母线保护配置

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1、第五节 母线保护配置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，起到汇聚和重新 分配电能的重要作用。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，转移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站的母线上故障时，还可能引起系统稳定的破坏，造成严重 的后果。因此，母线保护非常重要。为满足可靠、快速和有选择性切除故障的要求，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

2、动保护的基本原则仍 是适用的，即：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；当母线上发生故障时，所有与电源连接的元件都 向故障点供给短路电流，而在供电给负荷的连接元件中电流等于零；如从每个连 接元件中电流相位来看，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， 其他元件中的电流则是同相位的。母线保护大体可分为完全电流差动母线保护、电流比相式母线保护、中阻抗 型母线差动保护、微机型比率制动差动母线保护等几种

3、类型。本厂采用的母线保护为深圳南瑞科技有限公司生产的 BP2P 型微机母线保 护装置，该装置适用于 500kV 及以下电压等级，包括单母线、单母分段、双母线、 双母分段以及一个半断路器接线在内的主接线方式，最大主接线规模为 24 个间 隔（线路、元件和联络开关）。一、保护配置与技术参数BP2P 型微机母线保护装置可以实现母线差动保护、母联充电保护、母联 过流保护、母联失灵（或死区）保护、以及断路器失灵保护出口等功能。各项技术参数如下：1. 额定参数直流电压：220V允许偏差：-20%+15%交流电压： 57.7V交流电流： 5A频率： 50Hz2. 功耗直流电源回路：50W （常态）75W （

4、保护动作瞬间）交流电压回路：0.5VA/相交流电流回路：1VA/相3. 交流回路过载能力交流电压： 2Un持续工作交流电流： 2In持续工作30In 10S40In 1S4. 输出接点容量允许长期通过电流： 5A允许短时通过电流： 10A，1S5. 主要技术指标母差保护整组动作时间：12ms （差流Id2倍差流定值）出口保持时间：三200ms返回时间：40ms定植误差：5%6. 环境条件正常工作温度：040C正常工作温度：-1050C储存与运输： -2570C二、保护原理1. 母线差动保护各种类型的母线保护就其对母线接线方式、电网运行方式、故障类型以及故 障点过渡电阻等方面的适应性来说，仍以按

5、电流差动原理构成的母线保护为最 佳。带制动特性的差动继电器，采用一次的穿越电流作为制动电流，以克服区外 故障时由于电流互感器误差而产生的不平衡电流，在高压电网中得到了较为广泛 的应用。BP2P型母差保护以此为基础，结合微机数字处理的特点，发展出以 分相瞬时值复式比率差动元件为主的一整套电流差动保护方案。下面分别叙述各 元件工作原理。1.1 起动元件 母线差动保护的起动元件由和电流突变量和差电流越限两个判据组成。和电流是指母线上所有连接元件电流的绝对值之和，差电流是指 所有连接元件电流和的绝对值。与传统差动保护不同，微机保护的差电流与 和电流不是从模拟电流回路中直接获得，而是通过电流采样值的数值

6、计算取 得。起动元件分相起动，分相返回。1.1.1 和电流突变量判据，当任一相的和电流突变量大于突变量门槛时,该 相起动元件动作。1.1.2 差电流越限判据，当任一相的差电流大于差电流门槛定值时,该相起 动元件动作。1.1.3起动元件返回判据，起动元件一旦动作后自动展宽40ms，再根据起 动元件返回判据决定该元件何时返回。当任一相差电流小于差电流门槛定值的 75%时，该相起动元件返回。1.2 差动元件 母线保护差动元件由分相复式比率差动判据和分相突变量复式比率差动判 据构成。1.2.1 复式比率差动判据动作表达式为：IdIdsetIdKrX （Ir-Id）其中Idset为差动电流门坎定值，Kr

