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電站主變高壓側母線保護

文檔作者：曾慶濤文檔來源：長江水利委員會勘測規(guī)劃設計研究院機電處		點擊數：	更新時間： 2021年12月11日
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[摘要]
關鍵詞
0引言
繼電保護技術
電站主變高壓側母線保護
曾慶濤
(長江水利委員會勘測規(guī)劃設計研究院機電處，湖北武漢430010)
就雙母線保護的配置作了分析，闡述了采用總差動啟動，分差動選擇配置方式的優(yōu)點。針對南瑞繼保
的RCS一915AB微機母線保護裝置，舉例說明了水電站微機母線保護的設計方案，分析了電站雙母線
保護的保護原理和配置原則。
微機母線保護差動保護運行方式
母線保護中以母線差動保護為主保護，母線差動保
護的特點是母線的運行方式變化很大，當在最大運行方
式下，發(fā)生外部故障時，穿越性電流會很大，產生很大
的不平衡電流；最小運行方式下，發(fā)生內部故障時，故
障電流可能很小，這就要求差動保護有很高的靈敏性和
選擇性。
母線差動保護的動作判據是基于對母線上流入連接
元件的電流與流出連接元件的電流的比較。當母線上的
某條引線發(fā)生故障時，流過這條引線的電流會很大，造
成裝設在這條引線上的TA飽和，使差動保護出現很大的
不平衡電流；當母線發(fā)生內部故障時，流入母線的電流
也相當大，相當于系統在高于最大運行方式下運行，也
有可能造成某些引線的TA飽和，引起傳變誤差。所以母
線差動保護的一個很重要的問題是如何克服TA飽和。
1雙母線保護配置
1．1 RC8—91 5AB母線保護裝置簡介
RCS一91 5AB型母線保護裝置是南瑞繼保開發(fā)的， 目
前應用很廣。RCS一915AB型微機母線保護裝置適用于
各種電壓等級的各種主接線方式，母線上允許所接的線
路與元件數最多為21個(包括母聯)，并可滿足有母聯
兼旁路運行方式主接線系統的要求。裝置設有母線差動
保護、母聯充電保護、母聯死區(qū)保護、母聯失靈保護、
母聯過流保護、母聯非全相保護以及斷路器失靈保護等
功能，能夠滿足各種情況下的保護配置要求。
1．2保護配置
圖1是某水電站電氣主接線圖，通過發(fā)變組的進線
有5回，2回出線，每回進出線各裝設一個高壓斷路器，
加上母聯斷路器一共8組500kV斷路器。發(fā)電機和變壓
器組合的方式為單元接線，在變壓器低壓側裝設發(fā)電機
斷路器(斷路器1 ～斷路器5 )。為了說明母線保護裝置
收稿日期：2007—07—28
作者簡介：曾慶濤(1970一)，工程師，主要從事水電站電氣二次
設計工作。
32 ～、n^，．chinaet．net l電工技術
的配置原則，下面以這種方式的電氣主接線為例， 說明
雙母線接線方式下，母線保護應該如何配置。
圖1雙母線系統圖
1．2．1母線差動保護
在介紹差動保護之前，首先引入兩個概念：大差回路
和小差回路。連接在被保護元件上的所有引線構成差動回
路，差動保護就是利用這個差動回路，計算其中的差動電
流和制動電流來決定差動保護是否動作。對于雙母線接線
方式，大差回路是把連接在雙母線上的各個引線做差流
計算，但是不包括母聯斷路器和分段斷路器，對于圖1來
說，就是連接在斷路器1到斷路器7上的7條線構成大差
回路；小差回路是針對每一條母線的，對于母線I來說，
它的小差回路就是連接在I母上的所有引線，包括母聯。
母線差動保護是母線保護的主保護，這里采用分相比
率差動，當差動電流大于某一門檻電流時，啟動差動保護：
，d> (1)
式中： 為大差相電流， 為差動啟動電流。保護啟動
后自動展寬500ms，以保證外部故障不會誤動，同時為
下級線路或元件做遠后備。動作電流為大差回路中的各
線電流之和的絕對值，制動電流以各線電流絕對值之和
做比率制動，當動作電流大于啟動電流，并且動作電流
大于制動電流時，差動保護動作，判據如下：
>
m I m
Σ 『> zl I ，；
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式中： 是第 條連接線的電流，K為制動系數， 為差
動啟動電流。其動作特性曲線如圖2【 。
▲
I=‘ =I‘I
I【 ／
， 動作區(qū) 一
1J 一 ，
I=‘I
I ／
一一 一一_，_ 一一一一一一
J ， ，
_——————————————— I=
圖2比率制動特性的動作曲線
利用大差回路的差動電流可以正確地判斷故障是區(qū)
