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1、湖此电力 第卷第期 年月 几种母线保护原 理及运行分析 姚斌 , 徐唐煌 湖北省成 宁供电局 , 湖北成 宁 摘要对整流型 、 中阻抗型 、 微机型等母线保护原理进行了分析 , 阐述了几种母线保护 的各 自 特蔽 , 并提出毋线保护在运行和 维护中的 注意事项 。 关健词母 线保护饱和 差动保护 比率制 动 中圈分 类号文献标识码文章编号 一一一 ,一 勿 。 , , ,一 不 同母线保护必须满足不 同的主接线运行方式 要求 , 并且对可靠性 、 安全性 、 选择性 、速 动性 以及测 量精度有很高的要求 。 咸宁供电局 电网中使用 的母 线保护 , 从元器件 构成上大致可分为整流型 、集成
2、电路型和微机型 。 整流型母线差动保护 电流相位比较 式母差保 护 曾在咸 宁供电 局及以上系统 广泛使用 , 但该保护存在一 些 问题 当母联为单侧设置时 , 在母联与之 间发生故障 , 故障母 线不能快速切 除 , 双母线分裂运行时 , 动作行 为失去选择性 由于 动作 时间较长 , 当严重饱和时 , 可 能失 去选择性发生误动 当条母 线所接电源严重 不平衡 时 , 大电 源所在母线 内部故障 , 小电 源提供母 联电流可能不 能启动继电器时 , 母差将拒 动 。 随着电网 的发展 , 母 差保护从性 能 、 运行 维 护等 方面越来 越难以满足 电 网的安全 要求 , 咸宁 供 电局型
3、母 差保 护已逐步技改更换 。 收稿日期 一 一 作者简介姚斌 一 , 男 , 湖北阳新人 , 工程师 。 中阻抗型 集成电路母差保护 咸宁 供电 局 电网中使用的系列中阻抗 母差保护是一种快速 、灵敏 的 电流差 动保护 , 其核心 是带比率制动特性 , 适用于电网各种 接线方式的母线 。 中阻抗母 差保护是在差动回路中 申联 接人 电 阻 , 其总 电阻约左右 , 因而 可大大减少外部短 路时进人继 电器 的不平衡 电流 , 与制动回路相配合 , 可保证保护动作的选择性 。 此型母差保护既具有低 阻抗和高阻抗保护 的优点 , 又避开了它们的缺点 , 特 别在 处 理饱和方面具有 独 到 的
4、优 势 , 并且实现 动作出 口时间小于 。 中阻抗原理简介 中阻抗母差保护方案基于个基本假设 对于外部故障 , 完全饱和的连接元件的 二次回路可以用其全部直流回路电阻表示 。 对于内部 故障 , 空载线 路的二次回路 可以用相当大的励磁 阻抗表示 。 中阻抗母线保护由全波整流二极管 、整流桥、 电 阻 、 干簧继 电器构成 , 其动作方程见式 , 其中为 制 动系数 , 为升流器变比 , , 为制动电阻 , 为 差动电阻 , 介 为流进 继电器 的总 电流 , 为流进差 回路的总 电流 。 第卷第期 年月 湖 沙七 电力 人一 飞 一尺 , ,。, 尺 十尺 动作行为分析 正常运行或外部故障
5、未饱和时 , 流进 差回路为不平衡 电流 , 丁 十 , 差动元件 、 启动元件 、 不 动作 。 外部故 障饱和时 , 饱和二次回路 可用 直 流回路电阻代替 , 其等 效电路见图 。 入,搜 ,。 ,亡 , , 小 卜 图差 回路等效电路图 其中 , 为差回路的等值电阻 , 一 十 、 十 乙 “ 只要 选 取适当制 动系数 , 酬 保 护就能稳定可靠运行 。 内部故 障未饱和时 , 总故 障电流全部 流进差回路 , 。 一吞 、 动作值 , 、 动作 。 , 动作条件为 一 。 , 化简得 。 李 , 丁 , 一 , , 、 显然 , 夕 可见 当内部 故障时 , 母差制动 系数由自动
