继电保护基本知识6母线保护

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1、第六章 母线保护第一节 概述一、母线保护的概述母线是发电厂和变电站的重要组成部分。在母线上连接着电厂和变电所的发动机、变压 器、输电线路和调相设备，母线的作用是汇集和分配电能。如果母线的短路故障不能迅速地被切除，将会引起事故扩大，破坏电力系统的稳定运行，造成电力系统的瓦解事故。二、母线的主接线形式单母线；单母分段（专设分段、分段兼旁路、旁路兼分段）；单母多分段；双母线（专 设母联、母联兼旁路、旁路兼母联）；双母单分段（专设母联、母联兼旁路）；双母双分段（按 两面屏配置）；3/2 接线（按两套单母线配置）。图 6-1-1 单母线2、 单母分段（专设母联）图 6-1-2 单母分段（专设母联）3、

2、单母分段（母联兼旁路）图 6-1-4 单母分段（旁路兼母联）5、 单母三分段图 6-1-5 单母三分段6、 双母线（专设母联）图 6-1-6 双母线（专设母联）图 6-1-7 双母线（母联兼旁路）8、双母线（旁路兼母联）9、双母线单分段（专设母联）图 6-1-3 双母单分段（专设母联）图 6-1-10 双母单分段（母联兼旁路）11、 双母双分段*D Y2G/ 1G/ 2C/1G/ 2G/1G/ 2G/ 2G十i1i1r图 6-1-11 双母双分段三、母线保护的硬件组成1、标准配置1.1 保护箱Oa通信开开扩开开C采采交交交O压号入A入入U保保沆电插开to：卞插$变源件件件出件件件换抉(NDY-

3、801)CNTX-B03J(NXH- B08)(NKR-HI：桃R-807)m-0iasNKR-B1BJ的PU-0WJNPU0OONCB- 01)(IO 801?(NJL-SOI)(NJL-S17J(NJL-8I7)F#口ENC#A#9#8#刊4#3#2#1#OO图6-1-12 保护箱（一）插件布置图（后视图）1.1.1交流变换插件（NJL-801/NJL-818 ）:将系统电压互感器、电流互感器二次侧信号变 换成保护装置所需的弱电信号，同时起隔离和抗干扰作用。该插件共有8 路电流通道、6 路 电压通道。1.1.2交流变换插件（NJL-817/NJL-819）:将系统电流互感器二次侧信号变换成

4、保护装置 所需的弱电信号，同时起隔离和抗干扰作用。该插件共有15 路电流通道。1.1.3 CPU插件（NPU-804）:在单块PCB板上完成数据采集、I/O、保护及控制功能等。1.1.4采保插件（NCB-801）:将由变换器来的弱电信号经过低通滤波后，由多路转换开关 对信号进行选通，然后通过电压跟随器对信号进行处理，以提高其负载能力。该插件还有 +5V、-15V、+15V 及累加和自检功能。此外通过运算放大器过零比较检测电路可实现基 频测量。能够完成80路模拟信号采集，模拟量的输出幅值范围为-10V+10V。1.1.5开入插件（NKR-810 ）:每个开入插件提供30路开关量输入回路。开入电源

5、为直流 220V或110V ；其正电源连接到开入节点，负电源接到31 - 32端子。1.1.6开入插件（NKR-812 ）:每个开入插件提供64路开关量输入回路。开入电源为直流24V。1.1.7信号插件（NXH-808 ）:主要提供保护的信号接点，共三组信号接点，两瞬动一保持。1.1.8通讯插件（NTX-803）:提供的通讯接口有：一个就地打印口（ RS232 ）,两个GPS 对时口（ RS485、RS232）,及与保护管理机通讯的LON网接口，与变电站自动化系统通 讯的双通道接口（ RS485，RS232,以太网口）另外，必要时端子04、05可作为码对时通 讯口。1.1.9稳压电源插件（ND

