母差保護(hù)基本原理

1、母差及失靈保護(hù)介紹 母線故障是最嚴(yán)重的電氣故障之一，因?yàn)樗c各個(gè)電氣元件相聯(lián)。母線保護(hù)裝置是正確迅速切除母線故障的重要手段，它的拒動(dòng)或誤動(dòng)將給電力系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重危害。 我國(guó)電網(wǎng)中使用的母線保護(hù)類型較多， 從元器件構(gòu)成上大致可分為整流型、集成電路型和微機(jī)型。第一節(jié)母線保護(hù)的基本原則1、在正常運(yùn)行以及母線范圍以外故障時(shí)，母線上所有連接元件中，流入的電流和流出的電流相等。用等式表示就是：0；2、當(dāng)母線上發(fā)生故障時(shí)，所有與電源連接的元件都向故障點(diǎn)提供電流，而所有供電給負(fù)荷的連接元件中電流都等于零。因此， f(短路點(diǎn)的總電流)3、從電流相位上看，正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，至少有一個(gè)元件的電流與其他元件電流相位

2、相反。而內(nèi)部故障時(shí)，除電流等于零的元件外，其他元件中的電流則是同相位的。第二節(jié)母線的電流差動(dòng)保護(hù)分類1、母線完全差動(dòng)保護(hù)：差動(dòng)繼電器定值按下列條件計(jì)算：在母線的所有連接元件上裝設(shè)具有相同變比和特性的電流互感器,按同名相、同極性連接到差動(dòng)回路。（1）躲開外部短路時(shí)產(chǎn)生的不平衡電流；（2）躲開母線連接元件中，最大負(fù)荷支路的最大負(fù)荷電流，以防止電流二次回路斷線時(shí)誤動(dòng)。第二節(jié)母線的電流差動(dòng)保護(hù)分類2、母線不完全差動(dòng)保護(hù)：只將連接于母線的各有電源元件上的TA接入差動(dòng)回路，無(wú)電源元件（電抗器或變壓器）的TA不接入差動(dòng)回路。這種方式下，正常運(yùn)行時(shí)差動(dòng)繼電器內(nèi)流有電流，大小為所有有電源元件提供的負(fù)荷電流。因此

3、，其定值采用分段處理。母線完全差動(dòng)保護(hù)原理圖TA1TA2TA3差動(dòng)繼電器不完全差動(dòng)保護(hù)原理圖TA1TA2TA3差動(dòng)繼電器第三節(jié)雙母線同時(shí)運(yùn)行時(shí)的母線保護(hù)在發(fā)電廠及重要變電站的高壓母線上，一般采取雙母線同時(shí)運(yùn)行（母聯(lián)開關(guān)投入）的方式，每組母線連接部分（大約1/2）負(fù)荷和電源元件。當(dāng)一條母線故障時(shí)，將只影響到一半的負(fù)荷。此時(shí)，必須要求母線保護(hù)具有故障選擇能力。根據(jù)實(shí)現(xiàn)方法不同，分為固定連接方式的母線完全電流差動(dòng)保護(hù)母聯(lián)電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)一、固定連接方式的母線完全電流差動(dòng)保護(hù)雙母線同時(shí)運(yùn)行方式，按照一定要求，將引出線和有電源的支路連接于兩條母線上。這種母線的完全差動(dòng)保護(hù)稱為固定連接方式的母線

4、完全差動(dòng)保護(hù)。優(yōu)點(diǎn)：1、接線簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，運(yùn)行人員容易掌握；2、元件固定時(shí)，有很好的選擇性。3、母聯(lián)斷開后，仍有選擇能力，母線先后故障，也能可靠動(dòng)作。固定連接方式的母線完全電流差動(dòng)保護(hù)原理圖一、固定連接方式的母線完全差動(dòng)保護(hù)缺點(diǎn)：1、固定連接破壞時(shí)，無(wú)選擇能力，將切除兩條母線。2、因要躲外部故障時(shí)的最大不平衡電流，靈敏度較低。3、由于采用了速飽和變流器，動(dòng)作時(shí)間較慢，不能快速切除故障。二、母聯(lián)電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)這種保護(hù)是在具有固定連接元件的母線電流差動(dòng)保護(hù)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)的。它利用比較母聯(lián)開關(guān)中的電流與總的差電流的相位作為故障母線的選擇元件。當(dāng)一母故障時(shí)，故障電流從二母通過(guò)母聯(lián)流向一

