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母线保护原理的现状与发展
母线保护原理的现状与发展
《宁夏电力》2oo7年增刊
(1)
母线保护原理的现状与发展
王彦东.
(广东佛山供电局,
仇志成
佛山市528000)
摘要:
母线保护是电力系统继电保护的重要组成部分.本文介绍了母线保护的基本原理,分析了CT饱和
l
对母线保护的影响~,XCT饱和的判据.并在此基础上,通过介绍和分析目前国内外关于母线保护的研究现状
和存在问题,提出了关于母线保护的研究思路和面临的问题.
关键词:
电流差动;CT饱和;母线保护
中图分类号:
TM773文献标志码:
B文章编号:
1672—3643(2007)zkl一0075—04
Existingconditionanddevelopmentofbusbarprotectiveprinciple
WANGYan--dong,Q1UZhi-cheng
(GuangdongFoshanPowerSupplyBureau,Foshan528000,China)
Abstract:
Busbarprotectionisanimportantformedpartofrelayprotectioninelectricpowersystem.Introduces
busbarprotectiveprinciple.AnalyzesCTsaturation'seffecttobusbarprotectionanddiscriminantprincipleofCT
saturationcriterion.Accordingtointroducingandanalyzingnowadaysoverseasresearchingconditionandexisting
problemonbusbarprotection.Putsforwardsbusbarprotection'sresearchingideaabdconfrontingmatter.
Keywords:
currentdifferent;CTsaturation;busbarprotection
1引言
母线是电力系统的重要设备,在整个输配电中起着非常
重要的作用.母线故障是电力系统中非常严重的故障,它直
接影响母线上所连接的所有设备的安全可靠运行,导致大面
积事故停电或设备的严重损坏,对于整个电力系统的危害极
大.随着电力系统技术的不断发展,电网电压等级不断升高,
对母线保护的快速性,灵敏性,可靠性,选择性的要求也越来
越高.一直以来,国内,外对母线保护原理或方法都进行着分
析和研究,提出了一些关于母线保护的新理论和新思路.
2母线保护的基本原理
2.1电流差动母线保护的原理和存在问题f-1213141
电流差动母线保护原理是母线保护的一种最常用的保
护原理,其主要原理依据是基尔霍夫电流定律.对于一个母
线系统,母线上有n条支路,如图1所示.
图1母线系统各支路连接
I:
I,+12+Is+……+厶,为流人母线的和电流,即母线保
护的差动电流.当系统正常运行或外部发生故障时,流
入母线的电流和为零,即母线差动保护的差动电流,母
线保护不动作.当母线发生故障时,等于流人故障点的
电流,如果大于母线保护所设定的动作电流时.母线保
护将会动作.
在实际的系统中,微机保护"差电流"与"和电流"不是
收稿日期:
2007-07—28
作者简介:
王彦东(1979一),男,硕士,从事电力系统变电运行工作.
?
75?
《宁夏电力》2oo7年增刊
(1)母线保护原理的现状与发展
从模拟电流回路中直接获得,而是通过电流采样值的数值
计算求得,即通过采集母线各支路的电流互感器(以下简称
CT)的电流值,由母线保护装置计算所得.因此,电流互感
器能否正确提供电流信息,成为母线保护正确动作的一个
关键因素.实际中,当母线系统外部发生故障时母线差动电
流厶≠D,而为-d,的数值,这就是由于电流互感器误差而
产生的差动不平衡电流四.差动不平衡电流的大小随着故障
电流的增大而增大,当区外近距离发生故障时,差动不平衡
电流增大,有可能导致保护装置误动.为了避免保护误动,
提出具有制动特性的母线差动保护.
2.2具有制动特性的母线差动保护
根据制动特性的不同,可以将具有制动特性的母线差
动保护分为:
比率差动,大电流范围制动,复式比率差动[4161.
