母差保护讲稿.docx
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母差保护讲稿
母差保护
一：
总体结构
设立四套独立的计算机系统和人机接口，分别完成A、B、C三相差动保护、复合电压闭锁、人机接口功能。
电压闭锁
C相差动保护
B相差动保护
A相差动保护
WMH-800微机母线保护装置总体结构
ABC三相差动保护单元各自独立，分别完成各自的模拟量采集及转换、开关量输入、保护逻辑运算、信号及跳令的开出。
电压闭锁装置也是一个独立的单元，完成电压量的采集及转换、电压闭锁逻辑判断、信号及跳令的开出。
差动保护单元的跳令开出驱动继电器MCJ，电压闭锁单元的跳令开出驱动继电器YJ，MCJ和YJ的触点串联构成跳闸出口，从而完成保护功能并经电压闭锁有效防止误动。
人机接口完成对保护各单元的综合管理，比如各种报文的处理显示和发送，实现人机友好对话，作为监控系统的智能终端等。
组屏方案：
（一面屏方案，连结元件在24个以内）
单母线
一个半断路器接线（按两条单母线配置）
单母分段
双母线
双母单分段
注：
对于双母线及双母单分段，差动A箱面板装设有母线运行方式显示盘；对于单母线、一个半断路器接线、单母分段不需进行运行方式识别，差动A、B、C箱面板一致。
二：
保护配置
主要功能：
a.具有比例制动特性的分相瞬时值电流差动保护
b.复合电压闭锁
c.母联（分段）充电保护
d.母联过流保护（可选）
e.母联非全相保护（可选）
f.断路器失灵保护（可选）
g.母联失灵及死区保护
h.CT断线闭锁及告警
i.PT断线告警
装置辅助功能：
a.运行方式自动识别
b.CT饱和鉴别
c.定值的整定及CT变比的设置
d.交流电流及电压的实时监测及显示
e.开关量输入的实时监测
f.故障报告的显示及打印
g.事件报告的显示及打印
h.具有与发电厂、变电站自动化系统通信接口功能
i.具有完备的自检功能
1：
差动保护工作原理
差动保护设置大差及各段母线小差
大差：
作为小差的起动元件，用以区分母线区内外故障
小差：
作为故障母线的选择元件
大差，小差均采用具有比率制动特性的瞬时值电流差动算法，其动作方程为：
式中Id为某一时刻差动电流瞬时值，If为同一时刻制动电流瞬时值，K为比例制动系数，Idd为差动电流整定门坎。
注：
大差不包括母联电流，每段母线小差只包括各自所有连接单元电流。
制动电流也如此。
但如果母联代旁路时，则大差要计及旁路电流。
保护动作曲线如图所示:
差动保护动作曲线
大差及小差各自的保护范围如图所示：
双母线系统大差、小差保护范围
母差保护逻辑框图（以双母线方式I母为例）如下：
注：
对单母线（一倍半断路器）接线方式，不存在大差小差之分。
对单母分段接线方式，大差小差的概念及意义是与双母线一致的。
母线区内故障差动保护灵敏度及外部故障CT误差对差动保护的影响：
母线内部故障时，可能有电流流出母线，差动保护的灵敏度降低。
假设
母线内部故障示意图
流出母线的电流与总故障电流的比值为δ，如图所示。
（图中电流为二次电流值）要保证差动保护可靠动作，则有：
外部故障时，故障支路CT可能产生较大的误差而引起不平衡电流，假设故障支路CT误差为δ，如图所示。
（图中电流为二次电流值）
母线外部故障示意图
若保证差动保护不误动，则有：
由此可以看出给定比率制动系数K，要保证差动保护正常工作，内部故障时流出母线的电流和总电流的比值以及外部故障时允许故障支路CT误差值都有一极限值。
对应关系如下表：
制动系数
流出母线的电流比例δ（%）
允许CT误差δ（%）
0.3
53.8
46.2
0.4
42.8
57.2
0.5
33.3
66.7
0.6
25
75
0.7
17.6
82.4
0.8
11.1
88.9
由上表可知，母线内部故障有电流流出母线时差动保护的灵敏度有所降低，外部故障CT误差较大时对差动保护产生不利影响，但是，根据具体的系统可选取适当的比率制动系数，可确保差动保护的可靠安全运行，不会影响保护的整体性能。
双母线分裂运行时的保护考虑：
双母线分裂运行
双母线分裂运行时，装置自动修改大差制动系数，以保证在某些运行方式下，母线内部故障大差有足够的灵敏度。
