中低压系统母线保护的应用分析

中低压系统母线保护的应用分析Ξ 刘艳芬1 ,焦彦军1 ,张嘉星2 (1. 华北电力大学 ,河北 保定 071000 ; 2. 包钢 (集团)公司供电厂 ,内蒙古 包头 014010) 摘　要 :文章对中低压系统母线保护现状和存在问题进行了深入的分析 ,在此基础上介绍了一种新的微机型过流 闭锁式不完全母差保护装置 ,最后就实际应用中的问题进行了分析并提出了解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 关键词 :中低压系统 ;母线保护 ;过流闭锁 ;差动保护 中图分类号 :TM64511 + 1 　　　　　文献标识码 :B 　　　　　文章编号 :1009 - 5438 (2009) 01 - 0047 - 03 Application Analysis on the Busbar Protection in MV or L V Power System LIU Yan - fen1 , J IAO Yan - jun1 , ZHANG Jia - xing2 (1. North China Electric Power University , Baoding 071000 , Hebei , China ; 2. Power Supply Plant of Baotou Steel ( Group) Corp. , Baotou 014010 , Nei Monggol , China) 　　Abstract :According to the actualities and the existing problems of the busbar protection in MV or LV power system ,the paper introduces a kind of new busbar incomplete protection device by microcomputer and overcurrent - blocking. At last it analyses the problems in the application and offers the solution. 　　Key words :MV or LV power system ;busbar protection ;overcurrent - blocking ;differential protection 　　在电力系统中 ,35 kV 及以下电压等级的母线 由于没有稳定问题 ,一直未装设专用母线保护 ,母线 故障要靠主变压器低压侧的后备保护或进线过流保 护来切除[1 ] ,工业企业配电网中低压母线也是如此。 近年来随着电网规模的不断扩大 ,节能发电机组的 投运以及大型电动机的应用 ,企业中低压母线的短 路容量也越来越大。由于母线短路故障电流增大、 持续时间又长 ,后备保护延时长等原因 ,使不少本可 以快速消除的故障未及时切除 ,造成配电装置严重 烧毁 ,引起大范围停电 ,扩大了事故 ,造成了严重经 济损失。特别是包钢电网由于电源点集中 ,一个末 端变电站的母线故障 ,由于后备保护切除故障时间 较长 ,导致同一电网其它正常母线的工作电压随之 持续降低 ,使得一些对工作电压较敏感的自动化设 备以及辅助低压设备无法正常工作 ,甚至停机、停 炉 ,严重影响公司生产稳定运行。因此在中低压配 网应用专用母线保护装置实现母线故障的快速切除 成为了当前的紧迫任务。 1 　中低压系统母线保护方案 1. 1 　普遍采用的中低压系统母线保护方案 传统的中低压母线保护方案是采用变压器后备 或进线过流保护来切除母线故障。由于考虑到与馈 线和母线分段开关的配合 ,保护跳闸时间一般整定 为 0. 5 ～ 1. 5 s。