母差保护体系知识介绍

母差保护体系知识介绍母差保护体系知识介绍 与其他主设备保护相比， 母线保护的要求更为苛刻。 当变电站母线发生故障时， 如不及 时切除故障，将会损坏众多电力设备，破坏系统的稳定性，甚至导致电力系统瓦解。如果母 线保护拒动，也会造成大面积的停电。因此，设置动作可靠、性能良好的母线保护，使之能 迅速有选择地切除故障是非常必要的。 常见的母线故障有：绝缘子对地闪络、雷击、 运行人员误操作、母线电压和电流互感器 故障等。 在大型发电厂及变电站的母线保护装置中，通常配置有母线差动保护、母联充电保护、 母联失灵保护、母联死区保护、母联过流保护、母联非全相保护、其他断路器失灵保护等。 其中，最为主要的是母差保护。本期我们一起了解一下母线差动保护的相关内容。 1、母差保护的原理、母差保护的原理 和线路差动保护相同，母线差动保护的基本原理也是基于基尔霍夫定律：在母线正常运 行及外部故障时， 各线路流入母线的电流和流出母线的电流相等， 各线路的电流向量和等于 零；当母线上发生故障时，各线路电流均流向故障点，其向量和（差动电流）不再等于零， 满足一定条件后，出口跳开相应开关。 母线差动保护，由 ABC 三相分相差动元件构成。每相差动元件由小差差动元件及大差差动 元件构成。 大差元件用于判断是否为母线故障， 小差元件用于选择出故障具体在哪一条母线。 为了提高保护的可靠性，在保护中还设置有起动元件、复合电压闭锁元件、 CT 回路断线闭 锁元件等。 2、差动保护的动作方程、差动保护的动作方程 首先规定 CT 的正极性端在母线侧，一次电流参考方向由线路流向母线为正方向。 差动电流：指所有母线上连接元件的电流和的绝对值； 制动电流：指所有母线上链接元件的电流的绝对值之和。 以如图的双母接线方式的大差为例。差动电流和制动电流为： 差动继电器的动作特性一般如下图所示。 蓝色区域为非动作区， 红色区域为动作区。这 种动作特性称作比率制动特性。 动作逻辑的数学表达式也在图中给出。 此动作方程适用于南 瑞继保 RCS —915 及许继电气WMH—800A 母线保护装置。 除此之外，还有一种复式比率制动特性， 动作特性如下图所示。 此动作方程适用于深圳 南瑞 BP —2B 母线保护装置。 复式比率制动能够更明确的区分区内和区外故障。因为它引入了复合的制动电流Ir-Id ， 一方面在外部故障时，Ir随着短路电流的增大而增大，Ir ＞＞Id，能有效地防止差动保护误 动。 另一方面在内部故障时， Id－Ir ≈0 保护无制动量， 使差动保护能不带制动量灵敏动作。 这样既有区外故障时保护的高可靠性又有区内故障时保护的灵敏性。 3、大差和小差 接入大差元件的电流为 I母、II 母所有支路（母联除外）的电流，目的是为了判断故障 是否为母线区内故障； 接入小差元件的电流为接入该段母线的所有支路的电流， 目的是为了 判断故障具体发生在哪一条母线上。 以的双母接线图为例，规定母联CT 正极性段在 I母侧。大差小差的差动电流和制动电 流如下： 当 I母发生故障时，可以看出对于大差元件Id=Ir ，因此大差元件动作，确定母线发生区 内故障；其次，II母小差元件 Id=0，I母小差元件 Id=Ir ，因此判断故障发生在 I母。大差、 小差元件同时动作，母差保护差动继电器才动作 4、比率制动系数的高值和低值、比率制动系数的高值和低值 （（1）母联开关的分合对大差元件的影响）母联开关的分合对大差元件的影响 当母联开关合上，母线并列运行时，大差元件和小差元件的动作情况同上文的分析。 