5、母。當(dāng)二母故障時(shí)，故障電流從一母通過(guò)母聯(lián)流向二母。而總差流是反映母線故障的，相位不變，因此，只要母聯(lián)有電流流過(guò)，選擇元件就能正確動(dòng)作。二、母聯(lián)電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)優(yōu)點(diǎn)：不要求元件固定連接于母線，可大大提高母線運(yùn)行方式的靈活性。缺點(diǎn)：1、正常運(yùn)行時(shí)母聯(lián)必須投入運(yùn)行；2、如果母聯(lián)拒動(dòng)，將造成非故障母線通過(guò)母聯(lián)向故障母線提供短路電流，故障不能切除；3、如果在母聯(lián)開關(guān)和母聯(lián)TA之間故障，將會(huì)切除非故障母線，而故障母線不能切除。4、雙母相繼故障時(shí)，只能切除先發(fā)生故障的母線，后故障母線因母聯(lián)斷開，不能切除。三、電流相位比較式母線保護(hù)無(wú)論是電流差動(dòng)母線保護(hù)還是比較母聯(lián)斷路器的電流相位與總差動(dòng)電流相位的

6、母線保護(hù)，其啟動(dòng)元件必須躲開外部故障時(shí)的最大不平衡電流。當(dāng)不平衡電流過(guò)大，裝置的靈敏度就不能滿足要求。因此，出現(xiàn)了電流相位比較式母線保護(hù)。電流相位比較式母線保護(hù)是根據(jù)母線在內(nèi)部故障和外部故障時(shí)個(gè)連接元件電流相位的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。三、電流相位比較式母線保護(hù)1、外部故障時(shí)，I1和I2流入母線，I3流出母線，流入和流出大小相等，方向相反。2、內(nèi)部故障時(shí)， I1和I2 、I3均流向母線。如果電源的電動(dòng)勢(shì)同相，三支路短路阻抗角相同，則三電流同相，相角差0。因此，可用比相元件來(lái)判斷是否母線故障。由于它只反應(yīng)電流間相位，因此具有較高的靈敏度。I1F1外部短路F2內(nèi)部短路I2I3I1I2I3三、電流比相式保護(hù)在

7、雙母線上的應(yīng)用電流比相式保護(hù)應(yīng)用在雙母線上時(shí)，應(yīng)在每組母線上裝設(shè)一套電流比相式保護(hù)。此時(shí)要通過(guò)切換裝置使保護(hù)裝置二次回路與一次方式對(duì)應(yīng)，以保證選擇性，同時(shí)也能克服元件固定連接時(shí)母線差動(dòng)保護(hù)的缺點(diǎn)。中間變流器切換裝置一母比相器二母比相器I I1 1電流比相式保護(hù)的缺點(diǎn)：當(dāng)兩條母線所接電源嚴(yán)重不平衡時(shí)，大電源所在母線內(nèi)部故障，小電源提供母聯(lián)電流不能啟動(dòng)繼電器時(shí)，母差將拒動(dòng)；母聯(lián)TA為單側(cè)設(shè)置時(shí)，在母聯(lián)與TA之間發(fā)生故障，故障母線不能快速切除；雙母線分裂運(yùn)行時(shí)，動(dòng)作失去選擇性；動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)，當(dāng)TA嚴(yán)重飽和時(shí)，可能失去選擇性。從電網(wǎng)的發(fā)展來(lái)看，無(wú)論是從性能上還是運(yùn)行維護(hù)等方面，該保護(hù)都越來(lái)越難以滿足要

8、求，LXB型母差保護(hù)將逐漸被替換。四、母差保護(hù)回路中的電壓閉鎖為了防止差動(dòng)繼電器誤動(dòng)作或誤碰出口中間繼電器導(dǎo)致母差保護(hù)誤動(dòng)作，廣泛采用了電壓閉鎖元件。它利用每組母線上的TV二次上的低電壓繼電器和零序過(guò)壓繼電器實(shí)現(xiàn)。接線原理圖如下：TJYJ0跳閘YJ1+第四節(jié) PMH150（RADSS/S） 母差保護(hù)裝置前面介紹的幾種母線保護(hù)均屬低阻抗母差保護(hù)，其特點(diǎn)是差動(dòng)回路阻抗小，在外部故障時(shí)不平衡電流容易進(jìn)入差動(dòng)繼電器導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。減小進(jìn)入繼電器的不平衡電流的有效方法就是提高差動(dòng)回路的阻抗，因而出現(xiàn)了所謂的中阻抗（阻抗值在200歐左右）母差和高阻抗（阻抗值在幾百至上千歐）母差保護(hù)。 PMH150（RADS