为缩短母线故障切除时间 ,包钢电 网基于正常分列运行方式较多的情况 ,将变压器后 备或进线过流与母线分段保护整定为同一时限 ,有 些串联供电变电站甚至取消进线后备保护 ,以减少 第 35 卷第 1 期 2009 年 2 月 包 　钢 　科 　技 Science & Technology of Baotou Steel ( Group) Corporation Vol. 35 ,No. 1 February ,2009 Ξ 收稿日期 :2008 - 11 - 18 作者简介 :刘艳芬 (1968 - ) ,女 ,内蒙古包头市人 ,高级工程师 ,在读工程硕士。现从事供用电专业技术管理工作。 保护配合级差数。重要母线也有采用高压环流原理 的母线保护方案 ,这种方案的接线复杂 ,对 CT 的要 求高 ,安装在有很多出线的 6～35 kV 母线上有很多 困难 ,也很不经济。 1. 2 　新的微机型过流闭锁式不完全母差保护方案 1. 2. 1 　微机型过流闭锁式不完全母差保护的构成 微机型过流闭锁式不完全母差保护由复压元 件、差动元件、闭锁母差元件和断路器失灵开放元件 构成。过流闭锁式不完全母差保护的逻辑框图见图 1。它将母线上的电源线或可提供故障电流的设备 如受电开关、分段开关、小电源联络线开关的二次电 流接入装置中 ,以构成不完全差动保护 ;需要母线上 二次电流未接入装置的所有其它设备的过流保护动 作接点来闭锁本差动保护 ,以此构成了不完全母差 保护的闭锁元件 ,同时要求闭锁接点在过流启动时 立即闭合而在断路器跳开后无延时返回 ;由于这种 差动保护在系统正常运行时差动电流等于所有负荷 电流之和 ,在空充线路或起动电机时 ,这个电流会很 大 ,如不采取其它措施将极易导致差动保护误动 ,而 单纯提高定值或延时动作又将降低灵敏度或造成严 重故障延误切除 ,为此需要采用复压闭锁来提高不 完全差动的可靠性和灵敏度 ;由于普通馈出设备的 二次电流未接入装置 ,当这些设备故障时 ,差动元件 也将动作 ,但当某一馈出设备断路器拒动 (失灵)时 , 其上的过流保护将长时间闭锁母差保护 ,为快速切 除此类严重故障 ,不完全母差保护同时提供了闭锁 解除时间 ,由此构成了断路器失灵保护。 图 1 　母差保护逻辑框图 1. 2. 2 　过流闭锁式不完全母差保护的工作原理 一个简化的中压母线系统不完全母线差动保护 原理图见图 2 ,下面具体分析各种情况下 ,母线保护 的工作情况 : (1) 电力系统正常运行时 ,差动元件 CJ 中的电 流等于所有负荷电流之和。 Icd = ∑ 8 k = 4 ÛIk (1) 所以 ,差动元件的启动电流定值 ,必须大于该母 线输送的最大负荷电流。 Iset = ∑ 8 k = 4 Ik (2) (2)母线区外发生故障且故障点在负荷支路 d1 处 ,此时差动元件中流过的电流是故障点短路电流 和其它非故障负荷支路的电流和。 Iset = ∑ 8 k = 1 ÛIk (3) 图 2 　不完全母线差动保护原理图 由于此时母线电压降低 ,其它负荷支路的负荷 电流会较小甚至为零 ,差动元件主要流过 d1 和点相 同的故障电流 ,所以差动元件一定会启动。同时负 荷支路 5 的过电流保护同样会启动 ,该支路的过电 流保护启动后 ,发出一个闭锁信号 ,闭锁母差保护 , 保证母差保护可靠不动作。 (3) 故障发生在母线上 d2 点处时 ,差动元件中 的电流是所有电源支路向短路点供给的短路电流之 和。 Icd = ∑ 3 k = 1 ÛIk (4) 此时 ,差动元件会快速启动 ,同时 ,差动元件不 会收到来自负荷支路的闭锁信号 ,所以母线差动保 护可靠动作 ,快速切除母线故障。 (4)母线保护区外发生故障且故障发生在其中 一个电源支路 d3 点处 ,此时所有的故障电流都流入 故障支路的电流互感器 ,所以故障支路的电流互感 器很容易饱和 ,使得其二次电流出现较大误差 ,此时 差动回路电流会增大 ,可能引起母差保护误动作。 为了防止母线保护区外一个电源支路上发生故障时 母差保护误动 ,装置应用“电流采样值方向比较法”, 84 包钢科技 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 35 卷 对接入母差保护的各电源支路的电流相位进行比 较[2 ] ,用以判别是母线内部故障还是某一电源进线 发生了区外故障 ,如图 2 ,母线上 d2 点处短路时 ,电 源支路 ÛI1、ÛI2、ÛI3 均流向母线 ,相位一致 ,判母线区内 故障 ,当电源 3 上的点 d3 处短路时 ,电源支路 ÛI1、ÛI2 流向母线 ,而 ÛI3 则流出母线 ,相位不一致 ,因而判为 母线区外故障 ,这样有效的防止了某一电源进线发 生区外故障时母差保护误动的可能性 ,提高了不完 全母线差动保护动作的可靠性。 (5) 故障发生在区外 d1 点处又转为区内 d2 点 处母线内部故障。当故障发生在区外时 ,母差保护 回路流过差动电流 ,母差保护启动 ,同时线路保护也 启动 ,并发出闭锁信号给母差保护 ,这时线路保护先 动作 ,断路器跳开后闭锁信号无延时返回 ,此时母差 保护再动作 ,切除母线故障。若线路保护已启动 ,闭 锁母差信号也已发出 ,但线路断路器拒动 ,则母差保 护装置在预先设定的闭锁解除时间后重新开放 ,切 除母线故障。 2 　母线差动保护中需解决的问题 2. 1 　馈出线保护装置闭锁信号的处理 对于大多数终端变电站的馈出保护由于不存在 与下级的配合 ,一般都设有 0 s 电流速断保护和 0. 3～0. 5 s的过电流保护 ,而有些总降压变电站由 于馈出往往是终端变电站的电源 ,为保证各级继电 保护装置动作的选择性 ,一般不设 0 s 电流速断保 护 ,而是短延时电流速断保护和与下级站有时限配 合的过电流保护。对于这 2 种情况 ,当馈出线过流 启动时 ,立刻发出闭锁信号给母差保护 ,而不是等延 时电流保护动作后再发闭锁信号。 2. 2 　对同一电压等级有多分段母线时的考虑 有些变电站有两段母线 ,有的变电站甚至有三 段或四段母线 ,对于分段母线建议各段分别装设不 完全母线差动保护 ,并将分段断路器作为电源支路 接入差动回路 ,这样当本段母线内部发生故障时 ,分 段断路器作为电源支路同其它电源支路一样 ,经不 完全母差保护出口跳闸 ,切断本母线故障。 2. 3 　双母线接线形式的母线保护 目前的中低压系统由于采用了多电源、多分段 母线以及备用电源自动投入装置 ,极大的提高了供 电的可靠性 ,而双母线接线形式的母线很少有机会 全停电检修 ,因此在中低压配网中已很少采用 ,本装 置为简化应用 ,没有考虑双母线接线形式下的母线 保护的应用。如果确实需要则必须考虑将电源和馈 出支路的母线隔离开关辅助接点引入装置 ,来判断 电源和馈出所在母线 ,这就要求母线保护装置软硬 件增加很多 ,而实际接线也很复杂。 2. 4 　母线馈出线的回路数问题 由于中低压母线差动保护接线简单 ,只将电源 支路接入母线差动保护回路 ,各出线电流回路不接 入母线差动回路 ,对母线馈出线回路数理论上没有 数量限制 ,当增加馈出线时 ,只需并入相应闭锁信号 回路即可 ,本装置特别适合于出线回路数很多的中 低压母线。 2. 5 　继电保护整定值的确定 由于系统正常运行时 ,差动元件中的电流等于 所有负荷电流之和 ,所以差动元件的启动电流定值 必须大于该母线输送的最大负荷电流。若电源进线 或分段有备自投功能投入 ,馈出线有重合闸功能投 入 ,以及负荷中有大型电动机时 ,还要考虑躲开启动 冲击电流和外部故障切除后母线电压恢复时的自启 动冲击电流 ,以防不完全母差保护误动 ,同时不完全 母差保护启动电流定值必须保证母线故障时有足够 的灵敏度。同样 ,馈出线过流闭锁定值也要考虑躲 开负荷正常运行时的启动和自启动冲击电流 ,以防 误闭锁 ,在母线真正有故障时反而延误切闸。 3 　结束语 过流闭锁式不完全母线差动保护装置能可靠保 护母线的各种类型的故障 ,原理简单 ,动作速度快。 由于只将电源支路的二次电流接入差动回路 ,特别 适合进出线回路多 ,各出线保护装置就地分散安装 的中低压母线 ,大大简化了接线 ,降低了工程造价。 该装置能够适应中低压母线装设专门继电保护的要 求 ,有很好的实用价值。 参 　考 　文 　献 [1 ] 　贺家李 ,宋从矩. 电力系统继电保护原理 [M] . 北京 :水利电力出版社 ,1991. [2 ] 　金耘岭 ,耿岩 1 分散式电流方向母线保护的实 现[J ] . 电力自动化设备 ,2006 ,26 (9) :72 - 74. 94第 1 期 　　　　　　　　　　　　　　中低压系统母线保护的应用分析