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許繼電氣技術中心,,母線保護技術交流,2,母線的接線方式母線保護的重要性典型的母線保護方式母線保護與其它保護的配合提高母線保護可靠性的措施母線保護交流電流二次回路電流互感器的暫態(tài)特性斷路器失靈保護,提綱,3,母線的接線方式,母線是發(fā)電廠和變電站重要組成部分。母線又稱匯流排，是匯集電能及分配電能的重要設備。在母線上連接著發(fā)電廠和變電所的發(fā)電機、變壓器、輸電線路、配電線路和調相設備等。母線的接線方式種類很多。應根據(jù)發(fā)電廠或變電站在電力系統(tǒng)中的地位，母線的工作電壓，連接元件的數(shù)量及和設備投資等條件，選擇最適宜的接線方式。,4,母線的接線方式,單母線和單母分段母線單母線及單母線分段的接線方式如圖所示。單母線及單母線分段接線在圖中：QF1~QF4－出線斷路器；QF5－分段斷路器。在發(fā)電廠或變電站，當母線電壓為35~66KV、出線數(shù)較少時，可采用單母線接線方式；而當出線較多時，可采用單母線分段；對110KV母線，當出線數(shù)不大于4回線時，可采用單母線分段。,,5,母線的接線方式,單母線分段兼旁路,單母線旁路兼分段,單母線三分段,6,母線的接線方式,優(yōu)缺點單母線的接線簡單，占地少，投資少，但在母線檢修或發(fā)生短路故障時將使全廠或全所停電。分段單母線在檢修或發(fā)生短路時，仍可使大約一半的連接元件繼續(xù)運行。,,7,母線的接線方式,雙母線在大型發(fā)電廠或樞紐變電站，當母線電壓為110KV以上，出線在4回以上時，一般采用雙母線接線方式，如圖所示。雙母線在圖中：QF1~QF4－出線斷路器；QF5－母聯(lián)斷路器。,,,8,母線的接線方式,,,雙母線母聯(lián)兼旁路,雙母線旁路兼母聯(lián),9,母線的接線方式,,,雙母線母線兼旁路,10,母線的接線方式,優(yōu)缺點雙母線的操作和運行比較靈活可靠，目前國內(nèi)的110~220KV母線，大部分采用這種接線方式。很多情況下，將雙母線作為分段的單母線方式運行，當一組母線發(fā)生短路故障時，另一組母線仍可靠繼續(xù)工作。,,,11,母線的接線方式,角形母線出線回路不多的發(fā)電廠，其高壓母線可采用角形接線。如圖所示。在圖中：QF1~QF4－出線斷路器。在多角形母線接線方式中，在設計變壓器和線路的繼電保護時，通常將母線部分包括在變壓器和線路的保護范圍內(nèi)，因此在多角形接線的母線中，一般不裝設專門的母線保護。,,,12,母線的接線方式,3/2斷路器母線當母線故障時，為減少停電范圍，220kV及以上電壓等級的母線可采用3/2斷路器母線的接線方式。其接線如圖1-4所示。圖1-4斷路器母線接線方式在圖1-4中：QF1~QF6－出線斷路器。斷路器QF1~QF3組成一串；斷路器QF4~QF6組成另一串。QF2、QF5叫串中間斷路器。,,,13,母線的接線方式,優(yōu)缺點這種母線方式的可靠性高，一次回路操作靈活，任一組母線發(fā)生短路故障時不影響變電所的安全運行。但該母線方式所需的一次設備多，造價高，因此主要在超高壓變電所中推廣使用。,,,14,母線的接線方式,多分段母線在超高壓變電所或220kV出線回數(shù)較多的變電所中，為在母線發(fā)生短路故障時將停電范圍限制到最小，采用了多分段母線。如圖1-5所示。圖1-5四分段雙母線接線方式在圖1-5中：QF1~QF4－出線斷路器QF5~QF6－母聯(lián)斷路器QF7~QF8－分段斷路器,,,▲,15,母線的接線方式,優(yōu)缺點在任一段母線發(fā)生短路時，可將停電范圍限制到全部連接元件數(shù)的四分之一。但這種母線方式需要的一次設備多，造價較高。,,,16,母線保護的重要性,母線的短路故障母線的故障類型主要有單相接地故障，兩相接地短路故障及三相短路故障。兩相短路故障的幾率較少。據(jù)統(tǒng)計，母線短路故障類型的比例與輸電線路不同，在輸電線路的短路故障中，單相接地故障約占故障總數(shù)的80％以上。而在母線故障中，大部分故障是由絕緣子對地放電所引起，母線故障開始階段大多數(shù)表現(xiàn)為單相接地故障，而隨著短路電弧的移動，故障往往發(fā)展為兩相和三相接地短路。,,,17,母線保護的重要性,母線發(fā)生故障的原因是多方面的，并且與工作環(huán)境、運行和維護水平等都有關系。在母線上直接接有斷路器、隔離開關、電流和電壓互感器、避雷針、絕緣子等電氣設備，各電氣設備的損壞都有可能導致母線發(fā)生短路故障。例如：（1）絕緣子表面附著污穢和電解物質等，將使表面絕緣水平下降和漏電流增加。絕緣子表面電位分布不勻后，在雨、霧或污染的大氣條件下絕緣子即可發(fā)生閃絡。（2）由于絕緣老化、套管漏水等原因使電流互感器或電壓互感器發(fā)生損壞或爆炸，會釀成母線短路故障。（3）由于值班人員誤操作，造成帶地線合閘或帶負載拉開隔離開關等，將會引起母線發(fā)生短路故障。統(tǒng)計，由斷路器、隔離開關、電流和電壓互感器三者故障所占的百分比約占故障總數(shù)的60％以上。,,,18,母線保護的重要性,裝設母線保護的必要性當發(fā)電廠和變電站母線發(fā)生故障時，如不及時切除故障，將會損壞眾多電力設備及破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而造成全廠或全變電站大停電，乃至全電力系統(tǒng)瓦解。因此，設置動作可靠、性能良好的母線保護，使之能迅速檢測出母線故障所在并及時有選擇性的切除故障是非常必要的。對母線保護的要求與其他主設備保護相比，對母線保護的要求更苛刻。（1）高度的安全性和可靠性母線保護的拒動及誤動將造成嚴重的后果。母線保護誤動將造成大面積停電；母線保護的拒動更為嚴重，可能造成電力設備的損壞及系統(tǒng)的瓦解。（2）選擇性強、動作速度快母線保護不但要能很好地區(qū)分區(qū)內(nèi)故障和外部故障，還要確定哪條或哪段母線故障。由于母線影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，盡早發(fā)現(xiàn)并切除故障尤為重要。,,,19,母線保護的重要性,母線保護的裝設原則（1）對發(fā)電廠和變電所的35～110kV電壓的母線，在下列情況下應裝設專用的母線保護※110kV雙母線?！?10kV單母線，重要發(fā)電廠或110kV以上重要變電所的35～66kV母線，需要快速切除母線上的故障時※35～66kV電網(wǎng)中，主要變電所的35～66kV雙母線或分段單母線需要快速而有選擇的切除一段或一組母線上故障，以保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和可靠供電時。