第一章 母线保护与断路器失灵保护

因此，对那些威胁电力系统稳定运行、使发电
厂厂用电及重要负荷的供电电压低于允许值（一般
为额定电压的60%）的母线故障，必须装设有选择
性的快速母线保护。
因此，在下列情况下应装设专门的母线保护： a. 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。 b. 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站的35kV 母线，按照装设全线速动保护的要求必须快速切除母
I 0 。因此，母线差动回路中的电流是由于各电
I ub ，其值相对
流互感器特性不同而引起的不平衡电流
较小，不会驱动出口继电器使断路器跳闸。为提高母线
保护的灵敏度，仍需要采取措施解决外部故障时的不平
衡电流问题。目前在国内普遍采用具有各种制动特性的
母线电流差动保护。
如图4所示，当母线上k点发生故障时，则所有与电
第一章
母线保护和断路器 失灵保护
1.1 母线的故障与保护 1.2 母线完全电流差动保护
1.3 母线不完全电流差动保护
1.4 断路器失灵保护简介
1.1 母线的故障与保护
(1) 母线的故障
母线为电能供应的枢纽，是电力系统中的一个
重要组成元件。运行经验表明，母线可能发生各种 相间短路故障和单相接地短路故障。 引起母线短路故障的主要原因有：断路器套管 及母线绝缘子的闪络；母线电压互感器的故障；运
式中
K rel ──可靠系数，取1.3；
fi
──电流互感器的10％误差，取0.1；
I k .max
──在母线范围外任一连接元件上短路 ──母线保护用TA的变比。
时，流过差动保护ＴＡ一次侧的的最大短路电流。
nTA
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TA二次回路断线的几率比较大。为
，造成巨大损失。
据统计，人为错误造成母线保护误动作的概率
约为母线保护动作总次数的7%。而母线上所连接支
路(线路和变电器)的后备保护都可保护母线，因而 不必设置专门的母线保护。
一般来说，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： a 如图1所示的发电厂采用单母线接线，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予以切 除。
外部故障时，必然有流进母线的电流，也有流出母线
的电流。因此，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的相位相反。而当
母线故障时，除电流等于零的元件以外，其他元件中
的电流是接近同相位的。
根据原则 (1) 和原则 (2) 可构成电流差动保护 ,根据原
线上的故障时，应装设专用的母线保护。
⑶ 母线保护的基本原理 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。实现母线差动保护所必须考虑的特 点是在母线上一般连接着较多的电气元件（如线路、
变压器、发电机等）。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，
器变比不能相同时，可采用补偿变比的方式进行补偿
。该保护的原理接线如图4所示。
k
QF1 QF2 QF3 QFn
I>
' In
1' I 1 I 2 I
图4
' 2 I
' I3
…Leabharlann Baidu
n I
3 I
母线完全电流差动保护的原理接线图
对于母线完全差动保护，所有接于母线的回路，不 论该回路对端有无电源，都将其电流接入差动回路形成 差电流，因而这些回路本身 (电流互感器以外 )都不在差 动保护范围内。 在正常运行及外部故障时，母线的流入流出电流之 和
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 I
pi
0；
② 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或流出残留的负荷电流，按基
尔霍夫电流定律， （ 为短路点的总电流 I I I pi k k
）；
③ 从每个连接元件中电流的相位来看，在正常运行以及
源连接的元件都向k点供给短路电流，此时母线差动回
路中的电流为：
1 1 ' ' ' I d I1 I 2 I 3 I1 I 2 I 3 Ik KTA KTA
I k
为故障点的全部短路电流。该电流足以驱动出口
继电器，使断路器QF1、QF2、QF3跳闸。
动作时限与之配合的相邻元件电流保护动作时间大 一个级差Δt。
1.4 断路器失灵保护简介
(1)装设断路器失灵保护的条件
(2)对断路器失灵保护的要求
了防止在正常运行情况下，任一TA二次回路断线引
起保护装置误动作，动作电流应大于任一连接元件
中最大的负荷电流 I L.max
I r.set Krel I L.max / nTA
式中
K rel ──可靠系数，取1.3。
1. 3 母线不完全电流差动保护
⑴ 基本原理
母线不完全差动保护是只将连接于母线的各有电
(2) 整定计算 母线完全差动保护的动作电流按下述条件计算、
整定，并取其最大值。
① 躲开外部短路故障时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
采用具有速饱和铁芯的继电器时，其动作电流计算式
为：
I r.set Krel Iunb.max Krel fi I k .max / nTA
t 0
跳变压器各 侧断路器 QF1、QF2
QF3
k
QF1
图2 利用变压器的过电流保护切除低压母线故障
c. 如图3所示的双侧电源网络（或环形网络），当变
电站B母线上k点短路时，则可以由保护1和4的第II
段动作予以切除。
A
1 k 2 3 4
B
图3 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,故
行人员的误操作，如带负荷拉隔离开关、带接地线
合断路器等。
当母线发生故障时，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站的母线上故障时，还可能
引起系统稳定的破坏，可能造成大面积停电事故
，因此必须采取相应措施消除或减小母线故障所 造成的后果。
障切除的时间一般较长。若母线故障时电压降低影
响全系统的供电质量和系统稳定运行，必须快速切 除，用所连接元件的后备保护切除母线故障，时间 较长，使系统电压长时间降低，不能保证安全连续 供电，甚至造成系统稳定的破坏。此外，当双母线
同时运行或母线为分段单母线时，利用相邻元件后
备保护不能保证快速的有选择性的切除故障母线。
源元件的电流接入差流回路，而无电源支路的电流不
接入差流回路。因而在母线和无电源元件上发生故障
，它将动作。所谓无电源元件一般指的是电抗器或变
压器。差动保护的定值应大于所有这种元件的最大负
荷电流之和，在正常运行情况下差动保护才不会误动
作。
⑵ 整定计算
具体定值整定规则如下：
① 第一段的动作电流按电抗器（变压器）后出口
则(3)可构成电流比相式差动保护。
母线电流差动保护原理简单可靠，应用最广。该原
理的保护按其保护范围又可分为完全差动保护和不完
全差动保护两种。
1.2 母线完全电流差动保护
⑴ 基本原理 母线完全差动保护是将母线上所有的连接元件的电 流互感器按同名相、同极性接到差流回路；各支路应
采用具有相同变比和特性的电流互感器，若电流互感
短路电流整定，即
I op Krel I k .max
式中 K rel ──可靠系数，取1.3；
I k . max ──电抗器（变压器）后出口最大短路
电流。 动作时限可取0.5s。
② 第二段的动作电流按下列条件计算、整定，取其 最大值。 a. 躲过最大负荷电流（考虑电动机自启动）； b. 与之配合的相邻元件电流保护在灵敏度上配合，
k
QF2
QF1
跳发电机断 路器QF1
I>
t 0
I>
t 0
图1 利用发电机的过电流保护切除母线故障
b. 如图2所示的降压变电站，其低压侧的母线正常
时分开运行，若接于低压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
电流保护使变压器断路器跳闸予以切除。
QF4
QF2
I>
t 0
I>
(2) 母线故障的保护方法
① 利用相邻元件保护装置切除母线故障
有一种观点认为，母线故障机率很小 ( 据国外 统计资料约占系统所有短路故障的6%～7%)，而实 现母线保护需将所有接于母线的支路的保护二次回 路、跳闸回路聚集在一起，结构复杂，极容易由于
一个元器件或回路的故障，尤其是人为的误碰、误
操作使母线保护误动作，使大量电源和线路被切除