第六讲 母线差动保护.ppt

数字母线保护东南大学电气工程系 Yuanyubo@ Yybseu@ 袁宇波 母线故障和装设母线保护基本原则 发电厂和变电所的母线是电力系统中的一个重要组成元件，当母线上发生故障时，将使连接在故障母线上的所有元件在修复故障母线期间，或转换到另一组无故障的母线上运行以前被迫停电。此外，在电力系统中枢纽变电所的母线上故障时，还可能引起系统稳定的破坏，造成严重的后果。 母线上发生的短路故障可能是各种类型的接地和相间短路故障。母线短路故障类型的比例与输电线路不同。在输电线路的短路故障中，单相接地故障约占故障总数的80％以上。而在母线故障中，大部分故障是由绝缘子对地放电所引起的，母线故障开始阶段大多表现为单相接地故障，而随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路。 一般来说，不采用专门的母线保护，而利用供电元件的保护装置就可以把母线故障切除。例如： （1）如图8-1所示的发电厂采用单母线接线，此时母线上的故障就可以利用发电机的过电流保护使发电机的断路器跳闸予以切除； （2）如图8-2所示的降压变电所，其低压侧的母线正常时分开运行，则低压母线上的故障就可以由相应变压器的过电流保护使变压器断路器跳闸予以切除； （3）如图8-3所示的双侧电源网络（或环形网络），当变电所B母线上d点短路时，则可以由保护1和4的第II段动作予以切除，等等。 利用发电机的过电流保护切除母线故障 利用变压器的过电流保护切除低压母线故障 在双侧电源网络上，利用电源侧的保护切除母线故障 当利用供电元件的保护装置切除母线故障时，故障切除的时间一般较长。此外，当双母线同时运行或母线为分段单母线时，上述保护不能保证有选择性地切除故障母线。此外超高压枢纽变电站和大型发电厂母线为分段单母线时，上述保护不能保证有选择性地切除故障母线。此外超高压枢纽变电站和大型发电厂的母线联系着各个地区系统和各台大型发电机组，母线发生短路直接破坏了各部分系统之间或各台机组之间的同步运行，严重影响电力系统的安全供电。虽然母线短路几率比输电线短路低的多，但一旦发生，后果特别严重。因此对那些威胁电力系统稳定运行、使发电厂厂用电及重要负荷的供电电压低于允许值（一般为额定电压的60％）的母线故障，必须装设有选择性的快速母线保护。 因此，在下列情况下应装设专门的母线保护： （1）在110kV及以上的双母线和分段单母线上，为保证有选择性地切除任一组（或段）母线上所发生的故障，而另一组（或段）无故障的母线仍能继续运行，应装设专用的母线保护。 （2）110kV及以上的单母线，重要发电厂的35kV母线或高压侧为110kV及以上的重要降压变电所的35kV母线，按照装设全线速动保护的要求必须快速切除母线上的故障时，应装设专用的母线保护。 母线差动保护基本原理 为满足速动性和选择性的要求，母线保护都是按差动原理构成的。实现母线差动保护所必须考虑的特点是在母线上一般连接着较多的电气元件（如线路、变压器、发电机等）。因此，就不能像发电机的差动保护那样，只用简单的接线加以实现。但不管母线上元件有多少，实现差动保护的基本原则仍是适用的，即： （1）在正常运行以及母线范围以外故障时，在母线上所有连接元件中，流入的电流和流出的电流相等，或表示为: （2）当母线上发生故障时，所有与母线连接的元件都向故障点供给短路电流或流出残留的负荷电流，按基尔霍夫电流定律，（短路点的总电流）； （3）如从每个连接元件中电流的相位来看，则在正常运行以及外部故障时，至少有一个元件中的电流相位和其余元件中的电流相位是相反的，具体说来，就是电流流入的元件和电流流出的元件这两者的相位相反。而当母线故障时，除电流等于零的元件以外，其它元件中的电流是接近同相位的。 根据原则（1）和原则（2）可构成电流差动保护，根据原则（3）可构成电流比相式差动保护。 单母线完全电流差动母线保护 完全电流差动母线保护的原理接线如图所示，为一次电流，为二次电流。在母线的所有连接元件上装设具有相同变比和特性的电流互感器。因为在一次侧电流总和为零时，母线保护用电流互感器（TA）必须具有相同的变比，才能保证二次侧的电流总和也为零。所有TA的二次侧同极性端连接在一起，接至差动继电器中。这样，继电器中的电流即为各个母线连接元件二次电流的向量和。 实际上由于TA有误差，因此在母线正常运行及外部故障时，继电器中有不平衡电流出现；而当母线上故障时，则所有与电源连接的元件都向d点供给短路电流，于是流入继电器的电流为 （1）躲开外部故障时所产生的最大不平衡电流，当所有电流互感器均按10%误差曲线选择，且差动继电器采用具有速饱和铁心的继电器时，其动作电流可按下式计算： 式中 ——可靠系数，取为1.3； ——在母线范围外任一连接元件上短路时，流过差动保