05年繼電保護崗位培訓講義－母差保護部分
1概述1．1概述
母線保護的基本原理：
母線正常執行時：
母線發生故障時：
母線保護的要求
● 區外故障絕對不允許誤動
● 區內故障必須快速動作
1．2母差保護現
中阻抗母差保護
● 優點：1、動作速度快
2、抗ta飽和能力強
● 缺點：1、需輔助變流器
2、除錯、維護複雜
3、不適應綜合自動化的要求
微機母差保護
目前普遍採用的是比率差動繼電器
制動係數k直接影響到其抗ta飽和能力。為提高抗飽和能力必須提高k值，而提高k值勢必降低保護在區內故障時的靈敏度，尤其在重負荷下故障或經過渡電阻故障時矛盾更為突出。
1．3母差保護的難點
母差保護的難點在於如何兼顧區外故障時的安全性與區內故障時的靈敏度問題。
因此有必要研製一種全新的、不完全依賴於制動係數的抗ta飽和判據，以根本上解決了安全性與靈敏度矛盾的問題。
1．4電流互感器飽和的研究
1．4．1電流互感器飽和的研究
結論１ 由於電流互感器存在角差，因此即使
一、二次電流有效值的差不大於10％，它所引起的差流也往往會大於一次電流的10
結論２ 一次電流越大，其飽和時波形畸變得越厲害，因而在差動保護中所引起的差電流越大；但即使一次電流達到100多倍額定電流，其二次電流也不會為零。
結論３ 當一次電流含有很大的非週期分量且衰減時間常數較長時，即使穩態電流倍數滿足10％誤差曲線，但在暫態過程中，尤其是在起始的2～3個周波之內，二次電流會出現嚴重的缺損，從而引起的很大的差電流。
結論 4
故障起始電流互感器總有一段正確傳變時間，一般情況下大於2ms。
圖1.4.1為動模實驗室實錄的母線區內、外故障波形。圖1.4.2 為區外故障，短
路支路電流互感器極度飽和的情況下，差動保護也不會誤動。圖1.4.3為區內故障
伴隨電流互感器深度飽和，保護10ms 快速出口（包括出口繼電器時間5ms）。圖1.4.4為電流20in，時間常數180ms（89°），電流互感器的波形
圖1.4.1動模實驗室實錄的母線區外發生abc 三相故障時ta 飽和波形
圖1.4.2 區外故障伴隨電流互感器飽和的電流波形
圖1.4.3 區內短路波形伴隨電流互感器飽和的動作波形
圖1.4.4電流20in，時間常數180ms（89°）
1．4．2抗電流互感器飽和判據
1．4．2．1 rcs-915
判據１：反應工頻變化量的自適應阻抗加權式差動保護（專利技術）
自適應阻抗加權式差動保護：即利用電壓工頻變化量起動元件自適應
地開放加權演算法。
● 當發生母線區內故障時，工頻變化量差動元件△blcd 和工頻變化量阻抗元件△z 與工頻變化量電壓元件△u 基本同時動作；
● 而發生母線區外故障時，由於故障起始ta 尚未進入飽和，△blcd 元件和△z 元件的動作滯後於工頻變化量電壓元件。
利用△blcd 元件、△z 元件與工頻變化量電壓元件動作的相對時序關係的特點，我們得到了抗ta 飽和的自適應阻抗加權判據。由於此判據充分利用了區外故障發生ta 飽和時差流不同於區內故障時差流的特點，具有極強的抗ta 飽和能力，而且區內故障和一般轉換性故障（故障由母線區外轉至區內）時的動作速度很快。
該保護具有極強的抗ta飽和能力。在區外故障，ta正確傳變時間僅為2ms時也能可靠制動；同時又有很高的靈敏度，即使是在重負荷執行狀態下發生區內故障，或經過渡電阻短路時也能可靠動作，且動作速度快，整組動作時間為
8～12ms。
判據２：帶波形檢測的穩態比率差動保護
由諧波制動原理構成的ta 飽和檢測元件。這種原理利用了ta 飽和時差流波形畸變和每週波存**性傳變區等特點，根據差流中諧波分量的波形特徵檢測ta是否發生飽和。
以此原理實現的ta 飽和檢測元件同樣具有很強抗ta 飽和能力，而且在區外故障ta 飽和後發生同名相轉換性故障的極端情況下仍能快速切除母線故障。
1．4．2．2 bp-2b
自適應全波暫態監視器：
該監視器判別區內故障情況下截然不同於區外故障發生ta飽和情況下元件與元件的動作時序，以及利用了ta飽和時差電流波形畸變和每週波都存**形傳變區等特點，可以準確檢測出飽和發生的時刻，具有極強的抗ta飽和能力。
上述母線差動保護判據從根本上解決了低阻抗母差保護抗ta飽和的問題以及安全性與靈敏度的矛盾，使得抗飽和效能不依賴於比率制動係數。在效能上有了質的飛躍。
2．bp-2b微機母線保護裝置
2．1母線保護原理
2．1．1母線差動保護
2．1．1．1母線差動迴路的構成
1）由母線大差動和幾個各段母線的小差動所組成；
母線大差動：除母聯斷路器和分段斷路器以外的母線所有其餘支路構成的大差動迴路。
作用：判斷區內、區外故障。
某段母線小差動：與該段母線相連的各支路電流構成的差動迴路，其中包括與該段母線相關聯的母聯斷路器和分段斷路器。
