电力系统继母线保护基础知识讲解

. 一般情况下，双母线同时运行，每组母线上连接的供 电元件与受电元件连接方式比较固定，因此有可能采 用元件固定连接的双母线差动保护。
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元件固定连接的双母线电流差动保护
• 保护由三组差动保护组成。第一组由选择元件电流互感器 TA1 、TA2 、TA5和差动继电器KD1组成，用以选择母线I 上的故障；第二组由选择元件电流互感器TA3 、TA4 、 TA6和差动继电器KD2 组成，用以选择母线II 上的故障。 第三组是由电流互感器 TA1~TA6 和差动继电器 KD3组成的一个完全电流 差动保护，它反应两组母 线上的故障，当任一组母 线上发生故障时，它都会 动作；而当母线外部故障 时，它不会动作；
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元件固定连接的双母线电流差动保护
. 对于发电厂和重要变电所的高压母线，大多采用双母 线同时运行(即母线联络断路器经常投入)，每组母线 上连接约1/2 的供电和受电元件。这样当任一组母线 上出现故障时，只需切除故障母线，而另一组母线上 的连接元件仍可继续运行，所以大大提高了供电的可 靠性。对于这种同时运行的双母线，要求母线保护应 能判断母线故障，并具有选择故障母线的能力。
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单母线完全电流差动母线保护
. 差动继电器的动作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； . (2) 动作电流应大于任一连接元件中的最大负荷电流。 . 完全电流差动保护方式原理比较简单，灵敏度高，选
择性好，通常适用于单母线或双母线经常只有一组母 线运行的情况。因为电流互感器二次侧在其装设地点 附近是固定的，不能任意切换，所以不能用于双母线 系统。
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数字式母线差动保护抗TA饱和的措施
. 2) 利用TA线性区进行母线差动保护 . 当TA进入饱和后，在每个周波内的一次电流过零点附
近存在不饱和段。 TA 线性区母线差动保护就是利用 TA 的这一特性，在TA 每个周波退出饱和的线性区 内，投入差动保护。 . 由于此种原理的保护实质上是避开了TA饱和区，所以 能对母线故障作出正确的判定。 . 但是由于TA 饱和时的电流波形复杂，如何正确判断 TA 饱和和退出饱和的时刻，判别出TA的线性转变区 是实现此方法的关键和难点。
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电流比相式母线保护
. 完全电流差动母线保护的动作电流必须躲过外部短路 时的最大不平衡电流，当不平衡电流很大时，保护的 灵敏系数可能不能满足要求。
. 电流比相式母线保护的基本原理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。
. 当母线发生短路时，各有源支路的电流相位几乎是一 致的；当外部发生短路时，非故障有源支路的电流流 入母线，故障支路的电流则流出母线，两者相位相 反，利用电流相位的不同来判断母线是否短路。因为 只比较相位，不管电流的大小，所以无须使所有的电 流互感器变比相同。
. 在这两种故障情况下，母联断路器的电流相位变化了 180°，而总差动电流是反应母线故障的总电流，其相 位是不变的。
. 因此利用这两个电流的相位比较，就可以选择出故障母 线，并切除选择出的故障母线上的全部断路器。
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母联电流比相式母线差动保护
• 基于这种原理，当母线上故障时，不管母线上的元件 如何连接，只要母联断路器中有电流流过，选择元件 KD 就能正确工作，所以，对母线上的连接元件就无 须提出固定连接的要求。这是母联电流比相式母线差 动保护的主要优点
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数字式母线差动保护抗TA饱和的措施
. 目前数字式母线差动保护主要为低阻抗母线差动保 护，影响其动作正确性的关键就是TA 饱和问题。数 字式母线差动保护抗TA 饱和的基本对策主要是基于 以下几种原理：
. 1) 具有制动特性的母线差动保护 . 具有制动特性的母线差动保护在TA 饱和不是非常严
重时，比率制动特性可以保证母线差动保护不误动作。 但当TA 进入深度饱和时，此方法仍不能避免保护误 动，需要采用其他专门的抗TA 饱和的方法。
• 母联电流比相式母线差动保护具有运行方式灵活、接 线简单等优点，在35kV ~ 220kV的双母线上得到了广 泛的应用。