9、S/S）母差保護(hù)裝置就是使用較多的中阻抗母差保護(hù)。第四節(jié) PMH150（RADSS/S） 母差保護(hù)裝置一、RADSS/S母差保護(hù)特點(diǎn)：1、啟動(dòng)元件是一個(gè)具有 特性的中阻抗差動(dòng)繼電器，解決了TA飽和引起的區(qū)外故障誤動(dòng)的問(wèn)題。2、內(nèi)部故障時(shí)，動(dòng)作速度很快（小于10ms),同時(shí)給線路保護(hù)停信，加速對(duì)端跳閘。3、不管是單一故障還是相繼故障都具有很好的選擇性。4、正常倒閘操作，保護(hù)可靠運(yùn)行。若一條線路雙跨，兩套母差保護(hù)自動(dòng)切換成僅為一套母差保護(hù)運(yùn)行方式，母線故障將導(dǎo)致切除雙母所有元件。第四節(jié) PMH150（RADSS/S） 母差保護(hù)裝置5、具有TA斷線閉鎖保護(hù)(延時(shí)5閉鎖）及告警功能。6、母聯(lián)開關(guān)和母聯(lián)

10、TA之間故障時(shí)，由母線保護(hù)與斷路器失靈保護(hù)相繼跳開兩條母線的所有元件。7、保護(hù)靈敏度高，對(duì)線路TA特性要求不高。8、設(shè)有輔助變流器，同一TA回路可以連接其他的保護(hù)。PMH150（RADSS/S） 母差保護(hù)裝置運(yùn)行注意事項(xiàng)1、刀閘雙跨時(shí)，有互聯(lián)關(guān)系的母線上的每套母差自動(dòng)切換成只有一套母差運(yùn)行方式，無(wú)選擇行，母線故障跳開所連接的所有斷路器。2、母差正常運(yùn)行時(shí)無(wú)任何調(diào)牌，手動(dòng)閉鎖燈滅，雙位置繼電器位置正確。3、母線互聯(lián)時(shí)將有互連信號(hào)和掉牌，互連結(jié)束，掉牌自動(dòng)復(fù)歸。4、母差動(dòng)作后出口繼電器自保持，應(yīng)在故障處理中及時(shí)復(fù)歸出口，防止開關(guān)合不上。PMH150（RADSS/S） 母差保護(hù)裝置運(yùn)行注意事項(xiàng)5、母

11、差保護(hù)TA二次斷線或差流過(guò)大，閉鎖燈亮，并有調(diào)牌。此時(shí)應(yīng)檢查TA二次回路是否外部斷線，如不是，及時(shí)通知保護(hù)人員。6、低電壓動(dòng)作。首先嘗試復(fù)歸掉牌信號(hào)，如不能復(fù)歸，檢查TV回路是否有斷線，如不能確定，報(bào)保護(hù)人員處理。7、互連掉牌。檢查雙位置繼電器動(dòng)作情況和輔助接點(diǎn)到位情況，不能確定的，報(bào)保護(hù)人員處理。8、出線閉鎖信號(hào)，未查明原因并作處理前，禁止強(qiáng)行復(fù)歸閉鎖信號(hào)。第五節(jié) 微機(jī)型母線保護(hù)裝置傳統(tǒng)電磁繼電器式母線保護(hù)具有接線復(fù)雜，調(diào)試麻煩、運(yùn)行維護(hù)困難、繼電器特性離散值大的弊端。隨著微機(jī)保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，逐漸發(fā)展起來(lái)一批新型的微機(jī)母差保護(hù)裝置，經(jīng)過(guò)最近幾年在系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)行，具有可靠性高、接線簡(jiǎn)單、調(diào)試簡(jiǎn)單

12、、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)。我們以南瑞繼保公司出品的RCS-915系列為例說(shuō)明微機(jī)母差保護(hù)的特點(diǎn)。RCS-915A/B型母線保護(hù)裝置RCS-915A/B型微機(jī)母線保護(hù)裝置適用于各種電壓等級(jí)的單母線、單母線分段、雙母線等各種主接線方式，母線上允許所接的線路與元件數(shù)量最多21個(gè)。RCS-915A/B型微機(jī)母線保護(hù)裝置設(shè)有母線差動(dòng)保護(hù)、母聯(lián)充電保護(hù)、母聯(lián)失靈保護(hù)、母聯(lián)過(guò)流保護(hù)、母聯(lián)非全相保護(hù)以及斷路器失靈保護(hù)等功能。RCS-915A/B型母線保護(hù)裝置一、性能特征1、允許TA變比不同，TA調(diào)整系數(shù)可以整定；2、高靈敏度的比率差動(dòng)保護(hù)3、新型的自適應(yīng)阻抗加權(quán)抗TA飽和判據(jù)；4、完善的事件報(bào)文處理，靈活的后

