2022年第八章母线保护.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人收集整理 仅供参考学习第 8 章 母线爱护Busbar Protection 8.1 母 线 故 障 和 装 设 母 线 保 护 基 本 原 就 Busbar Fault and Basic Principle for Installation of Busbar Protection资料个人收集整理,勿做商业用途发电厂和变电所的母线是电力系统中的一个重要组成元件,当母线上发生故障时,将使连 接在故障母线上的全部元件在修复故障母线期间,或转换到另一组无故障的母线上运行以前 被迫停电；此外,在电力系统中枢纽变电所的母线上故障时,仍可能引起系统

2、稳固的破坏,造成严峻的后果；资料个人收集整理,勿做商业用途母线上发生的短路故障可能是各种类型的接地和相间短路故障；母线短路故障类型的比例 与输电线路不同；在输电线路的短路故障中,单相接地故障约占故障总数的 80以上；而在 母线故障中,大部分故障是由绝缘子对地放电所引起的,母线故障开头阶段大多表现为单相 接地故障,而随着短路电弧的移动,故障往往进展为两相或三相接地短路；资料个人收集整理,勿做商业用途 一般来说, 不采纳特地的母线爱护, 而利用供电元件的爱护装置就可以把母线故障切除；例如：（1）如图 8-1 所示的发电厂采纳单母线接线,如接于母线的线路对侧没有电源,此时母 线上的故障就可以利用发电

3、机的过电流爱护使发电机的断路器跳闸予以切除；资料个人收集整理,勿做商业用途（2）如图 8-2 所示的降压变电所,其低压侧的母线正常时分开运行,如接于低压侧母线 上的线路为馈电线路,就低压母线上的故障就可以由相应变压器的过电流爱护使变压器断路 器跳闸予以切除；资料个人收集整理,勿做商业用途（3）如图 8-3 所示的双侧电源网络（或环形网络） ,当变电所 B 母线上 d 点短路时,就可以由爱护 1 和 4 的第 II 段动作予以切除,等等；资料个人收集整理,勿做商业用途当利用供电元件的爱护装置切除母线故障时,故障切除的时间一般较长；此外,当双母线 同时运行或母线为分段单母线时,上述爱护不能保证有挑

4、选性地切除故障母线；当 超高压枢 纽变电站和大型发电厂母线为分段单母线时,上述爱护不能保证有挑选性地切除故障母线；超高压枢纽变电站和大型发电厂的母线联系着各个地区系统和各台大型发电机组,母线发生短路直接破坏了各部分系统之间或各台机组之间的同步运行,严峻影响电力系统的安全供电；虽然母线短路几率比输电线短路低的多,但一旦发生,后果特殊严峻；因此对那些威逼电力系统稳固运行、 使发电厂厂用电及重要负荷的供电电压低于答应值（一般为额定电压的60）的母线故障,必需装设有挑选性的快速母线爱护；资料个人收集整理,勿做商业用途1 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 6 页精选学习资料

5、 - - - - - - - - - 个人收集整理 仅供参考学习电源dd图 8-1 利用发电机的过电流爱护图 8-2 利用变压器的过电流爱护切除切除母线故障A12d34低压母线故障B图 8-3 在双侧电源网络上,利用电源侧的爱护切除母线故障因此,在以下情形下应装设特地的母线爱护：（1）在 110kV 及以上的双母线和分段单母线上,为保证有挑选性地切除任一组（或段）母线上发生的故障,而另一组（或段）无故障的母线仍能连续运行,应装设专用的母线爱护；资料个人收集整理,勿做商业用途（2）110kV 及以上的单母线,重要发电厂的 35kV 母线或高压侧为 110kV 及以上的重要降压变电所的 35kV

6、母线,依据装设全线速动爱护的要求必需快速切除母线上的故障时,应装设专用的母线爱护；资料个人收集整理,勿做商业用途 8.2 母线差动爱护基本原理 Basic Principle of Busbar Differential Protection 资料个人收集整理,勿做商业用途为满意速动性和挑选性的要求,母线爱护都是按差动原理构成的；实现母线差动爱护所必须考虑的特点是在母线上一般连接着较多的电气元件（如线路、变压器、发电机等）；因此,就不能像发电机的差动爱护那样,只用简洁的接线加以实现；但不管母线上元件有多少,实现差动爱护的基本原就仍是适用的,即：资料个人收集整理,勿做商业用途（ 1）在正常运行以