双母线分裂运行如图中所示，K点故障时大差差动电流与制动电流之比为0.33,若整定的制动系数K大于0.33，大差在这种工况下将会拒动，所以保护在这种工况下将自适应地把大差的制动系数调整到0.3，保证差动保护动作以切除故障。
（只要双母线分裂运行，则系数K一律自动调整为0.3）
分裂运行有流出电流的情况：
如母线间的联络线？
2：
母联死区及母联断路器失灵保护（附属于差动保护及母联充电保护）
配置情况：
母联断路器两侧装设两组CT，交叉接线，不存在死区，差动保护不装设死区保护。
（此种情况下必须提非标，且工程设计Ⅱ母侧CT（计入Ⅰ母差动）接入交流回路第一路，Ⅰ母侧CT（计入Ⅱ母差动）接入所有元件交流回路之后）
母联断路器仅一侧装设CT，需装设死区保护（CT一般装于Ⅱ母侧）
母联死区保护原理：
母联跳位引入：
在双母线接线中，K点发生故障，对II母差动保护来说为外部故障，II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母母差动作跳开母联断路器后检测母联断路器的跳位开入，若有跳位开入，则封掉母联CT的电流，从而破坏II母电流平衡，加速II母差动动作，最终切除故障。
（判母联跳位的同时母线必须有压，母线无压不认母联跳位）
母联死区故障示意图
母联跳位不引入：
母联死区故障时自动按母联失灵处理
母联失灵保护原理：
母联失灵示意图如图中所示，I母线内部故障，I母差动保护动作，跳母联及I母所有连接元件，若母联断路器失灵，故障依然存在，延时（延时可整定，躲母联断路器跳闸时间），若大差动作且母联电流越限则跳开双母线上所有连接元件，最终切除故障。
母联失灵示意图
母联失灵及死区保护（无母联TWJ时）逻辑框图如下：
母联分裂运行情况：
隐患：
母联断路器断开即双母线分裂运行时，若母联隔离刀闸未拉开，而仅靠隔离刀闸进行方式识别，则母联为运行状态，母联死区故障时就会引起双母线相继跳闸。
双母线分裂运行母联死区故障如图，K点故障，I母为区内，I母差动动作跳I母，II母延时跳闸。
这样就扩大了停电范围。
解决方案：
为避免上述情况的发生，装置中引入母联断路器的辅助触点以判断母联断路器的投退情况，当母联断路器断开时，母联电流不计入小差的计算，这样K点故障相当于II母故障，II母差动动作跳开II母线以切除故障。
（需引入母联断路器辅助接点，且故障前母线必须有压，否则会判为充电）
验证：
若故障前母线无压，充电保护未投入，此时动作行为如何？
分裂运行方式下不再进行死区及母联失灵的判别。
双母线分裂运行母联死区故障
3：
母联（分段）充电保护（可投退）
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，利用充电保护切除故障。
自动投退
每一差动相接入两母线电压（如A相差动箱接入Ⅰ母、Ⅱ母UA，B相差动箱接入Ⅰ母、Ⅱ母UB，C相差动箱接入Ⅰ母、Ⅱ母UC）
投入条件：
一组母线无压（如A差动箱判任一母线UA无压），母联由无流变有流（>0.04In），开放充电保护5s
如充电闭锁母差投入，闭锁情况如下：
用本母线保护的母联充电保护，则充电投入期间闭锁母差保护500ms
不用本母线保护的母联充电保护，引入充电手合开入接点，充电手合开入接点闭合则闭锁母差保护，充电手合开入接点返回则开放母差保护，如充电手合开入接点一直闭合，最长闭锁母差时间为5s。
两组母线有压，不投充电保护
充电保护中含充电速断保护，当充电保护、充电速断保护皆投入，充电保护经无延时快速出口。
母联充电保护出口默认经电压闭锁，如果特别要求不经电压闭锁，则可在工程配置时实现。
母联充电保护的逻辑框图如下：
4：
断路器失灵保护（可选）
定义：
任一断路器失灵时，来自外部该元件的失灵启动接点启动失灵保护，失灵保护判出该元件所在母线，并经设定的延时时间切除母联和失灵元件所在的母线。
方式一：
方式一判电流
方式二：
方式二不判电流
跳闸方式：
第一时限跳母联及跟跳失灵单元开关
第二时限跳Ⅰ母或Ⅱ母（视失灵元件挂那一母线而定）
断路器失灵保护逻辑框图如下：
关于母联代旁路：
失灵保护组屏上留有1#元件（母联）的失灵启动开入，定值单中也设置了对应的电流定值Isl1。
这主要考虑的是母联代路的情况。
当用母联开关代旁路开关运行时可用1#的失灵判别逻辑来作为旁路开关失灵保护。