6、下 降到 , 提高了母线保护的灵敏度 。 内部故障饱和时 , 由于中阻抗型母线 保护动作速度很快 , 当母线发生内部故障时 , 即使某 个严 重饱和 , 因其在 故障发生周波后才出 现 , 差动继 电器 由于动作速度很 快 能抢 在饱和 之前正确动作 。 中阻抗型母线保护的优点和存在 的问题 中阻抗型 母线保护具有的显著优点 基于 电流瞬 时值比率制动 原 理 , 动 作速度 快 , 故 障检测时 间 , 保护整组动作 时 间 , 在穿越性外 部 故障时 , 即使饱和也不会 误 动 , 母线内部 故障时 , 由于检测速 度极快 , 在完 全没有饱和之前就动作 , 对饱和特性要求不高 倒闸辅 助
7、接点引人电流切换回路 , 运行 方 式可以灵 活变化 采用辅助变流器调整 , 可适应不同变比的 , 解决了不一致的问题 。 允许二次回路的环路阻抗较 大 , 易 满 足要求 主回路简单可靠 。 中阻抗型母线保护也存在一些 问题 由于中阻抗母线保护的差动回路具有较大 的阻抗 , 当发生内部故障时 , 其差动回路将产生较高 的电压 , 这个高电压对双 母线 复杂的二次回路产生 极大的影 响 。 防误措施加强对装置的工 艺和回路的 检查 , 在保证满足中阻抗保护稳定方程 的前提下 , 尽 量减小差 动回路整定电阻 , 以降低高电压 的影响在 中阻抗母线差动保护中采 用级 电压限制措施 , 限 制高电
8、压问题 。 母线停运 时 , 此 时失去母线的母 差 保护及母线上各线路保护的二次电压切换到另一组 电压互感器 上 , 一旦的母线发生故障时 , 母差保 护动作母联 开关及 所接各线路单元开关 跳开 后 , 另 一组母线上所有的保护 失 去电压 , 可能造成保护误 动作 , 采取的措施投人母 线保护互联 压 板母 联 开 关改为非自动方式 。 运行 、 维护及注意事项 投运前的准备工作 外回路的检查 。 检查各电流 、 电压回路电缆 及接线 的正确性 检查各直流回路电缆及接线的正 确性检查各直流 电源回路电缆及接线的正确性检 查各电流 、 电压回路 、 直流回路 、 直流电源回路 的绝 缘强
9、度 。 母线保护盘的 内部 检查 。 根 据厂家提 供的 配线图检查盘内配线 的正确性合上直流开关 , 检查 隔离刀闸回路中双位置 继电器动作的正确性检查 信号 、 出口跳闸回路的正确性 检查母线保护动作值 的精度 。 按照调试大纲校核装置的保护功能 。 极性检查 。 对母线上的每个连接元件 , 必须 确认其主及辅助 变 流器的接线 极性正确 。 要特 别注意母联或分段元件的极性 。 稳定性 检查 。 将所 有连接 元件的在端 子箱处短接封 , 从辅 助 变 流 器 的 二 次侧 加电 压 , 测 得 电流 , 得 到值 , 选取最 大值 为校 核 稳定性 的 , 并验证是否满足稳定方程 。
10、当所有实验 均正确无误 , 进一步检查装置带负 荷运 行 时差回路电流是 否 足够小 确认电流回路极 性正确后 , 即可将母线保护投人运行 。 保护 的维护 中阻抗母线保护 运行时 , 应 经常巡视母线保护 、 湖北电力 第卷第期 年月 屏的各个信号灯 的状态 , 确保装置正确工作 。 当发生 下列情况 时母线保护应退 出运行 装置包括差动回路 、 差 动继电器 、 差流继 电器 、 电压继电器等出现异常 电流回路断线 , 直流回路异常 , 切换回路异常 。 微机型母线保护 咸宁供 电局 电网 中运行的微机型母线保护的是 南京电力自动化设备总厂生产 的 一 微机 型母线保护 。 一 型保护原理
11、简介 带比率制动特性的 电流差动保 护 引人母线上所有支路的 、 三相 电流构 成 分相电流差 动保护 , 取 各支路同相 电流和 的绝对 值作为差动 , 即 一 公 , 各支路 同相 电流绝对 值之和作 为制动 , 即 , 一 别 , 。 采用不带比率制动的电流差动判据公几 作为保护的启动 出口条件 , 几为差 动 门槛 ,采用带 比率制动 的电流差 动判据公一 别 作为保护 的差 动 出口条件 , 为制动系数若 同时 满足这个 判 据 , 即认 为 “ 差 流 越 限 ”, 差动保 护动 作 。 抗饱和措 施 一 型母差保护采用 “ 同步识别法 ”解 决饱和对母线保护判据 的不利影 响 。