7、及母线范畴以外故障时,在母线上全部连接元件中,流入的电流和流出的电流相等,或表示为Ipi0；资料个人收集整理,勿做商业用途（ 2）当母线上发生故障时,全部与母线连接的元件都向故障点供应短路电流或流出残留的负荷电流,按基尔霍夫电流定律,IpiIk（短路点的总电流）；资料个人收集整理,勿做商业用途（ 3）如从每个连接元件中电流的相位来看,就在正常运行以及外部故障时,至少有一个 2 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人收集整理 仅供参考学习元件中的电流相位和其余元件中的电流相位是相反的,详细说来,就是电流流入的元

8、件和电 流流出的元件这两者的相位相反；而当母线故障时,除电流等于零的元件以外,其它元件中 的电流是接近同相位的；资料个人收集整理,勿做商业用途依据原就（ 1）和原就（ 2）可构成电流差动爱护,依据原就（3）可构成电流比相式差动 爱护；本节将结合以上原就,主要争论电流差动爱护用于母线的特点； 8.2.1 单母线完全电流差动母线爱护Single Busbar Complete Differential Protection资料个人收集整理,勿做商业用途完全电流差动母线爱护的原理接线如图8-4 所示,Ip1,Ip2,Ipn为一次电流,Is 1 ,Is 2,Isn为二次电流；在母线的全部连接元件上装设

9、具有相同变比和特性的电流互感器；由于在一次侧 电流总和为零时,母线爱护用电流互感器（TA）必需具有相同的变比 ln ,才能保证二次侧的电流总和也为零；全部 TA 的二次侧同极性端连接在一起,接至差动继电器中；这样,继电器中的电流 I KA 即为各个母线连接元件二次电流的向量和；资料个人收集整理,勿做商业用途dI Ip 1IIp2IIp3IIpnIsnmin1Isis 1s2s3n.图 8-4 完全电流差动母线爱护的原理接线图实际上由于 TA 有误差,因此在母线正常运行及外部故障时,继电器中有不平稳电流 I ubp 出现；而当母线上（如 8-4 图中 d 点）故障时,就全部与电源连接的元件都向

10、d 点供应短路电 流,于是流入继电器的电流为 资料个人收集整理,勿做商业用途I KA n I si 1 n I pi 1 I k（8-1）i 1 n TA i 1 n TAkI 即为故障点的全部短路电流,此电流足够使差动继电器动作而驱动出口继电器,从而使 全部连接元件的断路器跳闸；差动继电器的启动电流应按如下条件考虑,并挑选其中较大的 一个：资料个人收集整理,勿做商业用途（1）躲开外部故障时所产生的最大不平稳电流,当全部电流互感器均按 10%误差曲线选 择,且差动继电器采纳具有速饱和铁心的继电器时,其动作电流 I .r set 可按下式运算：资料个人收 集整理,勿做商业用途3 / 6 名师归纳

11、总结 - - - - - - -第 3 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 式中个人收集整理仅供参考学习（8-2）Ir setKrelIunbmaxKrel0.1Ikmax/n TAKr e l牢靠系数,取为1.3；TA 一次侧的最大短路kImax在母线范畴外任一连接元件上短路时,流过差动爱护电流；n TA母线爱护用 TA 的变比；TA 二次回路断线（2）由于母线差动爱护电流回路中连接的元件较多,接线复杂,因此,的几率比较大；为了防止在正常运行情形下,任一TA 二次回路断线引起爱护装置误动作,动作电流应大于任一连接元件中最大的负荷电流lImax,即 资料个人收集整理

12、,勿做商业用途（8-4）Ir setKrelIlmax/n TA（8-3）当爱护范畴内部故障时,应采纳下式校验灵敏系数,其值一般应不低于2；KsenIIkminr setn TA式中kIm i n在母线上发生故障的最小短路电流门槛值；完全电流差动爱护方式原理比较简洁,通常适用于单母线或双母线常常只有一组母线运 行的情形； 8.2.4 电流比相式母线爱护 Phase Current Comparison Busbar Protection 资料个人收集整理,勿做商业用途电流差动爱护要求在母线外部短路或正常运行时的二次电流总和Isi0；由于在实际运行中 TA 特性总是存在差异,差流中不平稳电流较大

