[发明专利]以虚拟电流作为保护判据重要元素的微机母线保护

说明书

本发明是一种分散式微机型母线保护，主要适用于发电厂和变电所中所连接的电力回路均为电源线的各类母线。本发明属于电力系统继电保护技术领域。

母线保护是电力系统最重要的保护设备之一。由于人们对该种保护的正确动作率有更高的期望，所以许多年来，探讨和研制新原理的母线保护的工作一直持续进行着。其中最主要的工作，1．是处理电流互感器铁芯饱和引起的暂态误差；2．是降低母线差动保护的不平衡电流，提高保护动作的选择性和可靠性。本发明采用了新的原理，从原理上，排除了电流互感器铁芯饱和的影响。保护定值也不是传统概念上的差回路电流的大小。此外，分散式母线保护，由于不需要将各个电力元件的电流回路集中在一起，大大降低了由于电流回路断线、极性接错引起的保护误动作。本发明母线保护在动作的可靠性和动作速度上有很大的改进。

电力系统发生故障时，本发明使用微机反应母线连接的各个电力线路和元件及母线联络的电流量在故障后的变化，并且与预先构造的虚拟电流进行比较，进而判别是否母线故障。

本发明主要由以下几个部分组成：连接于电力回路电流互感器的检测元件〔1〕，主机〔2〕，通信网〔3〕，各个部件之间的连接线〔4〕，如图一所示。图一中其它项如下：电力线路〔5〕，变压器〔6〕，断路器〔7〕，电流互感器〔8〕。

1．检测元件1是一个单片机，接入的电流量为5安培或者1安培，电压量为100V。内含有两个继电器，其中之一继电器动作，代表“母线保护区内故障”；另外一个继电器动作，代表“母线保护区外故障”。有节点出口，与主机相连。如果“母线保护区外故障”继电器动作之后，“母线保护区内故障”继电器也动作，则后一个继电器动作的同时闭锁前一个继电器，这说明短路故障已经由区外故障转为区内故障。检测元件有检测该回路是否有短路过电流的功能，以电流的积分量和相同时间内的最大回路电流对应的数值相比。电压量为相间电压U_ab瞬时值表示为：uab=A1*Sin(ω*t)。三相短路时，保护判据需要的三相“虚拟电流”i_xa、i_xb、i_xc为正弦波形，令幅值约等于短路电流交流对称分量幅值的(1/3~3/4)。其相位分别为电压量U_ab移相约-90°,-210°,+30°。此时A,B,C相虚拟电流瞬时值表示为：i_xa=A2*Sin(ω*t-90),i_xb=A2*Sin(ω*t-210),i_xc=A2*Sin(ω*t+30)。本文假定所有电流正方向均为指向母线。同时微机记忆了虚拟电流的时间曲线。

2．主机2是一个单片机，由通讯网与各个检测元件相连接，另外可通过小母线或者通过电缆与各个检测元件相连接，可双向传递信息。主机的主要功能是：

a．与各检测元件进行时钟同步校准。以便于故障时间纪录，检测元件作积分计算时也需要时钟。

b．接收各检测元件关于短路故障地点的报告。说明是“母线方向短路故障”还是“母线区外短路故障”。

c．综合接收到的各检测元件关于短路故障地点的报告以及各电力回路是否有短路过电流，作出最终判断：是母线区内故障，还是母线区外故障。

d．如果是区内故障，则瞬时跳开故障母线上连接的各个电力元件，由主机2发出“跳闸”的指令。

e．如果接收到的信息有“短路过电流”及“保护区外故障”。但之后“保护区外故障”信息消失，而转为“保护区内故障”，同时“短路过电流”依然存在，则说明短路故障由保护区外故障转为区内故障，由主机2发出“跳闸”的指令。

f.短路故障发生后，经延时，向各个检测元件发出“复归”指令。

g．在电力系统正常运行时，检测各个检测元件的工作状态是否正常。如果发现某个检测元件工作不正常，则立即报警。检测元件工作状态是否正常的判据是，正弦波电压U_ab，虚拟电流i_xa,i_xb,i_xc，负荷电流i_fa，i_fb，i_fc的周期是否一致。

3．通信网，应选用速度快、可靠性高的。

4．为成对小母线或者电缆线。

本发明母线微机保护的工作方式描述如下：1．电力系统没有出现短路故障的正常运行方式下。

a．初始状态，主机发出“复归”指令。主机和检测元件完成时钟同步校

准。