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一種母線保護在中壓配電母線的應用分析

文檔作者：吳瓊文檔來源：中國瑞林工程技術(shù)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年12月12日
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第 336卷期 有 色 冶 金 設(shè) 計 與 研 究 2015正
6 月
一種母線保護在中壓配電母線的應用分析
吳瓊
(中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌330031)
[摘 要]以銅陵金冠銅業(yè)動力中心中壓配電系統(tǒng)為例，比較出線過流閉鎖式母線保護和微機型不完全
母差保護原理。提出在大型廠礦的中壓配電母線裝設(shè)中壓母線專用保護的必要性和可行性，并提出了微機型
不完全母差保護的方案、優(yōu)缺點以及改進意見。
[關(guān)鍵宇]中壓電網(wǎng)；不完全差動母線保護；饋線過電流閉鎖
中圖分類號：TM77 文獻標識碼：B 文章編號：1004—4345(2015)03—0075—03
Application and Analysis on Busbar Protection in M V Distribution Busbar
WU Qiong
(China Nerin Engineering Co．，Ltd．，Nanchang,Jiangxi 33003 1，China)
Abstract Taking MV power distribution system of Tongling Jinguan Copper Industry Power Center as an example，the paper
makes the comparison between outgoing over-current blocking busbar protection and micro-computer incomplete differential busbar
protection principle，puts forward the necessity and feasibility of special MV busbar protection installed in MV distribution busbar of
large plant／mine，and introduces schemes，advantages／disadvantages and improvement comments of micro—computer incomplete difer—
ential busbar protection．
Keyword MV power grid；incomplete diferential busbar protection；feeder over-current blocking
隨著系統(tǒng)短路容量不斷提升，接人大型廠礦配
電系統(tǒng)高壓電動機負荷的增加以及節(jié)能型發(fā)電機組
的投運。使得中壓母線短路時產(chǎn)生的短路穩(wěn)態(tài)電流
和沖擊電流過大，對母線所屬設(shè)備造成了極其嚴重
的破壞。業(yè)內(nèi)常規(guī)的做法是利用主變低后備跳10
kV進線開關(guān)或依靠進線過流保護延時切除短路故
障，沒有設(shè)置專門的母線保護。有文章指出中壓母線
發(fā)生故障，各種燃弧時間對設(shè)備造成的破壞作用是
不同的，35 ms時沒有顯著破壞；100 ms時損壞較
??；500 ms時設(shè)備損壞很嚴重。而主變低后備或進
線過流保護的動作時間一般在1～2 S，故障延時切除
時間過長，可能會造成配電裝置嚴重燒毀，對現(xiàn)場運
行人員也會造成嚴重的傷害，必須更換部分設(shè)備后
再投入運行，從而引起大范圍停電，造成重大的經(jīng)濟
損失 1。
銅陵金冠銅業(yè)動力中心中壓配電系統(tǒng)為兩回分
段運行的單母線。作為大型廠礦的10 kV中壓配電
