第六節(jié)微機(jī)型母線保護(hù)我國的電力系統(tǒng)中，目前利用最普遍的是所謂中阻型母線差動保護(hù)，它具有許多明顯的長處，所以很受歡迎。但在利用中也發(fā)覺一些不足，當(dāng)利用運(yùn)算機(jī)技術(shù)完成微機(jī)型母線保護(hù)時，能夠?qū)ｉT好的克服這些不足。實現(xiàn)微機(jī)保護(hù)主要要解決3個方面的問題：母線保護(hù)的大體原理和實現(xiàn)方式。TA飽和對母線保護(hù)的影響及對策。雙母線接線對母線保護(hù)的特殊要求和解決辦法。大體原理母線保護(hù)按最為通用的原理能夠分為：差動原理和相位比較原理。差動原理其實質(zhì)就是基爾霍夫第一電流定律，將母線看成一個節(jié)點(diǎn)。在正常運(yùn)行及外部故障進(jìn)程中，由于內(nèi)部沒有分流，EI=0，所以最先的差動判據(jù)為另I>I。i0i=1為了避免某一TA的二次側(cè)斷線引發(fā)保護(hù)動作，和躲過不平衡電流的影響，所以要將10整定得較高，如此就降低了保護(hù)的靈敏度，為了解決這各問題，就引入帶制動特性的差動判據(jù)。主要有如此幾種判據(jù)刀I-應(yīng)了>ITOC\o"1-5"\h\zi 1i0i=1 i=1>I另j->Ipi max這里Imax=maxI，|I，…這里Imax=^Id ii=1resi=1resi=1max或 Imaxres則上式可表示為I-KI>Id res0還有幾種制動形式，特性如圖1(c)、(d)所示。

Jld0resJld0res圖1母線差動保護(hù)的幾種動作特性(a)水平動作特性(b)斜線動作特性(c)兩段折線動作特性(d)三段折線動作特性這幾種判據(jù)提高了外部故障時的制動作用，增大了在外部故障時不動作的靠得住性。但在內(nèi)部故障時，由于制動量的存在，降低了動作的靈敏度。當(dāng)靈敏度不知足要求時，也能夠采用如下的綜合差動判據(jù)ii=ii=1-Ki円,Ii=lK為I2 ii=1式中，Ki<1,K2>1o當(dāng)K>0時，{K}+=K；當(dāng)K<0時，(K}+=0o在正常外部故障時，迓IQ0，使得I較大，所以有較大的制動量。在內(nèi)部故障i resi=1時，迓pQ迓I，所以制動量接近于零。i ii=1 i=1即便內(nèi)部故障有流出電流的情形，此判據(jù)也有足夠的靈敏度。相位比較原理在正常負(fù)荷情形下和外部短路時，由于流入母線各支路電流的向量和為零。因此，各支路電流的正半周將把時刻軸填滿。一部份支路電流的瞬時值為正，另一部份支路電流的瞬時值為負(fù)。不會出現(xiàn)有正向電流而沒有負(fù)相電流的情形。也不會出現(xiàn)只有負(fù)相電流而沒有正向電流的情形。在內(nèi)部故障時，各支路電流方向大體相同，現(xiàn)在就會出現(xiàn)一段時刻全為正向瞬時電流，而另一段時刻全為負(fù)向電流。如此，就可以夠靠判別電流的正方向是不是有間隙來區(qū)分故障是不是在區(qū)內(nèi)。長處：只與電流的相位有關(guān)，與電流的幅值大小無關(guān)，因此無需過量考慮不平衡電流的影響，不要求采用同一型號相同變比的TA,提高了保護(hù)的靈敏度和利用的靈活性。缺點(diǎn)：難于適應(yīng)于母線內(nèi)部故障但有流出的情形和外部短路而TA嚴(yán)峻飽和的情形。母線電流比相式保護(hù)。這是為了適應(yīng)雙母線差動保護(hù)中，連接元件在兩組母線間進(jìn)行切換而制成的一種母線保護(hù)，它得用總差動電流和母聯(lián)斷路器中電流的相位關(guān)系來判別

故障母線，當(dāng)連接元件切換時，不需要對TA的二次側(cè)進(jìn)行切換，只需在出口回路進(jìn)行切換即可?？墒撬嬖谝韵氯秉c(diǎn)：當(dāng)雙母線分開運(yùn)行時，保護(hù)將失去選擇故障母線的能力；當(dāng)雙母線發(fā)生前后故障時，先故障母線將母聯(lián)開關(guān)心除后而不能切除第二條故障母線。隨著微機(jī)線路保護(hù)已取得普遍的應(yīng)用和表現(xiàn)出具有明顯的優(yōu)越性和充分靠得住，90年代以來，已提出微機(jī)母線保護(hù)的要求，而且已成功地形成正式的產(chǎn)品。微機(jī)母線保護(hù)基于如下考慮選擇差動原理作為保護(hù)裝置的大體原理。