比率差动继电保护的原理是采用一次的穿越电流作为
制动电流,母线保护动作电流随制动电流的变化而变化,从
而使其在母线区外故障时能够有一定的制动能力.其动作
方程为
f>
【>.,,
式中:
厶=∑,Ir:
∑,JI为母线第j条支路的电流.
i=ii;i
式中为差动电流,为差动电流整定门槛,它的整
定原则是避免母线外部短路时的最大不平衡电流.,r为制
动电流,是指母线所有连接元件电流的绝对值之和.为比
率制动系数,不同制动系数对应的CT的误差承受能力
不同.其动作特性曲线如图2所示.
l
图2比率差动元件特性曲线
当发生在母线发生区外短路故障时,此时虽然因为CT
饱和出现不平衡电流,但由于故障支路上电流会明显增大,
从而使制动电流也增大,能够提供较强的制动能力,从而
能够防止此时CT饱和所造成的误动.
比率差动母线保护采用一次的穿越电流作为制动电
流,使保护在区外故障时有较强的制动能力.但是在母线内
部故障时,制动电流仍然存在,这就导致在母线内部故障时
保护的灵敏度有所下降.例如,当区内发生故障时,差动电
流Id满足,但此时某些支路上电流较大,制动电流较
?
76?
大,导致?
,,此时保护将会拒动.因此比率差动母线保
护在母线区内故障时由于制动电流的存在导致保护灵敏度
和可靠性有所降低.
大电流范围制动保护是比率差动保护的原理的进一步
发展,它在一定程度上提高了母线保护的灵敏性与可靠性.
其原理是在比率差动的基础上给制动电流设置一个门槛值
.,并且通过逻辑器件判断制动电流是否达到门槛值来进行
操作,从而能够提高比率差动原理在小电流范围的可靠性.
其动作方程为
f>
\Id>K'r—l0+
式中:
//,一一逻辑判断式,当,,一,.大于零时取
(,r一),否贝0取零.
其动作特性曲线如图3所示.
一
I.)
IsI
图3大电流范围制动元件特性曲线
在制动电流大于门槛值的情况下,该保护动作特性与
比率差动保护一致,使保护对区外故障仍有较强的制动能
力.制动电流在小于门槛值的情况下,制动条件自动消除,
使保护动作的可靠性显着提高.由于门槛值的引入,保护
在一定程度和范围内提高了保护的可靠性.但是,当母线
区内故障,制动电流大于门槛值的情况下制动电流是仍然
存在的.
当区内故障时,制动电流的存在将降低保护的灵敏度.
因此,进一步提出了复式比率差动保护原理,其动作方程为:
f厶>
【>K'//r一/d
I…
K(I一L)
//
一
I一Id
图4复式比率差动元件特性曲线
动作特性曲线如图4所示.由于在制动量的计算中引
入了差电流,理想状态下,当母线发生区内故障时,,制
《宁夏电力》2007年增刊
(1)母线保护原理的现状与发展
动条件自动满足,保护对区内故障的灵敏性显着提高.当区
外故障时,制动特性仍满足可靠性要求.目前,复式比率差
动保护原理在母线保护中得到大范围的应用,经实践证明,
该原理的可靠性和灵敏性在一定程度上满足了电网的安全
可靠运行.但是,它也存在一定的局限性,主要表现在对母
线小电流区内接地故障时,制动电流仍然存在.
以上保护原理是目前比较成熟且在实际中已广泛应用
的保护原理.其实质是通过在母线保护启动后人为的改变
提高母线动作定值,从而防止保护误动,其保护原理在一定
程度上满足电网可靠运行的要求,但也不同程度地存在着
局限性.即使是复式比率差动保护,仍然存在不可避免的可
靠性问题,因此,国内外对母线保护原理的研究没有停步.
3CT饱和对保护的影响及CT饱和判据
各种类型的母线保护就其对接线方式,电网的运行方
式,故障类型以及故障点过渡电阻等方面的适应性来说,仍
以按电流差动原理构成的母线保护为佳.具有制动特性的
母线差动保护,具有较高的可靠性和灵敏性等特点,在高压
电网中得到较为广泛的应用阁.然而在CT饱和时,二次电
流不能正确反映一次电流,如果是由于区外故障引起的CT
饱和,则有可能导致母线保护误动作.因此,母线保护装置
必须配置CT饱和检测元件,当检测到CT饱和是由区外故
障引起时,则闭锁母线保护出口,避免误动作.当发生母线
区内故障时,工频变化量差动元件ABLCK和工频变化量
阻抗元件△z与工频变化量电压元件AU基本同时动作,
而发生母线区外故障时,由于故障起始CT尚未进人饱和,
ABLCK元件和△z元件动作滞后于工频变化量电压元件.