內故障還是區(qū)外故障， 區(qū)外故障時保護可靠不動作，如
果是區(qū)內故障，那么如何正確識別故障母線，對于提高
供電可靠性有很重要的意義。通過母線運行方式的識別
(RCS一915AB可以識別母線運行方式)， 當處于單母線
運行方式，或者在倒閘過程中，兩條母線經刀閘雙跨連
接時，不需要作故障母線的選擇， 自動識別為單母運行
方式，只要大差回路動作，則瞬間切斷所有母線；當處
于雙母運行方式時，利用各自的小差回路來選擇故障母
線，當任一小差元件動作時，首先跳開母聯，然后根據
各自的小差回路差動電流大小來選擇故障母線，跳開故
障母線上的所有斷路器。
影響母線差動保護的一個很重要的因素是TA飽
和，在圖1所示的接線方式下， 如果出線1的出口處
發(fā)生單相接地故障，系統側的所有電流都會流向這條
出線，極易引起出線1上的TA飽和，差電流會因為這
條出線上的TA飽和而變得很大，有可能會進入動作
區(qū)， 引起保護誤動。如何克服外部故障因TA飽和而產
生的誤動， 是任何采用差動保護原理的裝置都要考慮
的問題。RCS一915AB型母線保護裝置配有專門的TA
飽和檢測元件，選用其中的檢測諧波含量的方法。我
們知道TA飽和不是一個瞬間的變化， 它是一個過程，
每周波在飽和之前都有一個線性傳變區(qū)， 該方法利用
TA飽和時差流波形畸變和每周波存在線性傳變區(qū)等特
點，根據差流中諧波分量的波形特征檢測是否發(fā)生TA
飽和。以此原理實現的TA飽和檢測元件具有很強抗
TA飽和能力， 而且在區(qū)外故障引起TA飽和后， 區(qū)外
故障發(fā)展成為同相內部故障的極端情況下仍能快速切
除母線故障。，
作為母線保護的主保護， 為了保證差動保護在外部
故障時不會誤動作，設置了復合電壓閉鎖功能：差動回
路和復合電壓閉鎖元件與門出口，只有在低電壓閉鎖元
件開放的條件下，差動保護動作才能跳閘。低電壓閉鎖
元件的判據如下：
≤
3Uo≥
≥ (4)
式中： 為相電流， 為相電流閉鎖值，3Uo是自產零
序電壓， 是零序電壓閉鎖值， 是負序電壓， 是
負序電壓閉鎖值。只要上面的3個條件滿足其中任意一
個，則電壓閉鎖元件開放。
1_2_2母聯充電保護
假設I母因故障或者周期檢修時， 母線I檢修以后
在投入正常使用之前，必須要對I母做充電試驗， 以確
保該母線沒有故障。充電是通過母聯進行的，在充電過
程中，啟動母聯充電保護， 當母聯上任一相的充電電流
大于充電整定值時， 利用母聯充電保護，跳開母聯，切
除該母線，母聯充電保護不需要經復合電壓閉鎖。
通過設定裝置的控制字，在母聯充電保護啟動后一
段時間內，可以閉鎖母差保護。母聯充電保護在啟動后
自動展寬300ms，300ms后母聯充電保護自動退出運
行，母差保護閉鎖開放。
1_2_3母聯過電流保護
母線上的連接線可能處于這樣的運行方式：要檢修
出線1的TA時，為了保證供電的可靠性，把出線1的
TA退出來，使其處于無保護運行狀態(tài)， 同時投入母聯過
流保護，以母聯斷路器作為線路的主保護，如果這個時
候發(fā)生故障，母聯過流保護動作，經整定延時跳母聯斷
路器。母聯過電流保護不經復合電壓閉鎖。
母聯過流保護在任一相電流大于過電流保護整定值
時，或者流過母聯的零序電流大于零序電流整定值時，
保護啟動。
特別注意的是，母聯過電流保護與母聯充電保護不
同，啟動后不能自動退出運行，所以如果以母聯斷路器
作為線路臨時主保護，在系統恢復正常運行時，母聯過
電流保護要退出運行。
1．2_4斷路器失靈保護
在200kV及以上等級的變電站，為了防止因斷路器
拒動而引起事故擴大，應該專門裝設斷路器失靈保護 3。
圖1中的電站在母線保護的配置上要求實現保護的
雙重化，其中一套保護必須配置斷路器失靈保護。下面
以出線1發(fā)生故障， 其上的斷路器6拒動， 分析在
RCS一915AB裝置中， 斷路器失靈保護是如何啟動和動
作的。
假設出線1連接在母線I上， 系統處于雙母線運行
方式， 出線1發(fā)生故障，其保護動作， 同時失靈保護檢
測流經出線1的電流，如果這個電流大于失靈保護的整
定值，則說明出線1的斷路器在保護動作后沒有跳開，
則啟動I母斷路器失靈保護， 與I母復合電壓閉鎖元件
串聯，一旦復合電壓閉鎖元件開放，則斷路器失靈保護
動作，經過一個較短的延時， 跳母聯斷路器，然后經過
一個較長的延時，跳I母上的所有元件。
失靈保護電壓閉鎖的判據和電壓閉鎖母差保護的判
據一樣， 只要滿足任意一個條件， 則閉鎖元件開放。
失靈保護動作后， 設定了兩個時限— —I段和II
段， 是為了防止失靈保護誤動作， 因為失靈保護的誤
