《电力系统继电保护(第2版)》教学课件—09.母线保护

电力系统
继电保护
第9章母线保护
第9章
概述
9.1
母线保护
母线差动保护原理
9.2
双母线同时运行时的母线
差动保护
9.3
断路器失灵保护
9.4
第9章母线保护
➢本章介绍母线保护的配置原则、母线差动保护的基本构成原理及常见双母线的母线保护。

➢其中应特别注意固定连接式母线保护的构成原理。

母线故障虽不常见，但却是电气设备最严重的故障之一。

因为它将使与故障母线连接的所有元件被迫停电。

此外，母线故障也可能破坏系统的稳定，从而扩大事故范围，危及整个电力系统的安全运行。

因此，母线必须选择合适的保护方式。

母线保护的方式一般有两种情况：一是利用供电元件的保护兼作母线故障的保护；二是采用专用的母线保护。

根据《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，母线保护的选择一般有以下原则：（1）对发电厂和主要变电所的3～10 kV 分段母线及并列运行的双母线，一般可由变压器
和发电机的后备保护实现对母线的保护。

见下页图。

（2）对发电厂和变电所的35～110 kV 电压的母线，在下列情况下应装设专用的母线保护。

①110 kV 双母线。

②110 kV 单母线、重要发电厂或110 kV 以上重要变电所的35～66 kV 母线，需要快速切除母线上的故障时。

③35～66 kV 电力网中，主要变电所的35～66 kV 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的故障，以保证系统安全稳定运行和可靠供电。

（3）对220～500 kV 母线，应装设快速有选择地切除故障的母线保护。

9.2.1 单母线完全差动保护
母线完全差动保护是将母线上所有的各连
接元件的电流互感器按同名相、同极性连接到
差动回路，电流互感器的特性与变比均应相同，
若变比不相同时，可采用补偿变流器进行补偿。

其原理接线如图所示。

由基尔霍夫电流定律可知，流入母线的电流和流出母线的电流之和等于零。

即：
1. 在正常运行或外部故障时
9.2.1 单母线完全差动保护
流入差动继电器的电流为各连接元件电流互感器的二次电流之和，即：
1. 在正常运行或外部故障时
式中，——各电流互感器励磁电流；
K TA——各电流互感器变比；
——不平衡电流，是各电流互感器励磁电流之和的二次值。

因此，在正常运行或外部故障时，流入差动继电器的电流为各电流互感器特性不同而产生的不平衡电流。

2. 在母线故障时
假设母线各连接元件对侧均有电源，则：
流入差动继电器的电流为：
3. 动作电流的整定
差动继电器的动作电流按下述条件计算整定，取其最大值。

（1）躲开外部短路流入差动回路的最大不平衡电流，即：
3. 动作电流的整定
式中，K rel——可靠系数，一般取1.3；
I k.max——区外故障时流过的最大短路电流；
n TA——区外故障时流过的最大短路电流；
（2）躲过电流二次回路断线，即：
式中，I L.max——母线上所有支路中流过的最大负荷电流。

4. 灵敏度校验
9.2
母线差动保护原理
9.2.2 母线不完全差动保护
母线不完全差动保护只需将连接于母线的各有电源元件上的电流互感器接入差动回路，在无电源元件上的电流互感器不接入差动回路。

差动继电器的动作值整定为：
（1）第一段的动作电流按电抗器（变压器）后出口短路电流整定，即
（2）第二段的动作电流按下列条件计算、整定，取其最大值。

①躲过最大负荷电流（考虑电动机自启动）。

②与之配合的相邻元件电流保护在灵敏度上配合，动作时限较与之配合的相邻元件电流保护动作时间大一个时限级差。

双母线同时运行方式，是按照
一定的要求，将引出线和有电源的
支路固定连接于两条母线上的，这
种母线称为固定连接母线。

这种母
线的差动保护称为固定连接方式的
双母线完全差动保护。

元件固定连
接的双母线电流差动保护单相原理
接线图如图所示。

9.3.1 元件固定连接的双母线完全电流差动保护
现对保护的动作情况电流的分布情况说明：
（1）当元件固定连接时外部故障，在KD1、KD2、KD3 中均无短路电流通过，保护不动作，见左下图。

（2）当元件固定连接时内部故障，若在Ⅰ母线发生故障，KD1、KD3 中均通过短路电流而启动，
保护动作跳QF1、QF2 和QF5，将Ⅰ母线切除，见右下图。

现对保护的动作情况电流的分布情况说明：
（3）当固定连接破坏时外部故障，如将L2 元
件由Ⅰ母线改Ⅱ母线运行后L2 又发生故障，短路
电流分布见右上图。

此时虽然KD1、KD2 中有短路
电流，但启动元件KD3 中无电流，保护不会动作。

（4）当固定连接破坏时内部故障，若在Ⅰ母线
发生故障，KD1、KD2、KD3 中均通过短路电流而
启动，保护动作跳QF1、QF2、QF3、QF4 和QF5，
将Ⅰ、Ⅱ母线全部切除，见右下图。

