科技与生活杂志：中阻抗母线保护的应用研究 |
| 2012-09-19 18:12 作者：www.guigu.org 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网9月19日讯】据《科技与生活》杂志2012年第13期刊文称，在分析母差保护过程中中存在的问题基础上，对当前各大电厂以及变电站优选中阻抗母线保护的原因及其优势进行阐述，并就中阻抗母线保护的原理以及应用展开探讨，以期中阻抗母线保护在实际中得到正常应用。
关键词：中阻抗母线保护；原理；应用探讨
1绪论
母线保护最主要的任务为确保电网稳定和安全地运行，其的可靠性、快速性以及安全性、灵敏性等对确保整个电网的稳定有序稳定运行有着很重要的意义，而中阻抗母线保护作为一种母线之一，在大型电厂以及变电站中也得到一定应用。本文就中阻抗母线保护的应用问题、优势、原理等问题展开如下研究。
2中阻抗母线保护
2.1母差保护的相关问题
母差保护的相关问题主要包括两点，第一，区外发生故障时电流不平衡。目前，母线保护的形式为以电流差动的原理组成母差保护。因电流互感器存在一定误差，导致外部出现短路时，因电流不平衡较大，导致故障线路（外部的）CT全部饱和，它的二次电流达到零，致使不平衡地电流和短路的电流一样。一般的母差保护多是应用速饱和的变流器躲避不平衡电流，可有效防止由于不平衡电流过大导致的误动作，不过这种方法不适用于高压电网，因为高压电网要求速度快。再有母线运行的方式发生大变化。通常在最大的运行之下，外部故障由于流过电流大，不平衡电流也大，使得要保护的动作电流要求避过最大的不平衡电流。反之，在最小的运行之下，内部发生短路时，电流比较小，导致保护的灵敏度无法达标。第二，内部故障CT饱和的母线发生故障时，若某联络线CT因电流过大，又或者是直流分量大变成饱和，会减少进入差动继电器之中的电流大大减少，进而影响到母线保护的相关可靠动作运行。
针对上述母差保护的问题，我国各大型的变电站选用了中阻抗型母线保护，其的主要优势在于低阻抗和高阻抗保护，在解决CT饱和具有独特优势。尤其是中阻抗母线保护的第一次现动作的时间<10ms，其具有“半周波的继电器”的美称。经过多方实践表明，现阶段中阻抗母线保护是一种值得推广的母线保护方法。时至今日，全球已经有几千套中阻抗母线保护在运行之中，我国的首套中阻抗型母线保护是在华中电网500kV的凤凰山变电站运行，国内有近千套这类的母线保护在运行之中。
2.2中阻抗母线保护的保护原理
如上图所示，中阻抗母线的差动保护原理具体为：母线的外部出现短路故障后，通常情况之下下，没有出现故障的支路电流不会很大，其是我TA不容易饱和，可是故障的支路电流因集合多种电源的支路电流，因此会十分大，其的TA会极度饱和，同其相对应的励磁阻抗一定会很小，在极限的情况之下会近似为零，在这个时候以往的全部电流母线的差动保护有很大可能出现误动作。为了减少或者避免此类情况之下目前发生的误动作，可以把电流差动的继电器改成高内阻电压的继电器。在这里，我们可以假设在母线之上。连接N条支路，例如上图中的虚线框之中，是故障支路，也就是TA，其的等效回路，而Zu则是励磁阻抗，Zδ1与Zδ2分别是TA到电压继电器的第二次回路中的阻抗值，也就是二次回路的连线阻抗值，而ru是电压差动的继电器中的内阻。一旦发生母线外部发生短路故障，如果电流互感器的误差为0，则把母线做节点的第二次电流和差动继电器两者的电流都看做是0，没有发生故障的支路的二次电流全都进到故障支路，也就是TA的二次绕组。一旦出现外部短路，故障的路段TA会出现极为严重的极度饱和情况，在这样的情况之下，CT的励磁阻抗，也就是Zu会接近零，而一次电流回都流到励磁支路。由于电压差动的继电器中的内阻，也就是ru非常高，对于母线上的没有出现故障的支路，其的二次电流可以从回路之中进入故障支路的二次绕组，所流过的差动继电器电流十分小，所以不会出现误动作。一旦母线内部发生短路时，全部引出线的电流均是流进母线内，全部产生的二次电流都会通过线路流入电压继电器。因为其的电压继电器之中内阻比较高，所以电压继电器的左侧和右侧都会出现比较大的电压，所以电压继电器会出现动作。