利用这三个工频变化量元件动作相对时序的特点,可以准
确判断出CT饱和是由区外故障引起或区内故障引起悯.
目前,根据CT饱和的发生机理,以及CT饱和后二次
波形的特点,提出了多种关于CT饱和的检测判据,以下列
出其中具有代表性的几种,做进一步的分析.
3.1通过计算二次电流谐波比判断CT饱和
电流互感器正常工作时,其二次电流波形与一次电流
波形基本相同,但当电流互感器发生饱和时,二次电流会出
现波形缺损及畸变,其电流信号含有高次谐波.而高次谐波
在二次电流中的比例,也反映了二次电流的波形缺损和畸
变的程度.因此可以根据高次谐波在二次电流中的谐波比,
来反映电流互感器的饱和程度.可以通过以下公式计算:
^一第k次谐波分量;
一
工频基波.
通过检测CT二次电流的谐波分量,可以实现对电流互
感器饱和的判断.目前,该方法做为CT饱和检测方法之一
在微机保护领域得到广泛应用.
3.2基于二次电流变化率的CT饱和判据阱峒
当CT通过较大的一次暂态电流时,其二次电流波形
将会发生很大的畸变,当CT铁芯进入饱和时,二次电流将
出现缺损现象.因此,可以直观的通过检查二次电流在一个
采样间隔内的变化或二次电流的变化率来判断CT是否发
生饱和.通过分析可以知道,在CT未饱和时,电流采样值
变化量△I的范围为Ia/1≤2,/sin(o.,ar/2)=a1.~,当cT
饱和时变化量△,将超出范围.
所以,下面判据可以作为CT饱和的依据:
Ia/I≥M?
a
式中:
一裕度系数,大于1.
仿真结果显示,这种方法的可靠性会受到短路电流水
平的影响.如果短路电流水平高,则会造成整定值较高.对
于一些轻度饱和可能检测不到.不过在此情况下带制动方
式的动作特性对于cT轻度饱和有一定的抑止作用.因此
可以将基于二次电流变化率的CT饱和判据使用在带制动
特性的电流差动保护上,从而达到最佳效果.
3.3利用小波变换开放CT线性区的母线差动保护131n]
其原理是通过以小波变换为工具,分析电流互感器二
次电流波形,找出CT的饱和时刻信号特征,从而检测出
CT的饱和时刻和退出饱和时刻,实现在CT线性区内开放
母线保护.
由cT励磁曲线可以看出,当cT饱和时,I一'p曲线
上出现一拐点,因此在二次电流波形上也会出现一奇异点.
对正常情况下的CT二次电流进行小波变换后,会在其正
弦分量的过零点处出现两个模极大值,其符号相反,时间间
隔为半周波.CT饱和后,在一周期内有3个模极大值点,并
且两突变点对应的模极大值同号.因此,在故障开始后对
CT二次电流不断进行多尺度小波变换,找出模极大值及其
位置,求出出现连续两个模极大值同号的时刻,此时cT在
第一个模极大值出现的时刻开始饱和,然后求出cT转变
线性区,在线性区外闭锁保护.
此方法仅在理论上不受最低采样频率影响,但小波判
据为波形判据,采样率过低有可能导致丢失或降低突发时
特征信号的奇异点,灵敏度就会严重下降甚至错判.同时采
样率过低,导致分解尺度不能太大,因而不利于小波除噪.
除了以上提到的cT饱和判据外,近年来还提出了其
他一些应用于母线保护的制动判据,如通过差动和制动电
?
77?
《宁夏电力}2007年增刊
(1)母线保护原理的现状与发展
流之比判断CT饱和pOl,磁制动母线差动保护,等.
4行波暂态量母线保护
4.1行波电流极性比较式母线保护[3114]
行波电流极性比较式母线保护的基本原理是根据故障
发生时产生的行波电流的初始极性来判断故障区域,从而
保证故障发生时的保护的正确动作.
