母差保护原理.docx

1概述1. 1概述母线保护的基本原理：母线正常运行时：母线发生故障时：母线保护的要求l 区外故障绝对不允许误动l 区内故障必须快速动作1. 2母差保护现中阻抗母差保护l 优点：1、动作速度快2、 抗TA饱和能力强l 缺点：1、需辅助变流器2、调试、维护复杂3、不适应综合自动化的要求微机母差保护目前普遍采用的是比率差动继电器制动系数!＜直接影响到其抗TA饱和能力为提高抗饱和能力必须 提高K值，而提高K值势必降低保护在区内故障时的灵敏度，尤其在重 负荷下故障或经过渡电阻故障时矛盾更为突出1.3母差保护的难点母差保护的难点在于如何兼顾区外故障时的安全性与区内故障时 的灵敏度问题因此有必要研制一种全新的、不完全依赖于制动系数的抗TA饱和 判据，以根本上解决了安全性与灵敏度矛盾的问题1. 4电流互感器饱和的研究1.4.1电流互感器饱和的研究结论1由于电流互感器存在角差，因此即使一、二次电流有效值的差不大 于10%，它所引起的差流也往往会大于一次电流的10%一次电流越大，其饱和时波形畸变得越厉害，因而在差动保护中所 引起的差电流越大；但即使一次电流达到100多倍额定电流，其二次 电流也不会为零结论3当一次电流含有很大的非周期分量且衰减时间常数较长时，即使稳 态电流倍数满足10%误差曲线，但在暂态过程中，尤其是在起始的2〜 3个周波之内，二次电流会出现严重的缺损，从而引起的很大的差电流。

结论4故障起始电流互感器总有一段正确传变时间，一般情况下大于2ms图1.4.1为动模实验室实录的母线区内、外故障波形图1.4.2 为区外故障，短路支路电流互感器极度饱和的情况下，差动保护也不会误动图1.4.3为区内故障伴随电流互感器深度饱和，保护10ms快速出口(包括出口继电器 时间5ms)图1.4.4为电流20In，时间常数180ms (89°)，电流互 感器的波形1. 4. 2抗电流互感器饱和判据判据1：反应工频变化量的自适应阻抗加权式差动保护（专利技术）自适应阻抗加权式差动保护：即利用电压工频变化量起动元件自适 应地开放加权算法l 当发生母线区内故障时，工频变化量差动元件ABLCD和工频变化量阻抗元件AZ与工频变化量电压元件AU基本同时动作；l 而发生母线区外故障时，由于故障起始TA尚未进入饱和，△BLCD元件和AZ元件的动作滞后于工频变化量电压元件利用ABLCD元件、△ 元件与工频变化量电压元件动作的相对时 序关系的特点，我们得到了抗丁入饱和的自适应阻抗加权判据由于此 判据充分利用了区外故障发生TA饱和时差流不同于区内故障时差流的 特点，具有极强的抗TA饱和能力，而且区内故障和一般转换性故障（故 障由母线区外转至区内）时的动作速度很快。

该保护具有极强的抗TA饱和能力在区外故障，TA正确传变时间 仅为2ms时也能可靠制动；同时又有很高的灵敏度，即使是在重负荷运 行状态下发生区内故障，或经过渡电阻短路时也能可靠动作，且动作速 度快，整组动作时间为判据2:带波形检测的稳态比率差动保护由谐波制动原理构成的TA饱和检测元件这种原理利用了 TA饱 和时差流波形畸变和每周波存性传变区等特点，根据差流中谐波分 量的波形特征检测TA是否发生饱和以此原理实现的TA饱和检测元件同样具有很强抗TA饱和能力， 而且在区外故障TA饱和后发生同名相转换性故障的极端情况下仍能快 速切除母线故障1.4.2.2 BP-2B自适应全波暂态监视器：该监视器判别区内故障情况下截然不同于区外故障发生TA饱和情 况下 元件与 元件的动作时序，以及利用了 TA饱和时差电流波形畸变 和每周波都存形传变区等特点，可以准确检测出饱和发生的时刻， 具有极强的抗TA饱和能力上述母线差动保护判据从根本上解决了低阻抗母差保护抗TA饱和 的问题以及安全性与灵敏度的矛盾，使得抗饱和性能不依赖于比率制动 系数在性能上有了质的飞跃2. BP-2B微机母线保护装置2. 1母线保护原理2. 1. 1母线差动保护2. 1. 1. 1母线差动回路的构成1） 由母线大差动和几个各段母线的小差动所组成；母线大差动：除母联断路器和分段断路器以外的母线所有其余支路 构成的大差动回路。

作用：判断区内、区外故障某段母线小差动：与该段母线相连的各支路电流构成的差动回路， 其中包括与该段母线相关联的母联断路器和分段断路器作用：选择故障母线段TA M性 :支路TA极性为母线侧；母联断路器为U母侧以双母线为例：母线差动回路的逻辑关系：2） 差动回路和出口回路：双母线接线以 11, 12,In表示各元件电流数字量;以Ilk表示母联电流数字量；以S11, S12, ---, S1n表示各元件I母刀闸位置，0表示刀闸分, 1表示刀闸合;以S21，S22，---，S2n表示各元件II母刀闸位置；以Slk表示母线并列运行状态，0表示分列运行，1表示并列运行;各元件TA的极性端必须一致；一般母联只有一侧有■^，装置默认 母联TA的极性与II母上的元件一致则差流计算公式为:大差电流I母小差电流n— Ilk * SlkII母小差电流2n + Ilk * SlkId = I1 + I2 + --- + InId1 = I1 * S11+ I2* S12 ++ In* S1Id2 = I1 * S21+ I2* S22 + --- + In* S以T1, T2, ---，Tn表示差动动作于各元件逻辑，0表示不动作，1表示动作；以Tlk表示差动动作于母联逻辑;以F1, F2分别表示I母、II母故障，0表示无故障，1表示故障。