運(yùn)算機(jī)的優(yōu)勢是在數(shù)學(xué)計算、邏輯判斷、記憶等方面，而在波形生成和相位的處置方面，運(yùn)算機(jī)與常規(guī)方式比并無優(yōu)越性。在常規(guī)保護(hù)方面，相位比較式保護(hù)比差動保護(hù)優(yōu)越的地方在于：對TA變比不要求統(tǒng)一和靈敏度高，差動保護(hù)的這些不足，用微機(jī)實現(xiàn)很容易彌補(bǔ)上。在動作速度，避免TA飽和影響等方面差動保護(hù)具有明顯優(yōu)越性。由差動原理組成的保護(hù)裝置，有較好的運(yùn)行表現(xiàn)和運(yùn)行經(jīng)驗。在算法方面，主要有兩種：采樣值算法和傅式算法。采樣值算法。這種算法的理論按照是：只要TA是線性傳變的，差動關(guān)系對任何瞬不時刻都成立，即P訂=0，具體地說就是在任一個時刻，同時收集母線電流的值，將它們相加，理論上都是等于0。為了提高保護(hù)的靠得住性和抗干擾能力，采取的辦法是適當(dāng)增加計算比較的次數(shù)。理論分析證明，采用1/4周波及以上的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算比較，就可以夠保證足夠的靠得住性。例如：16點(diǎn)采樣，1/4周波是4點(diǎn)。傅式算法。利用傅式算法求出差動電流和制動電流的向量的幅值/相位或虛/實部，然后進(jìn)行差動判斷。在實驗和實際運(yùn)行中，采樣值算法在速度、靠得住性方面均優(yōu)于傅式算法。TA飽和對母線保護(hù)的影響及對策TA飽和對保護(hù)的影響TA的等值簡化電路如圖2所示。L：勵磁阻抗R、L:歸算到一次繞組的負(fù)荷電阻和電抗。在正常工作情形下，L專門大，鐵芯工作在低磁密條件下，I-I，TA線性工作。卩12在短路剎時，短路電流中含有必然幅值的非周期分量，能夠和上次故障的剩磁一路作用使TA鐵芯的磁密快速達(dá)到飽和值，L下降，I-I+I，i卩上升，使I波形畸變，卩1卩22當(dāng)TA嚴(yán)峻飽和時，L-0，使得現(xiàn)在I沁0。從TA飽和暫態(tài)波形，能夠看到卩2在發(fā)生短路的開始階段，鐵芯的剩磁尚未達(dá)到飽和磁密時，TA能夠正確傳變電流，如繼電保護(hù)能在該段時刻內(nèi)作出判斷，大體上能夠不受鐵芯飽和的影響。當(dāng)鐵芯進(jìn)入飽和后，12的波形出現(xiàn)缺損現(xiàn)象。當(dāng)一次電流［的瞬時值由正半周趨向負(fù)半周時，鐵芯磁密又回答到非飽和狀態(tài)，現(xiàn)在，TA又能夠傳變一次的電流，因此，每次［過零后，使得TA二次側(cè)輸出有一個線性傳變區(qū)。由于TA飽和使得二次側(cè)電流出現(xiàn)畸變，不能正確地反映系統(tǒng)地一次情形，母線差動保護(hù)可能誤動。常規(guī)處置TA飽和的辦法速飽和變流器。它將差動繼電器通過一個速飽和變流器接入差動回路，能夠有效地避免由于故障電流直流分量引發(fā)TA飽和而致使的保護(hù)誤動，可是它對穩(wěn)態(tài)不平衡電流不起作用，故障交流分量過大引發(fā)TA飽和時，保護(hù)仍會誤動。另外在內(nèi)部故障時，故障電流中存在直流分量時，由于速飽和變流器的影響，保護(hù)將延時動作，這種方式已逐漸被淘汰。(2)帶制動特性的差動方案，當(dāng)TA輕度飽和時，此判據(jù)能夠達(dá)到制動目的，當(dāng)TA嚴(yán)峻飽和的時候，仍會誤動，因此只能部份抑制TA飽和的影響，必需和其他方式配合利用在差動回路中串入阻抗，能夠有效地減少TA飽和的影響，可是阻抗過小，對TA飽和達(dá)不到完全抑制的效果；阻抗過大，相應(yīng)設(shè)備要求高，也降低保護(hù)的靈敏度。所以現(xiàn)有產(chǎn)品較多采用帶比率制動特性的中阻抗電流差動母線保護(hù)的方案。這種原理的保護(hù)由于不受TA飽和的影響，動作速度快，在國內(nèi)外都取得了普遍的應(yīng)用。線性互感器組成的母線保護(hù)。國外研制了不帶鐵芯的線性互感器，它是一種空氣芯的互感器，線性度好，不存在飽和的影響，因此動作速度快?？墒?，TA輸出電壓低、功率小，不能用于各類接線復(fù)雜的繼電保護(hù)中，而且其勵磁阻抗小、誤差大，在常規(guī)的機(jī)電型、晶體管型和集成電路型母線保護(hù)中不宜采用。