動和母線保護誤動一樣， 影響范圍很廣， 因此要求其
電工技術J2007l12期J 33
維普資訊 http://www.cqvip.com
繼電保護技術
雙母線接線斷路器失靈保護特性分析
凌征玉，趙金寶
(廣西電網公司貴港供電局，廣西貴港53'7100)
[摘要] 結合電網的實際情況，就目前失靈保護接線中的普遍接線方式原理，如三相操作開關的失靈保護、非
電量保護與失靈保護等進行了分析，并提出了改進意見。
關鍵詞失靈保護啟動電壓閉鎖斷路器
失靈保護是電網的重要保護，在220kV及以上電壓
等級電網中，按照近后備的保護配置原則， 根據
GB1 4285—93(《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程 的要
求，均配置了失靈保護。
從高壓電網的要求和電網的實際運行經驗看，應該
特別強調失靈保護的安全性，在失靈保護的起動回路和
出口回路的接線上，應力求安全，在安全的基礎上，提
高可依賴性。
但目前各網各站失靈保護的接線有很大不同，其中
有一些問題值得我們注意。如三相操作開關的失靈保
護、瓦斯保護與失靈保護等。下面就結合220kV電網雙
母線接線的實際情況來進行分析。
1雙母線接線斷路器的失靈保護設計原則
何謂雙母線接線斷路器失靈保護，即當系統發(fā)生故
障時，故障元件保護動作，但因其斷路器操作機構失靈
拒絕跳閘時，這時通過故障元件的保護，作用于同一變
收稿日期：2007—1O一28
作者簡介：凌征玉(1977一)，男，本科，工程師，現從事繼電保
護維護工作；
趙金寶(1979一)，男，碩士，助工，現從事繼電保護維護工作。
電所相鄰元件的斷路器使之跳閘的保護方式，就稱為斷
路器失靈保護。
(1)對帶有母聯斷路器和分段斷路器的母線，要求
斷路器失靈保護應首先動作于斷開母聯斷路器或分段斷
路器，然后動作于斷開與拒動斷路器連接在同一母線上
的所有電源支路的斷路器， 同時還應考慮運行方式來選
定跳閘方式。
(2)斷路器失靈保護由故障元件的繼電保護啟動，
手動跳開斷路器時不啟動失靈保護。
(3)在啟動失靈保護的回路中，除故障元件的觸點外，
還應包括斷路器失靈判別元件的觸點，利用失靈分相判
別元件來檢測斷路器失靈故障的存在。
(4)為從時間上判別斷路器故障的存在，失靈保護的
動作時間應大于故障元件斷路器跳閘時間和繼電保護返
回時間之和。
(5)為防止失靈保護的誤動作，失靈保護回路中任一
對觸點閉合時，應使失靈保護不被誤啟動或引起誤跳
閘。
(6)斷路器失靈保護應有負序、零序和低電壓閉鎖元
件。對于變壓器、發(fā)電機一變壓器組采用分相操作的斷
路器，允許只考慮單相拒動，應用零序電流代替相電流
判別元件和電壓閉鎖元件。
有很高的可靠性。I段為短時限，動作于跳母聯是為了
防止事故的擴大，此后如果相鄰元件已能相繼動作切除
故障時，失靈保護返回，僅動作于母聯斷路器；如果各
相鄰元件仍然不能動作切除故障，那么經過Ⅱ段的延時
跳開母線I上的所有斷路器， 以保證系統的穩(wěn)定性。
1．2．5母線運行方式的識別
雙母線保護運行方式多樣，在母線上連接的各元件
需要經常在兩條母線之間倒換，如何自適應地識別母線
的運行方式，對于提高雙母線保護動作的可靠性有很重
要的作用。裝置中引入隔離刀閘輔助觸點判別母線運行
方式， 同時對刀閘輔助觸點進行自檢。當刀閘位置發(fā)生
變化時，需要運行人員檢查無誤后，通過確認按鈕復歸；
在出線刀閘雙跨過程中，刀閘位置確認按鈕不會響應。
3結束語
雙母線運行方式是高電壓等級系統中常采用的接線
34 f＼^n^，、^f．chinaet．net f電工技術
方式，通過倒換母線可以實現不停電檢修故障母線，提
高供電的可靠性。
本文在分析了母線保護原理的基礎上，以典型的雙
母主接線方式為例，就如何利用南瑞繼保的RCS一91 5AB
母線保護裝置來配置母線保護，系統地分析了各保護配
置的目的和原理，對于現場的保護配置有一定的指導作
用。RCS一915AB型母線保護裝置的功能完善能適應不
同的主接線方式，允許TA變比不同， 可以通過軟件補
償來調整_r．A變比，現場適應性很強。
參考文獻
?程利軍，楊奇遜．中阻抗母線保護原理、整定及運行的探討．
電網技術，2000，24(6)
【2】朱聲石．高壓電網繼電保護原理與技術
【3]蔡百川．高適應性的微機母線保護裝置的應用．上海電力，
2006．2：191-194 ．
【4】張保會，尹項根．電力系統繼電保護．北京：中國電力出版社，2005

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