第九章母线保护

第九章母线保护《继电保护和安全自动装置技术规程》规定一、非专门母线保护对于发电厂和主要变电所的3～10kV分段母线及并列运行的双母线，一般可由发电机和变压器的后备保护实现对母线的保护。

二、在下列情况下，应装设专用母线保护1.35～66kV电力网中，主要变电所的35～66kV双母线或分段单母线需快速而有选择地切除一段或一组母线上故障，以保证系统安全稳定运行和可靠供电时。

2.110kV单母线，重要发电厂或110kV以上重要变电所的35～66kV母线，按ll0kV线路和220kV 线路要求：ll0kV线路采用远后备方式、220kV线路采用近后备方式，需要快速切除母线上的故障时。

3.对220～500kV母线，应装设能快速有选择地切除故障的母线保护。

对1个半断路器接线，每组母线宜装设两套母线保护。

4.须快速而有选择地切除一段或一组母线上的故障，以保证发电厂及电力网安全运行和重要负荷的可靠供电时。

5.当线路断路器不允许切除线路电抗器前的短路时。

三、专用母线保护应考虑以下问题1.对于双母线并联运行的发电厂或变电所，当线路保护在某些情况下可能失去选择性时，母线保护应保证先跳开母联断路器，但不能影响系统稳定运行。

2.为防止误动作，应增设简单可靠的闭锁装置(1个半断路器接线的母线保护除外)。

3.母线保护动作后，(1个半断路器接线除外)对不带分支的线路，应采取措施，促使对侧全线速动保护跳闸。

4.应采取措施，减少外部短路产生的不平衡电流的影响，并装设电流回路的断线闭锁装置。

5.在一组母线或某一段母线充电合闸时，应能快速而有选择地断开有故障的母线。

在母线倒闸操作时，必须快速切除母线上的故障；同时又能保证外部故障时不误动作。

6.双母线情况下，母线保护动作时，应闭锁可能误动的横联保护。

7.当实现母线自动重合闸时，必要时应装设灵敏元件。

8.对构成环路的各类母线方式(如1个半断路器方式和双母线双分段方式等)，当母线短路，该母线上所接元件的电流可能自母线流出时，母线保护不应因此而拒动。

9.在各种类型区外短路时，母线保护不应由于电流互感器饱和以及短路电流中的暂态分量而引起误动作。

10.母线保护宜适应一次各种运行方式，并能满足双母线同时故障及先后故障的动作要求。

四、对3～10kV 分段母线，宜采用不完全电流差动式母线保护，保护仅接入有电源支路的电流。

保护由两段组成：其第一段采用无时限或带时限的电流速断保护，当灵敏系数不符合要求时，可采用电流闭锁电压速断保护；第二段采用过电流保护，当灵敏系数不符合要求时，可将一部分负荷较大的配电线路接入差动回路，以降低保护的起动电流。

当有电源的支路经常接在不同的母线上运行时，宜在所有有电源的支路上(发电机除外)装设单独的电流闭锁电压速断保护。

第一节 母线故障及其保护方式发电厂和变电所的母线是电力系统中重要的组成元件之一，是系统中汇集电能、分配电能的枢纽点。

虽然母线不长，结构也简单，但母线也有发生故障的可能性；在发电厂或变电所的母线上可能发生单相接地或者多相短路故障。

运行经验表明：大多数母线故障是单相接地；而多相短路故障所占的比例很小。

发生母线故障的原因是：母线绝缘子和断路器套管的闪络；装设在母线上的电压互感器及装设在断路器和母线之间的电流互感器发生故障；操作切换时引起空气断路器和隔离开关的支持绝缘子损坏；因为空气污秽，其中含有损坏绝缘子的气体或固体物质而导致的闪络等。

此外，由于运行人员的误操作例如带负荷拉隔离开关产生电弧而引起母线故障等。

母线故障，后果极其严重。

它可能使电力系统失去稳定，造成大面积停电和电力系统受到严重破坏。

因此，应根据系统的具体情况，采取适当的保护措施。

母线保护的主要方式有两种： 1．利用供电元件的保护装置切除母线故障（1）在不太重要的较低电压的厂、站中可利用供电设备(发电机、线路、变压器等)的第Ⅱ段及第Ⅲ段保护来反应并切除母线故障。

如图9-1所示的发电厂采用单母线接线，此时母线上的故障就可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；图9-2在降压变电所低压侧母线上K 点的故障。

可由变压器过电流保护来切除；在图9-3中，变压器高压侧母线上K 点的故障，可由供电电源线路保护的Ⅱ段或Ⅲ段来切除。

（2）当母线本身就属于被保护设备的单元部分，可不设专用的母线保护；在此情况下，母线为被保护设备的一部分。

母线上的故障由该元件的保护来切除：如图9-4所示的高压母线为桥式接线和角形(四角形或多角形)接线，各连接元件的断路器及其引线在线路主保护或变压器差动保护的保护范围之内，不需要装设专用的母线保护，而利用连接元件的主保护来保护母线。

2．专用的母线保护当利用供电元件的保护装置切除切线故障时，故障切除的时间一般较长。

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用的母线保护（详细内容见规程）；(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(或分段)母线上所发生的故障，以保证另一组(或分段)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。

