中阻抗母线保护原理

中阻抗母线保护原理、整定及运行的探讨

作者：佚名 文章来源：本站原创 更新时间：2008年03月18日 我要评论(0)

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中阻抗母线保护原理、整定及运行的探讨

程利军，杨奇逊

（华北电力大学（北京），北京100085）

摘要：母线保护是电力系统中最重要的保护，其正确动作直接影响到电力系统安全、稳定运行。作者以母线保护输入阻抗为线索，阐述了低阻抗、中阻抗及高阻抗母线保护的特点及使用范围。分析了中国电力系统广泛采用的中阻抗母线保护的原理，结合电力系统的实际情况对母线各种运行状态，如正常运行、区外故障CT未饱和、区外故障CT饱和、区内故障以及区内故障CT饱和等情况对保护的性能进行了定性、定量分析，根据中阻抗电流差动继电器动作特性曲线得到保护在各种运行方式下稳定运行的条件。并提出了辅助变流器、差动回路、电压闭锁、交流断线闭锁等重要环节的整定原则及方法。此外还阐述了中阻抗母线保护装置在投入运行前的各种实验，运行、维护应注意事项。最后指出中阻抗母线保护方案在快速动作、较好的抗CT饱和性能、装置原理及实现简单、可靠等方面具有较大的优势。

关键词：母线保护；中阻抗方案；制动系数；CT饱和；整定；运行

1 引言

母线保护必须满足各种不同类型的主接线的要求，并且对可靠性、安全性、选择性、速动性以及测量精度有较高的要求。

母线如果因故退出运行，将对电力系统的稳定性产生较大的影响，甚至于造成一个地区大面积停电。如果母线上发生短路，因为故障电流可能达到几千安培，将使其上的电气设备损坏。因此，母线保护与其他的保护相比，应具有更高的安全性及速动性。

母线保护的动作判据是基于对母线上流入连接元件的电流与流出连接元件的电流的比较。该方法已成功地使用多年，电力系统用它构成比率制动式电流差动保护，并应用于各种母线差动保护，取得了上佳效果。

安全性的提高基于采取两种不同的测量方法，各自具有自己独立的判据。当采用数字技术时，“二取二”也保证了保护的安全性及选择性。

按照母线保护装置输入阻沟拇笮。煞治妥杩剐湍赶弑；ぃㄒ话阄概纺罚凶杩剐湍赶弑；ぃㄒ话阄赴倥纺罚┖透咦杩剐湍赶弑；ぃㄒ话阄盖纺罚?BR> 无论采用何种类型保护，高压及超高压系统母线保护的研究应注重以下几个原则：

（1）对母线外部故障，即使CT（电流互感器）完全饱和时应可靠不误动。

（2）能快速检测母线内部故障及跳闸。

（3）自适应能力强。

（4）调试、维护和运行简单、可靠。

常规的母线保护以及微机型母线保护均为低阻抗型母线保护。它们一般采用先进的、久经考验的判据，如电流差动原理、电流相位比较原理或二者的组合，构成分相差动方案。国内外已研制出基于此原理的微机型、集成电路型的母线保护装置。

电力系统采用低阻抗型母线保护的原因有：

（1）对主CT没有特殊的要求。

（2）每个连接元件的CT变比可以不一致。

（3）可以和其他保护共用一组CT铁芯。

（4）CT二次回路不允许直接切换，即防止因CT二次回路开路造成的高电压。

（5）可通过对差回路电流的动态测量监视CT线圈，并可判断出CT断线。

低阻抗型母线保护的广泛使用还在于其装置相对比较简单。因为构成保护的模块均集成在系统中，并与变电站有机地联成一体。保护在出厂前均可以完成各种实验。

另一个优点是系统监视较为简单，特别是微机母线保护具有完善的自检及互检功能。此外，微机保护还包括事故记录，断路器失灵保护以及接地保护、过流保护等后备保护。

由于输入回路呈现高阻抗，对高阻抗型母线保护最主要的要求是要具有高可靠性。其方法是设计一个附加的高阻抗保护系统作为检测元件，并提供第二个跳闸判据。但是，需要一种与之匹配的CT线圈，并且每个连接元件的二次回路必须连接牢固。