• 主要缺点是：正常运行时母联断路器必须投入运行； 保护的动作电流受外部短路时最大不平衡电流的影 响；在母联断路器和母联电流互感器之间发生短路 时，将出现死区，要靠线路对侧后备保护来切除故障。
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元件固定连接的双母线电流差动保护
. 当双母线按照元件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故障的一组母线，而另 一组母线仍可继续运行；
. 当元件固定连接方式被破坏时，任一母线上的故障都 将导致切除两组母线，使保护失去选择性。
. 所以，从保护的角度看，希望尽量保证元件固定连接 方式不被破坏，这就必然限制了电力系统调度运行的 灵活性，这是这种母线保护的主要缺点。
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高阻抗母线差动保护
• 在母线发生外部短路时，一般情况下，非故障支路电 流不很大，它们的电流互感器TA不易饱和，但是故障 支路电流集各电源支路电流之和，可能非常大，它的 TA就可能极度饱和，相应的励磁阻抗必然很小，极限 情况下近似为零。这时虽然一次电流很大，但其几乎 全部流入励磁支路，二次电流近似为零。这时差动继 电器中将流过很大的不平衡电流，将使完全电流差动 母线保护误动作。
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母线故障和装设母线保护基本原则
. 由于低压电网中发电厂或变电所母线大多采用单母线 或分段母线，与系统的电气距离较远，母线故障不致 对系统稳定和供电可靠性带来影响，所以通常可不装 设专用的母线保护，而是利用供电元件(发电机、变 压器或有电源的线路等)的后备保护来切除母线故障。
左图所示的采用单母线接 线的发电厂，若接于母线 的线路对侧没有电源，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而予 以切除。
. 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。
. (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；当 母线上发生故障时，所有与母线连接的元件都向故障 点供给短路电流。
. (2) 从每个连接元件中电流的相位来看，在正常运行
和外部故障时，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，具体来说，就是电流流 入的元件和电流流出的元件中电流相位相反。而当母 线故障时，除电流等于零的元件以外，其他元件中的 电流几乎是同相位的。根据上述原则可构成不同的母 线差动保护。
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单母线完全电流差动母线保护
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TA必须具有相同的变比，才 能保证二次侧的电流总和也为 零。
. 所有TA的二次侧在母线侧的端子连接在一起，另一侧 的端子也连接在一起，然后接入差动继电器。这样差 动继电器中的电流即为各个母线连接元件二次电流的 相量和。
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母线故障和装设母线保护基本原则
. 母线保护的接线方式，对于中性点直接接地系统，应 采用三相式接线；对于中性点非直接接地系统，可采 用两相式接线。
. 近年来在母线上装设了自动重合闸装置，由于母线上 的很多故障是暂时性的，所以装设母线重合闸对提高 供电的可靠性起到了良好的作用。
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第2节 母线差动保护基本原理
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母联电流比相式母线差动保护
. 母联电流比相式母线差动保护是在元件固定连接方式的双 母线电流差动保护的基础上改进的，它基本上克服了后者 缺乏灵活性的缺点，使之更适用于作双母线元件连接方式 常常改变的母线保护。 此母线保护包括一个 启动元件KST和一个 选择元件KD。启动 元件接在除母联断路 器外所有连接与阿间 的二次电流之和回路 中，作用是区分母线 内部和外部故障。
. 运行经验表明，母线故障绝大多数是单相接地短路和 由其引起的相间短路。母线短路故障的类型比例与输 电线路不同，在输电线路的短路故障中，单相接地故 障约占故障总数的80%以上。
. 而在母线故障中，大部分故障是由绝缘子对地放电所 引起的，母线故障开始阶段大多表现为单相接地故 障，而随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或 三相接地短路。
母线故障和装设母线保护基本原则
