第3期(总第147期)
2008年6月
山 西 电 力
SH A N XI EL ECT RI C P OW ER
No 13(Ser 1147)
Jun 12008
双母线电流差动保护的基本原理及发展过程
王为华1, 刘云峰2, 郭小丽3
(11山西电力科学研究院, 山西太原 030012; 21晋城供电分公司, 山西晋城 048000;
31太原供电分公司, 山西太原 030012)
摘要:介绍了不同时期母线保护采用的技术, 并进行了比较, 分析了母线保护技术的发展趋势, 阐述了母线微机保护技术的特点及其优越性。关键词:母线保护; 基本原理; 发展过程
中图分类号:TM 77 文献标识码:A 文章编号:1671-0320(2008) 03-0066-03
路器及连接在1母上元件的断路器均动作跳闸。同理区内母线2故障时, 将母联断路器及连接在2母
上元件的断路器动作跳闸。
11112 双母线完全电流差动保护的评价
双母线完全电流差动保护的优点是:
a) 接线比较简单, 调试方便, 运行人员易于掌握;
b) 当元件固定连接时, 母差保护有很好的选择性;
c) 当母联断路器断开时, 母线差动保护仍有选择能力; 在2组母线先后发生短路时, 母线差动保护仍能可靠的动作。
其缺点是:当元件固定连接方式破坏时, 若任1组母线上发生短路故障时, 就会将2组母线上的连接元件全部切除, 因此它适应运行方式变化的能力较差。
112 母联相位比较式母线差动保护11211 工作原理
总差动电流回路由母线上连接元件(不包括母
图1 原理接线图
1 双母线完全电流差动保护和母联相位比
较式保护
20世纪70至80年代, 双母线完全电流差动和母联相位比较式母线保护, 因其原理及二次接线简单等特点, 在电网上广泛应用。
111 元件固定连接的母线完全差动保护11111 工作原理(见图1)
双母线同时运行时, 将元件固定连接于2条母线上, 这种母线称为固定连接母线。其差动保护称
为固定连接方式的母线完全差动保护。
在正常运行及区外故障时, 启动元件KA, 选择元件KA1, KA2均无电流通过。区内母线1故障时, 启动元件KA, 选择元件KA1均有故障电流通过, 选择元件KA2的电流为零, 因此母联断
收稿日期:2008-01-05, 修回日期:2008-04-02作者简介:王为华(1963-) , 男, 山西榆社人, 2000年毕业于太
原理工大学计算机及应用专业, 工程师; 刘云峰(1978-) , 男, 山西晋城人, 2000年毕业于华北电力大学电气专业, 助理工程师; 郭小丽(1969-) , 女, 山西太原人, 1990年毕业于临汾电力技校输配电运行与检修专业。
联断路器) 的电流互感器的二次回路组成, 母联断路器的电流互感器的二次回路单独引出, 接入相位比较回路(见图2) 。
a 交流电流回路
2008年6月 王为华, 等:双母线电流差动保护的基本原理及发展过程
综述与专论
e) 运行方式改变后, 出口连片也必须做相应调整。
以上2种母差保护均为低阻抗保护, 然而低阻抗型母线差动保护中存在着一些原理及技术条件限制, 从电网发展看, 无论从性能上还是运行方面该保护越来越难以满足要求。尤其是作为超高压母线
b 电流相位比较回路内部接线
图2 母联相位差动保护回路原理接线图
的保护不能胜任, 超高压系统的短路容量大, 系统时间常数也较大, 当母线外部故障时, 故障线路的电流互感器会因短路电流中交流分量和直流分量过大而饱和, 从而在母线差动继电器中出现较大的不平衡电流, 由此可能引起母线保护的误动。如果采用高阻抗母线差动保护, 那么在母线内部故障时, 电流互感器二次侧可能出现高电压, 从而加速了电流互感器的饱和速度, 对继电器可靠工作不利。在20世纪90年代初由于微机母线差动保护还不成熟, 于是出现了中阻抗母线保护。