当母联开关断开，母线分列运行时，如图： 对于 I母而言，大差小差元件的差动电流和制动电流分别为： 可以看出，I母小差 Id=Ir 不变，而大差 IdIr ，显然大差灵敏度大大下降。尤其当I母 连接小系统， 短路电流较小， II 母连接大系统， 负荷电流较大的时候， Id有可能比 Ir小很多， 以至于大差元件落在不动作区。这样虽然I母小差元件正常动作，但是大差元件不动作，差 动继电器拒动。 （（2）高值和低值）高值和低值 为了保证母线分列运行时，母差保护的动作灵敏性，可以采取以下措施： a.解除大差元件 当母联开关退出运行时， 通过辅助接点解除大差元件， 只要小差元件就可以出发差动继 电器动作。但这样的缺点是降低了母差保护的可靠性。 b.设置高值低值 大差元件的比率制动系数设置一个高值和一个低值。当母线并列运行时，大差元件的比 率制动系数使用高值；当母线分列运行时，自动降低大差元件的比率制动系数，采用低值， 避免大差元件拒动。 目前通常采用的也是这种措施， 高值一般设为 0.5~0.6， 低值设为 0.3。 5、复压闭锁元件、复压闭锁元件 如我们开头所说，母差保护极其重要，母差保护误动后，会误跳大量线路，造成灾难性 的后果。 所以为了防止保护出口继电器由于振动或人员误碰等原因误动作， 通常采用复压闭 锁元件。复压闭锁元件开放条件为： 复合电压闭锁元件的接点串接于差动继电器的出口回路中。 现在微机型母线保护通常采 用软件闭锁方式。差动继电器动作后， 只有复压闭锁元件也动作， 母差保护才能出口去跳相 应开关。逻辑框图如图： 一般在母线保护中，母线差动保护、断路器失灵保护、母联死区保护、母联失灵保护都 要经过复合电压闭锁。但母联充电保护和母联过流保护不经复合电压闭锁。 6、、CT 断线闭锁断线闭锁 为了防止母差保护误动， 母线保护中应设置有CT 断线闭锁元件。 当母差用 CT 断线时， 立即将母差保护闭锁。对CT 断线闭锁元件的要求如下： （1）延时发出报警信号。对于母差保护，母线连接支路众多，制动电流为所有支路电流绝 对值之和。所以某一支路的一相CT 二次回路断线，一般不会导致保护误动作。因此应经一 定延时发出报警信号，并将母差保护闭锁。 （2）分相设置闭锁元件。一相CT 断线就去闭锁该相差动保护，以减少母线上又发生故障 时差动保护误动的几率。 （3）母联/ 分段断路器 CT 断线，不应闭锁母差保护。但此时应切换到单母线方式，发生区 内故障时不再进行母线选择。 7、运行方式识别 双母线上各连接元件在系统运行中需要经常在两条母线上切换， 因此正确识别母线运行 方式直接影响到母线保护动作的正确性。 保护装置引入隔离开关辅助触点判别母线运行方式， 同时对隔离开关辅助触点进行自检， 作为小差电流计算及出口跳闸的依据。 当某支路有电流而无隔离开关位置信号时， 发出报警 信号。 有的装置设有母线模拟盘。 当隔离开关位置发生异常时保护发出报警信号， 通知运行人 员检修。在运行人员检修期间，可以通过模拟盘用强制开关指定相应的隔离开关位置状态， 保证母差保护在此期间的正常运行。 前面介绍了最重要的母线差动保护。 除此之外，母线保护通常还配置有母联充电保护、 母 联失灵保护、母联死区保护、母联过流保护、母联非全相保护、其他断路器失灵保护等。 1 1、母联过流保护、母联过流保护 母联过流保护是线路投运时，代替线路保护的临时保护。 当流过母联断路器三相电流中的任一相或零序电流大于整定值时， 经整定延时跳开母联 断路器。母联过流保护不经复压元件闭锁。保护动作的逻辑框图如下： 2 2、母联充电保护、母联充电保护 母联