. 上图的单侧电源辐射形网络，当母线C上k 点发生故 障时，可以利用送电线路电源侧的保护2的第II 段或 第III 段(当没有装设第II段时)动作切除故障，等等。
. 这些保护方式简单、经济。但切除故障时间较长，不 能有选择性地切除故障母线(例如分段单母线或双母 线)，特别是对于高压电网不能满足系统稳定和运行 上的要求。利用母线保护来减小故障所造成的影响仍 是十分必要的。
. 中阻抗母线差动保护利用TA 饱和时励磁阻抗降低的特点 来防止差动保护误动作。 TA 饱和造成的不平衡电流大部 分被饱和TA 的励磁阻抗分流，流入差动回路的电流很 少，且中阻抗母线差动保护带有制动特性，可以使外部故 障引起TA 饱和时保护不误动。而对于内部故障TA 饱和的 情况，则利用差动保护的快速性在TA饱和前即动作于跳 闸。
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母联电流比相式母线差动保护
. 选择元件KD是一个电流相位比较继电器，其一个线圈 接入除母联断路器以外其他连接元件的二次电流之和， 另一个线圈则接在母联断路器的电流互感器二次侧。利 用比较母联断路器中电流与总差动电流的相位选择出故 障母线。
. 这是因为线II 上故障时，流过母 联断路器的短路电流则是由母线I 流向母线II。
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单母线完全电流差动母线保护
. 在正常运行及外部故障时，流入继电器的是由于各电 流互感器的特性不同而引起的不平衡电流；当母线上 发生故障时，则所有与电源连接的元件都向故障点提 供短路电流，于是流入差动继电器中的电流为
. 为短路点的全部短路电流，此电流足够使差动继电器 动作而驱动出口继电器，从而使所有连接元件的断路 器跳闸。
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母线故障和装设母线保护基本原则
• 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，为了保
证有选择性地切除母线上的故障。 • (2) 110kV及以上单母线，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35kV母线， 按照全线速动保护的要求必须快速切除母线故障时。 • 对母线保护的基本要求是：必须快速、有选择地切除 故障母线；应能可靠、方便地适应母线运行方式的变 化；保护装置应十分可靠和具有足够的灵敏度；接线 尽量简化。
电力系统继母线保护基础 知识讲解
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第8章 母线保护
. 第1节 母线故障和装设母线保护的基本原则 . 第2节 母线差动保护基本原理 . 第3节 母线保护的特殊问题及对策 . 第4节 断路器失灵保护简介
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第1节 母线故障和装设母线保护基本原则
. 母线是电力系统汇集和分配电能的重要元件，母线发 生故障，将使连接在母线上的所有元件停电。若在枢 纽变电所母线上发生故障，甚至会破坏整个系统的稳 定，使事故进一步扩大，后果极为严重。
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母线故障和装设母线保护基本原则
左图所示的降压变电所，其 低压侧的母线正常时分开运 行，若接于低侧母线上的线 路为馈电线路，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。
上图所示的双侧电源网络，当变电所B母线上k点短路 时，则可以由保护1和2的第II 段动作予以切除。 5
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第3节 母线保护的特殊问题及对策
. . 电流互感器的饱和可能会导致母线差动保护误动作。因
此，母线保护必须要考虑防止TA 饱和误动作的措施，在 母线区外故障TA 饱和时能可靠闭锁差动保护，同时，在 发生区外故障转换为区内故障时，能保证差动保护快速开 放、正确动作。
. 1. 中阻抗母线差动保护抗TA饱和的措施
• 为避免这种情况下母线保护的误动，可将电流差动继 电器改用内阻很高的电压继电器，其阻抗值很大，一 般约为2.5kΩ~7.5kΩ。
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高阻抗母线差动保护
. 高阻抗母线差动保护的优点是保护的接线简单、选择 性好、灵敏度高，在一定程度上可防止母线发生外部 短路并且TA 饱和时母线保护的误动作。
. 但高阻抗母线差动保护要求各个支路TA 的变比相 同， TA 二次侧电阻和漏抗要小。 TA 的二次侧要尽可 能在配电装置处就地并联，以减小二次回路连线的电 阻。因而此种母线保护一般只适用于单母线。