6、Y-801）:直流逆变电源插件。直流220 V或110 V电压输入经 抗干扰滤波回路后，利用逆变原理输出本装置需要的三组直流电压，即5 V、15 V 及24 V。电源插件具有失电告警功能。1.2 辅助箱O空出出出开开开开开交交接樓接口A入入入A施流流插插插插t插捕插捕$件件件件件件件件件件按CNZJ-TCKrNCKtNCKCNKR -曲-NKR-NKP-(NJ -60)(NJL-017)(HJL-017)8071057)型910)moS10*EttB#7#5H3#1#OO图6-1-13 辅助箱插件布置图（后视图）1.2.1交流变换插件（NJL-801/NJL-818）:将系统电压互感器、电流互

7、感器二次侧信号变换成保护装置所需的弱电信号，同时起隔离和抗干扰作用。该插件共有8 路电流通道、6 路 电压通道。1.2.2交流变换插件（NJL-817/NJL-819）:将系统电流互感器二次侧信号变换成保护装置 所需的弱电信号，同时起隔离和抗干扰作用。该插件共有15 路电流通道。1.2.3开入插件（NKR-810 ）:每个开入插件提供30路开关量输入回路。开入电源为直流220V或110V ；其正电源连接到开入节点，负电源接到31 - 32端子。1.2.4出口插件（NCK-804/NCK-812 ）:主要提供16副（共8组，每组2副接点）的出 口接点。1.2.5转换插件（NZJ-807 ）:主要

8、完成辅助箱与保护箱之间开入、出口回路间的转接。2、简化配置O通IT扩出U采交交O讯号入展Uft流电播插开插插播变件件件出件件件换(NDV-8C1:、TX-B03JCNXH-(MtP-001!CNRC-007)(NCK-804】tncr-WU- 804；：mj- 804)MCB- 册I:MC3-BCD IdsI KIdr率制动特性的分相电流差动算法，其动作方程为：(3-1)(3-2)其中：I二d II =Ijrjj=1j=1式中J为差动电流；I为制动电流；K为比率制动系数；Is为差动电流定值；Ij为各回 路电流。为防止在母联断开的情况下，弱电源侧母线发生故障时大差比率差动元件灵敏度不够， 或双母

9、单分段接线合环运行工况下母线故障小差比率差动元件可能灵敏度不够，制动系数设置了高低两个定值。母线并列运行或单母运行情况下大差制动系数取高定值，分列运行时取 低定值。双母单分段接线合环运行时小差制动系数取低定值，其它情况下都取高定值。如果大差和某段小差都满足上式的动作方程，判为母线内部故障，母线保护动作，跳开 故障母线上的所有断路器。对双母线接线，当某个元件在倒闸过程中两条母线经刀闸双跨或投入母线互联压板时，双母线按单母方式运行，此时不再进行故障母线的选择，如果母线发 生故障，则将两条母线同时切除。单母线分段母线互联时同样按单母线处理。图3-1 是差动保护动作曲线图。r图 6-2-1 差动保护动

10、作曲线对单母线接线，不存在大差和小差之分。对单母分段接线方式，大差和小差的概念及意 义与双母线一致。2.1.2 突变量差动保护突变量比率制动差动保护与制动系数固定为0.3 的常规比率制动差动保护配合使用。动作条件为:I 0.3 Idr(3-3)AI Ids(3-4)AI 0.7AIdr(3-5)其中：I为差动定值；AZ = An Isdjj =1；AI = AIrjj=1（aI为第j个连接元件的电流突j变量 aI = I - aI)j j(k)j(k-2T)2.1.3 大差后备保护大差连续动作达到大差后备延时（无论小差是否动作），跳开母线上无隔离刀闸辅助触 点位置的元件和母联，出口经复合电压闭

11、锁。大差后备保护主要有以下两个作用：1）母线故障差动保护动作跳闸后，如果故障母线上还连有无隔离刀闸辅助触点位置的 电源元件（故障前可能电流很小，方式识别元件不能正确识别到该元件的状态），则可通过 大差后备保护来切除；对于一些新建变电站，平常可能负荷很小，电源元件也可能很少（比 如说一个），当此电源元件无刀闸位置时，如果母线故障，小差可能不动作，这时就可以通 过大差后备保护将故障切除。2 ）如下图，当由I母线通过母联开关向口母线充电时死区故障，充电保护由于母联TA无电流而不能动作，同时充电时可能设置闭锁母差保护而使母线保护此时不能动作，利用大差后备保护跳开母联开关而切除故障。2.1.4 TA饱和