（2）對220～500kV母線，應裝設能快速有選擇動作地切除故障的母線保護。對一個半斷路器接線，每組母線宜裝設兩套母線保護。（3）對發(fā)電廠和主要變電所的3～10kV分段母線及并列運行的雙母線，一般可由發(fā)電機和變壓器的后備保護實現(xiàn)對母線的保護。在下列情況下，應裝設專用的母線保護：※需快速而有選擇地切除一段或一組母線上的故障，以保證發(fā)電廠和電網(wǎng)安全運行和重要負荷的可靠供電時?！斁€路斷路器不允許切除線路電抗器前的短路時。,,,20,典型的母線保護方式,在母線保護中最主要的是母差保護母差保護的基本原則為：（1）幅值上看：正常運行和區(qū)外故障時，即∑I＝0母線故障時，Iout＝0，動作。（2）相位上看：正常運行和區(qū)外故障時，流入、流出電流反相位；母線故障時，流入電流同相位。若按母差保護差動回路中的阻抗(（從TA二次向差動繼電器看過來的等效電阻)分類，可分為高阻抗母差保護、中阻抗母差保護和低阻抗母差保護。低阻抗母差保護通常叫做電流型母線差動保護。根據(jù)動作條件分類，電流型母線差動保護又可分為電流差動式母差保護、母聯(lián)電流比相式母差保護及電流相位比較式母差保護。,,,21,電流差動式母線保護,母線的完全差動保護和不完全差動保護（1）母線的完全差動保護是將母線上所有的各連接元件的電流互感器按同名相、同極性連接到差動回路，電流互感器的特性與變比均應相同，若變比不同時，可采用補償變流器進行補償，滿足。（2）母線的不完全差動保護只需將連接于母線的各有電源元件上的電流互感器接入差動回路，無電源元件上的電流互感器不接入差動回路。因此在無電源元件上發(fā)生故障，它將動作。電流互感器不接入差動回路的無電源元件是電抗器或變壓器。,22,電流差動式母線保護,元件固定連接的雙母線電流差動保護為提高供電的穩(wěn)定性，常采用雙母線同時運行的方式。按一定要求將引出線和有電源的支路固定聯(lián)于兩條母線上——固定連接母線。任一母線故障時，只切除聯(lián)于該母線上的元件，另一母線可以繼續(xù)運行，從而縮小了停電范圍，提高了供電可靠性，此時需要母線差動保護具有選擇故障母線的能力。構成和作用原理圖1-6母線區(qū)內(nèi)和區(qū)外短路時電流的分布,,23,元件固定連接的雙母線電流差動保護,圖1-7雙母線電流差動保護的直流回路三部分組成：①1CT、2CT、6CT和1CJ——用于選擇母線Ⅰ的故障②3CT、4CT、5CT和2CJ——用于選擇母線Ⅱ的故障③完全差動保護1~6CT和3CJ——整套保護的啟動元件,,,24,元件固定連接的雙母線電流差動保護,原理：①正常運行或區(qū)外故障時由上圖電流分布情況可知：1CJ、2CJ、3CJ中均為不平衡電流，保護不動作②區(qū)內(nèi)故障時，例如母線Ⅰ故障，見上圖紅色電流分布情況可見：1CJ、3CJ中流入全部短路電流，所以1CJ、3CJ啟動，跳開1DL、2DL和5DL；2CJ中為不平衡電流，不動，所以母線Ⅱ仍可繼續(xù)運行。當母線Ⅱ故障時，分析同上。2CJ、3CJ起動，跳開3DL、4DL、和5DL，母線Ⅰ繼續(xù)運行。固定連接破壞時母線保護的特點例線路1由母線Ⅰ切換到母線Ⅱ，因二次回路不能隨之切換，所以外部短路時，1CJ、2CJ中有較大的差動電流而誤動，但3CJ仍流過不平衡電流，不會誤動。區(qū)內(nèi)短路時，1CJ、2CJ都可能動作，3CJ動作，所以兩條母線都可能切除。,,,25,元件固定連接的雙母線電流差動保護,該保護的優(yōu)缺點優(yōu)點：能快速而有選擇性的切除母線故障；缺點：當固定連接破壞時，不能選擇故障母線，限制了系統(tǒng)運行調度的靈活性。,,,26,母聯(lián)電流比相式母線保護,固定連接母線的差動保護的改進。比較母聯(lián)中電流與總差電流的相位作為故障母線的選擇元件?；鶞柿浚嚎偛铍娏?，相位不變，同時為故障啟動元件?？梢姡还苣妇€上元件如何連接，只要母聯(lián)中有電流流過，則能選擇出故障母線，無固定連接的要求。這是它的優(yōu)點。,,①Ⅰ母線發(fā)生故障時，母聯(lián)中電流方向從Ⅱ母線流向Ⅰ母線②Ⅱ母線發(fā)生故障時，母聯(lián)中電流方向從Ⅰ母線流向Ⅱ母線，兩種情況下電流相位變化180。,27,母聯(lián)電流比相式母線保護,,母聯(lián)電流比相式保護方式主要缺點若兩段母線分列運行時，母線保護將失去選擇故障母線的能力。當兩段母線發(fā)生先后短路時，母線保護將不能切除第二段母線的短路故障。,28,電流相位比較式母線保護,原理的提出為提高母線保護運行的靈活性而提出。母線保護的起動元件動作電流必須避越外部短路時的最大不平衡電流。這在電力系統(tǒng)的運行方式變化很大時，往往不能滿足靈敏度的要求。如設母線上各連接元件的電流為、、…，則正常運行或外部發(fā)生短路時，根據(jù)基爾霍夫定律可知在上式中將，則有由此可知，當?shù)趎個連接元件發(fā)生外部短路時，它的電流在數(shù)值上與第1至n-1個連接元件的聯(lián)留之和相等，相位相反。因此利用后一個條件，即利用電流相位的關系，同樣可以實現(xiàn)母線保護。,,,29,電流相位比較式母線保護,為提高母線保護運行的靈活性而提出（a）(b)(c)母線外部和內(nèi)部短路時電流的分布正常運行或者故障時（如圖b所示）：母線故障時（如圖c所示）：即：利用比相元件比較各元件的相位，便可判斷區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障。,,,30,電流相位比較式母線保護,單相方框圖從每個連接元件的CT引出三相電流，經(jīng)電壓形成回路分別送入各相的小母線，每相的小母線分別送至本相的比較回路。延時回路的作用是從時間上躲開外部短路時出現(xiàn)的相位誤差，脈沖展寬回路的作用是使出口繼電器可靠動作。特點：①只與電流相位有關，而與電流的幅值大小無關②不需考慮不平衡電流的影響，提高了靈敏度③不要求采用同型號和同變比的CT，增加了使用的靈活性。,,,,,,,,31,電流相位比較式母線保護,,,,,,,,電流相位比較式保護方式主要缺點在3/2斷路器或環(huán)形母線接線中，當發(fā)生母線短路時，由于某些連接元件的電流可能從母線流向線路，使保護拒動。所以在沒有對母線短路電流流出母線采取措施的情況下，不能用電流相位比較式保護方式。