13、臺(tái)通訊方式；5、具有兼容的故障錄波功能；RCS-915A/B型母線保護(hù)裝置CPU板：板： 完成保護(hù)的邏輯和跳閘出口功能，同時(shí)完成事件記錄及打印、后臺(tái)通訊等工作。管理板：管理板： 設(shè)總起動(dòng)元件，起動(dòng)后開放出口繼電器的正電源，同時(shí)完成故障錄波功能。二、硬件結(jié)構(gòu)RCS-915A/B型母線保護(hù)裝置三、母差保護(hù)原理：1、TA極性要求：2、差動(dòng)回路的大差、小差之分：大差回路是指除母聯(lián)開關(guān)和分段開關(guān)外所有支路電流所構(gòu)成的差動(dòng)回路。小差回路是指該段母線上所連接的所有支路（含母聯(lián)和分段）大差回路判別母線區(qū)內(nèi)還是區(qū)外故障，小差回路用以故障母線的選擇。各出線TA同名端在母線側(cè)，母聯(lián)TA同名端在一母?jìng)?cè)。RCS-915

14、A/B型母線保護(hù)裝置母差保護(hù)動(dòng)作說(shuō)明：1、起動(dòng)元件： a、電壓工頻變化量元件電壓工頻變化量元件：任意相電壓工頻變化量大于門坎時(shí)動(dòng)作。 b、差流元件差流元件：任一相差流大于起動(dòng)定值時(shí)動(dòng)作。2、比率制動(dòng)元件：差動(dòng)門坎隨制動(dòng)電流的變化成比率變化。（差動(dòng)電流為各分支電流相量和的有效值，制動(dòng)電流為各分支電流相量的有效值之和。）3、故障母線選擇元件：根據(jù)各分支刀閘位置開入計(jì)算母線小差電流，作為故障母線選擇元件。RCS-915A/B型母線保護(hù)裝置4、TA飽和檢測(cè)元件：防止TA嚴(yán)重飽和后保護(hù)誤動(dòng)。TA飽和后閉鎖差動(dòng)保護(hù)，但差動(dòng)元件動(dòng)作500ms后退出所有的抗飽和措施。為了防止在某些復(fù)雜故障情況下保護(hù)誤閉鎖導(dǎo)致

15、拒動(dòng)。5、電壓閉鎖元件：母線故障時(shí)必然伴隨著正序電壓下降、負(fù)序電壓或零序電壓上升。保護(hù)跳閘時(shí)必須經(jīng)過(guò)相應(yīng)母線的電壓閉鎖元件。母差保護(hù)的工作框圖（以一母為例）RCS-915A/B型母線保護(hù)裝置四、母聯(lián)充電保護(hù)當(dāng)任一組母線檢修后再投入之前，利用母聯(lián)斷路器對(duì)該母線進(jìn)行充電試驗(yàn)時(shí)可投入母聯(lián)充電保護(hù)，當(dāng)被試母線有故障時(shí)由充電保護(hù)切除故障。&3001&1&CDBS 閉鎖母差 跳母聯(lián)母聯(lián)TWJ兩母線均有壓母聯(lián)母聯(lián)IAIdz母聯(lián)母聯(lián)IBIdz母聯(lián)母聯(lián)ICIdz母聯(lián)母聯(lián)IA0.04In母聯(lián)母聯(lián)IB0.04In母聯(lián)母聯(lián)IC0.04InRCS-915A/B型母線保護(hù)裝置五、母聯(lián)失靈與母聯(lián)死區(qū)保護(hù)：只有母差保護(hù)和母聯(lián)