在总差动回路中接有保护装置的起动元件KD, 当母线范围内故障时它才能动作。选择元件是电流相位比较式继电器, 相位比较式继电器比较总差电流I d 和母联电流I m 的相位。电流相位比较继电器按幅值比较的方式构成, 可以双方向动作, 将比较相位的2个电流I d 和I m 转化为比较幅值的2个量&I d +I m &和&I d -I m &。
在正常运行情况下, KP1和KP2的2组线圈中通过电阻R 3和起动元件KD 的常闭接点, 都加入1个附加的制动电流, 使它处于闭锁状态, 仅当母线发生故障KD 动作后, 附加电流才消失, KP1和KP2将根据相位比较的结果而动作。
当Ñ母故障时, I m 与I d 同相位, &U 2&>&U 3&, KP1中的工作电流大于制动电流, 而KP2中的制动电流大于工作电流, 结果KP1动作, KP2不动作。当Ò母故障时, I m 与I d 相差180b , 因此&U 3&>&U 2&, KP2动作, KP1不动作。
当外部故障时, 差动回路中仅有不平衡电流, 起动元件不动作, 同时选择元件因起动元件不动作亦继续处于闭锁状态, 因此保护装置不动作。11212 母联相位比较式母线差动保护的评价
这种母线差动保护不要求元件固定连接于母线, 可大大提高母线运行方式的灵活性, 这是它的主要优点。
其缺点如下。
a) 正常运行时, 母联短路器必须投入运行。b) 当母线故障, 母线差动保护动作时, 如果母联短路器拒动, 将造成由非故障线路母线的连接元件通过母联断路器供给短路电流, 使故障不能切除。
c) 当母联断路器和母联断路器的电流互感器之间发生故障时, 将会切除非故障母线, 而故障母线反而不能切除。
d) 2组母线相继发生故障, 只能切除先发生故障的母线, 后发生故障的母线因这时母联断路器已跳闸, 选择元件无法进行相位比较而不能动作, 因而不能切除故障。
2 中阻抗母线差动保护
211 工作原理
中阻抗母线保护是带制动特性的中阻抗型母线差动保护, 这种保护的差动回路总电阻约2008左右, 因而也可以大大减小外部短路时进入继电器的不平衡电流, 与制动回路相配合可以保证保护的选择性, 其起动元件是1个具有比率制动特性的中阻抗型电流差动继电器, 解决了电流互感器饱和而引起的母线差动保护在区外故障时的误动问题, 保护装置是以电流瞬时值测量、比较为基础的。母线内部故障时, 保护装置的起动元件、选择元件先于电流互感器饱和前动作, 因此动作速度很快。
正常运行时及外部故障(CT 未饱和时) 各单元电流之和为零, 母线保护不动作。
在外部故障时(CT 完全饱和时) , 完全饱和的线路CT 的二次回路, 可由其总的绕线电阻来表示。此时由于制动的作用, 只要差动回路的电流等于总的输入电流某个固定百分数时, 动作和制动电压就处于平衡状态, 当大于这个百分数时就动作, 相反小于这个百分数时就不动作。
内部故障时, 故障母线的电流通过有源元件流入故障点, 这一电流足以使选择元件及起动元件动作, 从而切除故障。
212 对中阻抗母线差动保护的评价
a) 其选择元件是1个具有比率制动特性的中阻抗电流差动继电器, 解决了电流互感器饱和引起母线保护区外故障时的误动。
b) 双母并列运行时, 1组母线故障, 在任何情况下保护装置均具有高度的选择性。
综述与专论
山 西 电 力
2008年第3期
c) 双母并列运行2组母线相继故障, 保护装置能相继跳开2组母线以上的所有连接条件。d) 双母运行正常倒闸操作, 保护装置能可靠运行。
e) 双母线倒闸过程中发生母线内部故障, 若互联时保护切除2组母线上所有连接元件, 否则仍具有高度选择性。
f) 具有断路器失灵保护能力, 当失灵保护动作时, 首先以较短时间跳开母联及分段断路器, 然后再以较长时间跳开失灵断路器所在母线上的所有断路器, 当母联或分段断路器失灵时, 将跳开2组母线上所有连接元件。
g) 当发生死区故障时, 由母线保护及断路器失灵保护相继跳开2组母线所有连接元件。
