1、網絡教育學院本科生畢業論文（設計）題目：220KV變電所繼電保護問題母線保護學習中心：層 次：專 業：年 級：學 號：學 生：指導教師：完成日期：內容摘要變電所是電力轉換站，在輸配電中有著不可取代的作用。而母線在變電所中也扮演著中轉站的角色，同樣在變電所中也是不可取代的部分。重要性不言而喻，所以對于母線保護我們要高度重視，在工作中不停地尋找母線保護的不足，爭取把它改向完美。關鍵詞：母線保護 ；母差保護；CT（電流互感器）；斷路器 ；區內故障；區外故障；南瑞RCS-915AB目 錄內容摘要I1 緒論11.2 母線保護在國內外的發展11.2.1 母線保護在我國電網中的應用11.2.2 母線保護在國

2、外的發展現狀22 變電所母線保護的研究42.1 母線保護的基本原理42.2 母線保護的整定原則62.3 母線保護的反措要求73 母線保護在變電所實際應用中遇到的問題93.1 母線保護中的區內區外故障的判別方法93.2 母線保護在應用中存在的問題及解決對策143.2.1 CT斷線告警問題143.2.2 刀閘輔助接點出錯引起的母差保護誤動問題153.3 915AB保護在實際中的應用153.3.1 原理分析153.3.2 試驗、分析過程163.3.3 不同原理試驗163.3.4 廠家指導下再試驗并得出結論174 結論18參考文獻191 緒論母線是發電廠和變電站重要組成部分之一。母線又稱匯流排，是匯集

3、電能及分配電能的重要設備。在變電所中各種各樣設備保護，包括線路保護、變壓器保護、輸電線路的縱聯保護、母線保護等等。與其他主設備保護相比，對母線保護的要求更苛刻。母線保護的拒動及誤動將造成嚴重的后果。母線保護誤動將造成大面積停電；母線保護的拒動更為嚴重，可能造成電力設備的損壞及系統的瓦解。母線保護不但要能很好地區分區內故障和外部故障，還要確定哪條或哪段母線故障。由于母線影響到系統的穩定性，盡早發現并切除故障尤為重要。在樞紐變電站，母線連接元件甚多。主要連接元件除出線單元之外，尚有TV、電容器等。運行實踐表明：在眾多的連接元件中，由于絕緣子的老化，污穢引起的閃路接地故障和雷擊造成的短路故障次數甚多

4、。另外，運行人員帶地線合刀閘造成的母線短路故障，也有發生。當變電站母線發生故障時，如不及時切除故障，將會損壞眾多電力設備及破壞系統的穩定性，從而造成全廠或全變電站大停電，乃至全電力系統瓦解。因此，設置動作可靠、性能良好的母線保護，使之能迅速檢測出母線故障所在并及時有選擇性的切除故障是非常必要的。變電站的匯流母線，短路水平高，影響范圍大，因而需要保護快速做出反應，差動保護正好能充當這一角色，其原理簡單、使用電氣量單純、保護范圍明確、動作不需延時，能有效擔當母線保護神。因為母線上唯一進出線路，正常運行，有大小相等，相位相同的進出電流。母線差動保護基本原理,用簡單的比喻，按收入，支出和平衡的原理來判

5、斷行動。如果母線出現故障，平衡將被破壞。有的保護采用比較電流是否平衡，有的保護采用比較電流相位是否一致，有的二者兼有，一旦判別出母線故障，保護動作元件立即啟動，母線上的所有斷路器斷開。如果雙母線并列運行，有的保護會有選擇地跳開母聯開關，所有故障母線的進出線路斷路器都會跳開，以縮小停電范圍。1.2 母線保護在國內外的發展 母線保護在我國電網中的應用中國電網母線保護的種類很多，在元器件組成上以整流型、集成電路型和微機型為基礎。LXB電流相位比較式母差保護是利用差動電流參考向量比較母聯電流相位，以確定故障母線，在我們的七十年代和八十年代的電網已被廣泛應用于。其主要特點是：簡單的原理，沒有交流電流切換