16、充電保護(hù)才起動(dòng)母聯(lián)失靈保護(hù)。當(dāng)保護(hù)向母聯(lián)發(fā)跳閘命令后，經(jīng)整定延時(shí)母聯(lián)電流仍然大于母聯(lián)失靈電流定值時(shí)，母聯(lián)失靈保護(hù)經(jīng)兩母線電壓閉鎖后切除兩母線上所有連接元件若母聯(lián)開關(guān)和母聯(lián)TA之間發(fā)生故障，母聯(lián)跳開后故障仍然存在。母聯(lián)死區(qū)保護(hù)在差動(dòng)保護(hù)跳開母聯(lián)后母聯(lián)TA仍有電流，且大差、小差元件不返回，延時(shí)100ms跳開另一條母線。RCS-915A/B型母線保護(hù)裝置當(dāng)兩母線都有電壓且母聯(lián)在跳位時(shí)母聯(lián)電流不計(jì)入小差。其目的為了防止母聯(lián)在跳位時(shí)發(fā)生死區(qū)故障導(dǎo)致將母線全不切除。RCS-915A/B型母線保護(hù)裝置六、母聯(lián)非全相保護(hù)： 當(dāng)母聯(lián)斷路器非全相運(yùn)行，延時(shí)跳開三相。TWJATWJBTWJCHWJAHWJBHWJC

17、+&T跳母聯(lián)1母聯(lián)I2I2BYZ母聯(lián)I0I0BYZRCS-915A/B型母線保護(hù)裝置七、母線運(yùn)行方式的判別：母線的各種主接線方式中以雙母線最復(fù)雜。本裝置引入隔離刀閘的輔助接點(diǎn)判別母線方式，同時(shí)對(duì)輔助接點(diǎn)進(jìn)行自檢，當(dāng)發(fā)現(xiàn)與實(shí)際不符（某支路有電流而無(wú)刀閘位置）則報(bào)警。同時(shí)，裝置還提供與母差保護(hù)裝置配套的模擬盤，當(dāng)運(yùn)行檢修刀閘時(shí)，通過(guò)模擬盤強(qiáng)制指定刀閘位置，保證母差保護(hù)在此期間的正常運(yùn)行。RCS-915A/B型母線保護(hù)裝置運(yùn)行人員在操作刀閘位置模擬盤時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)運(yùn)行人員在操作刀閘位置模擬盤時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題題 ：MNP-1型模擬盤原理圖如下： 圖中，LED指示目前的各元件刀閘位置狀態(tài)，S1、S2為強(qiáng)制開

18、關(guān)的輔助觸點(diǎn)。強(qiáng)制開關(guān)有三種位置狀態(tài)：自動(dòng)、強(qiáng)制接通、強(qiáng)制斷開。 運(yùn)行人員在操作刀閘位置模擬盤時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題運(yùn)行人員在操作刀閘位置模擬盤時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 ：自動(dòng)：S1打開，S2閉合，開入取決于刀閘輔助觸點(diǎn)； 強(qiáng)制接通：S1閉合，開入狀態(tài)被強(qiáng)制為導(dǎo)通狀態(tài)； 強(qiáng)制斷開：S1、S2均打開，開入狀態(tài)被強(qiáng)制為斷開狀態(tài)。 在正常運(yùn)行情況下，強(qiáng)制開關(guān)應(yīng)打在“自動(dòng)”位置； 裝置發(fā)出刀閘位置報(bào)警信號(hào) 后，裝置仍能記憶原正常運(yùn)行時(shí)的刀閘位置，運(yùn)行人員不應(yīng)盲目對(duì)刀閘位置報(bào)警信號(hào)進(jìn)行確認(rèn) 。正確的步驟是：先認(rèn)真核對(duì)報(bào)警支路的實(shí)際運(yùn)行方式，再通過(guò)模擬盤上對(duì)應(yīng)的強(qiáng)制開關(guān)打在“強(qiáng)制接通”狀態(tài)強(qiáng)制指定刀閘位置與實(shí)際運(yùn)行方式一致后，再按屏上“刀閘位置確認(rèn)”按鈕通知母線保護(hù)裝置讀取正確的刀閘位置（此時(shí)的刀閘位置為模擬狀態(tài)）。保證母線保護(hù)在此期間的正常運(yùn)行。應(yīng)當(dāng)特別注意的是，當(dāng)檢修人員對(duì)刀閘位置接點(diǎn)檢修結(jié)束后運(yùn)行人員必須及時(shí)將強(qiáng)制開關(guān)恢復(fù)到自動(dòng)狀態(tài)。并按下屏上的“刀閘位置確認(rèn)”按鈕，使母線保護(hù)讀取正確的刀閘位置。 第六節(jié) 斷路器失靈保護(hù)一、什么是斷路器失靈保護(hù)？故障線路的保護(hù)動(dòng)作發(fā)出跳閘脈沖后，斷路器拒絕動(dòng)作，能夠以最短的時(shí)限切除同一發(fā)電廠或變電站內(nèi)其他有關(guān)的斷路器，以使停電范圍限制為最小的一種后備保護(hù)。CB1CB2CB3支路1故障，線路保護(hù)跳