母線倒閘操作時若發(fā)生母線故障，由于母聯(lián)開關的電流方向不能確定，有一段母線保護將會發(fā)生拒動。采取的措施是當在母線倒閘操作時，要求設一套總差動電流繼電器，此時發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時先跳開母聯(lián)斷路器。,32,中阻抗式母線保護,所謂中阻抗母差保護，是指差流回路的阻抗較大的母差保護。該類保護的特點是動作速度快，躲故障時TA飽和的能力強。差動繼電器原理接線及工作原理每一條母線上的中阻抗母差元件，由三個分相差動繼電器構成。設某條母線上只有二個出線單元，其一相差動繼電器的原理接線如圖所示。,,33,中阻抗式母線保護,在圖中：T1、T2－輔助變流器；TM－升流變流器；GLJ－TA斷線告警元件，監(jiān)視差回路的不平衡電流；Rc－差回路附加電阻；Rd－TM二次動作電流回路電阻；Id－動作電流；Ud－動作電壓；Rs/2－制動回路電阻；Us－制動電壓；Ks－啟動元件；KD－動作元件。,,34,中阻抗式母線保護,輔助變流器T1及T2的作用是：強弱電隔離、降低電流值及各支路調平衡。強弱電氣隔離可提高繼電器的抗干擾能力；降低電流值后可使電流回路中各元件的容量及體積減??；當母線各連接單元TA變比不同時，可改變各輔助變流器的變比，使其二次輸出電流平衡。TM及Rc共同使差動回路呈現(xiàn)中阻抗。繼電器的工作原理如下：在正常工況下或外部故障TA不飽和時，設兩出線單元上的電流I1、I2的流向上圖所示，則輔助變流器T1二次電流由T1二次非極性端流出，經(jīng)升流器TM的一次、GLJ元件、Rc電阻、Rs/2電阻、二極管D1流回T1二次的極性端；輔助變流器T2的二次電流由T2二次極性端流出，經(jīng)二極管D2、Rs/2電阻、電阻Rc、GLJ元件、TM一次回到T2的非極性端。此時，由于電流與大小相等、方向相反，故差回路的電流等于零，啟動元件Ks及動作元件KD不會動作。,,,,35,中阻抗式母線保護,當母線上發(fā)生故障時，出線單元上電流的流向將發(fā)生變化，由流出母線變成流入母線，從而使電流的流向發(fā)生變化。此時，與方向相同，在繼電器差回路中出現(xiàn)很大的電流。該電流流過升流器TM，產(chǎn)生動作差流Id及動作電壓Ud，從而使啟動元件Ks及動作元件KD同時動作，繼電器出口及差動保護動作。需要說明的是：啟動元件Ks是否動作只由差流Id的大小決定，而動作元件動作情況不但決定于Id的大小，而且還與制動電壓Us的大小有關。Id決定于及的向量和，而Us決定于及絕對值的和。,,,,36,中阻抗式母線保護,動作方程啟動元件的動作方程動作元件的動作方程式中：Ij－為第j個連接元件的電流；IIop－啟動元件的動作電流；Ihop－動作元件的最小動作電流；S－比率制動系數(shù)。,,,,,,37,中阻抗式母線保護,根據(jù)以上兩式并考慮到不可能大于，繪出的中阻抗保護動作特性如圖所示。圖中：Id－為差電流；S－制動系數(shù)；Ires－制動電流；在圖中，直線C為動作元件上限的邊界線；直線B為動作元件的動作邊界線；直線A為啟動元件的動作邊界線；陰影部分為動作區(qū)。直線C的方程為=，其斜率等于1?？梢钥闯鲋本€C的上方為無意義區(qū)。,,,,,,,38,中阻抗式母線保護,影響比率制動系數(shù)的因素所謂動作元件的比率制動系數(shù)，指的是曲線B的斜率，即。由圖可以看出，若不計動作元件動作門坎（即最小動作電流Ihop）的影響，KD處于臨界動作狀態(tài)的條件是動作電壓＝制動電壓，即Ud=Us。設動作元件處于臨界動作時外加電流為IT，則制動電壓而動作電壓式中NTM－升流變流器的變比則制動系數(shù)可以看出：制動系數(shù)S由繼電器回路的參數(shù)Rd、Rs及NTM決定。,,,,,,,,39,中阻抗式母線保護,差動TA飽和的影響（1）區(qū)外故障TA飽和設故障點在圖中的K點，線路L1上的差動TA嚴重飽和。在故障發(fā)生的瞬間，TA不會立即飽和，此時的工況與外部故障TA不飽和工況完全相同，差動繼電器不會動作。待TA飽和之后，其二次電流及輔助電流互感器T1的二次電流近似等于零。由于線路TA飽和其勵磁阻抗很小，致使電流互感器內(nèi)阻近似等于零，相當于將輔助變流器一次短路，使其內(nèi)阻也為零。由于差動繼電器差動回路串有較大的電阻，輔助變流器T2二次電流的流經(jīng)變成：由T2極性端出，經(jīng)二極管D2、RS/2電阻、二極管D1、輔助變流器T1二次極性端、輔助變流器T1非極性端，流回輔助變流器T2非極性端。此時，差動回路無差流，保護不會動作?？梢钥闯觯瑓^(qū)外故障時差動TA飽和越嚴重，差動繼電器越可靠不動作。,,,,,,,,40,中阻抗式母線保護,綜上所述，中阻抗母差保護抗TA飽和原理是：TA不飽和時，其內(nèi)阻很大，比差動繼電器差回路中的阻抗大得多，其他TA二次電流不會流經(jīng)不飽和TA的二次；TA飽和時其內(nèi)阻大大降低，由于差動繼電器差回路電阻大，使非飽和TA二次電流的流經(jīng)發(fā)生了變化：不再經(jīng)差動繼電器的差回路流動，而是經(jīng)飽和TA二次（輔助變流器二次）形成回路，故使差動繼電器的差流很小，保護不動作。（2）區(qū)內(nèi)故障TA飽和中阻抗保護的另一特點是動作速度快，內(nèi)部故障后3~5ms之內(nèi)，動作元件KD及啟動元件Ks動作并將動作狀態(tài)記憶下來，從而確保母差保護可靠跳閘。綜上所述，中阻抗母差保護從原理上不受TA飽和的影響。分析表明：若區(qū)外故障TA處于某一淺飽和狀態(tài)或TA二次與輔助TA之間的聯(lián)系阻抗較大時，差動保護有可能會誤動。因此，應注意繼電器中各參數(shù)的選擇。,,,,41,中阻抗式母線保護,邏輯框圖為防止差動TA二次回路斷線母差保護誤動，保護裝置中設置有TA斷線報警及閉鎖差動出口元件；為防止出口中間繼電器誤動或維護人員誤碰中間繼電器出口接點致使誤跳斷路器，裝置中設置有快速復合電壓閉鎖元件。中阻抗差動保護動作邏輯框圖如圖所示。,,,,,,,,,42,中阻抗式母線保護,由圖可以看出，當差動保護中某一相差動繼電器的啟動元件及動作元件同時動作后，啟動“或門”回路，“或門”回路動作后將動作狀態(tài)自保持，同時啟動“與門”回路，此時，如果復合電壓閉鎖元件滿足動作條件，保護動作去跳各路斷路器。如果差動TA二次回路發(fā)生開路或斷線，TA斷線閉鎖元件將全套保護閉鎖。