主设备保护-----母线保护

主设备保护·母线保护WMZ-41微机型母线保护装置

(一)简介>>top

WMZ一41微机型母线保护装置适用于500kV及以下电压等级的各种母线接线方式的母线保护。

该装置采用STD总线工业控制机作为CPU，大大提高了保护的速度和可靠性，也使保护的调试和维护更加方便。装置采用一"主"-三"从"多CPU 方式。"从"CPU用作各相电流数据采集、故障分析并向"主" CpU传送故障信息；"主"CPU用作保护的通信管理。人机对话、故障报告的打印、母线电压的数据采集、故障分析以及双母线运行状态的识别。

保护装置采用全封闭型柜式结构，整套保护装置由一柜构成。

1．主要特点

1）装置利用STD总线工业控制机构成母线保护，"主"、"从" CPU间实现网络互联，并可与中央处理机一起实现更高级的协调管理，为全站自动化的实现创造了条件。

2）采用分相式多微机系统结构，使得整套保护装置对系统各种故障有相同的灵敏度。同时，大大提高了保护装置整组动作的速度。

3)提出了抗TA饱和新方案。当系统发生区内故障TA他和时，装置仍能迅速动作，区外故障TA饱和时，装置不会误动，对TA无特殊要求。4）结合对交流量的动态分析和隔离开关触点的实时检测，实时跟踪母线的运行方式，实现了双母线保护的自适应性，保证了母线运行的可靠性。

5）系统及母线发生相继故障时，保护能正确、迅速反应。

6）独立的电压闭锁国路增强了装置抗设动的能力。

7）丰富的自检功能及人机对话功能使得装置的运行、调试更加方便。

8)在母线倒闸过程中发生外部故障，保护不会误动。

2．主要功能

1）准确区分母线区内、区外故障，区内故障时保护迅速动作于出口，区外故障则可靠制动，TA饱和时不影响保护装置正确动作。

2)实时跟踪母线的运行状态，具有自适应性。双母线解列运行时，保护仍能正常工作。

3)具有线路断路器失灵保护、母联失灵（死区）保护及充电保护功能。

4)低电压闭锁功能。

5)交、直流口路的检测功能，TA断线能闭锁保护，断线恢复后自解除闭锁。电压回路断线告警，断线恢复后自动解除告警；直流消失发预告信号。

6）具有灵活功能，可以文件方式或打印方式记录故障前后信息，便于进行故障分析。

（二）型号含义>>top

（三）工作原理

1．带比率制动特性的电流差动保护原理>>top

母线在正常工作或其保护范围外部故障时，所有流入及流出母线的电流之和为零，而在内部故障情况下，所有流入及流出母线的电流之和不再为零。差动保护可以正确地区分被保护元件的内部和外部故障，因而，在母线保护中得到广泛的应用。

按照电流差动保护原理，其基本判据为：

式中

i j--母线支路电流；

N--支路数

i0--定值。

传统的保护采用带制动特性的保护原理，以所连元件电流的绝对值之和为制动电流，其动作条件可表述如下：

式中i j--母线所连支路的电流。

由于提高了外部故障时的制动作用，从而增大了在外部故障时不动作的可靠性。同时，在内部故障时，可满足动作的灵敏度。

在该装置中，由于采用了数字技术，因而可以采用更为复杂的原理，将各种判据综合改进，可以得到以下表达式(式4-1和式4-2)：

式中 i j－－第j支路的电流量；

N--差动支路数；

K--制动系数；

i O--定值。

式（4－1）在外部故障、短路电流较大时，易于误动；短路电流小时，可靠性高。式（4-2）的动作条件是由各支路电流相位决定的，与短路电流的大小无关，放电流的灵敏度较高。

