1.电流相位比较式母线保护
电流相位比较式母线保护的原理是利用总差动电流判别是否为母线上发生故障。在判别为母线故障的情况下,以差动电流为参考量,用母联电流相位判别故障母线。这种保护可以省略交流切换回路,简化二次接线,适应一次系统的倒闸操作,它不受母线上元件连接方式的影响。但存在以下问题:
1)根据电力系统潮流分配、减小系统短路容量等运行方式的需要,要求将两组母线分列运行时,母线保护将失去选择故障母线组的能力;
2)当两条母线同时故障或相继故障时,只能切除先发生故障的母线,不能切除后发生故障的母线。因为母联开关跳闸后,母联电流消失,母差保护选择元件不能动作,致使后发生故障的母线不能切除;
3)当故障发生在母联断路器和母联电流互感器之间时,无故障母线将被切除;
4)当母线故障母差保护动作,若母联开关失灵,母差保护将无法切除故障。
20世纪七八十年代曾在我国出现的LXB型母差保护就是基于这种原理的典型产品。从电网的要求看,这种保护无论在性能还是运行维修方面都难以适应,将逐步被淘汰。
2.中阻抗型母线保护
中阻抗型母线电流差动保护充分掌握并利用了电流互感器饱和的暂态特性,较好地解决了区外故障电流互感器饱和不误动,区内故障正确快速动作。该种保护对电流互感器无特殊要求,电流互感器变比可以不一致。其最突出的优点是原理先进而电路和结构都十分简单,它们在220kV及以下电网中广泛采用,取得了较成功的运行业绩。
中阻抗型母线保护方案是基于以下2个基本假设:
1)对于外部故障,完全饱和的连接元件的电流互感器二次回路可以只用其全部直流回路电阻表示;
2)对于内部故障,空载的连接元件的电流互感器二次回路可以用一个较大的励磁阻抗表示。
它的原理是把高阻抗特性和比率制动特性结合起来的一种保护。由于电流互感器饱和时的特性即励磁阻抗变得非常小,励磁电流随之变得非常大,电流互感器二次回路分得的电流也就很小。在母线外部故障时,差动回路的差动电流变大,因此在差动回路中巧妙地串人一个阻值较大的电阻Red,当外部发生故障致使故障支路电流互感器完全饱和时,故障支路的二次阻抗可近似为其全部直流回路电阻与导线电阻之和,远小于差动回路中的电阻值,从而使流过所有非故障元件的二次电流之和(等于故障电流)被强制通过故障元件电流互感器的二次绕组构成的通路,使流过差动回路上的电流大大减小,加在继电器上的电压是数值不大的不平衡电压。当母线内部发生故障时,流过差动回路的电流(总故障电流的二次电流)很大,加在差动继电器上的电压升高,使继电器动作。这种方法有效地解决了外部故障时因电流互感器饱和带来的保护误动问题,保证母线保护可靠、正确、快速动作,且装置原理及实现等方面优于微机母线保护。此外,由于国内外微机装置刚刚出现,运行经验缺乏,因此今后几年内中阻抗母线保护装置仍将发挥重要作用。
但中阻抗母差保护存在双母线位置切换不可靠及非微机型保护无自检和通信功能等问题,近年来,已开始逐步被微机型母差保护所取代。
3.高阻抗型母线保护
高阻抗母差保护的原理与中阻抗母差保护相近。为防止区外故障母差保护误动作,中阻抗母差保护在差电流回路接人了中阻抗,为确保区外故障母差保护的可靠性,还必须校验从母差保护向电流互感器方向看整个二次回路的电阻是否满足要求。这在二次回路电缆较长、比率制动系数较大的情况下是困难的。高阻抗母差保护在这方面性能要好得多。高阻抗母差保护也称电压型母差保护,差动回路电阻一般为几千欧姆。与中阻抗母差保护类似,高阻抗母差保护对于区内故障也采用电流互感器饱和前快速动作的方式,区内故障动作速度快。高阻抗母差保护灵敏度高,二次回路接线简单,调试方便,主要技术问题是过电压问题。这在一定程度上限制了它在国内电网的应用。