则出口逻辑计算公式为：T1 = F1 * S11+ F2* S21T2 = F1 * S12+ F2* S22Tn = F1 * S1n+ F2* S2nTlk = F1 + F23）母线运行方式的电流校验双母线运行时，各连接元件经常在两段母线之间切换母差保护需 要正确跟随母线运行方式的变化，才能保证母线保护的正确动作本装置引入隔离刀闸的辅助接点实现对母线运行方式的自适应同 时用各支路电流和电流分布来校验刀闸辅助接点的正确性当发现刀闸 辅助接点状态与实际不符，即发出‘开入异常’告警信号，在状态确定的 情况下自动修正错误的刀闸接点，包括两段母线经两把刀闸双跨（母线 互联）刀闸辅助接点恢复正确后需复归信号才能解除修正如有多个 刀闸辅助接点同时出错，则装置可能无法全部修正，需要运行人员操作 ‘运行方式设置'菜单进行强制设定，直到刀闸辅助接点检修完毕取消强 制由于大差电流与刀闸辅助接点无关，以及装置具有运行方式电流校 验功能，因此双母线倒排操作期间，装置不需运行人员手动干预，可以 正确切除故障；刀闸辅助接点出错检修期间不需退出保护；带电拉刀闸， 保护可以正确快速动作2.1.1.2起动元件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坎 时，该相起动元件动作。

其表达式为：其中为和电流瞬时值比前一周波的突变量；为突变量门坎定值2） 差电流越限判据：当任一相的差电流大于差电流门坎定值时， 该相起动元件动作其表达式为：其中为分相大差动电流；为差电流门坎定值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 门坎定值的75%时，该相起动元件返回其表达式为：‘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,Ij为母线上第j个 连接元件的电流2.1.1.3复式比率差动判据1） 复式比率差动判据动作表达式：其中Id为母线上各元件的矢量和，即差电流Ir为母线上各元件的标量和，即和电流Idset为差电流门坎定值；Kr为复式比率系数（制动系数）2） 复式比率差动元件动作特性3） 复式比率差动判据的优点若忽略CT误差和流出电流的影响，在区外故障时，Id = 0, 0/Ir 为0;在区内故障时，Id = Ir, Id/0为（°由此可见，复式比率差动 继电器能非常明确地区分区内和区外故障，Kr值的选取范围达到最大， 即从0到8复式比率差动判据由于在制动量的计算中引入了差电流，使其在母 线区外故障时有很强的制动特性，在母线区内故障时无制动，因此能更 明确的区分区外故障和区内故障。

4) 影响Kr的因素a若考虑区内故障时有Ext%的总故障电流流出母线，则此时的比率 制动系数为：Kr= Id/ ( Id+Ext%Id+Ext%Id-Id )=1/(2Ext%)b若考虑区外故障时故障支路的CT误差达到6，而其余支路的CT误差忽略不计，则此时的比率制动系数为：若令总流入电流为1，则总流出电流为1 一6,差电流为6所以：Kr=6/(1+1-6-6)=6/(2-26)KrExt (%)6 (%)14067220803158541288C母线分列运行时：Kr自动由高值降为低值2.1.1.4故障分量复式比率差动判据1） 故障分量复式比率差动判据其中为第j个连接元件的电流故障分量，为故障分量差电流门坎， 由 推得；为复式比率系数（制动系数）故障分量的提取有多种方案，本保护采用的数字算法如下：式中为当前电流采样值；为一个周波前的的采样值在故障发生 后的一个周波内，其输出能较为准确地反映包括各种谐波分量在内的故 障分量‘故障分量差电流’；‘故障分量和电流’2） 常规保护反映的是故障前的工频分量和故障中的工频分量，可 靠性高，动作速度慢；行波保护：反映故障分量，包括工频分量和暂态分量，动作速度比 较快，但可靠性比较差；工频变化量：反映故障分量中的工频分量，动作快且可靠。

3） 采用故障分量比率差动的作用：采用电流故障分量分相差动构成复式比率差动判据为有效减少负 荷电流对差动保护灵敏度的影响，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，提高保护切除过渡电阻接地故障的能力，故障 分量为当前电流采样值减一周波前的采样值4） 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2.1.1. 5 TA饱和检测元件——自适应全波暂态监视器该监视器判别区内故障情况下截然不同于区外故障发生TA饱和情 况下 元件与 元件的动作时序，以及利用了 TA饱和时差电流波形畸变 和每周波都存形传变区等特点，可以准确检测出饱和发生的时刻， 具有极强的抗TA饱和能力1）在区外故障时:流过最大穿越性电流的TA可能会严重饱和，使差动保护误动故 障发生的初始和线路电流过零点附近有一线性传变区，差动保护不动作 即差动保护动作滞后一个时间比慢2）区内故障时：差电流是故障电流的实际反映，所以差动保护动作与实际故障是同 步发生的，即与同时出现TA保护后每周至少一个线性传变区，因此对保护的闭锁应是周期性 的，在判TA饱和后，差动保护先闭锁一个周期，随后开发，这样在区 外转区内故障，差动保护仍可靠快速的动作，以满足系统稳定性的要求。

2. 1. 1. 6电压闭锁元件以电流判据为主的差动元件，可以用电压闭锁元件来配合，提高保 护整体的可靠性电压闭锁元件的动作表达式为：式中为母线线电压（相间电压），为母线三倍零序电压，为母线负序电压，、。