此时的保护动
作无选择性。

9.3.2 母联电流相位比较式母线差动保护
母联电流相位比较式母线保护是为了适应
连接元件在两段母线之间需经常切换而采用的
一种母线保护方式。

其原理是在母联断路器上
使用比较两电流相量的方向元件，引入的一个
电流量是母线上各连接元件电流的相量和即差
电流，引入的另一个电流量是流过母联断路器
的电流。

保护的原理接线如图所示。

可以通过比较差回路电流与母联电流的相位来选择故障母线。

无论母线运行方式怎样变化，只要每组母线上有一个电源支路，母线短路时，有短路电流通过母联回路，保护都不会
失去选择性。

9.3.3 微机型母线差动保护
对于双母线接线等形式的母线保护，
为了能有选择性的仅切除故障母线，一般
采用多个差动元件来满足要求，即设置一
个大差动元件和每段母线的小差动元件。

保护的逻辑框图见右图。

为提高母差保护的动作可靠性，设置有专用的启动元件，只有在启动元件启动之后，母差保护才能动作。

1. 启动元件
9.3.3 微机型母线差动保护
2. 比率差动元件
差动电流和制动电流有：
其常规动作判据为：
式中，K ——比率制动系数；I j——第j 个连接元件的电流；I act0——差动电流启动定值；
根据动作方程绘制出的动作特性曲线见右上图。

母线差动元件的动作特性为具有比率制动的特性曲线。

将K＝1 曲线的上方称之无意义区，
其他区域分别为动作区和制动区。

9.3.3 微机型母线差动保护
为防止区外故障时由于TA 饱和母线差动保护误动，在保护中设置TA 饱和鉴别元件，当判为区外故障TA 饱和，立即将母线差动保护闭锁。

3. TA 饱和鉴定元件
为防止保护出口继电器误动或电流互感器断线等其他原因造成的误跳断路器，通常采用复合电压闭锁元件。

只有当母线差动保护差动元件及复合电压闭锁元件同时动作时，才能作用于去跳各路断路器。

4. 复合电压闭锁元件
电力系统中，有时会出现当输电线路、变压器、母线等其他主设备故障时，相应保护装置正确动作，而断路器拒绝动作的情况，这称之为断路器失灵。

《继电保护及安全自动装置技术规程》中规定，在220～500 kV 电力网中，以及110 kV 电力网的个别重要部分，应按下列原则装设一套断路器失灵保护：
（1）线路或电力设备的后备保护采用近后备方式。

（2）如因断路器与电流互感器之间发生故障不能由该回路主保护切除而形成保护死区，且其他线路或变压器后备保护切除又扩大停电范围，并引起严重后果时（必要时，可为该保护死区增设保护，以快速切除该故障）。

（3）对220～500 kV 分相操作的断路器，可仅考虑断路器单相拒动的情况。

当某线路间隔保护任一相出口继电器动作或三相出口继电器动作后，而流过该间隔某相断路器的电流仍然存在，则就判为断路器失灵，应启动失灵保护。

并由运行方式识别回路，用
于确定失灵断路器接在哪条母线上，从而决定失灵保护去切除该条母线。

➢母线保护是电力系统中非常重要的元件保护之一。

母线发生短路故障，将造成非常严重后果。

现场中母线保护可利用供电元件的保护作为母线保护，但切除故障的时间较长，对重要母线均应设置专用母线保护。

➢常规的母线保护大多采用基于基尔霍夫定律的完全电流差动保护。

这和前面的差动保护理论类似。

对于双母线的母差保护，可以采用固定连接式母线保护、母联电流相位比较式母线保护以及其他的新型母线保护。

➢为避免在高压母线的连接元件上发生故障，故障元件的保护正确动作，而其断路
器失灵造成更为严重的后果，还可装设断路器失灵保护，起到近后备作用。

9.1 母线保护的方式有哪些？
9.2 简述母线保护的装设原则。

9.3 简述单母线完全电流差动保护的工作原理。

9.4 简述元件固定连接的双母线完全电流差动保护的工作原理。

9.5 简述母联电流相位比较式母线保护的原理及特点。

9.6 画出微机型母线保护中比率差动元件的动作特性并写出对应的动作方程。

9.7 母线保护中的电压闭锁元件有何作用？
9.8 简述断路器失灵保护的安装原则。

9.9 简述断路器失灵保护的动作条件。

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