12、 同步识别法的实质判别 “ 故库启动 ”与“ 差流越 限 ”是否 同步发生 。 若判别 “ 故障启 动 ”与“ 差 流越 限 ”同步发 生 , 则 认为 “ 差流越 限 ”是 由母线区内故障引起 的 , 若判别 “ 故库启动 ”与“ 差 流越 限 ”不 是 同步发生 , 而是先发 生 “故 障启动 ”, 后有 “ 差流越限 ”, 则认为 “ 差流越限 ” 是由母 线区外 故 障饱和所引起的 , 此时将母差 保护闭锁个周期 , 然后再开放保护进行故障判别 。 一 型保护的主要特点 采用一 “ 主 ”三“ 从 ”多 结构形式 , 其全 新 的算法 及保护方案大大提高了母线保护 整组出口 速度及可靠
13、性 , 也使保护 的调试和维护更加方便 。 提出了抗饱和 的新 方案 , 采用 “ 同步识 别法 ”, 对无特殊要求 。 系统发生区内故库时 , 保 护迅速出口 , 不受饱和影 响 , 区外故库饱 和 时 , 保护可靠不误动 。 采用全 新的采样值算法及突变算法 , 提 高了母线区内故 障时 的出口速度 。对双母线 保护 , 自 动识别 、 跟踪运行状态 , 电流无触点切换 。 通过对交 流量 的动态分析和隔离开关触 点的实时检测 , 实时 跟踪双母线系统的运 行状态 , 从而实现双母线 保护 的 自适应性及出口的选择性 。 在双母线 或单母分 段解列运行或支路倒闸过程中发生区外故障时 , 均
14、 能确保母线的安全可靠运行 。 当系统发生相继故障 或故障发展时 , 保护均能正确而快速地反应 。 设置有 复合电压闭锁功能 , 增强了装置抗 误动能力有 、 断线监视和直流稳压消失监 视等功能 设置线路断路器失灵保护 、母联 断路器失 灵保护死区保护 及充电保护等功能 ,对各支路 主 变 比不一致 问题 , 通 过软件 改变各支路通 道系 数的方法来解决 。 保护整组动作时间 。 保护装置调试简单 , 维护方便 。 结论 电流相位比较式母差保 护属于低阻抗型 母线保护 , 它不适用于高压母线 , 母线外部故障 饱和时 , 母线差 动继 电器中会出现较大不平衡电流 , 可能使母 差保护误动作
15、。 高阻抗型母 差保护在母线 内部故障时 , 差 流回路会出现高电压 , 对继电器产生 极不利 的影响 , 且要求的励磁电流必须很小 , 变 比相 同 , 需要专用的线圈 , 另外其运行 、 维护 、 维 修十分困难 , 因此高阻抗保护不是最佳的方案 。 中阻抗型母差保护将高阻抗的特性和比率制动 特性两者有效结合 , 巧妙地利用了的暂态过程 , 又考虑 了稳态过 程 , 能保证母线保 护可靠 、 正确 、 快 速工作 。 此方案在快速 动作 、 较 好 的抗饱和性 能 、 装置原理及实现简单可靠等方面要优于徽机型 母 差保 护 。 此外 , 由于微机型母差保 护装置刚刚 出 现 , 缺乏运行经
16、验 , 因此今后几年内中阻抗型母差保 护装置仍是最佳的母线保护方案 。 徽机型母差保护 , 最主要特点 的是 充分利用计 算机的数字计算能力 , 方便地实现带 比率制动特性 的 电流瞬时值差 动 原理 , 对饱和具 有独特 的检 测方法 , 抗饱和能力强 。 同时微机型母差保护具 有 自检功能 , 可靠性进一步得到提高 。 更重要的是 , 微机型母差保护具有 通信接口 , 可方便地 与监控 系 统互联 , 完成信息的远传与远控 , 实现自动化 。 随着 保护运行 经验增 多 , 运行 的稳定 性 、 成 熟性不断提 高 , 加上微机保护采样 、 计算速率增加 , 保护动作时 间加快 , 微机型母差保护将得到迅速推广应用 。