出線數(shù)目為n，采用雙母線接線時(shí)，需用的斷路器數(shù)為n+2，而一個(gè)半斷路器母線接線方式下，需用1.5n個(gè)斷路器，變電站造價(jià)大大增加。當(dāng)任一連接元件短路時(shí)，需要同時(shí)跳開(kāi)兩個(gè)斷路器，導(dǎo)致斷路器失靈的幾率增加一倍。斷路器跳閘次數(shù)的增加，增加了斷路器檢修的工作量。對(duì)于一串中的中間斷路器，由于跳閘次數(shù)最多，檢修的工作量也最大。如圖9-17所示，當(dāng)一串中的一個(gè)斷路器1QF檢修時(shí)，一回線路L3發(fā)生短路，將使該串中的兩回線路L1和L3同時(shí)停電。如圖9-17所示，當(dāng)一個(gè)斷路器1QF檢修時(shí)，斷路器3QF和相應(yīng)的電流互感器必須流過(guò)線路L1和L3的負(fù)載電流之和。因此，一串中的斷路器和電流互感器的額定電流大約應(yīng)按連接元件額定電流的2倍選擇。線路或變壓器的保護(hù)需接在兩組電流互感器二次的和電流中，因此一方面需要增加電流互感器的數(shù)量，同時(shí)由于電流互感器的比值誤差和勵(lì)磁回路的汲出作用，在外部發(fā)生穿越性故障時(shí)，將產(chǎn)生不平衡電流，而在一個(gè)斷路器斷開(kāi)的情況下線路故障時(shí)，將使繼電保護(hù)的靈敏度降低。在雙母線方式下線路斷路器檢修時(shí)，可用旁路斷路器和它的繼電保護(hù)來(lái)代替線路斷路器和繼電保護(hù)。因而線路繼電保護(hù)可在線路斷路器檢修時(shí)同時(shí)進(jìn)行檢修校驗(yàn)。而在一個(gè)半斷路器母線接線方式下，當(dāng)一個(gè)斷路器停用或檢修，相應(yīng)的線路保護(hù)不能卻不能同時(shí)檢修和校驗(yàn)。因此線路保護(hù)必須采取雙重化措施。如圖9-18所示，線路L1靠近A側(cè)發(fā)生短路并伴隨斷路器2QF失靈時(shí)，失靈保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)斷路器3QF。但線路L2的B側(cè)保護(hù)在線路L1末端短路時(shí)靈敏度常常不夠。因而在線路L2上應(yīng)裝設(shè)高頻遠(yuǎn)方跳閘裝置，利用2QF的的失靈保護(hù)起動(dòng)遠(yuǎn)方跳閘裝置，使之跳開(kāi)B側(cè)的5QF。在每回線路上除了需要主保護(hù)雙重化所需的高頻通道外，還應(yīng)增加遠(yuǎn)方跳閘裝置所需的一個(gè)高頻通道，給高頻通道的安排帶來(lái)一些困難。遠(yuǎn)方跳閘裝置若采用光纖或微波通道，這一問(wèn)題可以得到較好的解決。繼電保護(hù)和重合閘裝置與兩個(gè)斷路器均有聯(lián)系，二次回路之間的交叉較多，調(diào)試和運(yùn)行均較復(fù)雜，相應(yīng)地影響了一次回路的可靠性。盡管如此，其優(yōu)點(diǎn)更為突出，因此國(guó)內(nèi)、外的500kV變電站中，基本均采用一個(gè)半斷路器母線方式。部分重要的220kV變電站也采用這種母線結(jié)構(gòu)。短引線保護(hù)所謂短引線保護(hù)就是在3/2斷路器（或角形）接線中，當(dāng)兩個(gè)斷路器之間所接元件（線路或變壓器）退出或檢修后，而為了保證供電的可靠性，使該串恢復(fù)環(huán)網(wǎng)運(yùn)行這一特定方式下，保護(hù)兩個(gè)斷路器之間的聯(lián)線以及到電容式電壓互感器的這段短引線而裝設(shè)的保護(hù)裝置。它實(shí)質(zhì)上是一種電流差動(dòng)保護(hù)。短引線故障應(yīng)動(dòng)作于這兩個(gè)斷路器跳閘，并閉鎖其重合閘。其在正常運(yùn)行時(shí)不投，僅在線路或主變停電、保護(hù)退出，而開(kāi)關(guān)運(yùn)行時(shí)投入。3/2斷路器接線方式如圖9-19所示，當(dāng)線路L停用，則該線路側(cè)保護(hù)用隔離開(kāi)關(guān)QS將斷開(kāi)，此時(shí)保護(hù)用電壓互感器TV停電，線路主保護(hù)因停用而不能切除該范圍內(nèi)短引線故障?？