母差保护讲稿

A相差动保护 人机接口 B相差动保护 C相差动保护 电压闭锁 WMH-800微机母线保护装置总体结构

ABC三相差动保护单元各自独立，分别完成各自的模拟量采集及转换、开关量输入、保护逻辑运算、信号及跳令的开出。电压闭锁装置也是一个独立的单元，完成电压量的采集及转换、电压闭锁逻辑判断、信号及跳令的开出。差动保护单元的跳令开出驱动继电器MCJ，电压闭锁单元的跳令开出驱动继电器YJ，MCJ和YJ的触点串联构成跳闸出口，从而完成保护功能并经电压闭锁有效防止误动。人机接口完成对保护各单元的综合管理，比如各种报文的处理显示和发送，实现人机友好对话，作为监控系统的智能终端等。

组屏方案：（一面屏方案，连结元件在24个以内） 单母线

一个半断路器接线（按两条单母线配置） 单母分段 双母线 双母单分段

注：对于双母线及双母单分段，差动A箱面板装设有母线运行方式显示盘；对于单母线、一个半断路器接线、单母分段不需进行运行方式识别，差动A、B、C箱面板一致。

二：保护配置 主要功能：

a.具有比例制动特性的分相瞬时值电流差动保护 b.复合电压闭锁

c.母联（分段）充电保护 d.母联过流保护（可选） e.母联非全相保护（可选） f.断路器失灵保护（可选） g.母联失灵及死区保护 h.CT断线闭锁及告警 i.PT断线告 装置辅助功能：

a.运行方式自动识别 b.CT饱和鉴别

c.定值的整定及CT变比的设置 d.交流电流及电压的实时监测及显示 e.开关量输入的实时监测 f.故障报告的显示及打印 g.事件报告的显示及打印

h.具有与发电厂、变电站自动化系统通信接口功能 i.具有完备的自检功能 1：差动保护工作原理

差动保护设置大差及各段母线小差

大差：作为小差的起动元件，用以区分母线区内外故障 小差：作为故障母线的选择元件

大差，小差均采用具有比率制动特性的瞬时值电流差动算法，其动作方程为：

IdIddIdKIf式中 Id 为某一时刻差动电流瞬时值，If为同一时刻制动电流瞬时值，K为比例制

nIdIi1iIfIi1ni动系数，Idd为差动电流整定门坎。

注：大差不包括母联电流，每段母线小差只包括各自所有连接单元电流。制动电流也如此。

保护动作曲线如图所示:

差动保护动作曲线 大差及小差各自的保护范围如图所示：

大差母小差II母小差 双母线系统大差、小差保护范围

母差保护逻辑框图（以双母线方式I母为例）如下：

Id：大差电流 Id1：I母小差电流 Idd：大差定值 Idx：小差定值 Id > Idd Id > KIf Id1 > Idx Id1 > KIf1 & & & Ubs & 跳I母

K：比率制动系数 If：总制动电流 If1：I母制动电流 Ubs：复合电压闭锁 注：对单母线（一倍半断路器）接线方式，不存在大差小差之分。对单母分段接线方式，大差小差的概念及意义是与双母线一致的。

母线区内故障差动保护灵敏度及外部故障CT误差对差动保护的影响：

母线内部故障时，可能有电流流出母线，差动保护的灵敏度降低。假设

母线内部故障示意图 流出母线的电流与总故障电流的比值为δ，如图所示。(图中电流为二次电流值)要保证差动保护可靠动作，则有：

1k1IdkIf外部故障时，故障支路CT可能产生较大的误差而引起不平衡电流，假设故障支路CT误

差为δ，如图所示。(图中电流为二次电流值)

母线外部故障示意图

若保证差动保护不误动，则有： k2IdkIf由此可以看出给定比率制动系数K，要保证差动保护正常工作，内部故障时流出母

线的电流和总电流的比值以及外部故障时允许故障支路CT误差值都有一极限值。对应关系如下表：

制动系数 流出母线的电流比例δ（%） 允许CT误差δ（%） 46.2 57.2 66.7 75 82.4 88.9 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 53.8 42.8 33.3 25 17.6 11.1 由上表可知，母线内部故障有电流流出母线时差动保护的灵敏度有所降低，外部故障CT误差较大时对差动保护产生不利影响，但是，根据具体的系统可选取适当的比率制动系数，可确保差动保护的可靠安全运行，不会影响保护的整体性能。 双母线分裂运行时的保护考虑：

双母线分裂运行 双母线分裂运行时，装置自动修改大差制动系数，以保证在某些运行方式下，母线内部故障大差有足够的灵敏度。双母线分裂运行如图中所示，K点故障时大差差动电流与制动电流之比为0.33,若整定的制动系数K大于0.33，大差在这种工况下将会拒动，所以保护在这种工况下将自适应地把大差的制动系数调整到0.3，保证差动保护动作以切除故障。（只要双母线分裂运行，则系数K一律自动调整为0.3）

