母线保护

母线保护(一)

与其他的主设备保护相比，母线保护的要求更为苛刻。当变电站母线发生故障时，如不及时切除故障，将会损坏众多电力设备，破坏系统的稳定性，甚至导致电力系统瓦解。如果母线保护拒动，也会造成大面积的停电。因此，设置动作可靠、性能良好的母线保护，使之能迅速有选择地切除故障是非常必要的。

常见的母线故障有：绝缘子对地闪络、雷击、运行人员误操作、母线电压和电流互感器故障等。 在大型发电厂及变电站的母线保护装置中，通常配置有母线差动保护、母线充电保护、母联失灵保护、母联死区保护、母联过流保护、母联非全相保护、其他断路器失灵保护等。其中，最为主要的是母差保护。一下着重了解母线差动保护的相关内容。

1、母差保护的原理

和线路差动保护相同，母线差动保护的基本原理也是基于基尔霍夫定律：在母线正常运行及外部故障时，各线路流入母线的电流和流出母线的电流相等，各线路的电流向量和为零；当母线上发生故障时，各线路电流均流向故障点，其向量和（差动电流）不再等于零，满足一定条件后，出口跳开相应开关。

母线差动保护，由ABC 三相分相差动元件构成。每相差动元件由小差差动元件及大差差动元件构成。大差元件用于判断是否为母线故障，小差元件用于选择出故障具体在哪一条母线。

为了提高保护的可靠性，在保护中和设置有起动元件、复合电压闭锁元件、CT 回路断线闭锁元件等。

2、差动保护的动作方程

首先规定CT 的正极性端在母线侧，一次电流参考方向由线路流向母线为正方向。 差动电流：指所有母线上连接元件的电流和的绝对值；

制动电流：指所有母线上连接元件的电流的绝对值之和。 以如图的双母线接线方式的大差为例。差动电流和制动电流为：

⎪⎩⎪⎨⎧+++=+++=制动电流..

差动电流....4321r 4321d I I I I I

I I I I I

差动继电器的动作特性一般如下图。蓝色区域为非动作区，红色区域为动作区。这种动作特性称作比率制动特性。动作逻辑的数学表达式也在图中给出。此动作方程式适用于南瑞继保RCS-915及许继电气WMH-800A母线保护装置。

除此之外，还有一种复式比率制动特性，动作特性如下图所示。此动作方程式适用于深圳南瑞BP-2C母线保护装置。

复式比率制动能够更明确的区分区内和区外故障。因为它引入了复合的制动电流Ir-Id，一方面在外部故障时，Ir随着短路电流的增大而增大，Ir>>Id，能有效地防止差动保护误动。另一方面在内部故障时，Id-Ir 0保护无制动量，使差动保护能不带制动量灵敏动作。这样既有区外故障时保护的高可靠性又有区内故障时保护的灵敏性。

3、大差和小差

接入大差元件的电流为I母、II母所有支路（母联除外）的电流，目的是为了判断故障是否为母线区内故障；接入小差元件的电流为接入该段母线的所有支路的电流，目的是为了判断故障具体发生在哪一条母线上。

以双母接线图为例，规定母联CT 正极性段在I 母侧。大差小差的差动电流和制动电流如下：

大差：

⎪⎩⎪⎨⎧+++=+++=4321r

4321d I I I I I I I I I I I 母小差：

⎪⎩⎪⎨⎧++=++=m

21r m 21d I I I I I I I I II 母小差：

⎪⎩⎪⎨⎧++=+=m 43r

m 43d -I I I I I I I I 当I 母发生故障时，可以看出对于大差元件Id=Ir ，因此大差元件动作，确定母线发生区内故障；其次，II 母小差元件Id=0，I 母小差元件Id=Ir ，因此判断故障发生在I 母。大差、小差元件同时动作，母差保护差动继电器才动作。

4、比率制动系数的高值和低值

（1）母联开关的分合对大差元件的影响

当母联开关合上，母线并列运行时，大差元件和小差元件动作情况同上的分析。 当母联开关断开，母线分列运行时，如图：

对于I 母而言，大差小差元件的差动电流和制动电流分别为：

大差：

⎪⎩⎪⎨⎧+++=+=4

321r 21d I I I I I I I I I 母小差：

⎪⎩⎪⎨⎧+=+=21r

21d I I I I I I II 母小差：

⎪⎩⎪⎨⎧+==43r

d 0I I I I

可以看出，I母小差Id=Ir不变，而大差Id

（2）高值和低值

为了保证母线分列运行时，母差保护的动作灵敏性，可以采取以下措施：

a.解除大差元件

当母联开关退出运行时，通过辅助接点解除大差元件，只要小差元件就可以出发差动继电器动作。但是这样的缺点是降低了母差保护的可靠性。

b.设置高值低值

大差元件的比率制动系数设置一个高值和一个低值。当母线并列运行时，大差元件的比率制动系数使用高值；当母线分列运行时，自动降低大差元件的比率制动系数，采用低值，避免大差元件拒动。目前通常采用的也是这种措施，高值一般设为0.5~0.6，低值为0.3。

5、复压闭锁元件

如我们之前所说，母差保护极其重要，母差保护误动后，会误跳大量线路，造成灾难性的后果。所以为了防止保护出口继电器由于振动或人员误碰等原因误动作，通常采用复压闭锁元件。复压闭锁元件开放条件为：

复合电压闭锁元件的接点串点接于差动继电器的出口回路中。现在微机型母线保护通常采用软件闭锁方式。差动继电器动作后，复压闭锁元件也动作，母差保护才能出口跳相应开关。逻辑框图如：

一般在母线保护中，母线差动保护、断路器失灵保护、母联死去保护、母联失灵保护都要经过复合电压闭锁。但母联充电保护和母联过流保护不经复合电压闭锁。

6、CT断线闭锁