母线保护-差动保护

知识点：母线完全差动保护

母线差动保护

       母线保护中最主要的是母差保护。

       母线在正常运行及外部故障时，根据节点电流定理（基尔霍夫第一定理），流入母线的电流等于流出母线的电流。如果不考虑TA的误差等因素，理想状态下各电流的向量和等于0。如果考虑了各种误差，差动电流应该是一个不平衡电流，此时母差保护可靠不动作。

       当母线上发生故障时，各连接单元里的电流都流入母线，所以TA二次电流的相量和等于短路点的短路电流的二次值I_K，差动电流的幅值很大。只要该差动电流的幅值达到一定的值，差动保护就可以可靠动作。

       母线差动保护可以区分母线内和母线外的短路，其保护范围是参加差动电流计算的各TA所包围的范围。

模拟型的母差保护

    模拟型的母差保护有实际的差动回路。在差动回路中将按正方向规定的二次电流相加流人差动继电器。按差动回路中的电阻大小分类可将保护分为低阻抗型、中阻抗型和高阻抗型的母线差动保护。

     传统的母线差动保护大多是低阻抗型。接于差流回路的电流继电器阻抗很小，在内部短路时，电流互感器的负担小，二次电压低，因而饱和度小，误差小。需要解决区外故障时的不平衡电流问题、TA饱和问题及非周期分量电流问题。

    高阻抗型母线差动保护由于易引起内部高压已不采用。

    中阻抗型母线差动保护的差电流回路电阻介于高阻抗型和低阻抗型之间，其差动回路总电阻约有200Ω左右，因而也可大大减小外部短路时进入继电器的不平衡电流，并与制动回路相配合，可以保证保护动作的选择性。微机型母差保护已没有传统意义上的差动回路，动作电流、制动电流的计算都在软件中进行

微机型母线差动保护

    目前，微机型母差保护在国内各电力系统中得到了广泛应用，母线差动保护由母线大差动和几个各段母线的小差动组成。

    母线大差动是由除母联断路器和分段断路器以外的母线所有其余支路的电流构成的大差动元件，其作用是区分母线内还是母线外短路，但它不能区分是哪一条母线发生故障。

    某条母线小差动是由与该母线相连的各支路电流构成的差动元件，其中包括与该母线相关联的母联断路器和分段断路器支路的电流，其作用是可以区分该条母线内还是该条母线外故障，所以可以作为故障母线的选择元件。

    对于双母线、母线分段等形式的母线保护，如果大差动元件和某条母线小差动元件同时动作，则将该条母线切除，也就是“大差判母线故障，小差选故障母线”。

    在差动元件中应注意TA极性的问题，一般各支路TA同极性端在母线侧，母联断路器TA的同极性端可在I母侧或Ⅱ母侧。

    如果母联TA同极性端在I母侧（如图(b)），I母小差计算电流是连接在I母上的所有支路电流的相量和再加上母联电流，Ⅱ母小差计算电流是连接在Ⅱ母上的所有支路电流的相量和再减去母联电流。

    反之，正好相反。

母线差动保护逻辑框图

    母线差动保护，主要由三个分相差动元件构成。另外，为提高保护的动作可靠性，在保护中还设置有启动元件、复合电压闭锁元件、TA二次回路断线闭锁元件及TA饱和检测元件等。

起动元件

    为提高母差保护的动作可靠性，设置有专用的起动元件，只有在起动元件起动之后，母差保护才能动作。通常采用的起动元件有：：电压工频变化量元件、电流工频变化量元件及差流越限元件。

    （1）电压工频变化量元件

    当两条母线上任一相电压工频变化量大于门坎值时，电压工频变化量元件动作，去起动母差保护。动作方程为：

ΔU≥ΔU_T+0.05U_N

       式中：ΔU为相电压工频变化量瞬时值；U_N为额定相电压（TV二次值）；ΔU_T时浮动动作门坎值。

    （2）电流工频变化量元件

       当相电流工频变化量大于门坎值时，电流工频变化量元件动作，去启动母差保护。动作方程为：

ΔI≥KI_N

       式中：ΔI为相电流工频变化量瞬时值；I_N为TA二次额定电流；K是小于1的常数。

    （3）差流越限元件

        当某一相大差元件测量差流大于某一值时，差流越限元件动作，启动母差保护。动作方程为：

    式中：I_opo‘为差动电流启动门坎值；I_d为大差元件某相的差动电流。

     当上述各启动元件动作后，均将动作展宽0.5s。

差动元件

       三种常见差动元件差动电流计算都相同，制动电流的计算有差异，因而在区外故障及区内故障时制动能力和动作灵敏度均有差异。

       差动元件的动作特性是比率制动特性曲线。其作用是在区外故障时让动作电流随制动电流增大而增大使之具有制动特性，能躲过区外短路产生的不平衡电流，而在区外故障时则希望差动继电器有足够的灵敏度。

常规比率差动元件

       动作判据是下式中两个动作方程的“与”逻辑。

    式中：I_j为第j个连接元件的电流；I_cdzd为差动电流起动定值；K为比率制动系数。比率制动特性曲线如下图

    斜线延长线均经过坐标原点，其斜率即是比率制动系数K。在斜线部分，差动元件有制动作用，差动元件要动作时的动作电流随着制动电流的增大而增大，有利于外部短路时躲过不平衡电流使保护不误动。

复合电压闭锁元件

    由于母线是电力系统中的重要元件。母差保护动作跳的断路器数量多，它的误动可能造成灾难性的后果。为防止保护出口继电器误动或其他原因误跳断路器，通常采用复合电压闭锁元件。只有当母差保护差动元件及复合电压闭锁元件同时动作时，才能去跳各路断路器。

    （1）动作方程

    动作判据是下式中三个动作方程的“或”逻辑。

    式中：U_Φ为最小的相电压（TV二次值）；3U₀为零序电压，利用TV二次三相电压自产；U₂为负序相电压（二次值）也是由软件计算的自产电压；U_op为低电压元件动作整定值；U_0op为零序电压元件动作整定值；U_2op为负序电压元件动作整定值。

    （2）闭锁方式

    在模拟型母线保护中，为防止差动元件出口继电器由于振动或人员误碰出口回路造成的误跳断路器，复合电压闭锁元件采用出口继电器接点的闭锁方式，即复合电压闭锁元件的接点，分别串联在差动元件出口继电器的各出口接点回路中。

    现在微机型母线保护复合电压闭锁采用软件闭锁方式，但对于出口继电器由于振动或人员误碰出口回路，仍会造成保护误动。

相关推荐链接：

1、BP-2B微机母线差动保护柜原理接线图

2、110KV母线保护原理及二次线