对于专用母联情况，母联失灵保护由母差保护自身实现，不需要引1#的失灵启动接点，Isl1也可以不整定。
断路器失灵保护组屏方案有三种：
一.和母线保护同组一面屏，作为母线保护的一个功能，与母线保护共出口回路；（可选择方式一或方式二）
二.单独组屏并加电流判断（采用方式一逻辑），硬件配置与WMH-800相同；
三.单独组屏不加电流判断（采用方式二逻辑），硬件配置包括失灵启动箱和电压闭锁箱各一。
失灵保护和母线保护同组一面屏：
（针对双母线及双母单分段）
受开入的影响，一般允许不超过16个联接元件。
通过非标设计，将主板的开入用上，可扩展到18个联接元件。
开入的分配：
扩展插件48路开入，16路为Ⅰ母隔刀，16路为Ⅱ母隔刀，16路为失灵开入；主板有16路开入，8路为硬压板投退，8路为其他，如母联位置、GPS对时等。
失灵单独组屏加电流判断，最多开入可用上60路，故可允许20个联接元件。
4：
母联过流保护（可选）
根据用户需要可设计成母联过流保护或者是旁路保护，当利用母联断路器作为线路（或旁路）的临时保护时可投入过流保护。
过流保护投入时，当任一相母联（或旁路）电流大于过流保护电流整定值，经整定延时跳母联（或旁路）开关。
过流保护出口不经复合电压闭锁。
5：
母联非全相保护（可选）
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断路器三相。
在母联非全相保护投入时，若母联三相TWJ状态不一致，且母联零序电流大于母联非全相电流定值，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。
母联非全相保护逻辑框图如下。
（断路器状态+零序电流）
：
6：
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。
本装置用软件实现母线运行方式的自动识别，A、B、C差动箱均引入隔离刀闸的辅助触点（并联），各自完成运行方式的自动识别，作为差动电流计算及出口跳闸的依据。
差动保护箱中由于引入了各自相的电流，可利用电流对隔离刀闸的辅助触点位置进行校核，若二者不一致，则发切换异常信号。
隔离刀闸辅助触点的状态通过装置面板的发光二极管指示。
运行方式字：
双母线系统
运行方式字（8421码表示）反映了双母线系统各连接元件与母线的连接情况。
如果某个连接元件投入母线，则该位为1，否则该位为0。
双母线系统各段母线均设有一运行方式字。
如图4-8所示双母线系统，I母、II母运行方式字如下：
运行方式字
L6
L5
L4
L3
L2
L1
L0
Ⅰ母线
0x0f
0
0
0
1
1
1
1
Ⅱ母线
0x71
1
1
1
0
0
0
1
注：
单母线（一倍半断路器接线）没有运行方式字，单母分段接线运行方式字是在设计时定死的，双母单分段接线方式比双母线接线方式多了一个三母运行方式字，运行方式字的形成模式是一样的。
隔离刀闸辅助触点识别运行方式：
隔离刀闸连接如图中所示，a、b为连接元件L的隔离刀闸，当L投入I母时，对应I母运行方式字该位为1，对应II母运行方式字该位为0；当L投入II母时，对应II母运行方式字该位为1，对应I母运行方式字该位为0；当L同时投入I、II母时（如倒闸过程中），对应I、II母运行方式字该位均为1。
当L退出运行时，对应I、II母运行方式字该位均为0。
隔离刀闸连接
电流平衡法校核运行方式字：
系统正常运行时，母线大差及各段母线小差都是平衡的，利用电流对隔离刀闸辅助触点识别的运行方式字进行校核。
若大差平衡而小差不平衡，则发“切换异常”信号告警。
当保护识别到有元件刀闸双跨时（母联除外），也发“切换异常”信号提示用户注意，防止因为光隔击穿而误识别为倒闸，若不能及时发现处理，真正发生故障时则会扩大停电范围。
7：
倒闸过程中差动保护逻辑
双母线系统，在倒闸过程中，当某一连接单元的两副刀闸同时闭合时，两条母线通过刀闸短接，成为单母线。
因此，当差动保护动作后，不再作故障母线的选择，而直接切除双母线上所有联接单元。
双母线系统在进行倒闸操作时，用户可能要求禁止跳母联断路器（去掉电源保险）。
从去除保险到两隔离刀闸同时闭合，时间可能较长，若此过程中母线发生故障，非故障母线只能靠母联失灵保护切除，增加了故障的切除时间。
