变电站母线保护的探讨

变电站母线保护的探讨

发表时间：2018-11-16T11:54:57.523Z 来源：《河南电力》2018年10期作者：何剑波[导读] 变电所或发电厂的高压母线也是电力系统的中枢部分，若母线故障不能迅速切除，将会造成或扩大事故。本文阐述了母线差动保护的原理，对几种母线差动保护的方法进行阐述和比较。

何剑波

（中国能源建设集团广东火电工程有限公司）摘要：母线保护是发电厂和变电所保护的重要元件，母线保护装置是正确迅速切除母线故障的重要设施，母线工作的可靠性直接影响着发电厂和变电所工作的可靠性，同时，变电所或发电厂的高压母线也是电力系统的中枢部分，若母线故障不能迅速切除，将会造成或扩大事故。本文阐述了母线差动保护的原理，对几种母线差动保护的方法进行阐述和比较。

关键词：母线保护；原理；差动；方法

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。迄今为止，在电网中广泛常用的有固定连接的母线差动保护、母联电流比相式差动保护、电流相位比较式差动保护、比率制动式差动保护。

一、母线差动保护的原理和分类

为了满足继电保护的可靠性、选择性、灵敏性、速动性要求，母线保护多采用差动保护原理。电流差动保护原理还是非常简单和实用可靠的，母线差动保护装置原理我们一般可以分成两类：1.全电流差动保护；2.电流相位差动保护。差动保护的基本原理，用通俗的比喻，就是按照收、支平衡的原理进行判断和动作的。因为母线上只有进出线路，正常运行情况，进出电流的大小相等，相位相同。如果母线发生故障，这一平衡就会破坏。有的保护采用比较电流是否平衡，有的保护采用比较电流相位是否一致，有的二者兼有，一旦判别出母线故障，立即启动保护动作元件，跳开母线上的所有断路器。如果是双母线并列运行，母线差动保护装置会通过比较大差电流及小差电流的大小来判定发生故障的母线，跳开母联开关及有故障母线上运行的所有断路器，有效的防止事故的进一步扩大。

大差电流指的是母线上连接的所有元件的电流的相量和（不计算母联及分段电流），大差电流是判断母线是否有故障的依据，有大差电流说明母线是存在故障的；小差电流指的是某一段母线的差动电流，以双母线带专用母联开关的接线方式为例，IM母线的小差电流是指挂在IM母线上的所有元件的电流的相量和（这时母联电流要计算在内，当作是其中的一个支路对待），若IM母线存在小差电流，则可判定故障母线是IM，保护应跳开母联及IM母线上的所有开关，小差电流是判断故障母线的依据。为防止CT断线导致母线差动保护的误动，引入了一个复合电压闭锁条件，必须当复合电压条件及差动电流都满足要求的情况下保护装置才能出口动作。

二、母线保护在变电站的应用

母线是变电站至关重要的元件，承担着交换负荷，转接潮流的作用，几乎所有同一电压等级的元件都要挂在母线上，一旦母线发生故障，如果母线保护不能正确及时的动作，将会导致非常严重的后果。因为当母线发生故障的时候，以线路元件为例，本站的线路保护将会判断为区外故障，所以本站的线路保护本身是不会动作的，这时如果母线保护不动作，就只有等待线路对侧的保护的III段保护来动作，时间很长，有可能对设备造成不可修复的损坏，考虑到挂在母线上的元件众多，其风险呈几何级的上升，一旦有一个或几个后备保护没有正确动作，轻则造成大面积的长时间的停电，重则有可能影响电网的稳定性。所以在变电站里，220千伏及以上电压等级的母线保护都是双重配置，保证可以可靠的判断故障，及时动作，保证母线的安全。

从以上分析我们知道，当母线发生故障的时候，母线保护会判断故障母线，并切除故障母线上的所有元件，这就不可避免的切除了很多运行线路或主变，停电范围涉及很广。那么有什么方法可以避免或者说是减少因母线故障受影响的运行设备呢？一个目前常用的做法是尽量减少挂在同一段母线上的运行设备数量，换言之就是将母线尽量切割成尽量多的小块，这样挂在同一段母线上的设备就更少，母线保护切除的设备也就更少，受影响的运行设备也就少了。所以这几年很多500千伏站的220千伏母线都在进行双母双分段的改造，就是将原来双母线带母联开关的双母线接线方式改为双母线带两个分段断路器的接线方式，从原来的两段母线该为四段母线，虽然成本增加了，但是可靠性安全性大大增加。这种做法在GIS设备上尤其重要，近年来，由于GIS设备的制造质量问题及安装质量问题，GIS设备故障率大大增加，发生了不少运行中的GIS设备突然炸裂的事故，一旦此类事故发生，几乎都会导致母线保护的动作，这时小段的母线就可以大大减少事故的影响范围。

二、母线保护动作的原因

母线一旦发生故障，常见的表现形式主要有单相接地故障、两相短路故障、三相短路故障等，造成母线保护动作的原因是多种多样的，具体如下。

（1）设备自身问题。比如当母线本身有质量问题，或者当连接母线的设备本身有质量问题，容易造成母线、断路器、电压互感器、电流互感器、避雷器等长期运行后，由于材料老化导致爆炸事故，造成母线保护动作[2]。比如所选的设备不匹配时，例如所选的电流互感器磁滞饱和曲线不合格，当短路电流很大时，二次电流不合格，容易使母差保护误动。对于GIS母线，比如当导体部分接触不良、母线表面有毛刺和突出的尖角、绝缘子表面有气泡或裂纹、筒内有导电微粒等，很容易造成电场强度不均匀，导致在过电压冲击下造成击穿故障，进而引发母线保护动作。

（2）自然环境因素。恶劣自然天气容易造成母线保护动作，比如大风容易引起母线设备变形，造成母线短路；也容易把漂浮物刮到母线上，造成母线短路。比如连续阴雨天气容易造成雨水进入电流互感器，造成电流互感器内部故障，也容易引起户外端子箱、机构箱受潮和凝露，造成二次回路故障，引起母差动作。比如雷电容易造成电流互感器端子箱电缆绝缘击穿，引起母差保护电流回路两点接地，使电流产生分流，造成母线保护动作。比如工业污染和雾霭，容易造成母线的支撑绝缘子和断路器套管发生闪络，造成母线保护动作。

（3）日常运维不到位。由于运维人员技术不熟练，再加上安全意识也比较淡薄，在日常运维工作中，容易造成不能及时发现设备缺陷，给母线保护动作埋下隐患。除此之外，就算运维人员发现缺陷后，也容易因为粗心大意造成消缺工作不彻底，还容易将工具误落在母差保护回路上，导致母线检修后送电时再次跳闸。