母线差动保护装置工作原理及保护判据逻辑

一、母线差动保护起动判据

   母线差动保护装置针对不同容量的电力系统和不同故障类型的特征，设置了两种起动功能：差电流变化量快速起动；差电流积分慢速起动。快速起动，判别迅速准确；慢速起动，确保动作灵敏度

1、快速起动的主要判据

    △id ≥ I1

    △id /△ir ≥ K1

式中：  

    △id=|∑△i|为差电流变化量，等于各连接单元电流变化量和的绝对值；

    I1为差电流变化量起动值(根据整定的动作值内部换算)；

    △ir=∑|△i|为制动电流变化量，等于各连接单元电流变化量绝对值之和；

    K1为电流变化量制动系数整定值（内部设定）。

2、慢速起动的主要判据

    Id ≥ I2

    Id / Ir ≥ K2

式中：

    Id≡∫|id|为常规差电流，采用积分算法；

    其中id =∑i为差电流瞬时值，等于各连接单元采样值之和；

    I2为常规差电流起动值(根据整定的动作值内部换算)；

    Ir≡∫ir为常规制动电流，采用积分算法；

    其中ir =∑|i|为制动电流瞬时值，等于各连接单元采样电流的绝对值之和；

    K2为常规制动系数整定值（内部设定）。

二、母线差动保护的子功能

    I段母线比率小差动保护功能

    Ⅱ段母线比率小差动保护功能

    比率大差动保护功能

    CT断线闭锁报警功能

    复合电压闭锁功能（与断路器失灵保护共享）。

1、I段母线比率小差动保护功能

     本功能仅采集I段母线上所有连接单元（包括引出线、母联、旁路、分段）的电流量，等效于仅在图3-1所示连接单元上装设电流互感器，并将二次电流引入保护装置，通过软件计算出I段母线的差电流和制动电流。

保护功能的判据为

     |∑II| / ∑| II| ≥ Kset

式中：

     |∑II|：I段母线所有连接单元电流相量之和的模，为差电流；

     ∑|II|：I段母线所有连接单元电流绝对值之和，为制动电流；

     Kset：比率制动系数0.3。

     图3-1所示电流互感器之间的电路，即I段母线，为本子功能的保护区。

     注：在本章插图中，为清晰表示已合闸的电路，采用断路器功能符号、隔离开关功能符号分别代表断路器符号、隔离开关符号。

图3-1 I段母线比率小差动保护采集电流示意

2、Ⅱ段母线比率小差动保护功能

    本功能仅采集Ⅱ段母线上所有连接单元（包括引出线、母联、旁路、分段）的电流量，等效于仅在图3-2所示连接单元上装设电流互感器，并将二次电流引入保护装置，通过软件计算出Ⅱ段母线的差电流和制动电流。

保护功能的判据为

    |∑IⅡ| / ∑| IⅡ| ≥ Kset

式中：

    |∑IⅡ|：Ⅱ段母线所有连接单元电流相量之和的模，为差电流；

    ∑|IⅡ|：Ⅱ段母线所有连接单元电流绝对值之和，为制动电流；

    Kset：比率制动系数0.3。

      图3-2  Ⅱ段母线比率小差动保护采集电流示意

      图3-2所示电流互感器之间的电路，即Ⅱ段母线，为本子功能的保护区。

      说明：如图3-1、3-2所示，母联单元只装设一组电流互感器，该电流互感器一次绕组安装时，靠近I段母线的是同极性标记端，靠近Ⅱ段母线的是非同极性标记端。因此，在I段母线比率差动保护的求和（∑II）计算中，“+”（正方向计入）母联电流IB，而在Ⅱ段母线比率差动保护的求和（∑IⅡ）计算中，“-”（反方向计入）母联电流IB。

3、比率大差动保护功能

图3-3  双母线比率大差动保护采集电流示意

    本功能采集除了母联外的所有连接单元的电流量，通过软件计算出差电流和制动电流。等效于没有装设母联单元的电流互感器，如图3-3所示，将I、Ⅱ两段母线及其母联单元看成一个整体，构成Ⅰ、Ⅱ双母线共同的比率差动保护功能。

保护功能的判据为

|∑I| / ∑| I| ≥ Kset

式中： 

    |∑I|：大差除了母联单元外的双母线所有连接单元电流相量之和的模，为差电流；

    ∑|I|：除了母联单元外的双母线所有连接单元电流绝对值之和，为制动电流；

    Kset：比率制动系数0.3。

    图3-3所示电流互感器之间的电路，即I母线、Ⅱ母线和两段母线间的母联单元为本子功能的保护区。

最小动作电流

    无论是大差、还是小差，除了具有比率差动保护功能外，还要求差流大于一整定值（最小动作电流），才允许出口跳闸。即

    |∑I| ≥ Iset

式中：

    |∑I|为除了母联单元外的双母线所有连接单元电流之和的模，小差为I或Ⅱ段母线所有连接单元电流之和的模，即差电流；

    Iset为差电流整定值，即最小动作电流。

    本装置的大差、小差保护的动作特性曲线如图3-4所示。

图3-4  差动保护动作特性

三、母线差动保护的跳闸逻辑

图3-7  差动保护的跳闸逻辑框图

    图3-7为电流变化量差动保护的跳闸逻辑框图，表明若满足下列条件，电流变化量差动保护出口跳闸：

    差动保护功能确认发生区内故障 

    比率大差动保护功能确认发生母线故障 

    比率小差动保护功能确认发生故障的母线  

    差电流大于用户定值

    CT断线闭锁报警功能确认无CT断线

    复合电压闭锁功能满足开放条件

    当保护程序判别到I母小差与大差同时动作时，I母差动保护动作，发一组命令，起动相应的出口中间继电器，切除母联断路器及当前运行于I母上的所有连接单元断路器。当保护程序判别到Ⅱ母小差与大差同时动作时，Ⅱ母差动保护动作，发一组命令，起动相应的出口中间继电器，切除母联断路器及当前运行于Ⅱ母上的所有连接单元断路器。差动保护动作后，装置发相应的“差动动作”信号，同时“保护动作”灯亮。