试论母线保护配置及原理

刘敬亚

青岛华丰伟业电力科技工程有限公司  

摘要：母线保护是电力系统中必备的重要保护之一，研究选择性好、可靠性高的母线保护技术成为广大继电保护工作人员关注的重要问题。本文对电力系统母线保护配置和保护原理进行简要分析。

关键词：母线；保护技术；分析

引言

母线保护是保证电网安全稳定运行的重要系统设备，它的安全性、可靠性、灵敏性和快速性对保证整个区域电网的安全具有决定性的意义。当母线上发生故障时将使连接在故障母线上的所有元件在修复故障母线期间，转移到另一组无故障的母线上运行以前被迫停电。此外，在电力系统中枢纽变电站的母线上故障时，还可能引起系统稳定的破坏，造成严重的后果。因此，母线保护非常重要。

一、母线保护配置原则

1、一般说来，利用供电元件自身的保护装置就可以把母线故障切除的，就可不用装设专门的母线保护。当双母线同时运行时，供电元件的保护装置则不能保证有选择性地切除故障母线，因此应装设专门的母线保护，如下：

1）在110KV及以上的双母线和单母线分段情况下，为保证有选择性地切除任一组（或段）母线上所发生的故障，而另一组（或段）无故障的母线仍能继续进行，应装设专门的母线保护。

2）110KV及以上的单母线，重要发电厂的35KV母线或高压侧为110KV及以上的重要降压变电所的35KV母线，按照装设全线速动保护的要求必须快速切除母线上的故障时，应装设专用的母线保护。为满足速动性和选择性的要求，母线保护都是按差动原理构成。所以不管母线上元件有多少，实现差动保护的基本原则仍是适用的，即：

a)在正常运行以及母线范围以外故障时，在母线上所有连接元件中，流入的电流和流出的电流相等，或表示为∑I总=0；

b）当母线上发生故障时，所有与电源连接元件都向故障点供给短路电流，而在供电负荷的连接元件中电流等于零，因此∑I总=Id。

c）从每个连接元件中电流的相位来看，在正常运行以及外部故障时，至少有一个元件中的电流相位和其余元件中的电流相位是相反的，具体地说，就是电流流入的元件和电流流出的元件这两者的相位相反。而当母线故障时，除电流等于零的元件以外，其它元件中的电流则是同相位的。

2、母线保护配置

差动保护：比率差动保护、母联死区故障跳闸、充电手合逻辑、差动启动主变单元失灵、差动动作直跳主变单元、差动复压闭锁；

断路器失灵保护：线路单元、主变单元、复压闭锁、失灵解除电压闭锁；

母联（分段）失灵保护：电流元件、复压闭锁；

母联（分段）充电保护；

母联（分段）过流保护；

二、母线保护原理

由于母线的作用是汇集和分配电能，根据基尔霍夫电流定律，流进节点的电流应该等于流出节点的电流，这就是母线保护的基本原理。所谓差流，是流进母线的电流和流出母线的电流之差。当母线正常运行（或区外故障）时，流进的电流等于流出的电流，差流为0；当母线区内故障时，故障电流是全部流进母线而没有流出的电流（理想情况），这时流进母线的电流就不等于流出母线的电流，差流不为0，不满足基尔霍夫电流定律，母线保护应该动作。

1、差动保护

装置的主保护采用分相式快速虚拟比相式电流突变量保护和比率制动式电流差动保护原理。快速虚拟比相式电流突变量保护仅在故障开始时投入，然后改用比率制动式电流差动保护。两种原理保护均设有大差启动元件、小差选择元件和电压闭锁元件。大差作为小差的启动元件，用来判别母线区内和区外故障，小差为故障母线的选择元件，在同时满足电压闭锁开放条件时跳开故障母线上所有断路器。其出口逻辑如下图（以双母线为例）：

 

其动作方程为：

∣i1+i2+…+in∣≥i0

∣i1+i2+…+in∣≥K·(∣i1∣+∣i2∣+…+∣in∣)