12、检测当母线外部发生故障特别是母线近端发生外部故障时，TA可能发生饱和，使TA的二 次电流发生畸变，不能真实反映系统的一次电流，在差动回路中有差电流存在，对母线差动 保护产生不利影响,若不采取必要的闭锁措施，差动保护就可能会误动，因此在各种类型的 母线差动保护中必须对TA饱和采取相应的闭锁措施。根据分析，即使TA严重饱和时，在故障发生的初始阶段和电流过零点附近丁人存在一 个线性传变区，在线性传变区内差动保护不会误动作。利用区外故障TA饱和时差动保护判 据满足时刻滞后于故障发生时刻的特点，利用同步识别法判断是否为区外故障，如果是区外 故障则闭锁差动保护，然后利用波形识别法来开放差动保护，以确保母线

13、区外转区内故障时， 差动保护能可靠动作。2.1.5 母联死区保护在双母线接线或单母线分段接线中，如果母联断路器两侧各装设一组TA，并且交叉接 线，这时不存在死区，不设置死区保护。如果母联断路器仅一侧装设TA，如图3-3所示， 需要配置死区保护。两段母线并列运行时，K点发生故障，对口母差动保护来说为外部故障，口母差动保护 不动；对I母差动保护为内部故障，I母差动保护动作，跳开I母上的连接元件及母联断路器。但此时故障仍不能切除，针对这种情况，本装置采用I母母差动作后经死区保护延时后检测母联断路器位置，若母联处于跳位，并且母联电流大于定值时，母联电流不再计算入差动保护，从而破坏口母电流平衡，使口母差

14、动动作，最终切除故障。若没有把母联的跳位接点引入保护装置，或者保护没有识别到母联断路器的位置，则母 联死区故障时保护自动按母联失灵来处理。在母联热备用情况下（母联刀闸闭合、开关断开、两段母线都有电压），运行方式识别 认为母联是不运行的，发生死区故障时母联电流不计入小差，只跳故障母线。母联跳位（TWJ ）为三相常开接点（母联开关在跳闸位置时接点闭合）串联。&50投母蘇邑保护封母联爲麺跳母联A母联匚0.2/-Jn母联匚 0. 2ZEFT母联0.21图 6-2-4 母联死区保护逻辑框图图中Tsq为母联死区延时定值，整定下限是0.1s。大養1:1阵鳧动动作I母土率蔓动刼布I母区外 JT号帼和幵粧国锁母

15、羞 1号連压闭謹开放A母复匝闭锁卄放士走替1打放畴则無1习突变量比率差动迸卡大差比率差动动作图6-2-5母差保护逻辑框图（以I母为例）图中Ts为大差后备延时定值。闭锁母差状态包含充电闭锁母差和外部闭锁母差。2.2 复压闭锁复合电压闭锁元件包括三部分：母线保护用复合电压闭锁、失灵保护用复合电压闭锁（若含有失灵保护功能）TV断线告警。母线保护用电压闭锁元件和失灵保护用电压闭锁元件定 值分别整定。2.2.1 母线用复合电压母线保护用复合电压闭锁元件含母线各相间低电压、负序电压（ U 2 ）、零序电压（自产3U0 ）元件，各元件并行工作，构成或门关系。判据如下：U林U00 s其中为母线相间电压；U =

16、 1 U + a 2U + aU9923U分别为母线保护用电压闭锁元件相间低电压、负序、零序电压定值。0s3U0+ U + UABC，Us、 U2s、s 2 s母线保护用复合电压闭锁元件和差动元件配合，实现分母线闭锁。2.2.2 失灵用复合电压失灵保护用复合电压闭锁元件含母线各相间低电压、负序电压（u ）零序电压（自产3U0 ）元件，各元件并行工作，构成或门关系。判据如下：(3-9)U U22 SL(3-10)3U U00 SL(3-11)其中，%为母线相间电压；U2 = 1 U + a2U + aU，USSLU、2 SL 、U0SL分别为失灵保护用电压闭锁元件相间低电压、负序、零序电压定值。

