8.母线保护

▪ 此母线保护包括一个起动元件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元件的二次电流之和
回路中，它的作用是区分两组母线的内部和外部短路故障。 只有在母线发生短路时，启动元件动作后整组母线保护才得 以启动
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。它的一个线圈接入除母 联断路器之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。它利用比较母联断路器中电流 与总差动电流的相位作为故障母线的选择元件。这是因为当第I组 母线上故障时，流过母联断路器的短路电流是由母线Ⅱ流向母线 I， 而当第Ⅱ组母线上故障时，流过母联断路器的短路电流则是由母 线I流向母线Ⅱ。
▪ 在这两种故障情况下，母联断路器电流相位变化了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 故障母线上的全部开关。
▪ 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就能正确动作。因此 对母线上的元件就无需提出固定连接的要求。这是母联电流比相 式母线保护的主要优点，该保护用于连接元件切换较多的场合十 分有利。
▪ 而当母线上故障时，流入继电器的电流为：
IKA
n i 1
Isi
1 nTA
n
Ipi
i 1
1 nTA
Ik
• 即为故障点的全部短路电流，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。
差动继电器的启动电流
▪ 应按如下条件考虑，并选择其中较大的一个：
• 躲开外部故障时所产生的最大不平衡电流：
元件固定连线的双母线电流差动保护
▪ 双母线的运行方式：
• 在发电厂以及重要变电所的高压母线上，一般都采用双 母线同时运行（母线联络断路器经常投入），而每组母 线上连接一部分（大约1/2）供电和受电元件的方式。
• 当任一组母线上发生故障，就可只短时影响到一半的负 荷供电，而另一组母线上的连接元件仍可继续运行，这 就大大提高了供电的可靠性。
▪ 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。此 外，由于二次回路阻抗较大，在区内故障的大故障电流情况下，TA二 次侧可能出现相当高的电压，因此必须对二次电流回路的电缆和其它 部件采取加强绝缘水平的措施。
▪ 从保护的角度看，希望尽量保证固定接线的运行方 式不被破坏，这就必然限制了电力系统调度运行地 灵活性，这是此种保护的主要缺点。
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 护是在具有固定连接元件的 母线电流差动保护的基础上 的改进，它基本上克服了后 者缺乏灵活性的缺点，使之 更适于作母线连接元件运行 方式常常改变的母线保护。 母联电流比相式母线保护的 原理接线如图所示。
▪ 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。
▪ 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。
▪ 电流差动保护要求在母线外部短路或正常运行时的 二次电流总和为0。由于在实际运行中TA特性总是 存在差异，差流中不平衡电流较大，这必然会影响 电流差动保护的灵敏度。
▪ 仅仅比较电流相位关系的比相式母线保护：
• 当母线发生短路时，各有源支路的电流的相位几乎是一 致的；
• 当发生外部短路时，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。
Ir.set K I rel unb.max Krel 0.1Ik.max / nTA
• 考虑TA二次回路断线问题影响，动作电流应大于任一 连接元件中最大的负荷电流：
I r.set Krel Il.max / nTA
灵敏系数校验
▪ 当保护范围内部故障时，应采用下式校验：
K sen
I k.min I r.set nTA
母线差动保护常见类型及特点比较
▪ 高阻抗型母线电流差动保护较好地解决了了这一问题母线区外故 障TA饱和时保证保护不误动的问题。但在母线内部故障时，电流 互感器TA的二次侧可能出现过高电压，对继电器可靠工作不利， 且要求TA的传变特性完全一致、变比相同，这对于扩建的变电站 来说较难做到。