式中i1、i2、…in为支路电流，K为制动系数，i0为差动电流门坎值。该保护的动作条件由上述两判据“与”门输出。保护动作曲线如图：

图中id=∣i1+i2+…+in∣为差动电流，if=∣i1∣+∣i2∣+…+∣in∣为制动电流，K为比率制动系数。

母联是个比较特殊的元件，它的电流对于一条母线为流进的话，对于另一条母线就是流出，由此可见，无论母联的电流流向如何，它都不会影响大差电流，所以大差中不计算母联电流，但是它影响了小差，一般在小差中默认如果母联TA极性和哪条母线其它单元的极性指向一致，该母线小差中就加母联电流，另一条母线就减母联电流（矢量和）。

2、电压闭锁

为了防止由于差动以及失灵出口回路的误碰或出口继电器损坏等原因而导致母线连接元件的误跳闸，母线保护装置都配有电压闭锁功能。电压闭锁元件含母线各相低电压，负序电压，零序电压元件，各元件并行工作，构成或门关系。常用的闭锁措施，一种是将闭锁触点串接在出口继电器的线圈回路中，另一种是将闭锁触点与跳闸回路触点串联，目前国内大都采用后者。双母线（分段母线）接线形式在通过母联/分段断路器或其他支路刀闸双跨互联运行时，若某段母线TV出现异常，电压闭锁元件能自动切换到另一段母线TV上。如图：

 

3.母线（分段）失灵和死区保护

母线并列运行，当保护向母联（分段）开关发出跳令后，经整定延时若大差电流元件不返回，母联（分段）流互中仍然有电流，则母联（分段）失灵保护应经母线差动复合电压闭锁后切除相关母线各元件。只有母联（分段）开关作为联络开关时，才起动母联（分段）失灵保护，因此母差保护和母联（分段）充电保护起动母联（分段）失灵保护。母线并列运行，当故障发生在母线（分段）流互之间时，断路器侧母线段跳闸出口无法切除该故障，而流互侧母线段的小差元件不会动作，这种情况称之为死区故障。此时，母差保护已动作于一段母线，大差电流元件不返回，母线（分段）开关已跳开而母线（分段）流互仍有电流，死区保护应经母线差动复合电压闭锁后切除相关母线。

4.母联（分段）充电保护

分段母线其中一段母线停电检修后，可以通过母联（分段）开关对检修母线充电以恢复双母运行。此时投入母联（分段）充电保护，当检修母线有故障时，跳开母联（分段）开关，切除故障。母联（分段）充电保护的起动需同时满足三个条件：（1）母联（分段）充电保护压板投入；（2）其中一段母线已失压，且母联（分段）开关已断开；（3）母线电流从无到有。充电保护投入后，当母联任一相电流大于充电电流定值，经可整定延时跳开母联开关，不经复合电压闭锁。

5.母联（分段）过流保护

母联（分段）过流保护可以作为母线解列保护，也可以作为线路（变压器）的临时应急保护。母联（分段）过流保护压板投入后，当母联任一相电流大于母联过流定值，或母线零序电流大于母线零序过流定值时，经可整延时跳开母联开关，不经复合电压闭锁。

三、母线保护的注意事项

第一，倒闸操作的时候，母线差动保护投非选择方式，操作完毕投选择方式;

第二，用母联向备用或者检修后的母线充电，母线差动保护投选择方式;当外部电源向母线充电的时候，应该退出母线保护跳运行母线上各个开关的跳闸压板;

第三，单母线运行的过程中，母差保护必须投入非选择方式。快速动作的中阻抗母线差动保护，其核心就是带比率制动特性的中阻抗型电流差动元件。

结语：母线是电力系统的重要组成部分，其运行的可靠性对于变电所与发电厂的正常工作有着直接的影响。

参考文献:

[1]刘学军.继电保护原理.中国电力出版社，2015.

[2]王年兵.浅谈常见的几种微机母线保护.科技创新导报，2016.

[3]叶滨、施祖铭.分布式母线保护及其应用.上海电机学院学报，2014.