母差保護體系知識介紹

母差保護體系知識介紹與其他主設(shè)備保護相比，母線保護的要求更為苛刻。當(dāng)變電站母線發(fā)生故障時，如不及時切除故障，將會損壞眾多電力設(shè)備，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，甚至導(dǎo)致電力系統(tǒng)瓦解。如果母線保護拒動，也會造成大面積的停電。因此，設(shè)置動作可靠、性能良好的母線保護，使之能迅速有選擇地切除故障是非常必要的。常見的母線故障有：絕緣子對地閃絡(luò)、雷擊、運行人員誤操作、母線電壓和電流互感器故障等。在大型發(fā)電廠及變電站的母線保護裝置中，通常配置有母線差動保護、母聯(lián)充電保護、母聯(lián)失靈保護、母聯(lián)死區(qū)保護、母聯(lián)過流保護、母聯(lián)非全相保護、其他斷路器失靈保護等。其中，最為主要的是母差保護。本期我們一起了解一下母線差動保護的相關(guān)內(nèi)容。1、母差保護的原理和線路差動保護相同，母線差動保護的基本原理也是基于基爾霍夫定律：在母線正常運行及外部故障時，各線路流入母線的電流和流出母線的電流相等，各線路的電流向量和等于零；當(dāng)母線上發(fā)生故障時，各線路電流均流向故障點，其向量和（差動電流）不再等于零，滿足一定條件后，出口跳開相應(yīng)開關(guān)。母線差動保護，由ABC三相分相差動元件構(gòu)成。每相差動元件由小差差動元件及大差差動元件構(gòu)成。大差元件用于判斷是否為母線故障，小差元件用于選擇出故障具體在哪一條母線。為了提高保護的可靠性，在保護中還設(shè)置有起動元件、復(fù)合電壓閉鎖元件、CT回路斷線閉鎖元件等。2、差動保護的動作方程首先規(guī)定CT的正極性端在母線側(cè)，一次電流參考方向由線路流向母線為正方向。差動電流:制動電流:差動電流:制動電流:指所有母線上連接元件的電流和的絕對值；指所有母線上鏈接元件的電流的絕對值之和。以如圖的雙母接線方式的大差為例。差動電流和制動電流為：■=十〃十4-卜差動電流,=困+區(qū)|十陽+圍制動電流差動繼電器的動作特性一般如下圖所示。藍色區(qū)域為非動作區(qū)，紅色區(qū)域為動作區(qū)。這種動作特性稱作比率制動特性。動作邏輯的數(shù)學(xué)表達式也在圖中給出。此動作方程適用于南瑞繼保RCS—915及許繼電氣WMH—800A母線保護裝置。除此之外，還有一種復(fù)式比率制動特性，動作特性如下圖所示。此動作方程適用于深圳南瑞B(yǎng)P—2B母線保護裝置。

比率制動系數(shù)起動電流動作區(qū)K<1非動作區(qū)比率制動系數(shù)起動電流動作區(qū)K<1非動作區(qū)復(fù)式比率制動能夠更明確的區(qū)分區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障。因為它引入了復(fù)合的制動電流Ir-I,d一方面在外部故障時，Ir隨著短路電流的增大而增大，IF>Id,能有效地防止差動保護誤動。另一方面在內(nèi)部故障時，Id—IN0保護無制動量，使差動保護能不帶制動量靈敏動作。這樣既有區(qū)外故障時保護的高可靠性又有區(qū)內(nèi)故障時保護的靈敏性。3、大差和小差接入大差元件的電流為I母、II母所有支路（母聯(lián)除外）的電流，目的是為了判斷故障是否為母線區(qū)內(nèi)故障；接入小差元件的電流為接入該段母線的所有支路的電流，目的是為了判斷故障具體發(fā)生在哪一條母線上。以的雙母接線圖為例，規(guī)定母聯(lián)CT正極性段在I母側(cè)。大差小差的差動電流和制動電流如下：大差:=I］十十自十/4|=71|+囚+陽+內(nèi)i母小7d=|4+42=團+四+爆|M母小差*F=|4+%-4J［，r二13+14+1m當(dāng)I母發(fā)生故障時，可以看出對于大差元件Id=Ir因此大差元件動作，確定母線發(fā)生區(qū)內(nèi)故障；其次，II母小差元件Id=0，I母小差元件Id=Ir因此判斷故障發(fā)生在I母。大差、小差元件同時動作，母差保護差動繼電器才動作4、比率制動系數(shù)的高值和低值（1）母聯(lián)開關(guān)的分合對大差元件的影響當(dāng)母聯(lián)開關(guān)合上，母線并列運行時，大差元件和小差元件的動作情況同上文的分析。當(dāng)母聯(lián)開關(guān)斷開，母線分列運行時，如圖：4n412對于I母而言，大差小差元件的差動電流和制動電流分別為:大差.W二|『1十引[4=[I+聞+圖中閡?母小差：上=%+41，二困+困II母小差工3=04=4+4可以看出，I母小差I(lǐng)d=I環(huán)變，而大差I(lǐng)d<Ir顯然大差靈敏度大大下降。尤其當(dāng)I母連接小系統(tǒng)，短路電流較小，II母連接大系統(tǒng)，負荷電流較大的時候，Id有可能比Ir小很多，以至于大差元件落在不動作區(qū)。這樣雖然I母小差元件正常動作，但是大差元件不動作，差動繼電器拒動。（2）高值和低值為了保證母線分列運行時，母差保護的動作靈敏性，可以采取以下措施：a.解除大差元件當(dāng)母聯(lián)開關(guān)退出運行時，通過輔助接點解除大差元件，只要小差元件就可以出發(fā)差動繼電器動作。但這樣的缺點是降低了母差保護的可靠性。b.設(shè)置高值低值大差元件的比率制動系數(shù)設(shè)置一個高值和一個低值。當(dāng)母線并列運行時，大差元件的比率制動系數(shù)使用高值；當(dāng)母線分列運行時，自動降低大差元件的比率制動系數(shù)，采用低值，避免大差元件拒動。目前通常采用的也是這種措施，高值一般設(shè)為0.5~0.6,低值設(shè)為0.3。5、復(fù)壓閉鎖元件如我們開頭所說，母差保護極其重要，母差保護誤動后，會誤跳大量線路，造成災(zāi)難性的后果。所以為了防止保護出口繼電器由于振動或人員誤碰等原因誤動作，通常采用復(fù)壓閉鎖元件。復(fù)壓閉鎖元件開放條件為：