2：母联死区及母联断路器失灵保护（附属于差动保护及母联充电保护）

配置情况：

母联断路器两侧装设两组CT，交叉接线，不存在死区，差动保护不装设死区保护。（此种情况下必须提非标，且工程设计Ⅱ母侧CT（计入Ⅰ母差动）接入交流回路第一路，Ⅰ母侧CT（计入Ⅱ母差动）接入所有元件交流回路之后）

母联断路器仅一侧装设CT，需装设死区保护（CT一般装于Ⅱ母侧） 母联死区保护原理：

母联跳位引入：在双母线接线中，K点发生故障，对II母差动保护来说为外部故障，II母差动保护不动；对I母差动保护为内部故障，I母差动保护动作，跳开I母上的连接元件及母联断路器。但此时故障仍不能切除，针对这种情况，本装置采用I母母差动作跳开母联断路器后检测母联断路器的跳位开入，若有跳位开入，则封掉母联CT的电流，从而破坏II母电流平衡，加速II母差动动作，最终切除故障。

母联死区故障示意图

母联跳位不引入：母联死区故障时自动按母联失灵处理 母联失灵保护原理：

母联失灵示意图如图中所示，I母线内部故障，I母差动保护动作，跳母联及I母所有连接元件，若母联断路器失灵，故障依然存在，延时（延时可整定，躲母联断路器跳闸时间），若大差动作且母联电流越限则跳开双母线上所有连接元件，最终切除故障。

母联失灵示意图

母联失灵及死区保护（无母联TWJ时）逻辑框图如下：

差动保护动作Id > Idd母联I>Idd&≥1充电保护动作母联I>Icd&复合电压闭锁&0Tmlsl跳两段母线Idd：大差电流定值Icd：母联充电保护电流定值Tmlsl：母联失灵延时定值 母联分裂运行情况：

隐患：母联断路器断开即双母线分裂运行时，若母联隔离刀闸未拉开，而仅靠隔离刀闸进行方式识别，则母联为运行状态，母联死区故障时就会引起双母线相继跳闸。双母线分裂运行母联死区故障如图，K点故障，I母为区内，I母差动动作跳I母，II母延时跳闸。这样就扩大了停电范围。

解决方案：为避免上述情况的发生，装置中引入母联断路器的辅助触点以判断母联断路器的投退情况，当母联断路器断开时，母联电流不计入小差的计算，这样K点故障相当于II母故障，II母差动动作跳开II母线以切除故障。（需引入母联断路器辅助接点）

分裂运行方式下不再进行死区及母联失灵的判别。 双母线分裂运行母联死区故障 3：母联（分段）充电保护（可投退）

当任一组母线检修后再投入运行之前，利用母联断路器对该母线进行充电试验时可投入母联充电保护，当被试验母线存在故障时，利用充电保护切除故障。 自动投退

每一差动相接入两母线电压（如A相差动箱接入Ⅰ母、Ⅱ母UA，B相差动箱接入Ⅰ母、Ⅱ母UB，C相差动箱接入Ⅰ母、Ⅱ母UC）

投入条件：一组母线无压（如A差动箱判任一母线UA无压），母联由无流变有流（>0.04In），开放充电保护5s 如充电闭锁母差投入，闭锁情况如下：

用本母线保护的母联充电保护，则充电投入期间闭锁母差保护500ms

不用本母线保护的母联充电保护，引入充电手合开入接点，充电手合开入接点闭合则闭锁母差保护，充电手合开入接点返回则开放母差保护，如充电手合开入接点一直闭合，最长闭锁母差时间为5s。 两组母线有压，不投充电保护

充电保护中含充电速断保护，当充电保护、充电速断保护皆投入，充电保护经无延时快速出口。

母联充电保护出口默认经电压闭锁，如果特别要求不经电压闭锁，则可在工程配置时实现。

母联充电保护的逻辑框图如下：

充电手合开入I,II母均有电压母联I>0.04In≥1&&≥1CHTRYB2CDBSMC&闭锁母差母联I>Icd复合电压闭锁&0Tcd跳母联KCHTRIcd：母联充电保护电流定值CHTR：充电保护控制字Tcd：母联充电保护延时定值YB2：充电保护硬压板CDBSMC：母联充电保护闭锁母差保护控制字投入KCHTR：充电速动控制字YB3：充电速动硬压板YB3