该装置的动作条件由上述两判据"与"门输出，所以当外部故障短路电流较大时，由于式（4-2），使得保护不误动，而电流小时，由于式（4-1），可提高保护的可靠性

2．复合电压闭锁>>top

根据继电保护和安全自动装置技术规程，专用母线保护为子防止误动作，其出口回路应该经过闭锁触点控制，加装电压闭锁可以明显提高母线保护的安全性。但是，加装电压闭锁，应保证闭锁元件不影响母线保护的灵敏度和动作速度。

由于母线故障基本上属于金属性接地故障，故障相电压几乎为零，相间故障不接地时的残压最大，是正常时的50％，同时，由于在微机型母线保护中，计算机具有很强的记忆功能，能记忆故障前的信息，因而，在母线发生故障的瞬间，由于故障相电压的突变很大，故可以利用电压的突变量与周围比较，通过比较工频周期电压的值，可以迅速地检测出电压故障满足保护快速动作的要求。

式中U k--采样点的电压样值；

U k-T--与采样点相应的前一周期该点样值；

K--采样点；

T--周期数。

为提高电压动作的灵敏度，在应用电压突变量判据的基础上，我们还引入零序电压和低电压判别，其动作方程如下。

零序电压判据：

式中U IO--I母线年序电压；

UⅡO--11母线年序电压；

U set--零序电压动作定值。

低电压判据：

U Ia(i）、 U Ib( i）、 U Ic（i）-- I母线a、 b、 C相电压值；

U IIa（i）、U IIb（i）、U IIc（i）--II母线a、b、c相电压

值；U set11--低电压动作定值。

图4-1 双母线运行方式示意图

3．母线运行方式字的识别>>top

双母线运行的一个特点是操作灵活、多变，但是，运行的灵活却给保护的配置带来了一定的麻烦，常规保护中通过引入辅助触点的方法，来动态跟踪现场的运行工况（见图4-1）。如图所示，L1为连接在双母线上的一条支路。G1、G2是L1的隔离开关，将G1、G2辅助触点的状态送到微机的状态输入口，若用高电平"1"表示开关合上，低电平"0"表示开关断开，则微机可将L1的运行状态表述如下：

若G1为0，G2为0，则 L1停运

若G1为0，G2为1，则 L1运行在Ⅱ母线

若G1为1，G2为0，则 L1运行在I母线

若G1为1，G2为1，则 L1同时运行在I、Ⅱ母线（倒闸)

微机实时跟踪母线运行方式通过其开关量输入模件读入各支路状态，形成I母线达式字和II母线运行方式字。这种方法简单、直观，但如果辅助触点不可靠，将引起运范字错误，从而引起保护的误动。

软件搜索识别法。母线在正常运行状态下，两段母线上所有连接支路满足式：∑i i≤ε，即大差为零。此时，由I母线、II母线上所连支路分

别形成的I母线、II母线小差也为零，倒闸情形下，大差仍为零，而I母线、II母线所形成的小差则为一不平衡电流，微机搜索到此情形，将I 母线、II母线运行方式字分别逐位同时取反，再判两小差是否为零。如此反复，直到两小差为零，得到新的运行方式字。

但这种识别方法也存在不足：当母线上某两条支路的电流大小相等，方向相同（称之为等电流元件），以及某支路电流负载小时微机无法正确识别这两种情形，有可能形成错误的运行方式字。

为了弥补上述两种方法的不足，该装置将这两种方法结合起来，在有等电流元件和轻载支路的情况下，利用其隔离开关辅助触点校正运行方式字；利用软件识别可检查隔离开关辅助触点的正确性。

4．电流互感器（TA）饱和对保护的影响及处理>>top

图4－2电流互感器原理

如图 4－2所示， Lu为励磁阻抗，R、 L分别为归算到一次绕组的负荷电阻和电抗。

在正常情况下，电流互感器的铁芯工作在低磁密条件下，励磁阻抗很大，励磁电流入i u很小，在系统发生故障时，由于短路电流往往含有一

定幅值的非周期分量使电流互感器铁芯的磁密很快达到饱和值。此时，励磁阻抗下降，励磁电流大大增加，i2则大大减小，i2的波形可能出现严重的畸变现象。当TA严重饱和时，励磁阻抗很小，相当于把二次回路短路了，此时i2＝0，i u＝i1。