7、为复式比率系数（制动系数），Ir为 和电流，Id为差电流。复式比率差动判据相对于传统的比率制动判据，由于在制动量的计算中引入 了差电流，使其在母线区外故障时有极强的制动特性，在母线区内故障时无制动， 因此能更明确地区分区外故障和区内故障。1.2.2 故障分量复式比率差动判据根据叠加原理，故障分量电流有以下特点：a.母线内部故障时，母线各支路 同名相故障分量电流在相位上接近相等（即使故障前系统电源功角摆开）。 b. 理论上，只要故障点过渡电阻不是母线内部故障时故障分量电流的相位关系 不会改变。为有效减少负荷电流对差动保护灵敏度的影响，为进一步减少故障前系统电 源功角关系对保护动作特性的影响，提高

8、保护切除经过渡电阻接地故障的能力， 本装置采用电流故障分量分相差构成复式比率差动判据。动作表达式为： IdAIdse t(1) IdKrX (-Id)(2)IdIdset(3)Id0.5X(Ir-Id)(4)其中 Idset为故障分量差电流门坎，为故障分量和电流，AId为故 障分量差电流，Kr为复式比率系数（制动系数）。由于电流故障分量的暂态特性，故障分量复式比率差动判据仅在和电流突变 起动后的第一个周波投入，并受使用低制动系数（0.5）的复式比率差动判据闭 锁。保护将母线上所有连接元件的电流采样值输入上述两个差动判据，即构成大 差（总差）比率差动元件；对于分段母线，将每一段母线所连接元件的电

9、流采样 值输入上述差动判据，即构成小差（分差）比率差动元件。各元件连接在哪一段 母线上，是根据各连接元件的刀闸（隔离开关）位置来决定。2. 故障母线选择逻辑对于存在倒闸操作的双母线、双母分段等主接线，差动保护使用大差比率差 动元件作为区内故障判别元件；使用小差比率差动元件作为故障母线选择元件。 即由大差比率元件是否动作，区分母线区外故障与母线区内故障；当大差比率元 件动作时，由小差比率元件是否动作决定故障发生在哪一段母线。这样可以最大 限度的减少由于刀闸辅助接点位置不对应造成的母差保护误动作。3. 母线（分段）失灵和死区保护母线并列运行，当保护向母联（分段）开关发出跳令后，经整定延时若大差 电

10、流元件不返回，母联（分段）流互中仍然有电流，则母联（分段）失灵保护应 经母线差动复合电压闭锁后切除相关母线各元件。只有母联（分段）开关作为联 络开关时，才起动母联（分段）失灵保护，因此母差保护和母联（分段）充电保 护起动母联（分段）失灵保护。母线并列运行，当故障发生在母线（分段）流互 之间时，断路器侧母线段跳闸出口无法切除该故障，而流互侧母线段的小差元件 不会动作，这种情况称之为死区故障。此时，母差保护已动作于一段母线，大差 电流元件不返回，母线（分段）开关已跳开而母线（分段）流互仍有电流，死区 保护应经母线差动复合电压闭锁后切除相关母线。4. 母联（分段）充电保护分段母线其中一段母线停电检修

11、后，可以通过母联（分段）开关对检修母线 充电以恢复双母运行。此时投入母联（分段）充电保护，当检修母线有故障时， 跳开母联（分段）开关，切除故障。母联（分段）充电保护的起动需同时满足三个条件：（1）母联（分段）充 电保护压板投入；（2）其中一段母线已失压，且母联（分段）开关已断开；（3） 母线电流从无到有。充电保护一旦投入自动展宽 200ms 后退出。充电保护投入后，当母联任一相 电流大于充电电流定值，经可整定延时跳开母联开关，不经复合电压闭锁。5. 母联（分段）过流保护母联（分段）过流保护可以作为母线解列保护，也可以作为线路（变压器） 的临时应急保护。母联（分段）过流保护压板投入后，当母联任一

12、相电流大于母联过流定值， 或母线零序电流大于母线零序过流定值时，经可整延时跳开母联开关，不经复合 电压闭锁。6. 电流回路断线闭锁差电流大于 TA 断线定值，延时 9秒发 TA 断线告警信号，同时闭锁母差保护。 电流回路正常后，0.9 秒自动恢复正常运行。7. 电压回路断线告警某一段非空母线失去电压，延时 9 秒发 TV 断线告警信号。除了该段母线的 复合电压元件将一直动作外，对保护没有其他影响。8. 断路器失灵保护出口断路器失灵保护可以与母线保护公用跳闸出口。当母线所连的某断路器失灵时，由该线路或元件的失灵起动装置提供一个失 灵起动接点给本装置。本装置检测到某一失灵起动接点闭合后，起动该断路