装置设置了一个“倒闸过程中”（或称母线互联）压板，倒闸前投入此压板，即认为系统进入倒闸过程中。
倒闸结束后退出此压板。
若母联失灵延时系统可以接受，也可不用该压板。
（倒闸压板一投入，不管是否已倒闸，皆按倒闸处理，即按单母线处理，操作结束后一定要将倒闸压板解除）
8：
CT饱和检测
当母线外部发生故障特别是母线近端发生外部故障时，由于直流分量的影响，CT可能发生饱和，使CT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，差动保护就会误动，因此，在各种类型的母线差动保护中必须对CT饱和采取相应的闭锁措施。
根据分析，无论故障初始电流有多大在故障发生的初始阶段CT存在一个3-5ms线性传变区，在线性传变区内CT能正确传变一次电流，差动保护不会误动作；即使CT严重饱和时，电流过零点附近饱和CT仍存在一个线性传变区。
根据这一特性，利用CT饱和时波形的特点采用两种方案进行CT饱和判别：
同步识别：
同步识别法是利用母线外部故障时，由于故障初始CT未饱和，差动保护元件Id滞后于故障发生判别元件（ΔU和ΔIf）动作；而发生区内故障时，差动保护元件Id与故障发生判别元件（ΔU和ΔIf）同时动作。
谐波分析：
谐波分析法是利用CT饱和时差动电流的谐波特点进行饱和的判别
判出CT饱和后，闭锁差动保护一段时间，然后利用波形识别法来开放差动保护，以确保母线区外转区内故障时，差动保护能可靠动作。
9：
CT断线闭锁及告警
装置利用差流进行CT断线的判别。
系统正常运行时，大差以及各段母线小差为零。
当差流连续越限时即判为CT断线，闭锁断线相该段母线差动保护并发告警信号。
10：
电压闭锁元件
电压闭锁元件含母线各相低电压，负序电压，零序电压元件，各元件并行工作，构成或门关系。
零序电压判别元件使用的是外接开口三角电压，该电压的有效值显示和采样点打印均折算到相电压基准下，以方便与自产零序电压进行比较。
如现场无开口电压，也可不接，只是复压条件少一个。
11：
PT断线告警
PT断线判据为：
任意一相电压低于PT断线定值，或自产零序（3U0）或负序（3U2）电压大于7V，延时7s发PT断线信号。
三、母线保护与其它保护的配合
当线路上设置闭锁式高频保护，母线保护动作时为使对侧的高频保护装置动作跳开断路器，母线保护应使本侧的高频发信机停信。
当线路上设置其它纵联保护，同样原因，母线保护动作时应使对侧的保护装置动作跳开断路器。
如果不采用母线重合闸，母线保护动作时应将线路上的自动重合闸装置放电，以防止线路断路器对故障母线进行重合闸。
500kV高压变电站，当220kV侧母线发生故障跳闸而主变开关失灵，或220kV侧主变断路器开关失灵需跳开相应母线，此两种情况下母线保护动作均需启动该主变保护的跳另两侧（35kV侧和500kV侧）。
当主变发生低压侧故障或发变组非全相运行，需跳母线侧开关而此开关失灵，主变保护装置需解除母线失灵复合电压闭锁。
四：
工程设计一些注意事项
1：
双母线接线，母联两侧各装一CT，此种情况下必须提非标，且工程设计Ⅱ母侧CT（计入Ⅰ母差动）接入交流回路第一路，Ⅰ母侧CT（计入Ⅱ母差动）接入所有元件交流回路之后。
2：
双母单分段接线如下图，对母联的处理：
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号母线编号按上图中规定排序
CT极性指向母线编号小的一侧
CT编号也按上述编排，CT1规定为1号元件，CT2规定为2号元件，CT3规定为3号元件
3：
双母线的母联CT一般装于Ⅱ母侧，极性指向Ⅰ母，如有特殊情况必须提非标（如母联CT装于Ⅰ母侧）
4：
双母双分段如下图
按两段双母线配置，即配置两面屏，屏1母联为CT1，屏2母联为CT2，分段母联CT3、CT4对屏1、屏2来说为其中两个元件；若CT3、CT4极性指向屏1侧，则CT3、CT4对屏2来说必须反接。
任一面屏跳分段母联时需通知另一面屏。
5：
如有需要扩充的出口接点，如母线动作联跳某断路器等，则可将未用到的元件出口继电器用上。
如只有16个联接元件，则17~24号连接元件的出口继电器都可定义成扩充继电器。
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