中阻抗母线差动保护因其特有的优点在我国得到广泛应用, 但因复杂的二次切换回路(电流及逻辑) 全部依赖刀闸和切换继电器的辅助接点来实现, 无论任一环节出现问题都有可能造成母线保护的误动或拒动。因此, 发生故障的环节多, 几率高。另外, 由于母线保护不易停运, 复杂的保护回路给运行和维护带来许多不便。20世纪90年代中期虽经过执行反措和几次改进后有所好转, 事故仍时有发生。随着电力建设的高速发展, 电压等级的提高, 大规模的电厂、变电站特别是超高压的出现, 使得系统的稳定性越来越重要。因此, 母线保护的可靠性更显重要。随着计算机与网络通信技术的飞速发展, 微机型母线保护在20世纪90年代中后期蓬勃发展, 各种原理和模式的微机母线保护相继推出, 其中具有代表性的是集中式微机型母线保护。微机型母线保护具有中阻抗保护的所有功能, 通过对电流、电压及开关量进行数字化处理, 并根据一定的算法进行计算、判断和处理, 使二次回路得到很大改善, 保护的可靠性得到极大提高。
3 微机型母线保护
311 工作原理
母线差动保护由分相式比率差动元件构成, 差动回路包括母线大差回路和各母线小差回路, 母线大差是指母联和分断开关外所有支路电流构成的差回路, 母线小差是指该分段母线上所连接的所有支路(包括母联和分断开关) 电流所构成的差动回路, 对于双母线, 母线大差比率差动用于判别母线区内和区外故障, 小差比率差动用于故障母线的选择。
正常运行时及外部故障(CT 未饱和时) 各单元电流之和为零, 母线保护不动作。
在外部故障时(CT 完全饱和时) , 为防止母线保护在母线近端发生区外故障, TA 严重饱和情况下发生误动作, 根据TA 饱和波形特点设置了2个T A 饱和检测元件, 用以判别差动电流是否由区外饱和引起。如果是就闭锁差动保护出口, 否则开放保护出口。
内部故障时, 故障母线的电流通过有源元件流入故障点, 使选择元件及起动元件动作, 从而切除故障。312 对微机型母线差动保护的评价
a) 回路简单, 运行和维护方便。
b) 逻辑合理能自动识别, 从而实现各种功能。
c) 差动回路包括母线大差及各段线线小差回路, 不易误动。
d) 考虑到主变低压侧故障高压侧开关失灵时, 高压侧母线的电压闭锁灵敏度, 可选择主变支路跳闸时失灵保护不经电压闭锁, 以防拒动。
e) 差动元件动作出口, 必须相应母线的复合电压元件动作, 避免了非故障母线误动。
f) 具有通讯接口, 可方便地与监控系统互联, 完成信息远传, 实现自动化。
Primary Principle and Development Process of Duplicate -busbar
C urrent Differential Protection
WANG We-i hua 1, LIU Yun -feng 2, GUO Xiao -li 3
(11Shanxi Electric Power Research Institute, Taiyuan, Shanxi 030001, China;
21Jincheng Power Supply Company, Jincheng, Shanxi 048000, China;
31Taiyuan Power Supply Company, Taiyuan, Shanxi 030012, China)
Abstract:Busbar prot ection techniques in differ ent perio ds are intr oduced, and comparision amo ng those techniques ar e pr oposed. Besides, dev elo pment trend of busbar pro tection ar e analyzed, and cha racters and advantages o f micro computer busbar protection are put fo rw ard.
