母线的继电保护

母线的继电保护

一．装设母线保护的基本原则

和发电机、变压器一样，发电厂和变电所的母线也是电力系统中的一个重要组成元件，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，或转换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所的母线上故障时，还可能引起系统稳定的破坏，造成严重的后果。母线保护有两种情况，一般说来，不采用专门的母线保护，而利用供电元件的保护装置就可以把母线故障切除。例如：

1. 发电厂的出线端采用单母线接线，此时母线上的故障就可以利用发电机的过电流保护使发电机的断路器跳闸予以切除；

2. 对于降压变电所，其低压侧的母线正常时分开运行，则低压母线上的故障就可以由相应变压器的过电流保护使变压器的断路器跳闸予以切除；

3. 如果是双侧电源网络（或环形网络），如图8—1所示，当变电所B 母线上d 点短路时，则可以由保护1和保护4的第II 段动作予以切除，等等。

图 8-1 在双侧电源网络上，利用电源侧的保护切除母线故障

当利用供电元件的保护装置切除母线故障时，切除故障的时间一般较长。此外，当双母线同时运行或母线为分段单母线时，上述保护不能保证有选择性地切除故障母线。因此，在下列情况下应装设专门的母线保护：

（1） 在110KV 及以上的双母线和分段单母线上，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运行，应装设专用的母线保护。

（2） 110KV 及以上的单母线，重要的发电厂的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的。

二．母线差动保护的特点

母线差动保护的特点是在母线上一般连接着较多的电气元件（如线路、变压器、发电机、电抗器等）。例如许继公司的WMH —800系列微机母线保护最多可以连接24个电气元件。由于连接元件多，因此，就不能像发电机的差动保护那样，只用简单的接线加以实现。但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：

1. 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0=∑I ；

2. 当母线上发生故障时，

所有与电源连接的元件都向故障点供给短路电流，A

而在供电给负荷的连接元件中电流等于零，因此，d I I =∑（短路点的总电流）；

3. 如从每个连接元件中电流的相位来看，则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，具体说来，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。

三．母线差动保护举例

1. 完全电流差动母线保护

完全电流差动母线保护是：在母线的所有连接元件上装设具有相同变比和特性的电流互感器。因为在一次侧电流总和为零时，母线保护用电流互感器必须具有相同的变比l n ，才能保证二次侧的电流总和也为零。所有互感器的二次线圈在母线侧的端子互相连接，另一侧的端子也互相连接，然后接入差动继电器。这样，继电器中的电流j I 即为各个二次电流的向量和。

差动继电器的起动电流应按如下条件考虑，并选择其中较大的一个：

（1）躲开外部故障时所产生的最大不平衡电流，当所有电流互感器均按10%误差曲线选择，且差动继电器采用具有速饱和铁心的继电器时，其起动电流可按下式计算，即

l d K bp K j dz n I K I K I /1.0max .max ..⨯==

式中 K K —可靠系数，取为1.3；

max .d I —在母线范围外任一连接元件上短路时，流过差动保护电流互感器的最大短路电流；

l n —母线保护用电流互感器的变比。

（2）由于母线差动保护电流回路中连接的元件较多，接线复杂，因此，电流互感器二次回路断线的机率就比较大，为了防止在正常运行情况下，任一电流互感器二次回路断线时，引起保护装置误动作，起动电流应大于任一连接元件中最大的负荷电流max .f I ，即

l f K j dz n I K I /max ..=

当保护范围内部故障时，应采用下式校验灵敏系数，其值一般应不低于2 l

j dz d lm n I I K .min .= 式中min .d I 应采用实际运行中可能出现的连接元件最少时，在母线上发生故障的最小短路电流值。

这种保护方式适用于单母线或双母线经常只有一组母线运行的情况。也就是说，只适合于单母线方式。

2. 电流比相式母线保护

电流比相式母线保护的基本原理和前面所学的相差动高频保护的原理有些相似，即是根据母线在内部故障和外部故障时各连接元件电流相位的变化来实现的，为简单说明保护工作的基本特征，假设母线上只有两个连接元件，如图8-2所示。当母线正常运行及外部故障时（如1d ），按规定的电流正方向来看，I I ∙

和II I ∙大小相等相位相差180°。而当母线内部故障时，（2d 点），I I ∙和II I ∙都流向母线，在理想情况下两者相位相同。

图 8-2 网络接线示意图

采用电流比相式母线保护的特点是：

（1）保护装置的工作原理是基于相位的比较，而与幅值无关。因此，无需考虑不平衡电流的问题，这就提高了保护的灵敏性；

（2）当母线连接元件的电流互感器型号不同或变比不一致时，仍然可以使用，这就放宽了母线保护的使用条件。

3. 双母线同时运行时，母线保护的实现方法

对于双母线经常以一组母线运行的方式，在母线上发生故障后，将造成全部停电，需把所连接的元件倒换至另一组母线上才能恢复供电，这是一个很大的缺点。为此，在发电厂以及重要变电所的高压母线上，一般都采用双母线同时运行（母线联络断路器经常投入），而每组母线上连接一部分（大约1/2）供电和受电元件的方式，这样当任一组母线上故障后，就只影响到一半的负荷供电，而另一组母线上的连接元件则仍可以继续运行，这就大大地提高了供电的可靠性。此时就必须要求母线保护具有选择故障母线的能力，下面介绍几种实现的方法：

（1）双母线同时运行时，元件固定连接的电流差动保护

双母线同时运行时，元件固定连接的电流差动保护的主要部分由三组差动保护组成。第一组由I 母上所有连接元件（包括母联靠近II 母侧）的电流互感器和差动继电器1CJ 组成，用以选择第I 组母线上的故障；第II 组由II 母上所有连接元件（包括母联靠近I 母侧）的电流互感器和差动继电器2CJ 组成，用以选择第II 组母线上的故障，称之为小差回路；第三组实际上是由I 、II 母上所有连接元件的电流互感器和差动继电器3CJ 组成的一个完全电流差动保护，或称为大差回路；当任一组母线上发生故障时，它都起动，而当母线外部故障时，它不动作，在正常运行方式下，它作为整个保护的起动元件，当固定连接方式破坏并保护范围外部故障时，可防止保护的非选择性动作。

当母线按照固定连接方式运行时，保护装置可以保证有选择性地只切除发生