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母线保护(一)
来源: | 作者:诺思谱瑞 | 发布时间: 2016-05-30 | 1754 次浏览 | 分享到:
      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。如果母线保护误动,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

       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
       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瑞BP—2C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
(1)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Id
(2)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
       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
       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。
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