復合電壓閉鎖元件中阻抗母差保護的復合電壓閉鎖元件，由低電壓元件、負序電壓元件及零序電壓元件構成。,,,,43,高阻抗式母線保護,高阻抗母差保護是在差動回路中串接一阻抗值很大（約2.5~7.5KΩ）的電壓繼電器而構成，故將該母差保護稱之為電壓型母差保護。該保護的特點是動作速度快，區(qū)外故障TA飽和時不會誤動。原理接線及工作原理在圖中：QF1~QF3－出線斷路器；LH1~LH3－出線電流互感器；YJ－電壓繼電器。設在正常工況下，設電流I1由母線流出，而電流I2、I3流入母線，則根據(jù)克希荷夫定律知I1＝I2+I3,,44,高阻抗式母線保護,其等值電路如圖所示。,,,在圖中：ZM1－電流互感器LH1的勵磁阻抗；ZM2－電流互感器LH2及LH3的等值勵磁阻抗；ZYJ－電壓繼電器的阻抗；Z1、Z2－分別為互感器LH1及LH2、LH3二次通過電纜與繼電器YJ連接阻抗及等值連接阻抗。,45,高阻抗式母線保護,根據(jù)戴維南定理，上圖可以簡化成一個等值電流源I∑及一個等值阻抗Z∑。等值電流源I∑為將上圖中m、n兩點短路時流過該兩點的電流，等值阻抗Z∑為將m、n兩點之間開路的，該兩點之間的輸入阻抗。,,,,,由于電壓繼電器的阻抗很大，其兩端的電壓討論：當LH1、LH2及LH3的特性完全相同（勵磁特性相同）及由其二次至電壓繼電器的電纜連接阻抗相同，則，。代入上式得。即繼電器上無電壓，保護不動作。當外部故障差動TA不飽和時，可得出與上述相同的結論。,,,,,46,高阻抗式母線保護,上述結論的物理意義是：在正常工況及外部故障TA不飽和時，當各差動TA的特性完全相同及各TA二次與電壓繼電器之間的連接阻抗也完全相同時，某支路電流或某幾支路電流之和與其他支路電流之和大小相等、方向相反，流入差動繼電器的電流等于零，這相當于某一支路或某幾支路的TA二次電流流經(jīng)其他TA的二次繞組。當區(qū)外故障某一差動TA飽和時，該飽和TA勵磁阻抗降低到很小，此時，非飽和的所有TA二次電流均流經(jīng)飽和TA的二次形成回路，而不會流經(jīng)電壓繼電器的線圈，繼電器不會動作。區(qū)內(nèi)故障TA不飽和時，所有TA二次電流均將流過差動繼電器，產(chǎn)生很高的電壓，差動保護動作。而當區(qū)內(nèi)故障某一差動TA飽和時，由于TA飽和需經(jīng)3~5ms的延時，而在故障后TA開始飽和之前差動繼電器已經(jīng)動作并予以記憶，因此，不受TA飽和的影響。,,,47,高阻抗式母線保護,高阻抗保護的優(yōu)缺點：高阻抗母差保護的優(yōu)點是：接線簡單，選擇性好，動作快及不受TA飽和的影響。其缺點是：要求各TA的型號變比完全相同，并且還要求各TA的特性及二次負載要相同；由于差回路的阻抗很高，區(qū)內(nèi)故障時TA二次將出現(xiàn)很高的電壓。因此，要求TA二次電纜及其他部件的絕緣水平要高。,,,▲,48,微機電流型差動保護,目前，微機電流型母差保護在國內(nèi)各電力系統(tǒng)中得到了廣泛應用。作用原理及邏輯框圖微機電流型母差保護的作用原理是………………（1-1）式中：n－正整數(shù)；－母線所連第j條出線的電流。即母線正常運行及外部故障時流入母線的電流等于流出母線的電流，各電流的的向量和等于零。當母線上發(fā)生故障時………………（1-2）保護動作。式中：－差動元件的動作電流；的物理意義同式（1-1）。,,,,,,,49,微機電流型差動保護,母線差動保護，主要由三個分相差動元件構成。另外，為提高保護的動作可靠性，在保護中還設置有啟動元件、復合電壓閉鎖元件、TA二次回路斷線閉鎖元件及TA飽和檢測元件等。對于單母線分段或雙母線的母差保護，每相差動保護由兩個小差元件及一個大差元件構成。大差元件用于檢查母線故障，而小差元件選擇出故障所在的哪段或哪條母線。,,,,,,,,50,微機電流型差動保護,雙母線或單母線分段一相母差保護的邏輯框圖如圖所示,,,,,,,,由圖可以看出：當小差元件、大差元件及啟動元件同時動作時，母差保護保護出口繼電器才動作；此外，只有復合電壓元件也動作時，保護才能去跳各斷路器。如果TA飽和鑒定元件鑒定出差流越限是由于TA飽和造成時，立即將母差保護閉鎖。,51,微機電流型差動保護,小差元件小差元件為某一條母線的差動元件，其引入電流為該條母線上所有連接元件TA二次電流。（1）動作方程小差元件的動作方程為…………………（1-3）式中：n－其值為正整數(shù)；－為接母線的第j個連接單元TA的二次電流；S－比率制動系數(shù)，其值小于1；－小差元件的啟動電流。,,,,,,52,微機電流型差動保護,（2）動作特性根據(jù)式（1-3）的動作方程，繪制出的動作特性曲線如圖所示。在圖中：Id－差動電流Ix－制動電流－整定的動作曲線與軸的夾角－動作特性曲線的上限與Is軸的夾角，即＝時動作特性曲線與Ix軸的夾角，顯然，=45，或.由圖可以看出，母線小差元件的動作特性為具有比率制動的特性曲線。由于不可能大于，故差動元件不可能工作于=45曲線的上方。因此將=45曲線的上方稱之無意義區(qū)。,,,,,,,,,,,,,,,,,53,微機電流型差動保護,大差元件接入大差元件的電流為二條（或二段）母線所有連接單元（除母聯(lián)之外）TA的二次電流。大差元件的動作方程及動作特性曲線與小差元件相似。不同之處是大差元件比率制動系數(shù)有兩個，即有高定值和低定值，當雙母線母聯(lián)斷路器或單母線分段的分斷路器斷開運行時，采用比率制動系數(shù)取低定值。而小差元件則固定取比率制動系數(shù)高定值。,,,,,,54,微機電流型差動保護,TA飽和鑒定元件母線出線故障時TA可能飽和。某一出線元件TA的飽和，其二次電流大大減少（嚴重飽和時TA二次電流等于零）。為防止區(qū)外故障時由于TA飽和母差保護誤動，在保護中設置TA飽和鑒別元件。（1）TA飽和時二次電流的特點及其內(nèi)阻的變化理論分析及錄波表明：TA飽和時其二次電流有如下幾個特點：在故障發(fā)生瞬間，由于鐵芯中的磁通不能躍變，TA不能立即進入飽和區(qū)，而是存在一個時域為3~5ms的線性傳遞區(qū)。在線性傳遞區(qū)內(nèi)，TA二次電流與一次電流成正比。TA飽和之后，在每個周期內(nèi)一次電流過零點附近存在不飽和時段，在此時段內(nèi)，TA二次電流又與一次電流成正比。TA飽和后其勵磁阻抗大大減小，使其內(nèi)阻大大降低，嚴重時內(nèi)阻等于零。TA飽和后，其二次電流偏于時間軸一側，致使電流的正、負半波不對稱，電流中含有很大的二次和三次諧波電流分量。