母差保護(hù)基本原理

1、母差保護(hù)的原理,主講人：劉永佩,母線(xiàn)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(xiàn)保護(hù)裝置是正確迅速切除母線(xiàn)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(xiàn)保護(hù)類(lèi)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。,一、母線(xiàn)保護(hù)的基本原則,1、在正常運(yùn)行以及母線(xiàn)范圍以外故障時(shí)，母線(xiàn)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(xiàn)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

2、與其他元件電流相位相反。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。,三、雙母線(xiàn)同時(shí)運(yùn)行時(shí)的母線(xiàn)保護(hù),在發(fā)電廠(chǎng)及重要變電站的高壓母線(xiàn)上，一般采取雙母線(xiàn)同時(shí)運(yùn)行（母聯(lián)開(kāi)關(guān)投入）的方式，每組母線(xiàn)連接部分（大約1/2）負(fù)荷和電源元件。當(dāng)一條母線(xiàn)故障時(shí)，將只影響到一半的負(fù)荷。此時(shí)，必須要求母線(xiàn)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(xiàn)完全電流差動(dòng)保護(hù) 母聯(lián)電流相位比較式母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù),四、固定連接方式的母線(xiàn)完全電流差動(dòng)保護(hù),雙母線(xiàn)同時(shí)運(yùn)行方式，按照一定要求，將引出線(xiàn)和有電源的支路固定連接于兩條母線(xiàn)上。這種母線(xiàn)的完全差動(dòng)保護(hù)稱(chēng)為固定連接方式的母線(xiàn)完全差動(dòng)保護(hù)。

3、,優(yōu)點(diǎn)：,1、接線(xiàn)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(kāi)后，仍有選擇能力，母線(xiàn)先后故障，也能可靠動(dòng)作。,固定連接方式的母線(xiàn)完全電流差動(dòng)保護(hù)原理圖,固定連接方式的母線(xiàn)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(xiàn)。,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(xiàn)差動(dòng)保護(hù),這種保護(hù)是在具有固定連接元件的母線(xiàn)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(kāi)關(guān)中的電流與總的差電流的相位作為故障母線(xiàn)的選擇元件。 當(dāng)一母故障時(shí)，故障電流從二母通過(guò)母

4、聯(lián)流向一母。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(xiàn)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(xiàn)差動(dòng)保護(hù),優(yōu)點(diǎn)：,不要求元件固定連接于母線(xiàn)，可大大提高母線(xiàn)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(xiàn)通過(guò)母聯(lián)向故障母線(xiàn)提供短路電流，故障不能切除；,3、如果在母聯(lián)開(kāi)關(guān)和母聯(lián)TA之間故障，將會(huì)切除非故障母線(xiàn)，而故障母線(xiàn)不能切除。,4、雙母線(xiàn)繼故障時(shí)，只能切除先發(fā)生故障的母線(xiàn)，后故障母線(xiàn)因母聯(lián)斷開(kāi)，不能切除。,三、電流相位比較式母線(xiàn)保護(hù),無(wú)論是電流差動(dòng)母線(xiàn)保護(hù)還是比較母聯(lián)斷路器

5、的電流相位與總差動(dòng)電流相位的母線(xiàn)保護(hù)，其啟動(dòng)元件必須躲開(kāi)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(mǎn)足要求。因此，出現(xiàn)了電流相位比較式母線(xiàn)保護(hù)。 電流相位比較式母線(xiàn)保護(hù)是根據(jù)母線(xiàn)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(xiàn)保護(hù),1、外部故障時(shí)，I1和I2流入母線(xiàn)，I3流出母線(xiàn)，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(xiàn)。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(xiàn)故障。由于它只反應(yīng)電流間相位，因此具有較高的靈敏度。,I1,F1,外部短路,F2,

6、內(nèi)部短路,I2,I3,I1,I2,I3,電流比相式保護(hù)的缺點(diǎn)：,當(dāng)兩條母線(xiàn)所接電源嚴(yán)重不平衡時(shí)，大電源所在母線(xiàn)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(xiàn)不能快速切除； 雙母線(xiàn)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(mǎn)足要求。,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(xiàn)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(xiàn)原理圖

7、如下：,第五章 典型母差保護(hù)裝置介紹,第五章 典型母差保護(hù)裝置介紹,第五節(jié) 微機(jī)型母線(xiàn)保護(hù)裝置,傳統(tǒng)電磁繼電器式母線(xiàn)保護(hù)具有接線(xiàn)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(xiàn)簡(jiǎn)單、調(diào)試簡(jiǎn)單、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(xiàn)保護(hù)裝置,CPU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： 設(shè)總起動(dòng)元件，起動(dòng)后開(kāi)放出口繼電器的正電源，同時(shí)完成故障錄波功

8、能。,二、硬件結(jié)構(gòu),RCS-915A/B型母線(xiàn)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(kāi)關(guān)和分段開(kāi)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(xiàn)上所連接的所有支路（含母聯(lián)和分段）,大差回路判別母線(xiàn)區(qū)內(nèi)還是區(qū)外故障，小差回路用以故障母線(xiàn)的選擇。,各出線(xiàn)TA同名端在母線(xiàn)側(cè)，母聯(lián)TA同名端在一母?jìng)?cè)。,RCS-915A/B型母線(xiàn)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：任意相電壓工頻變化量大于門(mén)坎時(shí)動(dòng)作。 b、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(mén)坎隨制動(dòng)電流的變化成比率變化。

9、（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(xiàn)選擇元件：根據(jù)各分支刀閘位置開(kāi)入計(jì)算母線(xiàn)小差電流，作為故障母線(xiàn)選擇元件。,RCS-915A/B型母線(xiàn)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)致拒動(dòng)。 5、電壓閉鎖元件：母線(xiàn)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(xiàn)的電壓閉鎖元件。,RCS-915A/B型母線(xiàn)保護(hù)裝置,四、母聯(lián)充電保護(hù),當(dāng)任一組母線(xiàn)檢修后再投入之前，利用母聯(lián)斷路器對(duì)該母線(xiàn)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(xiàn)有故障時(shí)由充電保護(hù)切除故障。,RCS-915A/B型母線(xiàn)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)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(xiàn)電壓閉鎖后切除兩母線(xiàn)上所有連接元件,若母聯(lián)開(kāi)關(guān)和母聯(lián)TA之間發(fā)生故障，母聯(lián)跳開(kāi)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(kāi)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(kāi)另一條母線(xiàn)。,RCS-915A/B型母線(xiàn)保護(hù)裝置,七、母線(xiàn)運(yùn)