捎蒚A1、TA2構(gòu)成電流差動(dòng)保護(hù)作為短引線保護(hù)快速切除故障。當(dāng)線路運(yùn)行、線路側(cè)隔離開(kāi)關(guān)QS投入時(shí)，將無(wú)選擇性動(dòng)作，通常由隔離開(kāi)關(guān)QS輔助觸點(diǎn)控制在QS合閘時(shí)短引線保護(hù)停用。第八節(jié)母線保護(hù)的特殊問(wèn)題及措施一、母線差動(dòng)保護(hù)中電流互感器飽和問(wèn)題及抗飽和措施通常母線差動(dòng)保護(hù)連接元件較多，在外部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，靠近故障的電流互感器深度飽和，差動(dòng)回路不平衡電流增大，可能引起母線保護(hù)誤動(dòng)作。目前在110kV及以上電壓等級(jí)的電網(wǎng)中廣泛采用中阻抗、高阻抗和數(shù)字式低阻抗母線差動(dòng)保護(hù)來(lái)防止外部故障時(shí)母線差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，并在外部故障轉(zhuǎn)換為內(nèi)部故障時(shí)能夠快速開(kāi)發(fā)母線差動(dòng)保護(hù)。1、中阻抗、高阻抗母線差動(dòng)保護(hù)電流互感器抗飽和措施中阻抗、高阻抗母線差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng)回路阻抗通常為幾百歐，電流互感器TA飽和后勵(lì)磁阻抗下降，差動(dòng)保護(hù)回路不平衡電流較小，再利用母線差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)特性即可防止外部故障時(shí)TA飽和引起的母線差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。內(nèi)部故障時(shí)，母線差動(dòng)保護(hù)在TA飽和前快速動(dòng)作。數(shù)字式低阻抗母線差動(dòng)保護(hù)電流互感器抗飽和措施目前數(shù)字式母線差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng)回路一般為低阻抗，其TA抗飽和的措施主要有以下幾種。具有制動(dòng)特性的母線差動(dòng)保護(hù)。當(dāng)TA飽和不很?chē)?yán)重時(shí)，制動(dòng)特性可以保證母線差動(dòng)保護(hù)在外部故障時(shí)不誤動(dòng)作。但TA深度飽和時(shí)，具有制動(dòng)特性的母線差動(dòng)保護(hù)仍有可能誤動(dòng)作。TA線性區(qū)母線差動(dòng)保護(hù)。TA飽和后，一次電流每個(gè)周波過(guò)零點(diǎn)附近存在不飽和的線性時(shí)段，此時(shí)投入母線差動(dòng)保護(hù)可以正確判斷母線的故障。由于TA飽和時(shí)電流波形復(fù)雜，因此判別TA線性傳變區(qū)的關(guān)鍵是檢測(cè)電流每個(gè)周波TA進(jìn)入、退出飽和的時(shí)刻。TA飽和的同步識(shí)別法。無(wú)論母線發(fā)生外部故障時(shí)的電流有多大，TA在故障最初的QUOTE1414周波內(nèi)均不會(huì)飽和，不平衡電流很小，母線差動(dòng)保護(hù)的電流起動(dòng)元件不會(huì)誤動(dòng)作；以母線電壓構(gòu)成母線差動(dòng)保護(hù)的電壓起動(dòng)元件，在故障發(fā)生時(shí)則可以瞬時(shí)動(dòng)作，電流、電壓兩個(gè)起動(dòng)元件的動(dòng)作存在時(shí)間差。當(dāng)母線內(nèi)部故障時(shí)，差動(dòng)回路電流增大的同時(shí)母線電壓降低，電流、電壓兩個(gè)起動(dòng)元件的動(dòng)作在時(shí)間上同步。根據(jù)電流、電壓兩個(gè)起動(dòng)元件動(dòng)作同