壓鎖件放

復(fù)閉元開壓鎖件放

復(fù)閉元開復(fù)合電壓閉鎖元件的接點串接于差動繼電器的出口回路中?，F(xiàn)在微機型母線保護通常采用軟件閉鎖方式。差動繼電器動作后，只有復(fù)壓閉鎖元件也動作，母差保護才能出口去跳相邏輯框圖如圖:一般在母線保護中，母線差動保護、斷路器失靈保護、母聯(lián)死區(qū)保護、母聯(lián)失靈保護都要經(jīng)過復(fù)合電壓閉鎖。但母聯(lián)充電保護和母聯(lián)過流保護不經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖。6、邏輯框圖如圖:一般在母線保護中，母線差動保護、斷路器失靈保護、母聯(lián)死區(qū)保護、母聯(lián)失靈保護都要經(jīng)過復(fù)合電壓閉鎖。但母聯(lián)充電保護和母聯(lián)過流保護不經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖。6、CT斷線閉鎖應(yīng)開關(guān)。為了防止母差保護誤動，母線保護中應(yīng)設(shè)置有CT斷線閉鎖元件。當(dāng)母差用CT斷線時，立即將母差保護閉鎖。對CT斷線閉鎖元件的要求如下:（1）延時發(fā)出報警信號。對于母差保護，母線連接支路眾多，制動電流為所有支路電流絕對值之和。所以某一支路的一相CT二次回路斷線，一般不會導(dǎo)致保護誤動作。因此應(yīng)經(jīng)一定延時發(fā)出報警信號，并將母差保護閉鎖。（2）分相設(shè)置閉鎖元件。一相CT斷線就去閉鎖該相差動保護，以減少母線上又發(fā)生故障時差動保護誤動的幾率。（3）母聯(lián)/分段斷路器CT斷線，不應(yīng)閉鎖母差保護。但此時應(yīng)切換到單母線方式，發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時不再進行母線選擇。7、運行方式識別雙母線上各連接元件在系統(tǒng)運行中需要經(jīng)常在兩條母線上切換，因此正確識別母線運行方式直接影響到母線保護動作的正確性。保護裝置引入隔離開關(guān)輔助觸點判別母線運行方式，同時對隔離開關(guān)輔助觸點進行自檢，作為小差電流計算及出口跳閘的依據(jù)。當(dāng)某支路有電流而無隔離開關(guān)位置信號時，發(fā)出報警信號。有的裝置設(shè)有母線模擬盤。當(dāng)隔離開關(guān)位置發(fā)生異常時保護發(fā)出報警信號，通知運行人員檢修。在運行人員檢修期間，可以通過模擬盤用強制開關(guān)指定相應(yīng)的隔離開關(guān)位置狀態(tài)，保證母差保護在此期間的正常運行。前面介紹了最重要的母線差動保護。除此之外，母線保護通常還配置有母聯(lián)充電保護、母聯(lián)失靈保護、母聯(lián)死區(qū)保護、母聯(lián)過流保護、母聯(lián)非全相保護、其他斷路器失靈保護等。1、母聯(lián)過流保護母聯(lián)過流保護是線路投運時，代替線路保護的臨時保護。當(dāng)流過母聯(lián)斷路器三相電流中的任一相或零序電流大于整定值時，經(jīng)整定延時跳開母聯(lián)斷路器。母聯(lián)過流保護不經(jīng)復(fù)壓元件閉鎖。保護動作的邏輯框圖如下：母聯(lián)充電保護也是臨時性保護，只有在母線安裝投運前或母線檢修后再投入前，利用母聯(lián)斷路器對母線充電時短時投入。當(dāng)投運母線有故障時，跳開母聯(lián)斷路器，切除故障。充電保護投入后，母聯(lián)斷路器任一相電流大于充電電流整定值，經(jīng)整定延時跳開母聯(lián)斷路器。充電保護也不經(jīng)復(fù)壓元件閉鎖。邏輯框圖如下：充電保護投入期間，為了防止母聯(lián)失靈誤動，避免被充電母線故障時擴大停電范圍，可根據(jù)控制字決定是否閉鎖母差保護。3、母聯(lián)非全相保護運行中，當(dāng)斷路器的一相斷開時，將出現(xiàn)斷路器非全相運行。非全相運行時，會產(chǎn)生負序電流，危及到發(fā)電機及電動機的安全。因此切除非全相運行的斷路器非常重要。斷路器非全相保護依據(jù)的是非全相運行的特點：斷路器三相位置不一致及產(chǎn)生負序、零序電流。因此由斷路器TWJ和HWJ接點起動，并采用零序、負序電流作為動作的輔助判據(jù)。當(dāng)三相HWJ或TWJ不同，且零序或負序電流大于整定值，經(jīng)延時跳斷路器。邏輯框圖如下:4、母聯(lián)死區(qū)保護在各種母差保護中，存在一個共同的問題，就是死區(qū)問題。