6、回路，二次接線簡單，能適應一次系統的倒閘操作；要求TA特性、變比一致，否則要加輔助TA。集成電路母差保護的產品有上海繼電器廠組裝生產的PMH-150(RADSS/S)，南京電力自動化設備總廠生產的JMZ，HMZ，JCMZ系列，許昌繼電器廠的PMH-140系列，阿城繼電器廠的PMH-40系列均系仿ASEA公司(現ABB公司)的中阻抗集成電路母差保護。微機型母差保護是目前的趨勢所向。在我國的微機型母差保護主要有WMZ-41型保護，BP-2A型保護，分布式母差保護。WMZ-41型保護該保護是由國家電力公司南京電力自動化設備總廠生產。該保護設置了一個復合電壓閉鎖功能，提高了裝置抗誤動能力；有TA，TV

7、斷線監視，直流穩壓消失監視等功能；設置線路斷路器失靈保護、母聯斷路器失靈保護(死區保護)及充電保護等功能；對各支路主TA變比不一致，通過軟件改變各支路通道系數的方法來解決。系統發生區內故障時，保護迅速出口，不受TA飽和影響；區外故障TA飽和時，保護可靠不誤動。BP-2A型保護是由南京自動化研究院研究成果。該保護特點是采用復式比率差動原理，允許TA變比不一致，TA飽和能力強；在區內故障時無制動，相反在區外故障有極強的制動，高靈敏度的差動保護；以大差動判別故障，各段母線小差動保證選擇性；倒閘操作過程中，保護不用退出，且實時地切換差動回路和輸出回路。分布式母差保護是由北京哈德威四方公司生產。完全分布

8、式結構是該保護的特性，以促進和適應分層分布式自動化系統。啟動元件和選擇元件通過每個間隔單元保護裝置由多個CPU分別構成，同級別的環網通過不同間隔上同一功能的CPU由光纖構成，可通過MMI與LonWorks或高速以太網相連。 母線保護在國外的發展現狀ABB公司的REB500分散式微機母差保護，在硬件結構上由不同類型的底盤(間隔模塊)和所用的中央處理裝置組成，可適用于分散安裝和集中安裝。微機母線保護的主要技術特點可以分布式安裝，母線差動保護裝置（間隔模塊）可安裝在開關設備機架的箱子中，與光纖電纜連接到中央處理單元，當分布和分散的自動化系統結合使用時，可以形成一個理想的狀態，對TA飽和基本不靈敏，在

9、發生母線內外故障時，經過2 ms后，TA處于飽和；運動速度快，可靠性高;所有數字信號處理，自檢功能和通信接口，可以取代好，易于擴展。MBP - D型保護是日本三菱公司在MBP - C的集成電路母線保護的基礎上，利用微機技術，在1986年推出并投入使用。在采用通常的比率差動原理的基礎上，增加了波形判別原理，以提高保護的選擇性。波形判別原則的區外故障TA飽和和區內故障漏電流問題的設計考慮。 MBP - D計算機母線保護的可靠性是可以接受的的，動作速度快，整組動作時間為1525 ms；裝置具有自適應能力，可適應各種母線的形式和運行方式的改變。本文研究的是220KV變電所中母線保護的應用和所遇到的問題

10、。全文共4章，各章的內容如下：第一章緒論，簡述母線保護的背景和意義；母線保護在我國電網中的應用，母線保護在國外的發展現狀。第二章是關于母線保護的研究，包括母線保護的基本原理母線保護的整定原則和母線保護的反措要求。第三章是關于母線保護區內和區外故障的判別方法和母線保護在變電所實際應用中遇到的問題。第四章是對全文的一個總結。2 變電所母線保護的研究2.1 母線保護的基本原理在大型發電廠及樞紐變電站的成套母線保護裝置中，配置有母線差動保護、母聯充電保護、母聯死區保護、母聯過流保護、母聯非全相運行保護及斷路器失靈保護等。在母線保護中最主要的是母差保護。母線差動保護，主要由三個分相差動元件構成。另外，為

11、提高保護的動作可靠性，在保護中還設置有啟動元件、復合電壓閉鎖元件、TA二次回路斷線閉鎖元件及TA飽和檢測元件等。對于單母線分段或雙母線的母差保護，每相差動保護由兩個小差元件及一個大差元件構成。大差元件用于檢查母線故障，而小差元件選擇出故障所在的哪段或哪條母線。小差元件為某一條母線的差動元件，其引入電流為該條母線上所有連接元件TA二次電流。大差元件中接入大差元件的電流為二條母線所有連接單元TA的二次電流。大差和小差不同之處是大差元件比率制動系數有兩個，即有高定值和低定值，當雙母線母聯斷路器或單母線分段的分斷路器斷開運行時，采用比率制動系數取低定值。而小差元件則固定取比率制動系數高定值。雙母線或單