Key words:busbar protectio n; pr imary principle; develo pment process
第3期(总第147期)
2008年6月
山 西 电 力
SH A N XI EL ECT RI C P OW ER
No 13(Ser 1147)
Jun 12008
双母线电流差动保护的基本原理及发展过程
王为华1, 刘云峰2, 郭小丽3
(11山西电力科学研究院, 山西太原 030012; 21晋城供电分公司, 山西晋城 048000;
31太原供电分公司, 山西太原 030012)
摘要:介绍了不同时期母线保护采用的技术, 并进行了比较, 分析了母线保护技术的发展趋势, 阐述了母线微机保护技术的特点及其优越性。关键词:母线保护; 基本原理; 发展过程
中图分类号:TM 77 文献标识码:A 文章编号:1671-0320(2008) 03-0066-03
路器及连接在1母上元件的断路器均动作跳闸。同理区内母线2故障时, 将母联断路器及连接在2母
上元件的断路器动作跳闸。
11112 双母线完全电流差动保护的评价
双母线完全电流差动保护的优点是:
a) 接线比较简单, 调试方便, 运行人员易于掌握;
b) 当元件固定连接时, 母差保护有很好的选择性;
c) 当母联断路器断开时, 母线差动保护仍有选择能力; 在2组母线先后发生短路时, 母线差动保护仍能可靠的动作。
其缺点是:当元件固定连接方式破坏时, 若任1组母线上发生短路故障时, 就会将2组母线上的连接元件全部切除, 因此它适应运行方式变化的能力较差。
112 母联相位比较式母线差动保护11211 工作原理
总差动电流回路由母线上连接元件(不包括母
图1 原理接线图
1 双母线完全电流差动保护和母联相位比
较式保护
20世纪70至80年代, 双母线完全电流差动和母联相位比较式母线保护, 因其原理及二次接线简单等特点, 在电网上广泛应用。
111 元件固定连接的母线完全差动保护11111 工作原理(见图1)
双母线同时运行时, 将元件固定连接于2条母线上, 这种母线称为固定连接母线。其差动保护称
为固定连接方式的母线完全差动保护。
在正常运行及区外故障时, 启动元件KA, 选择元件KA1, KA2均无电流通过。区内母线1故障时, 启动元件KA, 选择元件KA1均有故障电流通过, 选择元件KA2的电流为零, 因此母联断
收稿日期:2008-01-05, 修回日期:2008-04-02作者简介:王为华(1963-) , 男, 山西榆社人, 2000年毕业于太
原理工大学计算机及应用专业, 工程师; 刘云峰(1978-) , 男, 山西晋城人, 2000年毕业于华北电力大学电气专业, 助理工程师; 郭小丽(1969-) , 女, 山西太原人, 1990年毕业于临汾电力技校输配电运行与检修专业。
联断路器) 的电流互感器的二次回路组成, 母联断路器的电流互感器的二次回路单独引出, 接入相位比较回路(见图2) 。
a 交流电流回路
2008年6月 王为华, 等:双母线电流差动保护的基本原理及发展过程
综述与专论
e) 运行方式改变后, 出口连片也必须做相应调整。
以上2种母差保护均为低阻抗保护, 然而低阻抗型母线差动保护中存在着一些原理及技术条件限制, 从电网发展看, 无论从性能上还是运行方面该保护越来越难以满足要求。尤其是作为超高压母线
b 电流相位比较回路内部接线
图2 母联相位差动保护回路原理接线图
的保护不能胜任, 超高压系统的短路容量大, 系统时间常数也较大, 当母线外部故障时, 故障线路的电流互感器会因短路电流中交流分量和直流分量过大而饱和, 从而在母线差动继电器中出现较大的不平衡电流, 由此可能引起母线保护的误动。如果采用高阻抗母线差动保护, 那么在母线内部故障时, 电流互感器二次侧可能出现高电压, 从而加速了电流互感器的饱和速度, 对继电器可靠工作不利。在20世纪90年代初由于微机母线差动保护还不成熟, 于是出现了中阻抗母线保护。