,,,,,,,,,,55,微機電流型差動保護,（2）TA飽和鑒別元件的構成原理目前，在國內(nèi)廣泛應用的母差保護裝置中，TA飽和鑒別元件均是根據(jù)飽和后TA二次電流的特點及其內(nèi)阻變化規(guī)律原理構成的。在微機母差保護裝置中，TA飽和鑒別元件的鑒別方法主要是同步識別法及差流波形存在線性傳變區(qū)的特點；也有利用諧波制動原理防止TA飽和差動元件誤動的。（I）同步識別法當母線上發(fā)生故障時，母線電壓及各出線元件上的電流將發(fā)生很大的變化，與此同時在差動元件中出現(xiàn)差流，即電壓或工頻電流的變化量與差動元件中的差流是同時出現(xiàn)。當母差保護區(qū)外發(fā)生故障某組TA飽和時，母線電壓及各出線元件上的電流立即發(fā)生變化，但由于故障后3~5msTA磁路才會飽和，因此，差動元件中的差流比故障電壓及故障電流晚出現(xiàn)3~5ms。在母差保護中，當故障電流（即工頻電流變化量）與差動元件中的差流同時出現(xiàn)時，認為是區(qū)內(nèi)故障開放差動保護；而當故障電流比差動元件中的差流出現(xiàn)早時，即認為差動元件中的差流是區(qū)外故障TA飽和產(chǎn)生的，立即將差動保護閉鎖一定時間。將這種鑒別區(qū)外故障TA飽和的方法稱作同步識別法。,,,,,,,,,,56,微機電流型差動保護,（II）自適應阻抗加權抗飽和法在該方法中，采用了工頻變化量阻抗元件。所談的變化量阻抗，是母線電壓的變化量與差回路中電流變化量的比值。當區(qū)外發(fā)生故障時，母線電壓將發(fā)生變化，即出現(xiàn)了工頻變化量電壓；當TA飽和之后，差動元件中出現(xiàn)了差流，即出現(xiàn)工頻變化量差流。出現(xiàn)了工頻變化量阻抗。而當區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時，母線電壓的變化與差動元件中差流的變化與阻抗的變化將同時出現(xiàn)。所謂自適應阻抗加權抗飽和法的基本原理實際也是同步識別法原理，也就是故障后TA不會立即飽和原理。在采用自適應阻抗加權抗飽和法的母差保護裝置中，設置有工頻變化量差動元件、工頻變化量阻抗元件及工頻變化量電壓元件。當發(fā)生故障時，如果差動元件、電壓元件及阻抗元件同時動作，即判為母線上故障，開放母差保護；如果電壓元件動作在先而差動元件及阻抗元件后動作，即判為區(qū)外故障TA飽和，立即將母差保護閉鎖。,,,,,,,,,,57,微機電流型差動保護,（III）基于采樣值的重復多次判別法采用同步識別法或自適應阻抗加權抗飽和法的TA飽和鑒別方法，只適用于故障瞬間。上述方法只能將母差保護暫短閉鎖，否則，當區(qū)外故障轉區(qū)內(nèi)故障時，將致使母差保護拒絕動作。在微機型母差保護中，是將同步識別法（或自適應阻抗加權法）與基于采樣值的重復多次判別法相結合構成TA飽和鑒別元件。基于采樣值的重復多次判別法是：若在對差流一個周期的連續(xù)R次采樣值判別中，有S次及以上不滿足差動元件的動作條件，認為是外部故障TA飽和，繼續(xù)閉鎖差動保護；若在連續(xù)R次采樣值判別中有S次以上滿足差動元件的動作條件時，判為發(fā)生區(qū)外故障轉母線區(qū)內(nèi)障，立即開放差動保護。該方法實際是基于TA一次故障電流過零點附近存在線性傳變區(qū)原理構成的。,,,,,,,,,,58,微機電流型差動保護,（IV）諧波制動原理TA飽和時差電流的波形將發(fā)生畸變，其中含有大量的諧波分量。用諧波制動可以防止區(qū)外故障TA飽和誤動。但是，當區(qū)內(nèi)故障TA飽和時，差電流中同樣會有諧波分量。因此，為防止區(qū)內(nèi)故障或區(qū)外故障轉區(qū)內(nèi)故障TA飽和使差動保護拒動，必須引入其他輔助判據(jù)，以確定是區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障。利用區(qū)外故障TA飽和后在線性傳變區(qū)無差流方法，來區(qū)別區(qū)內(nèi)、外故障，而利用諧波制動防止區(qū)外故障誤動。試驗表明，該方法是優(yōu)異的抗TA飽和方法。,,,,,,,,,,59,微機電流型差動保護,復合電壓閉鎖元件前已述及，母差保護是電力系統(tǒng)的重要保護。母差保護動作后跳斷路器的數(shù)量多，它的誤動可能造成災難性的后果。為防止保護出口繼電器誤動或其他原因誤跳斷路器，通常采用復合電壓閉鎖元件。只有當母差保護差動元件及復合電壓閉鎖元件均動作之后，才能作用于去跳各路斷路器。(1)動作方程及邏輯框圖在大電流系統(tǒng)中，母差保護復合電壓閉鎖元件，由相低電壓元件、負序電壓及零序過電壓元件組成。其動作方程為式中：UΦ－相電壓（TV二次值）；3U0－零序電壓，在微機母差保護中，利用TV二次三相電壓自產(chǎn)；U2－負序相電壓（二次值）；Uop－低電壓元件動作整定值；U0op－零序電壓元件動作整定值；U2op－負序電壓元件動作整定值。,,,,,,,60,微機電流型差動保護,復合電壓元件邏輯框圖如圖所示可以看出：當?shù)碗妷涸?、零序過電壓元件及負序電壓元件中只要有一個或一個以上的元件動作，立即開放母差保護跳各路開關的回路。（2）閉鎖方式為防止差動元件出口繼電器誤動或人員誤碰出口回路造成的誤跳斷路器，復合電壓閉鎖元件采用出口繼電接點的閉鎖方式，即復合電壓閉鎖元件各對出口接點，分別串聯(lián)在差動元件出口繼電器的各出口接點回路中。跳母聯(lián)或分段斷路器的回路可不串復合電壓元件的輸出接點。,,,,,,,,61,母線保護與其它保護的配合,,,當線路上設置閉鎖式高頻保護，母線保護動作時為使對側的高頻保護裝置動作跳開斷路器，母線保護應使本側的高頻發(fā)信機停信當線路上設置其它縱聯(lián)保護，同樣原因，母線保護動作時應使對側的保護裝置動作跳開斷路器。如果不采用母線重合閘，母線保護動作時應將線路上的自動重合閘裝置放電，以防止線路斷路器對故障母線進行重合閘。500kV高壓變電站，當220kV側母線發(fā)生故障跳閘而主變開關失靈，或220kV側主變斷路器開關失靈需跳開相應母線，此兩種情況下母線保護動作均需啟動該主變保護跳另兩側（35kV側和500kV側）。當主變發(fā)生低壓側故障或發(fā)變組非全相運行，需跳母線側開關而此開關失靈，主變保護裝置需解除母線失靈復合電壓閉鎖。,▲,62,提高母線保護可靠性的措施,母差保護的誤動及拒絕動作，都將造成嚴重后果。因此，為確保電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行，提高母差保護的動作靈敏度及動作可靠性是非常必要的。