飽和發(fā)生器。當(dāng)TA飽和時，由TA飽和發(fā)生器產(chǎn)生閉鎖信號，閉鎖保護(hù)。此刻發(fā)生器的原理有兩種：檢測TA二次側(cè)電流波形，利用其飽和時缺損的波形產(chǎn)生閉鎖信號。檢測TA鐵芯中的磁通量。飽和時，磁通量將超過磁化曲線的拐點(diǎn)，這時將保護(hù)閉鎖。不足的地方是每條出線都需加裝，本錢高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于調(diào)試。對于微機(jī)保護(hù)來講避免TA飽和的影響，除帶制動特性的方式可采用外，其他方式用運(yùn)算機(jī)實現(xiàn)比較麻煩。已有的微機(jī)母線保護(hù)，利用運(yùn)算機(jī)的優(yōu)勢，采用了一些新的技術(shù)方式，主如果以下3種：同步檢測。主要起作用于故障發(fā)生的開始階段，在很嚴(yán)峻的外部故障引發(fā)飽和時，從故障開始到TA發(fā)生飽和也需要一段時刻。在這段時刻內(nèi)，TA傳變是線性的，差動關(guān)系也是成立的。在故障發(fā)生的初始時刻母線上的電壓檢測元件瞬時動作，而電流差動元件不動作。過一段時刻以后，TA飽和，現(xiàn)在差動元件也會動作。所以，母線電壓元件先于差動元件動作，則將閉鎖保護(hù)一個周波，至此同步檢測的任務(wù)完成。波形擬合。在同步檢測完成以后的時刻里，保護(hù)的閉鎖功能則有波形擬合功能程序完成。這一程序的原理是采用最小二乘的擬合方式。當(dāng)波形為一正弦信號(或大體正弦信號)時程序不產(chǎn)生閉鎖信號。現(xiàn)在最多是TA發(fā)生輕微飽和。帶比率制動的差動判據(jù)能夠避免輕微飽和的影響，保護(hù)不會誤動。當(dāng)波形發(fā)生畸變時，程序產(chǎn)生閉鎖信號，繼續(xù)將保護(hù)閉鎖一個周波，直至TA飽和消失后，再執(zhí)行差動判據(jù)。雙母線接線對母線保護(hù)的特殊要求和解決辦法。微機(jī)保護(hù)充分發(fā)揮運(yùn)算機(jī)的優(yōu)勢，采用自適應(yīng)原理識別雙母線運(yùn)行方式，實現(xiàn)差動電流和跳閘邏輯的軟件切換，完全解決了常規(guī)母線保護(hù)硬件切換存在的問題。6.3微機(jī)母線保護(hù)的配置我國自行研制的微機(jī)母線保護(hù)有南京電力自動化設(shè)備總廠生產(chǎn)的WMZ—41型微機(jī)母線保護(hù)裝置，許昌繼電器廠生產(chǎn)的WHM—1型微機(jī)母線保護(hù)裝置。這兩種裝置都是由華中理工大學(xué)負(fù)責(zé)研制的，原理和配置大體相同。6.3.1A、B、C三相各相差動元件，互為獨(dú)立，實現(xiàn)分相差動每相差動元件包括：N將整個雙母線作為被保護(hù)元件的大差動保護(hù)，這是作為裝置的啟動元件。由I母連接元件和母聯(lián)開關(guān)ML組成I母小差，由II母連接元件和ML組成的II母小差，這是作為裝置的選擇元件，保證裝置的選擇性。差動判據(jù)：>>K式中K、i、i為定值；i可整定在?I之間。d1f1 d1 N算法：用采樣值算法。TA飽和閉鎖元件。故障開始時采用同步檢測法；故障進(jìn)程中采用波形擬合法。電壓閉鎖元件為了避免誤動作，提高母線保護(hù)的安全性，加裝電壓閉鎖元件。考慮到母線發(fā)生故障時，故障相電壓的突變量專門大，利用電壓的突變量比較的方式，通過比較工頻周期電壓的值，能夠迅速檢測出電壓故障，判據(jù)為：|>Ku式中：u為本采樣點(diǎn)的電壓值；u為與本采樣點(diǎn)相應(yīng)的前一周期該點(diǎn)采樣值。K K—TTV斷線保護(hù)當(dāng)母線電壓持續(xù)出現(xiàn)低電壓而差動元件未動作，即可判斷TV斷線。TA斷線持續(xù)差動元件動作而母線電壓正常，判斷TA斷線，現(xiàn)在告警并閉鎖保護(hù)。充電保護(hù)當(dāng)微機(jī)檢測到充電按鈕按下后，進(jìn)入充電保護(hù)模塊，此模塊執(zhí)行過流速斷功能，采用傅式算法計算流過ML的電流，若電流大于定值則跳ML。母聯(lián)斷路器盲區(qū)保護(hù)對于雙母線來講，當(dāng)ML雙側(cè)只有一側(cè)有TA時，在ML斷路器和TA之間存在有一個