12、母線分段一相母差保護的邏輯框圖如圖2.1所示。圖2.1雙母線或單母線分段母差保護邏輯框圖（以一相為例） 母聯過電流保護是臨時性保護。當用母聯代路時投入運行。當流過母聯斷路器三相電流中的任一相或零序電流大于整定值時動作，跳開母聯開關。母聯過流保護的邏輯框圖如圖2.2所示。圖2.2母聯過流保護邏輯框圖在圖2.2中：LP母聯過流保護投退壓板（或控制字）。母聯斷路器失靈保護是斷路器中的重要保護。母線保護或其他有關保護動作，跳母聯斷路器的出口繼電器接點閉合，但母聯TA二次仍有電流，即判為母聯斷路器失靈，去啟動母聯失靈保護。母聯失靈保護邏輯框圖如圖2.3所示。圖2.3母聯失靈保護邏輯框圖在圖2.3中：、為

13、母聯TA二次三相電流。在故障發生在母聯斷路器及母聯TA之間時，母差保護無法切除故障。即在母聯斷路器與母聯TA之間的區域是母差保護的死區。為確保電力系統的穩定性，在微機型母線保護裝置中設置了死區保護，用以快速切除死區內的各種故障。死區保護的邏輯框圖如圖2.4所示。圖2.4母線死區保護邏輯框圖在圖2.4中：、為母聯TA二次三相電流。2.2 母線保護的整定原則母線保護整定原則1、差動保護啟動電流定值：保證母線最小運行方式故障時有足夠靈敏度，并應盡可能躲過母線出線最大負荷電流。2、CT斷線閉鎖定值：按正常運行時流過母線保護的最大不平衡電流整定。3、母聯分段失靈時間定值:應大于母聯或分段開關的最大跳閘滅

14、弧時間。4、CT斷線告警定值：設置CT斷線報警是為了更靈敏的反應輕負荷線路CT斷線和CT回路分流等異常情況，整定的靈敏度應較Idx高，可按1.5-2倍最大運行方式下差流顯示值整定。5、母聯分段失靈電流定值，按母線故障時流過母聯或分段的最小故障電流來整定，應考慮母差動作后系統變化對流經母聯或分段斷路器的故障電流影響。6、低電壓閉鎖定值：按連接本母線上的最長線路末端對稱故障發生短路故障時有足夠的靈敏度調整，并應在母線最低運行電壓下不動作，而在故障切除后能可靠返回。7、零序電壓閉鎖定值，按連接本母線上的最長線路末端不對稱故障發生短路故障是有足夠的靈敏度整定，并應躲過母線正常運行時最大不平衡電壓的零序

15、分量。8、負序電壓閉鎖定值：按連接本母線上的最長線路末端不對稱故障發生短路故障時有足夠的靈敏度整定，并應躲過母線正常運行時最大不平衡電壓的零序分量。9、三相失靈相電流定值：應保證本線路末端三相故障有足夠的靈敏度，并應盡量躲過所有變壓器支路最大負荷電流。10、失靈零序電流定值 ：應保證本線路末端或本變壓器低壓側相間故障有足夠的靈敏度。11、失靈負序電流定值 ：應保證本線路末端或本變壓器低壓側單相接地故障有足夠的靈敏度。12、失靈保護一時限：即失靈跳母聯時間，該時間定值應大于斷路器動作時間和保護返回時間之和，再考慮一定的裕度，為縮短失靈保護切除故障的時間，此延時宜整定與失靈保護動作時間相同。13、