17、失灵保护用复合电压闭锁元件和断路器失灵保护配合，实现分母线闭锁。对变压器低压侧故障，高压侧断路器失灵，失灵保护复合电压闭锁元件可能存在灵敏度不足问题，装置设置有解除失灵复合电压闭锁的开入回路。2.2.3 TV断线告警元件当正序电压U1 6V，延时10s报TV断线并发告警信号。TV断线元件仅发告警信号不闭锁差动保护。2.3 母联失灵保护当保护向母联断路器发跳令后，经整定延时（应大于母联断路器最大动作时间）母联电流仍然大于母联失灵电流定值时，母联失灵保护经两条母线的复合电压闭锁后切除两条母线上的所有连接元件。母联失灵保护可由差动保护、充电保护、过流保护、失灵保护启动，也可由外部保护启动。装置中母线

18、差动保护、充电保护动作后固定启动母联失灵保护。断路器失灵保护、母联过流保护、外部启动母联失灵保护经控制字可投退。充电侃护动芥I拓时斓M母联诙丽展頓I畴戦酚2竽咧如J驱齣丽厂二匸母宴JEIH1蟻幵歳 二图 6-2-6 母联失灵保护的逻辑框图。图中IS为母联失灵过电流定值；TS为母联失灵保护延时。若外部启动母联失灵开入长期存在超过10s ,装置发告警信号，并报母联失灵启动开 入异常”，同时闭锁该开入。2.4 母联充电保护当任一组母线检修后再投入运行之前，利用母联断路器对该母线进行充电试验时可投入 母联充电保护，当被试验母线存在故障时，可通过母联充电保护切除故障。充电保护有专门的启动元件，且只能短时

19、启动，在充电保护启动期间如果母联任一相电 流大于充电保护电流定值，充电保护按整定延时动作切除母联断路器。母联充电保护出口不 经复合电压闭锁。充电保护的启动逻辑为：在至少一组母线无压的前提下，当母联断路器位置在分位（TWJ二1）且母联电流由无电流变为有电流（0.04 In）时，或母联断路器位置由分位变 为合位（TWJ由1变为0）时，启动充电保护。充电保护启动后开放充电保护300ms。根据“投充电闭锁母差”控制字（该项控制字在差动保护定值中）的投退来决定充电保护开放期间是否闭锁母差保护。若控制字投入，则在充电保护开放期间闭锁母差保护 300ms。如果希望外部保护（如充电保护）动作时闭锁本装置母差保

20、护，可以引入“外部闭锁母 差开入”。将“投外部闭锁母差”控制字置 1，装置检测到“外部闭锁母差开入”时闭锁母 差保护，最长闭锁1S。若该开入保持10 s不返回，装置发告警信号并报“外部闭锁母差开 入异常”。图中IS为充电保护相电流定值；TS为充电保护延时。母联充电保护只在由正常运行母线通过母联断路器向空母线充电时使用，当需要较长时 间投入母联保护时可采用装置的母联过流保护。2.5 断路器失灵保护断路器失灵保护由各连接元件保护装置的失灵启动接点（或保护跳闸接点）启动，任一 断路器失灵时，该元件的失灵启动接点启动断路器失灵保护，断路器失灵保护判出该元件所 在母线，并经设定的跟跳延时、跳母联延时和跳

21、母线延时来跟跳该元件、跳母联和跳失灵元 件所在的母线。装置的断路器失灵启动经对应连接元件的相电流、零序电流或负序电流元件控制。其中 判相电流元件始终投入，零序电流元件、负序电流元件可分别由控制字投退。当断路器失灵启动不需要经电流元件控制时可将失灵启动电流元件定值整定为 0。失灵启动开入分跳 A失灵启动、跳B失灵启动、跳C失灵启动、三跳失灵启动。若某元件失灵启动开入保持10s 不返回，装置发告警信号，报“失灵启动开入异常”，并闭锁该失灵开入，当该失灵开入 返回后再解除对它的闭锁。另外，考虑到变压器低压侧故障而高压侧断路器失灵时，高压侧母线复合电压闭锁可能 会因灵敏度不够而无法开放，装置可以引入变