TA斷線閉鎖目前，對于大型發(fā)電機及變壓器，為了設備及人身的安全，差動TA斷線后不應閉鎖差動保護。與大型發(fā)電機及變壓器相比，母線出線TA的變比要小得多。例如200MW機組TA的變比為12000/5＝2400，高壓母線出線上TA的變比通常為600/1或1200/1，相差2~4倍；500KV出線TA的變比將更小。相對而言，TA的變比越小，二次回路開路的危害越小。又由于母差保護的誤動可能造成嚴重的后果，在母線保護裝置中設置有TA斷線閉鎖元件，當差動TA斷線時，立即將母差保護閉鎖。,,,63,提高母線保護可靠性的措施,（1）TA二次回路斷線判別在微機母差保護裝置中，一般采用系統(tǒng)無故障時差流越限，即Id>Iop時，來判為差動TA二次回路斷線。式中：Id－差電流；Iop－TA斷線閉鎖元件動作電流。在某些裝置中，也有采用零序電流作為TA斷線判據(jù)的。即當任一支路中的零序電流時，判為差動TA斷線。式中：3I0－零序電流；IΦmax－最大相電流；IN－標稱額定電流（5A或1A）。,,,,64,提高母線保護可靠性的措施,（2）對TA斷線閉鎖的要求對母差保護裝置中的TA斷線閉鎖元件提出以下要求（I）延時發(fā)出告警信號正常運行時，發(fā)電機及變壓器的差動TA斷線，差動保護要誤動。對于電流型微機母差保護及中阻抗母差保護，母線連接元件多而使差動回路支路數(shù)多，又由于制動電流為各單元電流絕對值和，因此，某一支路的一相TA二次回路斷線，一般保護不會誤動。此時，若再發(fā)生區(qū)外故障，母差保護將誤動。因此，當TA斷線閉鎖元件檢測出TA斷線之后，應經(jīng)一定延時（一般5秒）發(fā)出告警信號并將母差保護閉鎖。（II）分相設置閉鎖元件母差保護為分相差動，TA斷線閉鎖元件也應分相設置，即哪一相TA斷線應去閉鎖哪一相動保護，以減少母線上又發(fā)生故障時差動保護拒動的幾率。（III）母聯(lián)、分段斷路器TA斷線，不應閉鎖母差保護若斷線閉鎖元件檢查到的是母聯(lián)TA或分段TA斷線，應發(fā)TA斷線信號而不閉鎖母差保護，但此時應自動切換到單母方式，發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時不再進行故障母線的選擇。,,,65,提高母線保護可靠性的措施,運行方式識別根據(jù)系統(tǒng)運行方式的需要，雙母線上各連接元件經(jīng)常在兩條母線上切換，因此正確地確認母線運行方式，即確認哪個連接元件接在哪條母線上運行，是保證母線差動保護正確動作的重要條件。在中阻抗及電流型微機母差保護裝置中，利用隔離刀閘的輔助接點來識別母線的運行方式的。（1）中阻抗母差保護運行方式的識別在中阻抗型母差保護裝置中，是利用刀閘輔助接點啟動切換繼電器來確定母線連接單元運行在哪條母線上的。,,,66,提高母線保護可靠性的措施,在雙母線的中阻抗母差保護裝置中，有兩套完全相同的差動元件，分別稱之為甲（或I）母差動及乙（或II）母差動。接在甲母上的連接元件，其隔離刀閘與甲母聯(lián)接，并通過切換繼電器接點將該元件差動TA二次電流引入到甲母差動回路中；而當該連接元件切換到乙母上運行時，通過切換繼電器將TA二次電流自動引入到乙母差動回路中。裝置上有信號燈，指示連接元件工作的母線。在將連接元件由一條母線切換到另一條母線上的倒閘操作過程中，切換繼電器自動地將兩套差動元件合為一套（稱之互聯(lián)）；當?shù)归l操作完畢后再將兩套差動元件分開。可以看出，由于差動TA二次回路中串有切換繼電器的輔助接點，因此，隔離刀閘輔助接點及切換繼電器的良好性將直接影響母差保護工作的可靠性。,,,67,提高母線保護可靠性的措施,為提高中阻抗型母差保護動作可靠性，對切換繼電器提出以下要求：（I）切換繼電器的動作電壓應為額定電壓的60%~75%；（II）切換繼電器接點的接觸應可靠，容量足夠大；（III）用兩對接點并聯(lián)起來作一對接點用；（IV）在切換過程中，切換接點應先閉合后另一對接點才打開，以防止切換過程中TA二次開路。另外，對隔離刀閘輔助接點應經(jīng)常檢查，確保動作的可靠性。,,,68,提高母線保護可靠性的措施,（2）電流型微機母差保護的識別在微機型母差保護裝置中，由軟件計算來識別母線的運行方式。當計算出某支路有電流（即出現(xiàn)差流）而無刀閘位置信號時，發(fā)出告警信號，并按裝置原來記憶的刀閘位置計算差電流，并根據(jù)當前系統(tǒng)的電流分布狀況自動校核刀閘位置的正確性，以確保保護不誤動。為防止因隔離刀閘輔助接點損壞而使裝置長期工作于不正常狀態(tài)，在裝置盤上設置有母線模擬盤。當?shù)堕l位置發(fā)生異常保護發(fā)出告警信號時，運行人員應立即通知維護人員進行檢修，同時將模擬盤上強制撥指開關合上，使?jié)M足相應的刀閘位置狀態(tài)，以確保檢修期間母差保護正常運行。在母差保護投運試驗時，應仔細檢查隔離刀閘狀態(tài)與保護對應位置識別的一致性及其回路的良好性。投運之后，在運行人員倒閘操作后，應對刀閘位置及其回路的正確性予以確認。,,,69,提高母線保護可靠性的措施,大差比率制動系數(shù)的自動調整在國內(nèi)生產(chǎn)并廣泛應用的微機雙母線及單母線分段的母差保護裝置中，設置兩個小差元件及一個大差元件。大差元件用于確認母線故障，小差元件確定故障所在母線。正常運行時大差元件的整定值（啟動電流及比率制動系數(shù)）與小差元件基本相同。接入大差元件的電流為兩條母線各所連元件（除母聯(lián)之外）TA二次電流，接入小差元件的電流為某條母線各所連元件（包括母聯(lián)）TA二次電流。分析表明：當兩條母線分裂運行時（即母聯(lián)斷路器或分段斷路器斷開），若母線上發(fā)生故障，大差元件的動作靈敏度要降低。,,,70,提高母線保護可靠性的措施,（1）母聯(lián)斷路器狀態(tài)對差動元件動作靈敏度的影響現(xiàn)以圖中的雙母線接線為例來分析差動元件動作靈敏度。,,,,運行時，流入大差元件的電流為I1~I44個電流；流入I母小差元件的電流為I3、I4及I0三個電流；流入II母小差元件的電流為I1、I2、I03個電流。當母聯(lián)運行時I母發(fā)生短路故障，I母小差元件的差為；I母小差元件的制動電為。兩者之比為1。大差元件的差流與制動電流與I母小差相同，兩者之比也為1。,,,71,提高母線保護可靠性的措施,,,,當母聯(lián)斷開時I母發(fā)生短路故障時，I母小差元件的差流為，制動電流也為，兩者之比為1。而大差元件的制動電流仍為，但差流確只有。顯然大差元件的動作靈敏度大大下降。