13、,这必定会影响电流差动爱护的灵敏度；这里介绍一种仅仅比较电流相位关系的比相式母线爱护；资料个人收集整理,勿做商业用途电流比相式母线爱护的基本原理是依据母线在内部故障和外部故障时各连接元件电流相 位的变化来实现的；众所周知,当母线发生短路时,各有源支路的电流相位几乎是一样的；当外部发生短路时,非故障有源支路的电流流入母线,故障支路的电流就流出母线,两者相位相反,利用这种相位关系来构成电流比相式母线爱护；资料个人收集整理,勿做商业用途 8.2.5 双母线固定联接的母线差动爱护 Differential Protection for Permanent Connected Double Busbar

14、 Systems资料个人收集整理,勿做商业用途双母线是发电厂和变电所中广泛采纳的一种母线方式；在发电厂以及重要变电所的高压母线上,一般都采纳双母线同时运行 （母线联络断路器常常投入） ,而每组母线上连接一部分 （大约 1/2）供电和受电元件的方式；这样,当任一组母线上发生故障,可只短时影响到一半的负荷供电,而另一组母线上的连接元件仍可连续运行,这就大大提高了供电的牢靠性；为此,4 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人收集整理 仅供参考学习要求母线爱护具有挑选故障母线的才能；现就几种实现方法分析说明如下；资料

15、个人收集整理,勿做商业用途 一般情形下,双母线同时运行时,每组母线上连接的供电元件和受电元件的连接方式较为固定,因此有可能装设元件固定连接的双母线电流差动爱护；资料个人收集整理,勿做商业用途元件固定连接的电流差动爱护的主要部分由三组差动爱护组成；如图 8-7 所示,第一组由TA1、TA2、TA5 和差动继电器 KD1（I 母分差动）组成,用以挑选第组母线上的故障；第二组由 TA3、TA4、TA6 和差动继电器 KD2 （母分差动）组成,用以挑选第组母线上的故障；第三组实际上是由 TA1、TA2、TA3、TA4 和差动继电器 KD3 组成的一个完全电流差动（总差动）爱护,当任一组母线上发生故障时

16、,它都会动作；而当母线外部故障时,它不会动作,在正常运行方式下,它作为整个爱护的启动元件,当固定接线方式破坏并爱护范畴外部故障时,可防止爱护的非挑选性动作；资料个人收集整理,勿做商业用途TA6TA1QF1TA2QF2IKD3QF5TA5QF3QF4IIKD2TA3 TA4图 8-7 元件固定连接的双母线电流差动爱护原理接线图如图 8-8 所示,当正常运行及母线外部故障（d 点）时,流经继电器 KD1 、KD2 和 KD3的电流均为不平稳电流,爱护装置已从定值上躲开,不会误动作；资料个人收集整理,勿做商业用途如图 8-9 所示,当第组母线上（ d 点）短路时,由电流的分布情形可见,继电器 KD1

17、 和KD3 中流入全部故障电流, 而继电器 KD2 中为不平稳电流, 于是 KD1 和 KD3 起动；KD3 动作后使母联断路器QF5 跳闸； KD1 动作后即可使断路器QF1 和 QF2 跳闸,并发出相应的信号；这样就把发生故障的第组母线从电力系统中切除了,而没有故障的第组母线仍可连续运行；同理可分析当第组母线上某点短路时,只有KD2 和 KD3 动作,最终由断路器QF3、QF4 和 QF5 跳闸切除故障；资料个人收集整理,勿做商业用途5 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人收集整理 仅供参考学习d KD

18、1IKD3IIKD2图 8-8 按正常连接方式运行时,爱护范畴外部故障时电流的分布KD1dIKD3IIKD2图 8-9 按正常连接方式运行时,第组母线上故障时电流的分布 在固定连接方式破坏时,爱护装置的动作情形将发生变化；例如当连接支路 1 自母线切 换到母线上工作时,由于差动爱护的二次回路不能随着切换,因此,按原有接线工作的、两组母线的差动爱护都不能正确反映母线上实际连接元件的I 之值,因而在 KD1 和 KD2中将显现差电流；在这种情形下爱护的动作将无法挑选在哪一组母线上发生了故障；资料个人收集整理,勿做商业用途 综上所述,当母线依据固定连接方式运行时,爱护装置可以保证有挑选性地只切除发生 故障的一组母线,而另一组母线可连续运行；当固定接线方式破坏时,任一母线上的故障都 将导致切除两组母线,即爱护失去挑选性；因此从爱护的角度看,期望尽量保证固定接线的 运行方式不被破坏, 这就必定限制了电力系统调度运行地敏捷性,这是此种爱护的主要缺点；资料个人收集整理,勿做商业用途6 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 6 页