CT线圈必须满足以下要求：

（1）CT线圈不能与其他保护共享；

（2）有相同的变比；

（3）二次线圈必须有较低的阻抗；

（4）励磁电流必须很小。

双母线系统不宜采用高阻抗保护。双母线的各种接线方式为了获得选择性，CT二次回路不得不根据隔离刀闸的位置进行切换。倒闸过程应该很快，在某种情况下CT线圈可能发生开路，由于其二次线圈上的高电压而造成设备损坏。

同时，母线内部故障时，由于在高阻上产生相当高的电压（一般达几千伏），高阻抗继电器本身需要附加压控电阻（VDR）和短路线圈进行保护。

除了高阻抗保护系统需要在工程建设、维护等方面增加相当多的投资外，变电站还须增加额外的设备。总之，尽管高阻抗保护系统投资似乎较少，但是运行、维护、维修十分困难。另外，如果考虑到专用CT线圈的费用，高阻抗保护不是最佳的选择。

中阻抗型母线保护采用了快速、灵敏、采用比率制动式电流差动保护方案，既具有低阻抗、高阻抗保护的优点，又避开了它们的缺点，在处理CT饱和方面具有独突的优势。特别是中阻抗型母线保护首次实现动作时间小于10ms，被称为“半周波继电器”。实践证明，目前中阻抗型母线保护是一种最好的母线保护方案。

中阻抗型母线保护方案于60年代末在IEEE上发表，70年代初由瑞典ASEA公司研制出基于中阻抗方案的RADSS母线保护，在荷兰高电压实验室做了大量实验，经受各种考验，证明是一种较好的方案。迄今为止，RADSS保护在全世界已有几千套在运行。后来，ABB公司又推出了REB103系列的中阻抗型母线保护装置，它仅对差动回路做了较少的改动，仍然保留了中阻抗型母线保护方案。

我国第一套中阻抗型母线保护运行于华中电网500kV凤凰山变电站。现在，我国已有近千套中阻抗型母线保护在运行。除了RADSS保护外，美国GE公司的BUS－1000、中国许继公司的JMH－1、上海继电器厂、阿城继电器厂、南京电力自动化设备厂的等中阻抗型母线保护装置均在我国电力系统中广泛使用。 2 原理分析

2．1 中阻抗原理分析

中阻抗型母线保护方案基于两个基本假设：

（1）对于外部故障，完全饱和的连接元件的CT二次回路可以只用其全部直流回路电阻表示。

（2）对于内部故障，空载的连接元件的CT二次回路可以用一个较大的励磁阻抗表示。

中阻抗型母线保护方案十分简单、巧妙。它由全波整流二极管、整流桥、电阻、干簧继电器构成，其原理如图1。图中，R为差动电阻，Rs为制动电阻，

Rcd为差回路辅加电阻，TMA、TMB、TMX为辅助变流器，TA、TB、TX为电流互感器，DL为整流桥，CDJ为差动继电器，CLJ为差流继电器，TMD为差动变流器，IT为流进继电器的总电流，Id1为流进差回路的总电流。

经推导，其动作方程见式（1）。其中，S为制动系数。

Id1＝SIT＋K（1）

2．2 各种运行状态分析

2．2．1 正常运行状态

设流入差动回路的不平衡电流为αIT（0＜α＜1），整定时只要选取适当的制动系数S，保证满足式（2）就能实现稳定可靠运行。

αIT＜SIT＋K（2）

2．2．2 外部故障运行状态

（1）CT未饱和

该运行状态的分析同正常运行，此时，流入差动回路的不平衡电流为CT在满足10％误差曲线的前提下形成。

图1 单母线差动保护原理简图