,,,72,提高母線保護可靠性的措施,（2）實際對策為保證母聯(lián)斷路器停運時母差保護的動作靈敏度，可以采取以下措施：（I）解除大差元件當母聯(lián)斷路器退出運行時，通過隔離刀閘的輔助接點解除大差元件，只要小差元件及其他啟動元件動作就可以去跳斷路器。這種對策的缺點是降低了保護的可靠性。（II）自動降低大差元件的比率制動系數(shù)當母聯(lián)斷路器退出運行時，用斷路器輔助接點作為開入量，自動將大差元件的制動系數(shù)減小。目前，這種措施在微機保護裝置中得到了應用。在有些裝置中，自動將制動系數(shù)降低到0.3。,,,73,提高母線保護可靠性的措施,母差保護的死區(qū)問題在已被采用的各種類型的母差保護中，存在著一個共同的問題，就是死區(qū)問題。對于雙母線或單母線分段的母差保護，當故障發(fā)生在母聯(lián)斷路器或分段斷路器與母聯(lián)TA或分段TA之間時，非故障母線的差動元件要誤動，而故障母線的差動元件要拒動。即存在死區(qū)。（1）死區(qū)原因分析雙母線及其母差保護的原理接線如圖所示。,,,,74,提高母線保護可靠性的措施,設正常工況下電流I1、I2流入母線，而I3、I4流出母線，則母聯(lián)電流由圖可以看出：流入II母小差的電流為則流入I母小差的電流為，故兩個小差元件均不動作。大差元件亦不動作。故障發(fā)生在母聯(lián)斷路器QF0與母聯(lián)電流互感器LH0之間時，大差元件動作。同時電流I1、I2及I0增大，但流向不變，故II母小差元件的差流近似等于零，不動作；而電流I3與I4的大小及流向均發(fā)生了變化（由流出母線變成流入母線），I母小差元件的差流很大。I母小差動作。I母差動保護動作，跳開斷路器QF0、QF1及QF2；而II母小差元件不動作，無法跳開斷路器QF3及QF4。因此，真正的故障無法切除。（2）對策在母線保護裝置中，為切除母聯(lián)斷路器與母聯(lián)TA之間的故障，通常設置母聯(lián)斷路器失靈保護。因為上述故障發(fā)生后，雖然母聯(lián)斷路器已被跳開，但母聯(lián)TA二次仍有電流，與母聯(lián)斷路器失靈現(xiàn)象一致。在國產(chǎn)的微機母線保護裝置中，設置有專用的死區(qū)保護，用于切除母聯(lián)斷路器與母聯(lián)TA之間的故障。,,,,,,75,提高母線保護可靠性的措施,提高母線保護可靠性的其它措施與其他保護比較，母差保護的回路復雜及分布面廣，接入TA的數(shù)量多，跳斷路器的數(shù)量多，與其他保護（例如線路高頻保護、重合閘、縱差等）橫向聯(lián)系回路多。因此，確保上述回路的正確性及良好性，是提高母差保護動作可靠性的重要手段之一。（1）各組差動TA二次回路只能有一個接地點，接地點應在保護盤上。母差TA的數(shù)量多，各組TA之間的距離遠。母差保護裝置在控制室而與各組TA安裝處之間的距離遠。若在各組TA二次均有接地點，而由于各接地點之間的地電位相差很大，必定在母差保護中產(chǎn)生差流，可能導致保護誤動。西北某電站母差保護TA二次回路中有二個接地點，一個在保護盤上，另一個在變電站TA端子箱內(nèi)。雷雨天，母差保護誤動，同時切除了二條母線，致使全廠停電。,,,76,提高母線保護可靠性的措施,（2）定期檢測差動TA二次電纜芯線對地絕緣運行實踐表明，發(fā)電廠及變電站一旦投產(chǎn)之后，退出母差保護校驗的機會不多，TA二次回路無法檢查。若差動TA二次回路對地絕緣不良，可能使TA二次某相流入差動元件的電流減小甚至消失，使母差保護誤動。某變電站曾因區(qū)外故障時電纜芯線對地放電使母差保護誤動。（3）保證與其他保護之間的聯(lián)系回路正確在母差保護正式投運之前，應認真檢查與其他保護之間聯(lián)系回路的正確性，在條件許可的情況下，可進行傳動試驗，驗證母差保護與其他保護之間聯(lián)系的正確性。某發(fā)電廠投運已20多年。近來發(fā)生了母差保護動作跳斷路器后線路重合閘重合而造成的重大事故，造成了很大的經(jīng)濟損失及設備損壞。追查原因，是母差保護閉鎖重合閘的回路有誤。,,,77,提高母線保護可靠性的措施,（4）運行中中阻抗母差保護TA二次不能短接試驗表明，若將運行中中阻抗母差保護的一組TA二次回路短接，等于將全套母差保護退出運行。其原因相當于區(qū)外故障TA飽和。當母線某一連接元件檢修時，可將該連接元件的母差TA二次回路在輔助TA一次斷開。（5）定期檢查中阻抗母差保護的切換繼電器運行實踐表明，曾因切換繼電器性能不良造成中阻抗母差保護誤動及發(fā)告警信號。為提高中阻抗母差保護的可靠性，結合母差保護的檢修，重點校驗及檢查切換繼電器的性能，以保證動作電壓為60%~70%的額定電壓，接點動作可靠，斷開接點之間的絕緣滿足要求。即時更換不合格或性能變差的切換繼電器。,,,▲,78,母線保護交流電流二次回路,,,增大二次電流電纜的截面，可減少二次電纜的阻抗，使電流互感器鐵芯不進入飽和，來降低電流誤差。選用較大變比、兩組電流互感器串聯(lián)使用、減少保護裝置阻抗值也能降低電流誤差。電路互感器的二次回路應有且只能有一個接地點，母線保護裝置的電流互感器均連接在一起，應在保護屏上經(jīng)端子排接地。因為一個變電所的接地網(wǎng)并非實際的等電位面，因而在不同點會出現(xiàn)電位差。當大的接地電流注入地網(wǎng)時，如果二次回路有多點接地，則不同的二次回路就會感應不同電流，引起差流。此外，多點接地還會引起電流分流，或某些二次電流回路被短接。,▲,79,電流互感器的暫態(tài)特性,,,在發(fā)生短路開始階段的第一到第二周波之內(nèi)，電流互感器鐵芯的磁密尚未達到飽和磁密，電流互感器可以正確地傳變一次電流。如果繼電保護能在該時間內(nèi)動作，基本可不受鐵芯飽和影響。當鐵芯進入飽和階段，二次電流波形出現(xiàn)缺損現(xiàn)象。如負載為純電阻時，從鐵芯進入飽和開始，二次電流很快從瞬時值下降到零。如果負載有電感時，二次電流逐步從瞬時值下降到零。當一次電流從的瞬時值由正半波趨向負半波時，鐵芯的磁密又恢復到非飽和狀態(tài)，電流互感器可以正確地傳變一次電流。因此，一次電流經(jīng)過零點時，二次電流也經(jīng)過零點。,80,電流互感器的暫態(tài)特性,▲,CT飽和時波形,81,斷路器失靈保護,斷路器失靈當輸電線路、變壓器、母線或其他主設備發(fā)生短路，保護裝置動作并發(fā)出了跳閘指令，但故障設備的斷路器拒絕動作，稱之為斷路器失靈。