母差保护的动作原理和差动保护的区别
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2024-11-30 11:21
辽宁
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母差保护（Differential bus protection）是电力系统中用于检测和快速切除母线故障的关键保护措施。其基本工作原理基于电流差动原理，即通过比较流入和流出被保护母线的电流之和是否为零来判断是否存在故障。![]()
当母线发生故障时，故障点会产生短路电流，导致流入和流出母线的电流不再平衡，出现电流差。母差保护会检测到这种差异，并迅速发出跳闸指令，隔离故障母线，防止故障扩大，保护电网中其他非故障部分的安全运行。大差：指除了母联开关和分段开关外所有支路电流构成的差动回路，主要用于判别母线区内和区外故障。小差：指某段母线上所连接的包括母联和分段断路器在内的所有支路电流构成的差动回路，用于故障母线的选择。对于内部故障，TA至少过1/4周波才会出现饱和，差动继电器可快速动作并保持；而对于外部故障，完全饱和TA的二次回路只用它的全部直流回路的电阻等值表示，即忽略电抗。某一支路TA饱和后，大部分不平衡电流被饱和TA的二次阻抗所旁路，差动继电器可靠不动作。现代微机型母差保护引入了大差的概念作为故障判据，反映出系统中母线节点和电流状态，用以判断是否真正发生母线故障，较传统比率制动式母差保护更可靠。此外，微机保护装置引入刀闸辅助触点只是用于判别母线上各元件的连接位置，母线上各元件的电流回路和出口跳闸回路都是通过电流变换器输入到装置中变成数字量，各回路的电流切换用软件来实现，避免了因接点不可靠引起电流回路开路的可能性。在双母线系统中，假设I母线和II母线及其之间的母联单元构成一个整体，形成双母线共同的比率差动保护功能。该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。/∑∣I∣≥Kset/∑∣I∣≥Kset 其中，∣∑I∣ 表示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，即差电流；∑∣I∣表示除了母联单元外的双母线所有连接单元电流绝对值之和，即制动电流；Kset 是比率制动系数0.3。对于I段母线上的所有连接单元（包括引出线、母联、旁路、分段），保护功能仅采集这些单元的电流量，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∣≥Kset其中，∣∑II∣ 表示I段母线所有连接单元电流相量之和的模，为差电流；∑∣II∣ 表示I段母线所有连接单元电流绝对值之和，为制动电流；Kset 是比率制动系数0.3。主要判据为 △id≥I1 和 △id/△ir≥K1，其中 △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；△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。主要判据为 Id≥I2 和Id/Ir≥K2，其中 Id≡∫∣id∣ 为常规差电流，采用积分算法；I2 为常规差电流起动值；Ir≡∫ir 为常规制动电流，采用积分算法；K2 为常规制动系数整定值。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∣其中，∣∑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。为了增强保护动作的可靠性，需要将电压闭锁元件应用其中。产生电压闭锁的环境条件包括负序电压、零序电压和低电压满足动作值的情况下会发生闭锁。![]()
母差保护（Differential bus protection）和差动保护（Differential protection）虽然都基于电流差动原理，但它们的应用场景和服务对象有所不同。专门用于保护电力系统中的母线。它旨在检测并快速切除发生在母线上的短路故障，确保电力系统的稳定运行。母差保护通常应用于变电站或发电厂的关键设备，如变压器、发电机等，并且是针对特定电气节点（即母线）设计的一种保护方式。是一种更广泛的概念，它应用于多种电力设备，包括但不限于变压器、发电机、线路以及母线。差动保护的核心思想是比较被保护元件两端的电流差异来判断是否存在内部故障。例如，对于变压器而言，差动保护迅速识别出变压器绕组内的短路故障，并采取措施加以隔离。通过比较进入和离开母线的所有支路电流之间的差异来进行工作。当发生故障时，故障点会产生额外的电流流入或流出母线，导致进出电流不平衡，此时母差保护会触发动作以切断故障电路。具体来说，母差保护分为“大差”和“小差”，前者用于判别母线区内与区外故障，后者则负责选择具体的故障母线。其基本原理是在电气系统的两端分别接入互补的电流互感器，对二次电流进行比较并作出动作决策。在正常情况下，两侧电流应该相等；如果出现故障，则会出现电流不平衡现象，进而激活保护机制。对于变压器而言，差动保护不仅需要考虑两侧电流大小的一致性，还需要考虑到由于励磁涌流等因素造成的不平衡电流的影响。保护范围限于特定的母线段及其直接连接的设备。这意味着只有当故障发生在指定母线上时，母差保护才会启动。此外，为了提高选择性和可靠性，现代母差保护系统还可能结合其他类型的保护功能，如充电保护、死区保护、失灵保护等。根据保护对象的不同，其保护范围可以非常广泛，从单个元件到整个输电线路都可以涵盖。例如，在变压器保护中，差动保护能够覆盖变压器内部的所有部分，包括高压侧和低压侧绕组之间的任何位置发生的故障。母差保护：随着电网微机保护技术的发展，母差保护已经从传统的比率制动式发展到了更加先进的微机型保护装置。这些新型保护设备采用了数字采样技术和数学模型分析，提高了抗TA饱和的能力，并且可以通过软件逻辑实现多种保护功能的一体化集成。差动保护：同样受益于科技进步，现代差动保护也趋向于智能化和自动化。除了传统的硬件电路外，越来越多地依赖于微处理器来处理复杂的算法，从而更好地应对各种非理想状况下的挑战，比如外部故障引起的TA饱和问题。![]()
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