母線，由于余熱發(fā)電機組作為電源點接人配電網(wǎng)絡，
根據(jù)當?shù)毓╇姽疽约癎B／T50062—2008規(guī)范的要
求，銅陵金冠銅業(yè)動力中心設(shè)置l0 kV不完全母差
保護。本文比較出線過流閉鎖式母線保護和微機型不
完全母差保護原理，提出此次在動力中心應用PA300
微機型不完全母差保護的優(yōu)缺點和改進方向。
1 兩種母線保護原理區(qū)別
1．1 出線過流閉鎖式母線保護
這種保護適用于只有一條回路做為電源回路的
中低壓母線。當母線發(fā)生進線故障時，只有電源回路
流過短路電流；而當饋線發(fā)生短路故障時。發(fā)生短路
的饋線和進線都有故障電流流過，從而實現(xiàn)區(qū)內(nèi)和
區(qū)外故障的判別。因此當任意一條出線流過短路電
收稿13期：2014-06—03
作者簡介：吳瓊(1979一)，女，工程師，主要從事電力系統(tǒng)運行與優(yōu)化工作。
． 76． 有 色 冶 金 設(shè) 計 與 研 究 第36卷
流，即向母線保護發(fā)出閉鎖命令；如果出線保護均不
啟動，母線保護要經(jīng)過短延時確認出線保護均不啟
動，母線保護才允許動作閣。
1．2 微機型不完全母差保護
此方案的原理是將連接于母線上的有源元件的
電流互感器接人差動回路，饋線回路電流互感器不
接入母差回路。這樣構(gòu)成的母線不完全差動保護實
質(zhì)上是一種過電流保護，母線上有故障時，保護將動
作跳開母線上所有有源元件。為了實現(xiàn)保護的選擇
性，采用饋線過流閉鎖的方法，將母線上各饋線保護
的過電流無延時啟動信號作為閉鎖母線不完全差動
保護的信號，當區(qū)外發(fā)生故障，饋線過電流保護動作
閉鎖差動保護。
2 基于PA300一B不完全母差保護軟
件原理
2．1 PA300-B軟件原理
母線差動保護采用“具有比率制動特性的不完
全電流差動保護原理”。接入母線上電源線路的三相
電流，通過各自的模擬通道、數(shù)據(jù)采集變換，形成相
應的數(shù)字量后按各相別分別計算差電流。為了防止
未接入差動保護的無源線路故障導致母差保護誤
動，從差動閉鎖開入1或2接人線路保護的預動作
信號。
回路1、2為I段母線電源電流回路，回路3為II
段母線電源電流回路．回路4側(cè)為分段開關(guān)流回路
(方向指向I段母線)?；芈?、2、3電流構(gòu)成大差元
件，回路l、2、4電流構(gòu)成I母小差元件，3、4電流構(gòu)
成II母小差元件。大差元件為起動元件，I母和II母
小差元件為故障選擇元件。
2_2 差動保護邏輯
差動保護邏輯見圖1。
l 。 l
I ／ l
lA相比率菱動卜—一 母
差
lB相比率差動卜—一 ≥l 一_1 凹}-_ 跳
lc相比率差動}-—一 &amp;amp; 閘
出
l匹7r戢耳 瓔 l 口
l、， ? 一一． 1 ．
I麓刎用礎(chǔ)7r，＼ ’
圖1差動保護邏輯
2．3 差動保護定值設(shè)置
對于每相的差動判據(jù)，取各單元電流之和的絕
對值作為差動電流，取各單元電流絕對值之和作為
制動電流，其差動判據(jù)如下。
1)啟動條件：
J m I lΣ／j J }> (1)
=1 l
I K Kt t
2)動作條件：
I Σm Il>KΣm (3)
I =1 l 1
式中：K為比率制動系數(shù)，取K=0．5； 為第 個有源
元件的電流； 為差動電流起動定值；KL為可靠系
數(shù)，取 =1．2； 為連接至母線的饋線電流，需考慮
躲過大型電動機起動和部分變壓器過載情況；K 為
繼電器返回系數(shù)。
2．4 差動保護閉鎖回路
為了確保故障線路保護裝置發(fā)出的閉鎖信號被
無延時地傳遞到母線保護中，采用了硬接點匯合成
信號小母線的直接電氣傳輸方案。母線差動保護設(shè)
置差動閉鎖開入1和2，所有饋線保護裝置投入預
出口，并將饋線過電流定值設(shè)置成預出口定值。當采
樣定值超過過電流定值，即發(fā)送動作信號，閉鎖不完
全母差保護，其固有動作時間需<30 ms。母差保護固
有動作時間不低于50 ms，從而與饋線保護裝置配
合．接收過電流閉鎖信號。但母差保護固有動作時間