斷路器失靈的原因運行實踐表明，發(fā)生斷路器失靈故障的原因很多，主要有：斷路器跳閘線圈斷線、斷路器操作機構出現(xiàn)故障、空氣斷路器的氣壓降低或液壓式斷路器的液壓降低、直流電源消失及控制回路故障等。其中發(fā)生最多的是氣壓或液壓降低、直流電源消失及操作回路出現(xiàn)問題。斷路器失靈的影響系統(tǒng)發(fā)生故障之后，如果出現(xiàn)了斷路器失靈而又沒采取其他措施，將會造成嚴重的后果。,,,82,斷路器失靈保護,（1）損壞主設備或引起火災例如變壓器出口短路而保護動作后斷路器拒絕跳閘，將嚴重損壞變壓器或造成變壓器著火。（2）擴大停電范圍如圖所示，當線路L1上發(fā)生故障斷路器QF5跳開而斷路器QF1拒動時，只能由線路L3、L2對側的后備保護及發(fā)電機變壓器的后備保護切除故障，即斷路器QF6、QF7、QF4將被切除。這樣擴大了停電的范圍，將造成很大的經(jīng)濟損失。,,,,83,斷路器失靈保護,（3）可能使電力系統(tǒng)瓦解當發(fā)生斷路器失靈故障時，要靠各相鄰元件的后備保護切除故障，擴大了停電范圍，有可能切除許多電源；另外，由于故障被切除時間過長，影響了運行系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有可能使系統(tǒng)瓦解。上世紀90年代中期，西北某330KV線路上發(fā)生了接地故障，由于故障沒即時切除，使某省南部電網(wǎng)瓦解。斷路器失靈保護為防止電力系統(tǒng)故障并伴隨斷路器失靈造成的嚴重后果，必須裝設斷路器失靈保護。在DL400－91繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程中規(guī)定：在220~500KV電力網(wǎng)中，以及110KV電力網(wǎng)的個別重要系統(tǒng)，應按規(guī)定設置斷路器失靈保護。,,,84,斷路器失靈保護,斷路器失靈保護的裝設原則在220～500kV電力網(wǎng)中，以及110kV電力網(wǎng)的個別重要部分，可按下列規(guī)定裝設斷路器失靈保護：（1）線路保護采用近后備方式，對220～500kV分相操作的斷路器，可只考慮斷路器單相拒動的情況。（2）線路保護采用遠后備方式，如果由其它線路或變壓器的后備保護切除故障將擴大停電范圍（例如采用多角形接線，雙母線或分段單母線等時），并引起嚴重后果時。（3）如斷路器與電流互感器之間發(fā)生故障，不能由該回路主保護切除，而由其它線路和變壓器后備保護切除又將擴大停電范圍，并引起嚴重后果時。,,▲,85,斷路器失靈保護,對失靈保護的要求（1）高度的安全性和可靠性斷路器失靈保護與母差保護一樣，其誤動或拒動都將造成嚴重后果。因此，要求其安全性及動作可靠性高。（2）動作選擇性強斷路器失靈保護動作后，宜無延時再次去跳斷路器。對于雙母線或單母線分段接線，保護動作后以較短的時間斷開母聯(lián)或分段斷路器，再經(jīng)另一時間斷開與失靈斷路器接在同一母線上的其他斷路器。（3）與其他保護的配合斷路器失靈保護動作后，應閉鎖有關線路的重合閘。對于斷路器接線方式，當一串的中間斷路器失靈時，失靈保護則應啟動遠方跳閘裝置，斷開對側斷路器，并閉鎖重合閘。對多角形接線方式的斷路器，當斷路器失靈時，失靈保護也應啟動遠方跳閘裝置，并閉鎖重合閘。,,,86,斷路器失靈保護,構成原理被保護設備的保護動作，其出口繼電器接點閉合，斷路器仍在閉合狀態(tài)且仍有電流流過斷路器，則可判斷為斷路器失靈。斷路器失靈保護啟動元件就是基于上述原理構成的。斷路器失靈保護的構成原則斷路器失靈保護應由故障設備的繼電保護啟動，手動跳斷路器時不能啟動失靈保護；在斷路器失靈保護的啟動回路中，除有故障設備的繼電保護出口接點之外，還應有斷路器失靈判別元件的出口接點（或動作條件）；失靈保護應有動作延時，且最短的動作延時應大于故障設備斷路器的跳閘時間與保護繼電器返回時間之和；正常工況下，失靈保護回路中任一對觸點閉合，失靈保護不應被誤啟動或誤跳斷路器；,,,87,斷路器失靈保護,失靈保護邏輯框圖斷路器失靈保護由4部分構成：啟動回路、失靈判別元件、動作延時元件及復合電壓閉鎖元件。雙母線斷路器失靈保護的邏輯框圖如圖所示。,,,,（1）失靈啟動及判別元件失靈啟動及判別元件由電流啟動元件、保護出口動作接點及斷路器位置輔助接點構成。,88,斷路器失靈保護,電流啟動元件，一般由三個相電流元件組成，當靈敏度不夠時還可以接入零序電流元件。保護出口跳閘接點有兩類。在超高壓輸電線路保護中，有分相跳閘接點和三相跳閘接點，而在變壓器或發(fā)變組保護中只有三跳接點。保護出口跳閘接點不同，失靈啟動及判別元件的邏輯回路有差別。線路斷路器失靈保護及變壓器或發(fā)變組斷路器失靈保護的失靈啟動及判別回路，分別如左圖及右圖所示。,,,,,89,斷路器失靈保護,在圖中：TA、TB、TC－線路保護分相跳閘出口繼電器接點；TS－三跳出口繼電器接點；HWJ－斷路器合閘位置繼電器接點，斷路器合閘時閉合；Ia>、Ib>、Ic>－分別為a、b、c相過電流元件；3I0>－零序過電流元件。由左圖可以看出：線路保護任一相出口繼電器動作或三相出口繼電器動作，若流過某相斷路器的電流仍然存在，則就判為斷路器失靈，去啟動失靈保護。在右圖中，繼電保護出口繼電器接點TS閉合，斷路器仍在合位（合位繼電器接點HWJ閉合）且流過斷路器的相電流或零序電流仍然存在，則去啟動失靈，并經(jīng)延時解除失靈保護的復合電壓閉鎖元件。,,,90,斷路器失靈保護,（2）復合電壓閉鎖元件復合電壓閉鎖元件作用是防止失靈保護出口繼電器誤動或維護人員誤碰出口繼電器接點而造成誤跳斷路器的措施。其動作判據(jù)有,,,,,,式中：UΦ－母線TV二次相電壓；3U0－零序電壓（二次值）；U2－負序電壓（二次值）；Uop、U0op、U2op－分別為相電壓元件、零序電壓元件及負序電壓元件動作的整定值。,91,斷路器失靈保護,在小電流系統(tǒng)中的斷路器失靈保護采用的復合電壓閉鎖元件中，應設有零序電壓判據(jù)。以上三個判據(jù)中，只要有一個滿足動作條件，復合電壓閉鎖元件就動作。雙母線的復合電壓閉鎖元件有兩套，分別用于兩條母線所接元件的斷路器失靈判別及跳閘回路的閉鎖。（3）運行方式的識別運行方式識別回路，用于確定失靈斷路器接在哪條母線上，從而決定出失靈保護去切除該條母線。斷路器所接的母線由隔離刀閘位置決定。因此，用隔離刀閘輔助接點來進行運行的識別。（4）動作延時根據(jù)對失靈保護的要求，其動作延時應有2個。以0.2~0.3s的延時跳母聯(lián)開關；以0.5s的延時切除接失靈斷路器母線上連接的其他元件。,,,92,斷路器失靈保護,提高斷路器失靈保護可靠性的其它