图5母线系统连接
电力系统发生故障时,如图5(a)所示,根据叠加原理可
以将故障后系统网络分解为两部分的叠加,如图5(b)所示:
故障前的正常网络与故障附加网络.其故障时电流,电压分
量分别由故障前正常网络分量和故障附加网络分量的叠加
而成.设故障前母线电压为一,图中为故障点虚构电压
源的电压,与故障前故障点处电压大小相等,相位相反.若故
障发生前瞬间故障发生点处电压为负极性,则虚构电压源
为正极性.该虚构电压源的产生,将会在母线以及母线相连
的各条支路上产生一个电流行波.母线内部故障时,当故障
前故障点处的电压为正,则为负,各条出线中的行波电流
的初始方向都是同时流人母线,即各条出线中的行波电流的
初始极性都是相同的;而当母线区外故障时,无论故障前故
障点处的电压为正或为负,故障所在支路行波电流方向
与其他支路行波电流方向不同,母线的各条出线中的行波电
流初始极性都不可能相同.利用判断行波电流极性可以判定
母线故障类型,从而保证母线保护正确动作.
行波电流极性比较式保护的关键是能否正确判断出行
波电流的极性.要求采用行波初始电流来判断电流极性,然
而当电压过零前某时刻发生短路时,电压行波和电流行波
的极性在紧接的过零时刻极性就要翻转,因此有可能存在
不能判断初始电流极性或者判断错误的情况,所以其可靠
性需要进一步研究,并考虑使用其他工具来判断行波电流
的初始极性.
4.2母线暂态方向保护
母线暂态方向保护的原理则是根据通过判断行波暂态
分量的方向对母线区内外故障进行判别.从而正确启动或
闭锁保护装置.
当母线发生区内故障时,各条出线上的行波方向都为
同时流出母线或同时流人母线;发生区外故障时,故障所在
出线的行波初始方向与其他出线的方向相反.只要能够判
?
78?
断出故障时母线上各条出线行波方向,就能够判断出故障
区域.
文献中提出的判断行波方向的方法是一种基于小波
变换的暂态方向判别,通过对保护安装处电压,电流进行小
波变换,根据小波变换输出的波形就能够进行故障启动及
方向的判别.根据文献中所说,对于反方向故障,选择一小
波函数(文献【t6l选择的是基数样条小波函数),对于故障相
的电压和电流信号进行子波变换,得到的输出波形几乎一
致;而对于正方向故障,故障相电压电流信号子波变换后的
输出波形有很大的差异.通过比较故障相电流电压的子波
变换后的输出波形在一定时间内的相似性,可以区分出故
障发生区域.由于发生故障时,畸变电信号的子波变换值表
现明显,其模值大大高于无故障的变换系数,即使是电压过
零点处发生的故障也不例外,这就给母线保护提供了良好
的判据,从而保证了基于此原理的母线暂态方向保护的可
行性.
但是该理论在实际应用中会遇到一定的问题,首先,理
论中要求能够提供相电压的暂态信号,但因为普通的CVT
不能传输高频的行波信号,这对故障的判断中信号的采集
提出了一定的困难.其次,该原理需要采集并分析故障相的
电流电压,即要求对三相的电压电流都要进行采集和计算
比较,对采集和数据的处理要求较高.同时,由于原理是要
求进行波形比较,对于暂态信号的要求较高,而由于母线附
近的阻波器,变压器等设备会对行波信号产生影响,因此这
些设备对该原理的实际影响需要进一步研究.
另一方面,随着数学工具的发展,提出了进一步研究母
线行波方向保护的其他判据,例如行波幅值比较式方向保
护[161以及其他行波方向判别原理,这些行波方向判别原理
已经在线路保护中提出,这些研究可以对母线行波方向保
护提供新的工具.
5其他母线保护新理论的发展
此外,随着数字技术和通信技术的发展,母线保护也在
其他一些方面取得了进一步的发展,如正负序阻抗母线保
护,中阻抗母线保护,神经网络在母线保护上的应用,分布
式微机母线保护,自适应技术在母线保护中应用,并提出了
一
些新的基于采样值算法的数字母线保护.
6母线保护原理的研究展望
通过以上的总结,可以看到当前研究尚待解决的一些
(下转第86页)
《宁夏电力)2oo7年增刊
(1)电量计量系统中旁路代路电量的统计和分析
从EMS系统传入旁代信息电量系统自身判断的旁代信息
两者信息一致flEVs系统末传^信息不一致
电量系统动进行旁代路瞢换操作If:
件?