22、压器失灵解闭锁开入接点，当变压器失灵解闭 锁接点闭合时，解除失灵复合电压闭锁。每个连接元件都有一个解除失灵电压闭锁的控制字， 保护根据该控制字的状态，决定该元件失灵启动且有失灵解闭锁开入时是否解除复合电压闭锁。券灵佢圧创钠| 元科11在I母 L兀杵it八图 6-2-8 断路器失灵保护逻辑框图图中.、T2、3分别为失灵保护跟跳延时、失灵跳母联延时、失灵跳母线延时。注意，主变元件通常接在元件4、10、16、20 这几个支路。母差保护动作跳这几个支 路时同时输出失灵启动接点，用于启动主变开关失灵。主变开关失灵跳母线时同时输出跳主 变其它各侧的接点。2.6 母联过流保护当利用母联断路器带出线运行且出线

23、无保护时可投入母联过流保护作线路的临时保护当母联过流保护投入时，母联任一相电流大于母联过流保护相电流整定值，或母联零序电流（3I ）大于零序电流整定值，经整定延时跳母联开关。母联过流保护出口不经复合电压闭锁。母联过流保护按两段设置。图 6-2-9 母联过流保护的逻辑框图图中I 、I分别为母联过流保护一段相电流和零序电流定值；I 、I S1mlgl01mlglS 2mlgl02mlgl分别为母联过流保护二段相电流和零序电流定值； T 、 T 分别为母联过流保护一段延时S1 S 2和二段延时。2.7 母联非全相保护当母联断路器某相断开，母联非全相运行时，可由母联非全相保护延时跳开母联三相断 路器。

24、母联非全相保护由 “母联非全相开入”启动，并可采用零序或负序电流作为动作的辅 助判据。在母联非全相保护投入时，若母联跳合位不一致开入（THWJ ）为1,且母联零序 电流3I 大于母联非全相零序电流定值或负序电流12大于母联非全相负序电流定值纟经整定 延时跳母联开关。母联非全相保护出口不经复合电压闭锁。若非全相开入保持10 s不返回，装置发告警信号，报母联非全相开入异常”但不闭锁非全相保护。图6-2-10母联非全相保护逻辑框图图中：I为母联非全相零序定值；I为母联非全相负序定值；T为母联非全相保护 0 S2 SS延时。2.8 TA断线闭锁及告警保护装置利用差流进行TA断线的判别。TA断线设置灵敏

25、段和不灵敏段，不灵敏段闭 锁母线差动保护，灵敏段不闭锁母线差动保护。系统正常运行时，大差以及各段母线小差均 为零。当大差及小差电流连续7s大于TA断线定值即判为TA断线，发交流断线信号，如果 是不灵敏段动作则闭锁断线相的该段母线差动保护。当发出TA断线信号后，装置根据每个 元件的各相电流的不平衡程度判断出具体是哪个元件断线（三相断线除外）。当大差不越限，与母联相连的母线小差电流越限且母联电流三相不平衡，延时7s判为 母联断线（三相断线除外）当检测到母联TA断线时发告警信号但不闭锁母线差动保护。母联TA断线后保护逻辑自动按单母线运行状态处理，任一母线故障切除两条母线上的所有 连接元件。3. 运行

26、方式识别在双母线系统中，根据电力系统运行方式变化的需要，母线上的连接元件需在两条母线 间频繁切换，为此要求母线保护能够自动跟踪一次系统的倒闸操作。本装置引入隔离刀闸的 辅助触点，用软件完成运行方式的自动识别，作为小差电流计算及出口跳闸的依据。当刀闸位置变化时，保护装置报出刀闸变位信息；当某个元件刀闸双跨或母线互联压板 投入时，保护装置报母线互联并发信号，此时保护按单母线方式运行；当刀闸双跨解除且母 线互联压板处于退出位置时, 保护恢复到双母线方式运行，保护装置的母线互联信号可手动 复归。保护装置利用电流对隔离刀闸的辅助触点位置进行校核，若校核电流不平衡，装置根 据计算电流修正运行方式，使各小差