4：断路器失灵保护（可选）

定义：任一断路器失灵时，来自外部该元件的失灵启动接点启动失灵保护，失灵保护判出该元件所在母线，并经设定的延时时间切除母联和失灵元件所在的母线。 方式一：方式一判电流 方式二：方式二不判电流

跳闸方式：第一时限跳母联及跟跳失灵单元开关

第二时限跳Ⅰ母或Ⅱ母（视失灵元件挂那一母线而定） 断路器失灵保护逻辑框图如下：

+TJLJI母失灵起动失灵保护软压板投失灵保护硬压板投失灵起动装置&≥1&&&00Tsl1Tsl2跳母联并跟跳本单元跳I母各单元运行方式识别II母失灵起动Ia>IslIb>IslIc>Isl方式二无此判别&00Tsl1Tsl2跳母联并跟跳本单元跳II母各单元失灵电压闭锁

关于母联代旁路：

失灵保护组屏上留有1#元件（母联）的失灵启动开入，定值单中也设置了对应的电流定值Isl1。这主要考虑的是母联代路的情况。当用母联开关代旁路开关运行时可用1#的失灵判别逻辑来作为旁路开关失灵保护。对于专用母联情况，母联失灵保护由母差保护自身实现，不需要引1#的失灵启动接点，Isl1也可以不整定。 断路器失灵保护组屏方案有三种：

一.和母线保护同组一面屏，作为母线保护的一个功能，与母线保护共出口回路；（可选择方式一或方式二）

二.单独组屏并加电流判断（采用方式一逻辑），硬件配置与WMH-800相同； 三.单独组屏不加电流判断（采用方式二逻辑），硬件配置包括失灵启动箱和电压闭锁箱各一。

失灵保护和母线保护同组一面屏：（针对双母线及双母单分段）

受开入的影响，一般允许不超过16个联接元件。通过非标设计，将主板的开入用上，可扩展到18个联接元件。

开入的分配：扩展插件48路开入，16路为Ⅰ母隔刀，16路为Ⅱ母隔刀，16路为失灵开入；主板有16路开入，8路为硬压板投退，8路为其他，如母联位置、GPS对时等。 失灵单独组屏加电流判断，最多开入可用上60路，故可允许18个联接元件。 4：母联过流保护（可选）

根据用户需要可设计成母联过流保护或者是旁路保护，当利用母联断路器作为线路（或旁路）的临时保护时可投入过流保护。

过流保护投入时，当任一相母联（或旁路）电流大于过流保护电流整定值，经整定延时跳母联（或旁路）开关。 过流保护出口不经复合电压闭锁。

5：母联非全相保护（可选） 当母联断路器某相断开，母联非全相运行时，可由母联非全相保护延时跳开母联断路器三相。 在母联非全相保护投入时，若母联三相TWJ状态不一致，且母联零序电流TWJ大于母联非全相电流定值，经整定延时跳母联开关。 A 母联非全相保护出口不经复合电压闭锁。 TWJB 状态不一致判 母联非全相保护逻辑框图如下。（断路器状态+零序电流） 别 TWJC ：

6：方式识别

0 Tfqx 跳母联 3I0>Ifqx 3I0>Ifqx Ifqx：母联非全相保护电流定值 FQXT：母联非全相保护投退控制字 FQXTR YB7 Tfqx：母联非全相保护延时定& 值 YB：母联非全相保护投退压板 & 在双母线系统中，根据电力系统运行方式变化的需要，母线上的连接元件需在两条母线间频繁切换，为此要求母线保护能够自动跟踪一次系统的倒闸操作。本装置用软件实现母线运行方式的自动识别，A、B、C差动箱均引入隔离刀闸的辅助触点（并联），各自完成运行方式的自动识别，作为差动电流计算及出口跳闸的依据。差动保护箱中由于引入了各自相的电流，可利用电流对隔离刀闸的辅助触点位置进行校核，若二者不一致，则发切换异常信号。隔离刀闸辅助触点的状态通过装置面板的发光二极管指示。

运行方式字：

双母线系统

运行方式字（8421码表示）反映了双母线系统各连接元件与母线的连接情况。如果某个连接元件投入母线，则该位为1，否则该位为0。双母线系统各段母线均设有一运行方式字。如图4-8所示双母线系统，I母、II母运行方式字如下：

Ⅰ母线 Ⅱ母线 运行方式字 0x0f 0x71 L6 L5 L4 L3 L2 L1 L0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 注：单母线（一倍半断路器接线）没有运行方式字，单母分段接线运行方式字是在设计时定死的，双母单分段接线方式比双母线接线方式多了一个三母运行方式字，运行方式字的形成模式是一样的。 隔离刀闸辅助触点识别运行方式：