2.3中阻抗母线保护的应用
为了有效处理外部的短路故障，了解故障线路CT在完全饱和清理况之下保护的安全性和可靠性，现结合下图展开探讨。
在上图中，XL-3的外部出现短路，而且此线路CT是完全饱和，如果应用低阻抗母线保护，会使I1和I2经过差回路，这个时候的平衡电流会是最大。如果应用高阻抗母线保护，也是基于CT完全饱和的前提下，因差回路的电阻比较大，导致I1+I2依然流进XL-3CT中的二次绕组，造成差回路的不平衡电流依然十分小。可是这种非类型的母差保护如果在母线的内部发生故障时，不但会导致CT的二次侧形成过高的过电压，同时还会造成近似开路的状态，是CT饱和的速度加快，这对继电器的保护动作的可靠性产生极大影响。中阻抗母线保护实际上就是利用上述电压型的差动保护原理。因为此继电器有比率制动的特点，所以，它的差回路的电阻无需十分大，称之为中阻抗母线保护。
中阻抗母线保护的动作行为大致可以从如下三个方面来分析，首先是正常运行的情况之下，流进差动回路的为不平衡电流。在如下这个公式中：Ibp=αIfn，α代表不平衡电流系数，它的值很明显的比S值小，因此αIfn<SIT3，可见在这种情况之下，保护不会出现误动作。其次是区外故障，结合下图来分析：
1）CT没有饱和的情况基本上和上述第一种动作行为相同，依然是有Id1=0，所以保护不会出现误动作。2）CT在完全饱和的情况之下，在完全饱和情况下，线路CT，其的二次回路能够运用其所有的直流回路的电阻值，也就是RLX来表示，其的差动回路具体的等效电路如上图所示，在图中的RdT就是差回路中的电阻值。可以得出：流进差动回路中的电流公式为：Id1等于IT3×RLX÷(RdT+RLX)，如果RLX÷(RdT+RLX)小于S，也就可以确保外部故障不会出现误动作，也就是即：RLX小于RdTS÷(1-S)。第三种就是区外故障。区外故障的动作行为分析可以结合下图分析：
对于内部故障的空载线路以及空载馈线的CT二次回路，都可以应用比较大一些的励磁阻抗，也就是XL来表示，其的等效电路如上图所示，其忽视了Rs，I则公式如下：d1等于IT3×XL÷(RdT+XL)，当能够正确选取S时，就可以使IT3×XL÷(RdT+XL)大于K+SIT3，也就可以在很大程度上确保其动作的可靠性。在实质上，因差动回路的时间常数一般接近零，可是励磁回路得时间常数一般又比较大，使得动作电压的加大速度比制动电压的加大速度更快，这样就利于内部发生故障时的可靠动作加快速度。而对于XL的分流，由于阻抗比较大，而且时间的常数夜比较大，其的影响十分小，这对于内部故障的CT饱和的情况，不管是电流互感器的一次电流有多大，其在发生故障之2分之一和4分之一的周波之间，电流互感器所出现的误差是非常小的，因差动继电器的保护动作速度比较快，在赶在CT饱和的前面就可以确保动作正确。
3结束语
总而言之，中阻抗母线保护正是具有母差保护动作可靠、快速、安全以及灵敏等优势，被各大型的变电站以及发电站所广泛应用，随着科技的几部，相信其在今后会得到更加的改善以及更广的应用。
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