16、失靈保護二時限：即失靈跳母線時間，該時間定值應先在跳母聯的前提下，加上母聯斷路器的動作時間和保護返回時間之和，再考慮一定的裕度，失靈保護動作時間應在保證動作選擇性的前提下盡可能縮短。2.3 母線保護的反措要求1、雙重化配置 為了確保維護總線時，母線差動保護不會失去保護，對威脅的穩定和擴大事故跳閘母線差動保護系統，如果有必要，和重要的母線在220千伏變電站，發電廠應該是雙母線保護配置，還應注意：每條母線采用兩個完整的，獨立的母線差動保護，并安裝在自己的柜內。2、對空母線充電時，固定連接式和母聯電流相位比較式母線差動保護應退出運行。 3、母聯、母聯分段斷路器充電保護應被獨立的配置在母聯、母聯分段斷

17、路器宜。保護應該有行成可瞬時和延遲電路跳閘。4、斷路器失靈保護按一套配置。斷路器失靈保護涉及范圍很廣，投產的依存度高，很少有機會使用整組試驗方法進行全面檢查。因此，斷路器失靈保護的設計，安裝，調試和操作，應加強質量管理和技術監督的各個階段，以確保斷路器失靈保護不留隱患投產。5、在用于雙母線時采用相位比較原理的母線差動保護，增設兩母線相繼發生故障時能可靠切除后一組故障母線的保護回路。6、在雙母線接線形式的變電站，斷路器失靈保護、母差保護的復合電壓閉鎖接點應分別被接在各斷路器的跳閘回路中。7、做好電氣量保護與非電氣量保護出口繼電器分開的反措，不得使用不能快速返回的電氣量保護和非電量保護作為斷路器失

18、靈保護的起動量，并要求斷路器失靈保護的相電流判別元件動作時間和返回時間均不應大于20毫秒。3 母線保護在變電所實際應用中遇到的問題3.1 母線保護中的區內區外故障的判別方法區內區外故障以線路CT為分界點，線路CT以內（包括母線）屬于區內故障，以外屬于區外故障。假如在母線到線路CT之間出現故障的話，此時線路保護不會動作（沒差流），只能靠母差來跳。在現場通過繼電保護測試儀來對裝置進行區內和區外的故障分析。1、短接元件1的I母刀閘位置及元件2的II母刀閘位置接點。將元件2TA與母聯TA同極性串聯，再與元件1TA反極性串聯，模擬母線區 外故障。 圖 3.1 區外故障電流電壓二次端子排圖圖3.1為電流電

19、壓回路二次端子排圖,先輸入母聯的Ia相電流，母聯的Ia相輸出In相和和元件二的Ia相連接，極性相同，所以母聯和元件二的電流方向一致。電流經過元件二In相和元件一的In相連接,形成反極性相連，由圖3.1所示元件一電流流經方向和母聯相反。圖3.2為一次接線圖。由圖式：母聯電流方向為I母流向II母，元件一為流向母線，元件二為母線流出。母聯II母I母元件一元件二圖3.2 區外故障一次接線圖2、實驗步驟 通過繼電保護測試儀中的功能中選擇試驗儀的狀態序列測試模塊 。第一步，設置狀態一（故障前狀態），故障前狀態為額定電壓。“狀態參數”中設置幅值均為57.74V的三相對稱電壓，三相電流均為零，頻率為50HZ。

20、 繼電保護測試儀設置的故障前狀態界面先設置一個正常的狀態然后再設置故障狀態。所以中間有一個觸發條件。“觸發條件”中設置最長狀態輸出時間為20S，有足夠時間使裝置回復到正常態。 第二步，設置狀態二（故障狀態）。“狀態參數”中設置UA幅值20V（滿足復合電壓元件動作），UB、UC幅值均為57.74V的電壓；IA幅值設置為8A（大于差動動作電流高值），IB、IC相幅值均設為零；頻率為50HZ。 UA從57.7V到20V為的是滿足復壓閉鎖解除，而IA的電流從0A到8A是為了加個故障電流。圖 3.4 繼電保護測試儀設置的故障狀態界面“觸發條件”中設置最長狀態輸出時間為200MS。第三步，點擊工具欄中的按

21、鈕，進入試驗。 3、試驗結果，在保證母差電壓閉鎖條件開放的情況下，通入大于差流起動高定值的電流，母線差動保護不應動作。 因為母線上兩條電流是一進一出剛好平衡，所以母線差動保護不會動作。區內故障的判別方法的判別方法和區外故障方法大致相同。區內故障是判斷故障電流在哪條母線上，故要在I母和II上分別模擬。首先短接元件1的I母刀閘位置及元件2的II母刀閘位置接點。 1、 將元件1TA、母聯TA和元件2TA同極性串聯，模擬I母線內部故障。 圖 3.5 區內故障電流電壓回路二次端子排圖情況一圖3.5為電流電壓回路二次端子排圖，先輸入母聯的Ia相電流，母聯的Ia相輸出In相和和元件一的Ia相連接，極性相同，