13、器所 连的母线段失灵出口逻辑，经失灵复合电压闭锁，按可整定的失灵出口延时 1 跳开联络开关，失灵出口延时 2跳开该母线连接的所有断路器。失灵的电压闭锁元件，与差动的电压闭锁类似，也是以低电压（线电压 ）、 负序电压和 3 倍零序电压构成的复合电压元件。只是使用的定值与差动保护不 同，需要满足线路末端故障时的灵敏度。同样失灵出口动作，需要相应母线的失 灵复合电压元件动作。三、定检项目与方法1. 交流量检验在预设-相位基准中设置以 01 单元的相位为基准。在第1单元加三相电流，幅值为In（5A），相角依此为0, 240, 120。校验查 看-间隔单元菜单显示的交流量并记录。在以下各单元的交流测试中

14、，除在本单元加三相电流外，A相电流与第1单 元 A 相串接。以校验各单元的相角。在PT端子三相电压，幅值为Un（57.7V），相角依此为0,240,120。校验查看-间隔单元菜单显示的交流量并记录。2. 开出量检验2.1将母联和分段的刀闸强制合。L1,3,5,7,9奇数单元强制合I母，II母 自适应；L2,4,6,8, 10偶数单元强制II母，I母自适应，校验刀闸位置显示， L1单元加电流（2In），使I母动作。检测跳闸接点并记录。2.2强制刀闸的位置，母联和分段的刀闸强制合。L1,3,5,7,9奇数单元强 制合II母，I母自适应；L2,4,6, & 10偶数单元强制I母，II母自适应。校验

15、刀闸位置显示，L1单元加电流（2In），使II母动作。检测跳闸接点并记录。2.3 将运行电源空开断开时，“运行电源消失，操作电源消失”信号端子导 通，将操作电源空开断开时，“操作电源消失”信号端子导通。3. 开入量调试3.1将有的刀闸强制合均改为自适应状态。依此在屏后的刀闸开入端子和失 灵开入端子加开入量，在主界面检测刀闸是否正确，在间隔单元菜单中检测失灵 接点是否正确。3.2 将保护投退切换把手切至“差动退，失灵投”位置，查看主界面显示是 否正确。切至“差动投，失灵退”位置，查看主界面显示是否正确。切至“差动 退，失灵投”位置，查看主界面显示是否正确。进入装置运行记录-保护投退 菜单，查看记

16、录是否正确。3.3 检验信号复归是否正常。3.4 投充电保护压板，过流保护压板，查看主界面显示是否正确。3.5 投分列运行压板，查看母联开关是否断开，检查母联常开，常闭接点， 是否正确。4. 保护功能调试4.1 母线区外故障4.1.1将母联（分段）的刀闸强制合。Ll,3,5,7,9奇数单元强制合I母，II母自适应；L2,4,6,8, 10偶数单元强制II母，I母自适应。4.1.2 Lk，L1，L2三个单元同时串接A相电流，幅值为In,方向：Lk，L1 为正方向，L2为反方向。4.1.3 大差电流和两段小差电流均为0，母差不应动作。4.2 母线区内故障4.2.1 L2 加 B 相电流，验证 II

17、 母差动动作时的门槛定值。4.2.2将实验仪的A相电流串接在L1, L3单元的B相端子上,幅值为0.4In， 将实验仪的B相电流串接在L2单元的B相端子上，幅值为0。4.2.3母联开关合时，改变L2的电流幅值，验证II母差动动作时的比率系 数高值。4.2.4母联开关断时，改变L2的电流幅值，验证II母差动动作时的比率系 数低值。4.2.5 察看录波的信息，波形和打印报告是否正确。注：实验步骤3, 4中，L2电流幅值变化至差动动作时间不要超过9秒，否 则，报CT断线，闭锁差动。实验中，不允许长时间加载2倍以上的额定电流。4.3 倒闸过程中母线区内故障4.3.1将L2的I、II母刀闸均强制合，互联