▪ 中阻抗型母线保护方案于60年代末在IEEE上发表，70年代初由瑞 典ASEA公司（现ABB公司）研制出基于中阻抗方案的RADSS母 线保护。中阻抗型母线差动保护将高阻抗的特性和比率制动特性 两者有效结合，在处理TA饱和方面具有独特的优势。它以电流瞬 时值作测量比较，测量元件和差动元件多为集成电路或整流型继 电器，当母线内部故障时，动作速度极快，一般动作时间小于 10ms，因此又被称为“半周波继电器”。在我国电力系统中得到 了广泛的应用。
▪ 外部短路最严重的情况是故障支路的TA出现极度饱和的情况，其励磁 阻抗 近似为零，一次电流全部流入励磁支路。由于电压继电器的内阻 很高，非故障支路二次电流都流入故障支路TA的二次绕组，差动继电 器中电流仍然很小，不会动作。在内部短路时所有引出线电流都是流 入母线的，所有支路的二次电流都流向电压继电器。由于其内阻很高， 电压继电器端出现高电压，于是电压继电器动作。
▪ 同理可分析当第Ⅱ组母线上某点短路时， 只有KD2和KD3动作，最后时由断路器 QF3、QF4和QF5跳闸切除故障。
▪ 综上所述，当母线按照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，而另一组母线可继续运行；当固定接线方式破 坏时，任一母线上的故障都将导致切除两组母线， 即保护失去选择性。
▪ 超高压枢纽变电站和大型发电厂的母线联系着各 个地区系统和各台大型发电机组，母线发生短路 直接破坏了各部分系统之间或各台机组之间的同 步运行，严重影响电力系统的安全供电。虽然母 线短路几率比输电线短路低的多，但一旦发生， 后果特别严重。
装设专门母线保护的情况
▪ 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。
▪ 一般情况下，双母线同时运行时，每组母线上连接 的供电元件和受电元件的连接方式较为固定，可以 采用装设固定连接的双母线电流差动保护
由三组差动保护组成
▪ 第一组用以选择第I组 母线上的故障；
▪ 第二组用以选择第Ⅱ 组母线上的故障；
▪ 第三组，当任一组母 线上发生故障时，它 都会动作；当外部故 障时，它不会动作， 在正常运行方式下， 它作为整个保护的启 动元件，当固定接线 方式破坏并保护范围 外部故障时，可防止 保护的非选择性动作。
▪ 考虑三种情况：
• 发电厂单母线接线；
不采用专门的 母线保护
▪ 降压变电所
不采用专门的母线保护
▪ 双侧电源网络（或环形网络）
不装设专门母线保护的危害
▪ 当利用供电元件的保护装置切除母线故障时，故 障切除的时间一般较长。
▪ 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。
▪ 改进方法：
• 电流继电器改为内阻很高的电压继电器。
▪ 高阻抗母 线差动保 护的原理 接线图。
▪ 母线上有n 条支路， 第n条为故 障支路。 母线外部 短路时的 等值回路。
高阻抗母线差动保护
▪ 外部短路时，若电流互感器无误差，则非故障支路二次电流之和与故 障支路二次电流大小相等、方向相反，此时差动继电器中电流为零， 非故障支路二次电流都流入故障支路TA的二次绕组。
8. 母线保护
8.1 母线故障和装设母线保护基本原则 8.2 母线差动保护基本原理 8.3 母线保护的特殊问题及其对策 8.4 断路器失灵保护简介
8.1 母线故障和装设母线保护基本原则
▪ 母线故障分析 ▪ 装设母线保护基本原则
母线故障分析
▪ 母线故障危害：
• 使连接在故障母线上的所有元件被迫停电。 • 在电力系统中枢纽变电所的母线上故障时，可能引起系
• 为了弥补这一缺陷，可在差动回路中适当增加电阻，使得因第n条 故障支路TA严重饱和而使其流向继电器的二次电流为0，该TA的二 次回路仍流过电流，此电流从其他支路流入，起制动作用。
• 这种保护差动回路的电阻高于电流型差动差动保护而低于高阻抗母 线差动保护，故称之为中阻抗式母线差动保护
电流比相式母线保护
母线差动保护基本原理
▪ 母线的特点：
• 在母线上一般连接着较多的电气元件。
▪ 实现差动保护的基本原则：
• 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，所有与电源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；
• 正常运行以及外部故障时，至少有一个元件中的电流相 位和其余元件中的电流相位相反。而当母线故障时，除 电流等于零的元件以外，其它元件中的电流则是接近同 相位的。
母线差动保护基本原理
• 根据原则（1）和原则（2）可构成电流差 动保护；
• 根据原则(3)可构成电流比相式差动保护。
单母线完全电流差动母线保护
▪ 在母线的所有连ห้องสมุดไป่ตู้元件上装设具有相同变比和特性的电流互 感器。
单母线完全电流差动母线保护
▪ 在母线正常运行及外部故障时，流入继电器的是由 于各互感器的特性不同而引起的中有不平衡电流；