同时提示维护人员
瞢代后的电量可进行相应回燕
圈l
4旁路代路分析功能的实际应用
旁路代路分析功能的实现,使长期困扰着系统维护人
员旁路代路电量的处理问题得到很好的解决,使维护人员
从长期进行人为判断和手动计算的繁杂工作中得以解脱,
(上接第78页)
问题以及以后的研究方向:
(1)母线电流差动保护的原理已经成型,但在实际应
用中,其可靠性和灵敏性需要结合实际,结合其他先进技术
对其进行补充和提高,使其更具实践性;
(2)对于CT饱和的判据需要进一步的研究,当前的一
些CT判据在理论到实际的过程中都存在一定的困难或局
限性,需要对当前判据进行进一步的完善或在研究中提出
新的判据;
(3)对行波在母线保护中的应用有待进一步的深入研
究.故障行波在保护中的应用有其自身的优点和缺陷,随着
信息技术和数学工具的发展,可以使行波在母线保护中得
到更大的应用;
(4)对于母线在各种状态下的故障情况还需要进一步
的仿真和研究分析,由于各种新理论的提出.需要大量现场
情况对新理论研究进行支持,从而提出真正适合实际应用
的母线保护方案.
随着母线保护原理研究的进一步深入.以及相关数学
工具和信息技术的发展,相信更具快速性,灵敏性,可靠性,
选择性的母线保护的实现将为时不远.
参考文献:
[1]贺家李,葛耀中.超高压输电线故障分析与继电保护.北京:
科
学出版社,1987.
[2]贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理.北京:
中国电力出
版社,1994.
[3]陈坚,张保会母线保护原理的发展与展望.全国高等学校电力系
.
86?
同时,在该功能实现后的实际运行中,该功能的准确判断和
及时处理.促进了统计电量的及时性和准确性的以提高,从
而使工作效率与工作质量有了大幅度的提高.
5结束语
旁路代路分析功能从实际出发,对维护人员在应用中
遇到的具体情况进行分析,判断,对电量计量系统在上,下
网电量的核算过程中起到了重要的作用,保证了电量的准
确性和完整性,在旁路代路分析功能的使用过程中,其操作
简单方便,易于掌握;最重要的是其功能达到了预定的设计
要求,并且在使用上也达到了预计效果.当然,旁路代路操
作的发生,情况较为多变,也会伴随一些较为特殊的情况发
生,所以.在该项功能的应用过程中,还需要对特殊事件进
一
步观察,以便在功能上有更好的改进和完善,从而更适用
于电量计量系统电量数据的实际核算.
统及其自动化专业第十九届学术年会论文集20o3:
pl139.
[4]智全中,袁正华,宋小舟等.几种母线保护继电器的比较.继电
器.2001.29:
pp.59.
[5]南京南瑞继保电气有限公司.微机母线保护装置技术说明
书.南京南瑞:
2006.
[6]李晓华,张哲,尹项根等.故障分量比率差动保护整定值的选
取.电网技术.2001.25:
pp.47.
[7]王志鸿,郑玉平,贺家李.通过计算谐波比确定母线保护中电
流互感器的饱和.电力系统及其自动化.2000.12:
pp.19.
[8]王梅义.电网继电保护应用.北京:
中国电力出版社.
[9]王建平,路盛元.电力系统计算机继电保护.(译自Computer
RelayingforPowerSystem)成都:
成都出版社.
[1O]罗珊珊,贺家李,王荣琴.母线保护中电流互感器饱和检测新
判据.电力系统及其自动化.1996.3:
pp.29.
[11]李忠安,何奔腾.一种利用小波变换开放电流互感器线性区
的方法.继电器.2002.28:
pp.20.
[12]李忠安,何奔腾.磁制动母线差动保护研究.继电器.2000.28:
pp.1O.
[13]马永生,何奔腾.磁制动母线差动保护初探.继电器.1998.26:
pp.26.
[14]陈青,潘贞存,江世芳.极性比较式母线保护研究.电力系统
及其自动化.1996.8:
pp.41.
[15]丁宇,李海锋,王钢等.母线暂态方向保护的研究全国高等
学校电力系统及其自动化专业第十八届学术年会论文集.
2002,pp.917.
[16]董杏丽,葛耀中.董新洲.基于小波变换的行波幅值比较式方
向保护.电力系统自动化.2000.9:
pp.11.
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