在总差动回路中接有保护装置的起动元件KD, 当母线范围内故障时它才能动作。选择元件是电流相位比较式继电器, 相位比较式继电器比较总差电流I d 和母联电流I m 的相位。电流相位比较继电器按幅值比较的方式构成, 可以双方向动作, 将比较相位的2个电流I d 和I m 转化为比较幅值的2个量&I d +I m &和&I d -I m &。
在正常运行情况下, KP1和KP2的2组线圈中通过电阻R 3和起动元件KD 的常闭接点, 都加入1个附加的制动电流, 使它处于闭锁状态, 仅当母线发生故障KD 动作后, 附加电流才消失, KP1和KP2将根据相位比较的结果而动作。
当Ñ母故障时, I m 与I d 同相位, &U 2&>&U 3&, KP1中的工作电流大于制动电流, 而KP2中的制动电流大于工作电流, 结果KP1动作, KP2不动作。当Ò母故障时, I m 与I d 相差180b , 因此&U 3&>&U 2&, KP2动作, KP1不动作。
当外部故障时, 差动回路中仅有不平衡电流, 起动元件不动作, 同时选择元件因起动元件不动作亦继续处于闭锁状态, 因此保护装置不动作。11212 母联相位比较式母线差动保护的评价
这种母线差动保护不要求元件固定连接于母线, 可大大提高母线运行方式的灵活性, 这是它的主要优点。
其缺点如下。
a) 正常运行时, 母联短路器必须投入运行。b) 当母线故障, 母线差动保护动作时, 如果母联短路器拒动, 将造成由非故障线路母线的连接元件通过母联断路器供给短路电流, 使故障不能切除。
c) 当母联断路器和母联断路器的电流互感器之间发生故障时, 将会切除非故障母线, 而故障母线反而不能切除。
d) 2组母线相继发生故障, 只能切除先发生故障的母线, 后发生故障的母线因这时母联断路器已跳闸, 选择元件无法进行相位比较而不能动作, 因而不能切除故障。
2 中阻抗母线差动保护
211 工作原理
中阻抗母线保护是带制动特性的中阻抗型母线差动保护, 这种保护的差动回路总电阻约2008左右, 因而也可以大大减小外部短路时进入继电器的不平衡电流, 与制动回路相配合可以保证保护的选择性, 其起动元件是1个具有比率制动特性的中阻抗型电流差动继电器, 解决了电流互感器饱和而引起的母线差动保护在区外故障时的误动问题, 保护装置是以电流瞬时值测量、比较为基础的。母线内部故障时, 保护装置的起动元件、选择元件先于电流互感器饱和前动作, 因此动作速度很快。
正常运行时及外部故障(CT 未饱和时) 各单元电流之和为零, 母线保护不动作。
在外部故障时(CT 完全饱和时) , 完全饱和的线路CT 的二次回路, 可由其总的绕线电阻来表示。此时由于制动的作用, 只要差动回路的电流等于总的输入电流某个固定百分数时, 动作和制动电压就处于平衡状态, 当大于这个百分数时就动作, 相反小于这个百分数时就不动作。
内部故障时, 故障母线的电流通过有源元件流入故障点, 这一电流足以使选择元件及起动元件动作, 从而切除故障。
212 对中阻抗母线差动保护的评价
a) 其选择元件是1个具有比率制动特性的中阻抗电流差动继电器, 解决了电流互感器饱和引起母线保护区外故障时的误动。
b) 双母并列运行时, 1组母线故障, 在任何情况下保护装置均具有高度的选择性。
综述与专论
山 西 电 力
2008年第3期
c) 双母并列运行2组母线相继故障, 保护装置能相继跳开2组母线以上的所有连接条件。d) 双母运行正常倒闸操作, 保护装置能可靠运行。
e) 双母线倒闸过程中发生母线内部故障, 若互联时保护切除2组母线上所有连接元件, 否则仍具有高度选择性。
f) 具有断路器失灵保护能力, 当失灵保护动作时, 首先以较短时间跳开母联及分段断路器, 然后再以较长时间跳开失灵断路器所在母线上的所有断路器, 当母联或分段断路器失灵时, 将跳开2组母线上所有连接元件。
g) 当发生死区故障时, 由母线保护及断路器失灵保护相继跳开2组母线所有连接元件。