27、电流平衡；若能够成功修正运行方式，差动保护按修正 后的运行方式字计算差动电流。若修正不成功，则保持异常前的刀闸状态。无论能否成功修 正运行方式均发位置异常告警。隔离刀闸辅助触点的状态通过辅助箱面板的发光二极管指示。当装置发出位置异常后， 运行人员可通过辅助箱面板上的强制开关将保护临时切换到正确的运行方式，在排除隔离刀 闸辅助触点问题后，再将强制开关切换到自动识别状态。如果装置在位置异常期间（尚未排 除故障且未强制到正确的运行方式）发生母线故障，则保护按位置异常前的运行方式计算、 跳闸。注：当某元件刀闸双跨或“母线互联”压板投入时，运行方式默认为所有元件都连接在Y（Y可配置为I母或口母）母。下面

28、介绍各种接线不同运行方式下差动电流、制动电流的计算方法。说明中母线编号以X、Y、Z表示，根据工程需要可以通过配置工具配置为I母、口母、 皿母等。X母和Y母之间的母联（分段）TA的极性同X母连接元件的极性，即X母线上连 接元件TA的极性端靠近母线，则X母和Y母之间的母联(分段)TA的极性也靠近X母。 Y母和Z母之间的母联(分段)TA的极性同Z母连接元件的极性，即Z母线上连接元件TA 的极性端靠近母线，则Y母和Z母之间的母联(分段)TA的极性端也靠近Z母。差动电流、制动电流的计算引入各元件大差关联系数加(第j元件对大差的关联系数) X母关联系数Kjdx (第j元件对X母小差的关联系数)Y母关联系数

29、& (第j元件对Y 母小差的关联系数)Z母关联系数% (第j元件对Z母小差的关联系数)同时在计算差 动电流、制动电流的过程中考虑TA变比不一致的影响引入TA变比折算系数 j (第j元件 TA变比折算系数)，即该元件TA变比和基准变比的比值。大差差动电流、大差制动电流、各段母线小差差动电流、小差制动电流的计算见公式 (3-12)(3-19)。大差差动电流：二乞 K. Kta ij(3-12)j=1大差制动电流：i =工I Kd K.ta i I(3-13)rjd jTA jj=1X 母差动电流：idx = X Kjdx j ij(3-14)j=1X 母制动电流：i =XI Kd Kta i I(

30、3-15)rxjdx jTA jj=1Y 母差动电流： idy = X Kjdy KjTA ij(3-16)j=1Y 母制动电流： i = Xn I Kjdy KjTA i I(3-17)ryjdy jTA jj=1Z母差动电流：idz = X J. j 七(3-18)j=1Z 母制动电流：i =XI Kd Kta i I(3-19)rzjdz jTA j第三节：WMH-800A/R2、WMH-800A/R2 适用范WMH-800A/R2主要适用于330KV以上电压等级的3/2接线形式，最多可连接12个 元件。二、保护功能介绍1、 保护功能配置1）分相式常规比率制动差动保护；2）分相式突变量比率制动差动保护；3）断路器失灵保护；4）TA异常告警；5）TA断线闭锁。2、 保护原理介绍2.1 差动保护（参照第二节的大差原理）2.2 断路器失灵保护 断路器失灵保护由各连接元件保护装置的失灵保护启动接点启动，母线取两个失灵接点，当 两个接点都有效时，断路器失灵保护确认母线失灵，经跳母线延时跳失灵母线。装置的断路器失灵启动的失灵开入1、失灵开入2、若失灵启动开入保持10 s 不返回，图6-3-1 失灵保护逻辑框图2.3 TA异常告警（参照第二节的TA异常告警）2.4 TA断线闭锁（参照第二节的TA断线闭锁）