母线保护

母线保护是电力系统继电保护的重要组成部分。母线是电力系统的重要设备, 在整个输配电中起着非常重要的作用。母线故障是电力系统中非常严重的故障, 它直接影响母线上所连接的所有设备的安全可靠运行, 导致大面积事故停电或设备的严重损坏, 对于整个电力系统的危害极大。随着电力系统技术的不断发展, 电网电压等级不断升高,对母线保护的快速性、灵敏性、可靠性、选择性的要求也越来越高。

电流差动母线保护原理是母线保护的一种最常用的保护原理, 其主要原理依据是基尔霍夫电流定律。对于一个母线系统, 母线上有n 条支路。

Id = I1 + I2 + I3 + ……+ In, 为流入母线的和电流, 即母线保护的差动电流。当系统正常运行或外部发生故障时, 流入母线的电流和为零, 即母线差动保护的差动电流, 母线保护不动作。当母线发生故障时, 等于流入故障点的电流, 如果大于母线保护所设定的动作电流时, 母线保护将会动作。在实际的系统中, 微机保护“差电流”与“和电流”不是从模拟电流回路中直接获得, 而是通过电流采样值的数值计算求得, 即通过采集母线各支路的电流互感器( 以下简称CT)的电流值, 由母线保护装置计算所得。因此, 电流互感器能否正确提供电流信息, 成为母线保护正确动作的一个关键因素。实际中, 当母线系统外部发生故障时母线差动电流Id≠0, 而为一小的数值, 这就是由于电流互感器误差而产生的差动不平衡电流。差动不平衡电流的大小随着故障电流的增大而增大, 当区外近距离发生故障时, 差动不平衡电流增大, 有可能导致护装置误动。为了避免保护误动,提出具有制动特性的母线差动保护。

根据制动特性的不同, 可以将具有制动特性的母线差动保护分为: 比率差动, 大电流范 围制动, 复式比率差动。比率差动继电保护的原理是采用一次的穿越电流作为制动电流, 母线保护动作电流随制动电流的变化而变化,从而使其在母线区外故障时能够有一定的制动能力。其动作方程为

Id>Idset Id > K·Ir 式中Id为差动电流, Idset为差动电流整定门槛, 它的整定原则 是避免母线外部短路时的最大不衡电流 。Ir为制动电流, 是指母线所有连接元件电流的绝对值之和。K为比率制动系数,不同制动系数K对应的C的误差承受能力不同。其动作特性曲线如图2所示。当发生在母线发生区外短路故障时,此时虽然因为CT饱和出现不平衡流, 但由于故障支路上电流会明显增大,从而使制动电流Ir也增大, 能够提供较强的制动能力,从而能够防止此时CT饱和所造成的误动。比率差动母线保护采用一次的穿电流作为制动电流, 使保护在区外故障时有较强的制动能力。但是在母线内部故障时, 制动电流仍然存在, 这就导致在母线内部故障时保护的灵敏度有所下降。例如, 当区内发生故障时, 差动电流Id 满足Id>Idset,但此时某些支路上电流较大,制动电流较大,导致Id<K·Ir, 此时保护将会拒动。因此比率差动母线保护在母线区内故障时由于制动电流的存在导致保护灵敏 度和可靠性有所降低。大电流范围制动保护是比率差动保护的原理的进一步发展,它在一定程度上提高了母线保护的灵敏性与可靠性。其原理是在比率差动的基础上给制动电流设置一个门槛值Is, 并且通过逻辑器件判断制动电流是否达到门槛值来进行操作, 从而能够提高比率差动原理在小电流范围的可靠性 。

其动作方程为Id> IdsetId > K·[Ir- Is]

式 中:[Ir- Is]—逻辑判断式,当Ir- Is大于零时取( Ir- Is),否则取零。