对专用的母线保护应满足速动性和选择性的要求，并尽量简化结构强调可靠性。

一般按差动原理构成。

第二节 母线完全电流差动保护一、电流差动母线保护1．完全电流差动母线保护工作原理图9-4 相邻元件切除母线故障 （a ）内桥式接线；（b ）四边形接线完全电流差动母线保护的原理接线如图9-5所示。

从结构上看，母线实际上就是电路的一个节点。

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，流入电流与流出电流相等。

∑nI＝0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，而在供电给负荷的连接元件中电流等于零。

因此∑nI＝KI 根据上述特征，为保证一次侧电流总和为零时，二次侧的电流总和也为零，母线上的所有连接元件上都装设具有相同变比和特性的电流互感器，所有互感器的二次线圈在母线侧的端子互相连接，在外部的端子也互相连接，然后接人差动保护。

这样，保护中的电流∑nI为各个二次电流的相量和。

在正常运行及外部故障时，流入保护的电流是由于各互感器的特性不同而引起的不平衡电流unbI ；而当母线上(如图9-5中Ｋ点)故障时，则所有与电源连接的元件都向Ｋ点供给短路电流，于是流入保护的一次电流为321I I I I m ++= （9-1） 即为故障点的全部短路电流，此电流足够使保护动作，从而使断路器QF 1、QF 2和QF 3跳闸。

2．完全电流差动母线保护整定原则差动电流按下述条件计算，并取其中的较大者为整定值。

（1）躲开外部短路时流入差动回路的最大不平衡电流。

当所有电流互感器均按10％误差曲线选择，且差动保护具有速饱和特性时，其动作电流Ｉset 可按下式计算max .unb rel set I K I = （9-2）式中 Ｋrel ——为可靠系数，取1.3。

max .unb I ——为最大不平衡电流。

（2）按躲开最大负荷电流，即max .L rel set I K I = （9-3）式中 m a x.L I ——母线所有连接元件中最大的负荷电流。

保护中的电流为二次值..max 1set K rel L TAI K I n =（9-4） 式中 TA n ——为电流互感器变比。

在母线内部短路时，应按下式校验灵敏系数，其灵敏系数应不小于2setK sen I I K min.=式中 m i n.K I ——母线短路时，最小的短路电流。

第三节 双母线电流差动保护母线差动保护由分相式比率差动元件构成，TA 极性要求各支路TA 同名端在母线侧，母联TA 同名端在一母侧。

差动回路包括母线大差回路和各段母线小差回路，如图9-6所示。

母线大差是指除母联开关和分段开关外所有支路电流所构成的差动回路。

某段母线的小差是指该段母线上所连接的所有支路（包括母联和分段开关）电流所构成的差动回路。

母线大差比率差动用于判别母线区内和区外故障，小差比率差动用于故障母线的选择。

1）起动元件a ）电压工频变化量元件，当两段母线任一相电压工频变化量大于门坎（由浮动门坎和固定门坎构成）时电压工频变化量元件动作，其判据为△u >△U T +0.05U N （9-5）其中：△u 为相电压工频变化量瞬时值；0.05U N 为固定门坎；△U T 是浮动门坎，随着变化量输出变化而逐步自动调整。

b ）差流元件，当任一相差动电流大于差流起动值时差流元件动作，其判据为I d > I d.st （9-6）其中：I d 为大差动相电流；I d.st 为差动电流起动定值。

母线差动保护电压工频变化量元件或差流元件起动后展宽500ms 。

2）比率差动元件 a ） 常规比率差动元件 动作判据为：st d mj jI I.1>∑= （9-7）∑∑==>mj j mj jI K I11其中：K 为比率制动系数；I j 为第j 个连接元件的电流；st d I .为差动电流起动定值。

其动作特性曲线如图9-7所示。

为防止在母联开关断开的情况下，弱电源侧母线发生故障时大差比率差动元件的灵敏度不够，大差比例差动元件的比率制动系数有高低两个定值。

母联开关处于合闸位置以及投单母或刀闸双跨时大差比率差动元件采用比率制动系数高值，而当母线分列运行时自动转用比率制动系数低值。

b ） 工频变化量比例差动元件为提高保护抗过渡电阻能力，减少保护性能受故障前系统功角关系的影响，本保护除采用由差流构成的常规比率差动元件外，还采用工频变化量电流构成了工频变化量比率差动元件，与低制动系数（取0.2）的常规比率差动元件配合构成快速差动保护。

其动作判据为：st d T mj j DI DI I .1+∆>∆∑= （9-8）∑∑==∆'>∆mj j m j j I K I 11（9-9）其中K '为工频变化量比例制动系数，大差变化量比例制动系数可以整定，一般取0.75，当母线区内故障有较大电流流出时，可根据流出的电流比适当地降低变化量比率制动系数定值，小差固定取0.75；△I j 为第j 个连接元件的工频变化量电流；△D I T 为差动电流起动浮动门坎；D I d.st 为差流起动的固定门坎,由I d.st 得出。

3）故障母线选择元件差动保护根据母线上所有连接元件电流采样值计算出大差电流，构成大差比例差动元件，作为差动保护的区内故障判别元件。

对于分段母线或双母线接线方式，根据各连接元件的刀闸位置开入计算出两条母线的小差电流，构成小差比率差动元件，作为故障母线选择元件。