从电流互感器饱和时的暂态实测波形分析可知：

l）在发生短路的开始阶段，电流互感器可以正确地变换一次电流，如保护能在该段时间内动作，可以不受铁芯饱和的影响。

2）当铁芯进入饱和后，二次电流的波形即出现缺损现象。

3）当一次电流的瞬时值由正半波趋向负半波时，电流互感器又可以正确地变换一次电流。即一次电流经过零点后，使得TAF二次侧产生一个线性传变区。

对于母线区内故障，由于该装置能在电流互感器未发生饱和前的一段时间内检测母线内部故障，并记忆下来，因此，区内故障时，保护能正确

动作。对于母线区外故障，由于二次电流的波形缺损，此时，将使全部连接在母线上的电流和不再为零，对于严重TA饱和的情况下，TA二次电流接近于零，在这段时间内可能引起装置误动，为克服这种情形，该装置采取同步识别法（如图4－3所示）。

当母线在区外故障发生TA饱和时，使得差动电流越限．但是．由于故障刚开始和线路电流过零点附近存在着一个线性传变区．故而．此时差动电流的动作与实际故障时刻并不同步，而存在一个滞后，当母线区内故障，差动电流实际有反映的是故障电流。它的越限是与实际故障时刻同步的，这样，便可以利用差动电流的越限时刻和故障发生时刻是否同步来识别饱和情况。在系统中可能出现故障发展，由区外故障转化为区内故障，因而，饱和闭锁也应该是周期性的，考虑到系统稳定性的要求，我们在判别TA发生饱和后，保护先闭锁一个周期，然后再开放保护进行故障判别。

图4－3同步识别逻辑关系图

为了完成此逻辑框图，采用以下判据：

（l）差动判据

由式（4-2）可知I d＞KI f本身具有一定的抗 TA饱和特性，因此以此作为差动判据，简单易行。

（2）故障启动判据

变电站内母线故障主要为接地故障，母线区区外故障引起的TA饱和的原因也主要是接地故障。其故障分量我明显：故障相电压降低很多、故障相电流突变很大，因而，利用母线的电压或电流都可以达到正确故障启动的目的。

5．失灵保护>>top

（1）线路失灵保护

对系统220kV母线保护，该装置配置了线路失灵保护。线路失灵保护由装置的主机完成。当某连接元件发生故障断路器失灵时，主机接收到来自该连接元件的线路保护发出的失灵信号，经延时、确认后，以较短时间跳开母联断路器，以较长时间跳开该连接元件所在母线上的所有断路器。

（2）母联失灵保护

当某段母线内部发生故障，母联断路器失灵，或发生死区故障，即母联电流互感器与断路器之间发生短路时。装置的"从"机在发出跳闸命令后，经延时，将母联电流退出差流，相当于传统保护中将母联电流互感器的二次侧短接，这样，另一段母线差动动作，从而跳开母线的上的所有断路器。

6．TA断线的判别及处理

当母线上某个连接元件的电流互感器口路发生断线时，会引起很大的差流或使差流产生突变，而母线电压仍维持正常，装置判断出此情形，经延时、确认后发TA断线闭锁信号，并闭锁保护。差流判据仍采用式（4一1），其整定值可略低一些。

7．TV断线的判别及处理

当母线上某相电压互感器回路发生断线时，该相电压的采样值为0。由于该装置引入零序电压，因此，其判据如下：

式中U set－TV断线定值。，

主机检测到TV断线后，发告警信号。

8．频率跟踪

当电力系统频率发生变化时，保护装置基于固有采样频率的算法将会产生误差，影响装置的正常运行。该装置利用系统中比较稳定的电压量在过零点时采样值大小的变化，实时调整采样频率，使之与系统频率同步，从而确保一周波内采集规定的采样点数。