隔离刀闸连接如图中所示，a、b为连接元件L的隔离刀闸，当L投入I母时，对应I母运行方式字该位为1，对应II母运行方式字该位为0；当L投入II母时，对应II母运行方式字该位为1，对应I母运行方式字该位为0；当L同时投入I、II母时（如倒闸过程中），对应I、II母运行方式字该位均为1。当L退出运行时，对应I、II母运行方式字该位均为0。

隔离刀闸连接

电流平衡法校核运行方式字：

系统正常运行时，母线大差及各段母线小差都是平衡的，利用电流对隔离刀闸辅助触点识别的运行方式字进行校核。若大差平衡而小差不平衡，则发“切换异常”信号告警。

当保护识别到有元件刀闸双跨时（母联除外），也发“切换异常”信号提示用户注意，防止因为光隔击穿而误识别为倒闸，若不能及时发现处理，真正发生故障时则会扩大停电范围。

7：倒闸过程中差动保护逻辑

双母线系统，在倒闸过程中，当某一连接单元的两副刀闸同时闭合时，两条母线通过刀闸短接，成为单母线。因此，当差动保护动作后，不再作故障母线的选择，而直接切除双母线上所有联接单元。

双母线系统在进行倒闸操作时，用户可能要求禁止跳母联断路器（去掉电源保险）。从去除保险到两隔离刀闸同时闭合，时间可能较长，若此过程中母线发生故障，非故障母线只能靠母联失灵保护切除，增加了故障的切除时间。装置设置了一个“倒闸过程中”（或称母线互联）压板，倒闸前投入此压板，即认为系统进入倒闸过程中。倒闸结束后退出此压板。若母联失灵延时系统可以接受，也可不用该压板。

（倒闸压板一投入，不管是否已倒闸，皆按倒闸处理，即按单母线处理） 8：CT 饱和检测

当母线外部发生故障特别是母线近端发生外部故障时，由于直流分量的影响，CT 可能发生饱和，使CT 的二次电流发生畸变，不能真实反映系统的一次电流，在差动回路中有差电流存在，对母线差动保护产生不利影响,若不采取必要的闭锁措施，差动保护就会误动，因此，在各种类型的母线差动保护中必须对CT饱和采取相应的闭锁措施。

根据分析，无论故障初始电流有多大在故障发生的初始阶段CT存在一个3-5ms线性传变区，在线性传变区内CT能正确传变一次电流，差动保护不会误动作；即使CT严重饱和时，电流过零点附近饱和CT仍存在一个线性传变区。根据这一特性，利用CT饱和时波形的特点采用两种方案进行CT饱和判别：

同步识别：

同步识别法是利用母线外部故障时，由于故障初始CT未饱和，差动保护元件Id滞后于故障发生判别元件（ΔU和ΔIf）动作；而发生区内故障时，差动保护元件Id与故障发生判别元件（ΔU和ΔIf）同时动作。

谐波分析：

谐波分析法是利用CT饱和时差动电流的谐波特点进行饱和的判别

判出CT饱和后，闭锁差动保护一段时间，然后利用波形识别法来开放差动保护，以确保母线区外转区内故障时，差动保护能可靠动作。

9：CT断线闭锁及告警

装置利用差流进行CT断线的判别。系统正常运行时，大差以及各段母线小差为零。当差流连续越限时即判为CT断线，闭锁断线相该段母线差动保护并发告警信号。

10：电压闭锁元件

电压闭锁元件含母线各相低电压，负序电压，零序电压元件，各元件并行工作，构成或门关系。零序电压判别元件使用的是外接开口三角电压，该电压的有效值显示和采样点打印均折算到相电压基准下，以方便与自产零序电压进行比较。

如现场无开口电压，也可不接，只是复压条件少一个。 11：PT断线告警

PT断线判据为：任意一相电压低于PT断线定值，或自产零序（3U0）或负序（3U2）电压大于7V，延时7s发PT断线信号。

三、母线保护与其它保护的配合

当线路上设置闭锁式高频保护，母线保护动作时为使对侧的高频保护装置动作跳开断路器，母线保护应使本侧的高频发信机停信。

当线路上设置其它纵联保护，同样原因，母线保护动作时应使对侧的保护装置动作跳开断路器。

如果不采用母线重合闸，母线保护动作时应将线路上的自动重合闸装置放电，以防止线路断路器对故障母线进行重合闸。

500kV高压变电站，当220kV侧母线发生故障跳闸而主变开关失灵，或220kV侧主变断路器开关失灵需跳开相应母线，此两种情况下母线保护动作均需启动该主变保护的跳另两侧（35kV侧和500kV侧）。

当主变发生低压侧故障或发变组非全相运行，需跳母线侧开关而此开关失灵，主变保护装置需解除母线失灵复合电压闭锁。