22、所以母聯和元件一的電流方向一致。元件一的In相和元件二的Ia相連接,極性相同。由圖所示元件一和元件二電流流經方向和母聯相同。圖 3.6為一次接線圖。由圖式：母聯電流方向為I母流向II母，元件一和元件二為母線流出。元件二元件一II母I母母 聯圖3.6 區內故障一次接線圖情況一試驗步驟及各種參數設置與區外故障的相同。試驗結果，在保證母差電壓閉鎖條件開放的情況下，通入大于差流起動高定值的電流，母線差動保護應動作I母線。2、將元件1TA和元件2TA同極性串聯，再與母聯TA反極性串聯，模擬II母線內部故障。 圖 3.7 區內故障電流電壓回路二次端子排圖情況二圖3.7為電流電壓回路二次端子排圖,先輸入元件

23、一的Ia相電流，元件一的Ia相輸出In相和和元件二的Ia相連接，極性相同。所以元件二和元件一的電流方向一致。元件二的In相和母聯的In相連接,極性相反。由圖所示元件一和元件二電流流經方向和母聯相反。圖 3.8為一次接線圖。由圖式：母聯電流方向為I母流向II母，元件一和元件二為母線流入。II母I母元件二元件一母 聯圖3.8 區內故障一次接線圖情況二試驗步驟及各種參數設置與區外故障的相同。試驗結果，在保證母差電壓閉鎖條件開放的情況下，通入大于差流起動高定值電流，母線差動保護應動作II母線。 投入單母壓板及投單母控制字或模擬某一單元刀閘雙跨。重復上述一種區內故障，母線差動保護應動作切除兩母線上所有的

24、連接元件。 3.2 母線保護在應用中存在的問題及解決對策 CT斷線告警問題母聯帶負荷測試母差差流，一般會啟動ct斷線。220KV母差被母聯接入后，母差保護的差動回路有差流。發生這種情況后是暫時停止啟動，找出原因和解決的方法在繼續投運。調試人員應接入220KV母線保護電路開始檢查，是否對外部回路與廠家資料一致，電流的極性，對應的接入單位都必須符合廠家的要求，以前的設備，剛接入的裝置的單元，一個個排除。從每個單元的電流切換到母線整流單元，半波整流成相應的母線差動電路繼電器開關整流后，掛在母線上的母線保護柜。在母線正常運行或發生區外故障時，通過測量每個線路的電流之和為零。在母線的短路電流和啟動差動電

25、路內部故障，做出相應的動作。如果外部回路無故障，那么這個問題可以看出，在新的接入裝置單位里面，如果在母線保護柜進行電流回路短接時出現放電現象，由此就可以判斷至少有一相開路在新接入母差單元。對此調試人員應該用內部電流回路逐步短接，外部進行升流的方法進行檢查。刀閘輔助接點出錯引起的母差保護誤動問題母線保護裝置在電力系統中使用的型號很多，一些老機型的母線保護裝置仍然被使用在一些比較老的變電站，造成維護，維修困難，問題多的現象。為了減少繁瑣和容易出錯的人工干預，要么引進集成電路或微機母線差動保護開關輔助觸頭，從而確定運行模式，切換內部回路，雖然這種方法是直接和有效的的，但刀閘輔助觸頭引進部分并不十分可

26、靠。母差保護必須正確動作，為此繼電保護研究人員進行了三方面的探索：第一種方法是放棄刀閘輔助的接點，使用微機的計算功能，在通過的負荷計算電流確定的母線運行模式，但是由于存在等電流元件和空載、輕載原件，這種方法還沒有成功；另外一種方案是同時引入每一副刀閘的常開接點和常閉接點，兩個節點的組合來確定狀態刀閘。這種方法能消除引入環節造成的錯誤，但占用了很多開入的通道和電纜而且也不能解決由刀閘輔助接點的損害導致的錯誤。為了提高母差保護的動作的正確率，研究人員又進行了第三種嘗試：微機為基礎的保護和刀閘輔助觸點相結合。在微機保護平臺，每個單元測試的負荷電流計算精度的輔助觸點開關，自動糾正錯誤的主刀閘輔助觸點。