如圖，在母聯(lián)合位時，當(dāng)故障發(fā)生在母聯(lián)斷路器與母聯(lián)CT之間時，故障電流由II母流向I母，I母小差有差流，判斷為I母故障，母差保護動作跳開I母及母聯(lián)。此時故障仍然存在，II母小差無差流，從而形成了母差保護的死區(qū)，無法切除故障。為了快速切除死區(qū)內(nèi)的故障，母線保護中設(shè)置了死區(qū)保護。邏輯框圖如下?？梢钥闯觯?dāng)I母（或II母）母差動作后，母聯(lián)斷路器被跳開，但故障未切除，母聯(lián)CT仍有電流，死區(qū)保護動作，經(jīng)延時跳II母（或I母）上連接的各斷路器。

5、母聯(lián)失靈保護母線保護或其他有關(guān)保護動作，母聯(lián)斷路器出口繼電器觸電閉合，但母聯(lián)CT二次仍有流，即判為母聯(lián)斷路器失靈，啟動母聯(lián)失靈保護。母聯(lián)失靈保護動作后，需要經(jīng)過兩條母線的復(fù)壓閉鎖元件。若復(fù)壓閉鎖元件開放，經(jīng)短延時（0.2?0.3s）切除兩條母線上所有連接元件。上面說的母線保護，通常指的是母差保護、充電保護或母聯(lián)過流保護起動母聯(lián)失靈保護。其他有關(guān)保護通常包括線路保護、變壓器保護、發(fā)電器保護等，可以根據(jù)“投外部起動母聯(lián)失靈”控制字來決定是否通過外部保護啟動母聯(lián)失靈保護。母聯(lián)失靈保護邏輯框圖如圖：

6、斷路器失靈保護線路發(fā)生故障時，若該線路斷路器失靈，則需要有母線保護護跳開該線路所在母線上的所有斷路器。斷路器失靈保護應(yīng)用于連接到母線上的所有支路。當(dāng)母線所連的某斷路器失靈時，由該線路或元件的失靈起動裝置提供一個失靈起動接點給母線保護裝置。裝置檢測到某一失靈起動接點閉合后，起動斷路器失靈保護。斷路器失靈保護動作后，宜無延時再次跳斷路器。然后以較短延時(0.2s?0.3s)跳母聯(lián)，再經(jīng)另一較長延時(0.5s)跳開與失靈斷路器連接在同一母線上的其他斷路器。斷路器失靈保護動作后，應(yīng)閉鎖有關(guān)線路的重合閘。7、母線保護與其他保護的配合由于母線保護關(guān)聯(lián)到母線上的所有出線元件，因此，在設(shè)計母線保護時，應(yīng)考慮與其他保護的配合問題。（1）母差保護動作