18、信号灯亮，L5加C相电流（大 于差动门槛定值）， I、 II 母同时动作。4.3.2 将 L2 的刀闸恢复，信号复归，在保护控制字中将强制母线互联设置 投，互联信号灯亮，L5加C相电流（大于差动门槛定值），I、II母同时动作。4.3.3 将保护控制字设置恢复。信号复归。4.3.4 察看录波的信息，波形和打印报告是否正确。4.4 失灵保护出口4.4.1 在端子排 L1 失灵启动接点加开入量， I 母失灵动作。用实验仪检验 母联和母线出口延时是否准确。检验各单元出口接点是否正确。4.4.2 在端子排 L2 失灵启动接点加开入量， II 母失灵动作。用实验仪检验 母联和母线出口延时是否准确。检验各单

19、元出口接点是否正确。4.4.3将L3的I , II母刀闸均强制合，在端子排L5失灵启动接点加开入量， I， II 母失灵同时动作。检验各单元出口接点是否正确。4.4.4 将 L3 的刀闸强制恢复，信号复归。查看事件记录内容是否正确。4.5 母联失灵（死区）故障4.5.1 母联开关为合。4.5.2将Lk,Ll,L2三个单元同时串接C相电流，方向相同。4.5.3电流幅值加载0.8In （大于差动门槛，小于母联失灵定值），II母差 动动作。4.5.4电流幅值加载1.2In （大于差动门槛，小于母联失灵定值），II母差 动动作。母联失灵启动经母联失灵延时后，封母联 CT， I 母差动动作。4.5.5

20、用实验仪检验 I 母出口延时（母联失灵延时）是否正确。4.5.6 母联开关为断。4.5.7将Lk,L1二个单元同时串接C相电流，方向相同。4.5.8电流幅值加载0.8In （大于差动门槛，小于母联失灵定值），I母差 动动作。4.5.9 察看录波的信息，波形和打印报告是否正确。4.6 母线充电保护4.6.1 投充电保护压板。4.6.2 在母联加 A 相电流（大于充电定值），母线充电动作。4.6.3 用实验仪检验母联出口延时（母线充电延时）是否正确。4.6.4 查看事件记录内容是否正确。在菜单装置运行记录 -保护投退记录 中检验保护投退记录是否正确。4.7 母联过流保护4.7.1 投过流保护压板。

21、4.7.2 在母联加 A 相电流（大于母联过流定值），母联过流动作。4.7.3 在母联加零序电流（大于母联零序过流定值），母联过流动作。4.7.4 查看事件记录内容是否正确。4.8 复合电压闭锁4.8.1在I母PT回路加额定正常电压。I母失灵闭锁灯灭。警。4.8.24.8.3L1加In电流（大于差动门槛），差动不动，经延时，报CT断线告 在屏后端子排加 L1 失灵启动开入量，失灵不动，经延时，报开入异常告警。四、母差保护日常维护中应注意的事项1. 母线倒闸操作倒闸操作可在I、II母之间或在III、II母之间顺序进行操作，但决不允许 在 I 、II 母和 III 、II 母之间同时进行倒闸操作。

22、如果这样，在发生故障时，母 差保护将拒动。2. 互联启动在倒闸操作过程中，I、II母通过刀闸连在一起时，母线保护将启动互联。 此时将改变差回路形成方式，将I、II母上所有相关单元电流之和形成I、II母 小差。若此时I、II母上有故障，则跳所有母联和连于I母和II母上所有单元 的开关。因此，倒闸操作时应使互联启动时间尽可能短，避免事故扩大。3. 母联开关退出运行时的注意事项 在任一母联开关退出运行时，母线保护装置都将发开入异常信号，这是正常 现象。因为此时跳位继电器因失电而返回，母线保护装置检测到开关既不在合位 也不在跳位，故发开入异常信号。此时必须将相应母联分列压板投入，以确保母 联开关状态的正确性。