27、每一副刀閘引入一對輔助接點，由微機實時的瞬時電流值計算，根據目前的判斷，使共同確定的穩態和瞬態結合起來，實時檢測和輔助觸頭糾正錯誤這種方法需要微機保護平臺，可以是一個瞬時電流值差動保護小的差異，可以同時完成，以確定差動保護的計算過程。3.3 915AB保護在實際中的應用在220kV大舜變調試過程中發現南瑞公司的RCS-915AB型母線保護的差動起動低值不會動作。分析原因南瑞RCS-915AB母差保護說明書中，差動起動電流低值主要是為防止母線故障大電源跳開差動起動元件返回而設，按切除小電源能滿足足夠的靈敏度整定。 原理分析南瑞RCS-915AB母差保護說明書中，差動起動電流低值主要是為防止母線故

28、障大電源跳開差動起動元件返回而設，按切除小電源能滿足足夠的靈敏度整定。圖 3.9 母聯母線一次接線圖 如圖 3.9：設間隔1、2為大電源間隔，3、4為小電源間隔，在母發生故障時，母差保護動作切除1、2間隔，若同時母也發生故障，但差流小于差動高值、大于低值，此時差動保護應可靠動作切除3、4間隔。試驗、分析過程如圖 3.9：用ONLLY三相試驗裝置狀態序列功能，在間隔1加入電流大于差動高值，通過狀態序列二在間隔3為加入電流小于高值、大于低值；試驗結果：母動作，母不動。動作結果與說明書不符，按說明書二次動作原理，動作結果應為：母動作，母動作。那么是試驗方法不對還是說明書寫的不正確？從上面的試驗方法分

29、析可以確定試驗方法沒有問題。那么是說明書寫的不正確？既然低值不會動作那為什么廠家還要設低值？分析認為可能差動低值是起保持作用。即母線故障時，若大電源間隔先跳開，差動元件返回，可能造成小電源間隔未被切除，故障繼續存在，此時若差流大于低值，差動元件不應該返回。按其他廠家的母差保護的原理，其差動返回值應該為低值的75%。3. 不同原理試驗如上圖：直接在間隔1加入大于差動高值的電流，監視出口接點可靠動作，然后慢慢減小電流（為算法簡單起見，將差動高值整定為2A，低值整定為1A），當降到時差動返回。試驗發現差動低值確為起保持作用。在咨詢廠家后，得到一致結論：廠家說明書上的原理為第一版時的原理，其后雖然版本

30、進行了升級但說明書一直沒有進行修改。但按廠家的說法其差動返回值應該為低值的90%。顯然，結合我們的試驗結果與廠家說法不一。此時廠家建議將低值整為高值的90%，也就是。廠家指導下再試驗并得出結論試驗方法同上，結果差動接點在時返回。顯然廠家說的差動返回值應該為低值的90%與試驗結果不符。將試驗結果直接帶到南瑞廠里，與廠家研發人員再試驗，結果與現場試驗一致。于是廠家研發人員檢查程序，最終得出由于低值采用半波積分算法，造成誤差較大的結論。從我們的試驗數據和廠家的解釋來看實際RCS-915AB母差保護的差動低值已起不到其所說的保持作用。我們查閱了近來RCS-915AB母差保護的整定單，發現其差動低值的整定都是按廠家的建議將低值整為高值的90%左右。但從我們的試驗數據的試驗數據來看如按廠家的建議來整定其返回值與動作值幾乎沒有區別，僅略小于動作值。這樣廠家所謂的保持作用也根本無從談起。南瑞RCS-915AB差動保護低值問題發現已有一段時間，但由于廠家服務人員一直解釋為：低值主要是為北方小水電比較多的地方而設，對南方沒什么影響，所以一直沒有引起大家的重視。通過對此問題的深入研究和一次次的試驗，論證了此保護程序確實存在問題，體現了用數據說話的重要性，同時也是對今后工作的一個提醒：對于保護元件的調試，在廠家技術說明及