（四）主要技术数据>>top

1．技术参数

（1）额定参数

直流电源电压 220V或110V

交流额定电压 100（V）

交流额定电流 5A或1A

交流额定频率 50Hz或60Hz

打印机工作电压 220V，50Hz

（2）功率消耗；

直流回路 正常工作时，≤50W

装置动作时，≤80W

交流电流回路 1VA／相（额定电流下）

交流电压回路 1VA／相（额定电压下）

（3）过载能力

直流电源回路 80%~115%额定电压下连续工作

交流电流回路 2倍额定电流,连续工作

20倍额定电流，工作10s

40倍额定电流，工作工作

交流电压回路 1．5倍额定电压，连续工作

（4）电流电压精确测量范围

电流精确测量范围 0．25~100（A）（额定电流5A）

0． 05～ 20A（额定电流1A）

电压精确测量范围 0.5~100(相电压)

(5)主要保护的定值精度

l）测量元件精度：

刻度误差 ≤2％

温度变差 ≤2％(在工作环境温度范围内) 综合误差≤5％

2)差动继电器：

差动继电器动作电流 （ 0．2~1．0）In

制动系数 0．4～0.8

差动继电器动作时间 ≤5ms（1．2倍额定电流）

3)电压闭锁继电器：

电压突变系数 0.5～0．8

动作时间 8rns（80％ U n）

4)装置整组动作时间： ≤10ms（1．2In， 0．5Un）。

5)TA断线电流定值： (0．05～0．5)In。

6）TV断线电压定值： （0．01～0．5）Un。

7)双母线运行方式识别电流精度：≤5％ In。

(6）绝缘性能

1） 绝缘电阻。装置的带电部分和非带电部分及外壳之间以及电气上无联系的各电路之间根据被测试回路额定电压等级分别用开路电压250V或500V的兆欧表测量其绝缘电阻值大于10MΩ。

2） 介质强度。在正常试验大气条件下装置能承受频率为50Hz历时1min 的工频耐压试验而无击穿闪络及元器件损坏现象。

（7）湿热试验

符合GB7261中有关标准。

（8）振动

符合GB7261中有关标准。

（9）电气干扰试验

符合GB6162有关标准。

（10）出口触点容量

1） 出口跳闸触点：干簧触点开容量300V×2A，触点接触电阻不大于0.5Ω。

2） 信号触点容量：

110V（DC） 0.6A

30V（DC） 2A

125V（AC） 1A

2．环境条件>>top

1）基本条件。作为确定产品基本性能及准确度的基准的标准大气条件或仲裁试验的标准大气条件：

环境温度 20士2℃

相对湿度 45％～ 78％

大气压力 86～106kPa

2）正常工作条件：

额定环境温度 一5～40℃

相对湿度 45％～90％

大气压力 80～106kPa

3）储存和运输过程中极限温度：一25～70℃。

4）周围环境要求：大气中不含有导致金属或绝缘损坏的腐蚀性气体；周围不允许有较严重的尘埃和霉菌。

（五）订货要求>>top

订货时必须提供如下技术参数：

1）母线接线方式：单母线，单母分段，3/2断路器接线，双母线，双母单分段，双母双分段。对母联（或分段）兼旁路开关等特殊系统，订货时必须提供系统一次图。

2)母线连接元件数目（包括母联、分段及旁路）。

3)各主TA变比。

4）线路失灵保护：需配置线路断路器失灵保护；无需配置线路断路器失灵保护。

5）充电保护；需配置充电保护功能；无需配置充电保护功能。

6）直流电源：110V，220V。

为标准柜尺寸（宽×深×高，mm）：800 × 600 × 2260， 800 ×600× 2360

8）柜的颜色。

9)是否配打印机或软驱以及其他测试设备。

(六)生产厂>>top