也不能過大，否則，將造成母線故障延誤切除，引發(fā)配
電裝置損壞。根據(jù)引言提出數(shù)據(jù)，擬設(shè)定差動保護延
時動作時間100 ms。
3 PA300一B不完全母差保護優(yōu)缺點
和改進意見
3．1 PA300一B不完全母差保護優(yōu)點
1)相對于出線過流閉鎖式母線保護，此種保護
適應能力強，能適用于常規(guī)中壓母線。母差保護裝置
信號接人的交流采樣通道數(shù)量和采樣數(shù)據(jù)的處理要
求相對較低，有利于此方案的推廣應用，大大降低了
中壓母線保護的硬件成本[31；
2)此保護裝置能夠設(shè)置大差小差定值，實現(xiàn)故
障母線的選擇，不需增設(shè)功率繼電器判斷故障母線，
縮小故障停電范圍。
3)由于引入了比率制動的算法和“同步識別法”
第3期 一種母線保護在中壓配電母線的應用分析 ．77．
抗TA飽和措施，抑制了近端短路時，由于故障線路
電流互感器飽和而可能造成的差動保護誤動。
4)本方案采用硬接點將饋線閉鎖信號接人母差
裝置中。如采用網(wǎng)絡通訊手段傳遞過流閉鎖信號，為
了提高傳輸?shù)目煽啃院退矔r性，需要采用超高速以
太網(wǎng)傳輸，提高對饋線及母差保護的要求，極大增加
了相關(guān)設(shè)備投資。
3．2 PA300一B不完全母差保護缺點
1)相對于出線過流閉鎖式母線保護，需增設(shè)專
用母差保護裝置，設(shè)備保護投資相對較高。
2)本裝置只設(shè)定了4個電源輸入回路，雖然對
于常規(guī)雙母線和單母分段母線保護適用，但對于有
2條以上小型發(fā)電機接人回路的母線則不適用。軟
件不滿足一次系統(tǒng)接線要求。
3)由于母差裝置本身無法實現(xiàn)區(qū)內(nèi)區(qū)外故障區(qū)
分。需要從差動閉鎖開入1或2接入線路保護的預
動作信號從而實現(xiàn)母差保護的閉鎖。因此要將饋線
閉鎖信號并接人此裝置開入接點，帶來的問題是如
果饋線任意裝置出現(xiàn)問題，如裝置告警，則母差閉鎖
功能會喪失．可能引起誤動作。
3．3 本次不完全母差保護改進意見
1)建議設(shè)定6個電源輸入回路，可以應對多電
源接人系統(tǒng)的中壓母線，另外，為了提高定值靈敏
度，可接入較大負荷回路電流，減小差動啟動定值，
從而提高CPU處理能力。
． 址
2)建議母線保護增設(shè)復合電壓閉鎖回路，引入
低電壓和負序電壓閉鎖可以適當降低啟動電流。提
高保護裝置的靈敏度，避免大電機啟動可能引起的
母線保護誤動作。
3)建議饋線保護開出帶有方向的過電流閉鎖。
如果沒有安裝帶有方向的過電流閉鎖．則母線發(fā)生
故障時。饋線電動機回路會因提供朝向母線方向的
反饋電流，導致饋線回路誤發(fā)出閉鎖母線保護的命
令，而使母線設(shè)備長時承受過大的短路電流，對設(shè)備
將可能造成嚴重的損害。
4)建議饋線保護增設(shè)裝置故障告警閉鎖。中壓
配電母線饋線一般為十幾條甚至數(shù)十條：因此運行
中的保護裝置一旦發(fā)生裝置故障，將無法送出饋線
閉鎖信號．造成裝置誤動．極大影響整套裝置的可靠
性。因此建議增設(shè)饋線裝置告警故障閉鎖回路，引入
母線保護裝置，一旦發(fā)生饋線裝置告警或故障．將閉
鎖母線保護，防止因饋線裝置自身異?；蚬收?。引起
母線保護誤動。
參考文獻
【1] 陳浪．中壓母線裝設(shè)電弧光保護的重要性[J1．企業(yè)科技與發(fā)展，
2009(8)：54-56．
[2] 劉艷芬．中低壓電網(wǎng)母線保護的研究和應用[D】．保定：華北電力
大學．2009．
【3] 梁曉亮，王波，張勇．幾起1O kV母線故障分析及其保護裝置的
研發(fā)和應用【J】．電力系統(tǒng)自動化，2004，28(17)：97—99．
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《有色冶金設(shè)計與研究》創(chuàng)刊于1980年，是中國瑞林工程技術(shù)有限公司(原南昌有色冶金設(shè)計研究院)主
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