中阻抗母线差动保护因其特有的优点在我国得到广泛应用, 但因复杂的二次切换回路(电流及逻辑) 全部依赖刀闸和切换继电器的辅助接点来实现, 无论任一环节出现问题都有可能造成母线保护的误动或拒动。因此, 发生故障的环节多, 几率高。另外, 由于母线保护不易停运, 复杂的保护回路给运行和维护带来许多不便。20世纪90年代中期虽经过执行反措和几次改进后有所好转, 事故仍时有发生。随着电力建设的高速发展, 电压等级的提高, 大规模的电厂、变电站特别是超高压的出现, 使得系统的稳定性越来越重要。因此, 母线保护的可靠性更显重要。随着计算机与网络通信技术的飞速发展, 微机型母线保护在20世纪90年代中后期蓬勃发展, 各种原理和模式的微机母线保护相继推出, 其中具有代表性的是集中式微机型母线保护。微机型母线保护具有中阻抗保护的所有功能, 通过对电流、电压及开关量进行数字化处理, 并根据一定的算法进行计算、判断和处理, 使二次回路得到很大改善, 保护的可靠性得到极大提高。
3 微机型母线保护
311 工作原理
母线差动保护由分相式比率差动元件构成, 差动回路包括母线大差回路和各母线小差回路, 母线大差是指母联和分断开关外所有支路电流构成的差回路, 母线小差是指该分段母线上所连接的所有支路(包括母联和分断开关) 电流所构成的差动回路, 对于双母线, 母线大差比率差动用于判别母线区内和区外故障, 小差比率差动用于故障母线的选择。
正常运行时及外部故障(CT 未饱和时) 各单元电流之和为零, 母线保护不动作。
在外部故障时(CT 完全饱和时) , 为防止母线保护在母线近端发生区外故障, TA 严重饱和情况下发生误动作, 根据TA 饱和波形特点设置了2个T A 饱和检测元件, 用以判别差动电流是否由区外饱和引起。如果是就闭锁差动保护出口, 否则开放保护出口。
内部故障时, 故障母线的电流通过有源元件流入故障点, 使选择元件及起动元件动作, 从而切除故障。312 对微机型母线差动保护的评价
a) 回路简单, 运行和维护方便。
b) 逻辑合理能自动识别, 从而实现各种功能。
c) 差动回路包括母线大差及各段线线小差回路, 不易误动。
d) 考虑到主变低压侧故障高压侧开关失灵时, 高压侧母线的电压闭锁灵敏度, 可选择主变支路跳闸时失灵保护不经电压闭锁, 以防拒动。
e) 差动元件动作出口, 必须相应母线的复合电压元件动作, 避免了非故障母线误动。
f) 具有通讯接口, 可方便地与监控系统互联, 完成信息远传, 实现自动化。
Primary Principle and Development Process of Duplicate -busbar
C urrent Differential Protection
WANG We-i hua 1, LIU Yun -feng 2, GUO Xiao -li 3
(11Shanxi Electric Power Research Institute, Taiyuan, Shanxi 030001, China;
21Jincheng Power Supply Company, Jincheng, Shanxi 048000, China;
31Taiyuan Power Supply Company, Taiyuan, Shanxi 030012, China)
Abstract:Busbar prot ection techniques in differ ent perio ds are intr oduced, and comparision amo ng those techniques ar e pr oposed. Besides, dev elo pment trend of busbar pro tection ar e analyzed, and cha racters and advantages o f micro computer busbar protection are put fo rw ard.
Key words:busbar protectio n; pr imary principle; develo pment process