作用：選擇故障母線段。
ta極性：支路ta極性為母線側；母聯斷路器為ⅱ母側。
以雙母線為例：母線差動迴路的邏輯關係：
2）差動迴路和出口迴路：
雙母線接線
以 i1，i2，---，in 表示各元件電流數字量；
以 ilk 表示母聯電流數字量；
以s11，s12，---，s1n表示各元件i母刀閘位置，0表示刀閘分，1表示刀閘合；
以s21，s22，---，s2n表示各元件ii母刀閘位置；
以slk 表示母線並列執行狀態，0表示分列執行，1表示並列執行；
各元件ta的極性端必須一致；一般母聯只有一側有ta，裝置預設母聯ta的極性與ii母上的元件一致。
則差流計算公式為：
大差電流id = i1 + i2 + --- + in
i母小差電流 id1 = i1 * s11+ i2* s12 + --- + in* s1n— ilk * slk
ii母小差電流 id2 = i1 * s21+ i2* s22 + --- + in* s2n + ilk * slk
以t1，t2，---，tn表示差動動作於各元件邏輯，0表示不動作，1表示動作；
以tlk 表示差動動作於母聯邏輯；
以f1，f2 分別表示i母、ii母故障，0表示無故障，1表示故障。
則出口邏輯計算公式為：
t1 = f1 * s11+ f2* s21
t2 = f1 * s12+ f2* s22
……tn = f1 * s1n+ f2* s2n
tlk = f1 + f2
3）母線執行方式的電流校驗
雙母線執行時，各連線元件經常在兩段母線之間切換。母差保護需要正確跟隨母線執行方式的變化，才能保證母線保護的正確動作。
本裝置引入隔離刀閘的輔助接點實現對母線執行方式的自適應。同時用各支路電流和電流分布來校驗刀閘輔助接點的正確性。當發現刀閘輔助接點狀態與實際不符，即發出『開入異常』告警訊號，在狀態確定的情況下自動修正錯誤的刀閘接點，包括兩段母線經兩把刀閘雙跨（母線互聯）。
刀閘輔助接點恢復正確後需復歸訊號才能解除修正。如有多個刀閘輔助接點同時出錯，則裝置可能無法全部修正，需要執行人員操作『執行方式設定』選單進行強制設定，直到刀閘輔助接點檢修完畢取消強制。
由於大差電流與刀閘輔助接點無關，以及裝置具有執行方式電流校驗功能，因此雙母線倒排操作期間，裝置不需執行人員手動干預，可以正確切除故障；刀閘輔助接點出錯檢修期間不需退出保護；帶電拉刀閘，保護可以正確快速動作。
2．1．1．2起動元件
1） 和電流突變量判據：當任一相的和電流突變量大於突變量門坎時，該相起動元件動作。 其表示式為
其中為和電流瞬時值比前一周波的突變量；為突變量門坎定值。
2）差電流越限判據：當任一相的差電流大於差電流門坎定值時，該相起動元件動作。
其表示式為
其中為分相大差動電流； 為差電流門坎定值。
3）起動元件返回判據，起動元件一旦動作後自動展寬40ms，再根據起動元件返回判據決定該元件何時返回。當任一相差電流小於差電流門坎定值的75%時，該相起動元件返回。
其表示式為
『和電流』是指母線上所有連線元件電流的絕對值之和 ；
『差電流』是指所有連線元件電流和的絕對值， ij為母線上第j個連線元件的電流。
2．1．1．3複式比率差動判據
1） 複式比率差動判據動作表示式：
其中id為母線上各元件的向量和，即差電流。
ir為母線上各元件的標量和，即和電流。
idset為差電流門坎定值；
kr為複式比率係數（制動係數）
2）複式比率差動元件動作特性
3）複式比率差動判據的優點
若忽略ct誤差和流出電流的影響，在區外故障時，id = 0，0/ir為0；在區內故障時，id = ir，id/0為∞。由此可見，複式比率差動繼電器能非常明確地區分區內和區外故障，kr值的選取範圍達到最大，即從0到∞ 。
複式比率差動判據由於在制動量的計算中引入了差電流，使其在母線區外故障時有很強的制動特性，在母線區內故障時無制動，因此能更明確的區分區外故障和區內故障。
4）影響kr的因素
a若考慮區內故障時有ext%的總故障電流流出母線，則此時的比率制動係數為：
kr= id/ ( id+ext%id+ext%id-id )
=1/(2ext%)
b若考慮區外故障時故障支路的ct誤差達到δ，而其餘支路的ct誤差忽略不計，則此時的比率制動係數為：
若令總流入電流為1，則總流出電流為1－δ，差電流為δ
所以：kr=δ/(1+1-δ-δ)=δ/(2-2δ)
c母線分列執行時：
kr自動由高值降為低值。
2．1．1．4故障分量複式比率差動判據
1）故障分量複式比率差動判據
其中為第j個連線元件的電流故障分量，為故障分量差電流門坎，由推得；為複式比率係數（制動係數）。
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