电力系统继电保护-第八章

母线是电力系统中的一个重要元件，当母 线上发生故障时，将使连接在母线的所有元 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，在枢纽变电 站母线上发生故障时，可能引起系统稳定的 破坏，造成严重的后果。
一般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予以切除。
➢利用供电元件的保护切除母线故障。
在外部故障时，非故障支路电流不很大，其TA不易饱
和，但故障支路电流是集各电源支路电流之和，可能
非常大，其TA可能极度饱和，这时一次电流大部分消
耗在励磁上，传变到二次侧近似为零，故差动回路将
流过很大的不平衡电流，从而引起差动保护误动。
I&p1
I&p2
I&pn
电压型差动继电器
+
+
+
U-U
. . . . I&s1
切换装置用于双母线时切换保护二次回路 （当一次元件从一条母线切换到另一条母线时， 其对应的二次回路也切换到另一条小母线上） 各电流互感器二次输出的电流 I&s1 ，I&s2 …分别 接入中间变流器ZLH1,ZLH2，…的一次线圈。 其二次输出电压分为二组，经半波整流后分别 接在小母线1,2,3上；fx1,fx2为非线性电阻（压敏 电阻）当电流互感器二次电流Ｉs2很大时，用 以防止ZLH1,ZLH2的二次侧产生危险的高压， 小母线的输出接到相位比较、延时、脉冲展宽 回路。
.
.
{ I i }max -- I i 中的最大电流值
8.2.4 电流比相式母线保护
1.原理
母线在内部故障和外部故障时各连接 元件电流相位发生变化。
１
I&p1
母线 ２
I&p2
注意：
母线保护规定：电流从 线路流向母线为正，从 母线流向线路为负。
1) 当母线正常运行及外部故障时（k1点），
按规定的电流正方向来看 I&p1和 I&p2 大小相
高阻抗型母线电流差动保护较好地解决了这一问题，但 在母线内部故障时，电流互感器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。
✓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。
+
I
+
t
-
+
+
I
t
-
变压器的过 电流保护
低压母线
k
3） 对双侧电源网络（或环形网络）当变电所Ｂ母 线故障时可由保护１和４的Ⅱ段动作于以切 除。
A1
4C
2
k3
B
Ｂ变电所母线
5
➢采用专设的母线保护 电源
装设专用母线保护的原因：
A）利用供电元件的保护 装置切除母线故障的时 间较长。（速动性）
B）当双母同时运行或单
1. 原理
a. 在正常运行及外部故障时，流入继电器的
是由各互感器特性不同而引起的不平衡电
流Iunb
.
n.
.
I KA Isi I unb
i 1
.
I si 第i个元件的二次电流
b. 而当母线上故障时，则所有与电源连接的
元件均向短路点供给短路电流，于是流入
继电器的电流为：
.
I KA
k
母分段时，保护不能保
证有选择性地切除故障
母线。（选择性）
双母同 时运行
什么情况下应装设专门的母线保护？
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母线上所发生的故 障，而另一组无故障母线仍能继续运行，应装 设专用的母线保护。
2）110kV及以wenku.baidu.com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，应装设专用母线 保护。
. I&s 2
. I&sn
12
3-
k
解决的办法是采用电压型差动继电器，由于电压差动 继电器的内阻很高，非故障支路的二次电流都被故障 支路TA的二次绕组旁路，故流入差动继电器的电流很 小，差动继电器不会动作。
当母线内部故障时，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差动继电器。由于其 内阻很高，在电压差动继电器两端出现高电压，从而 使保护动作。
相位比较
. .-
I& s1 . .+-
I& s2 +
. D1 1 3 2
.
D2
.
. D3
.
D4
.
延时展宽
U0
在电流的负半周，都在小母线1上出现半波负电位
2. 工作情况
1) 母线不带电的情况 母线不带电时，小母线上无电压，相
位比较延时，展宽回路无输出。
2) 母线处于正常运行或外部故障情况 母线处于正常运行或外部故障时，按规
第八章 母线的继电保护
8.1 装设母线保护的基本原则 8.2 母线差动保护的基本原则 8.3 元件固定连接的双母线完全差动保护 8.4 断路器失灵保护简介
第八章 母线的继电保护
本章主要内容: 1. 装设母线保护的基本原则 2. 完全电流差动母线保护
3. 电流比相式母线保护 4. 双母线同时运行时,母线保护的实现方法 5. 断路器失灵保护
高阻抗母差保护
在差动回路串入一高阻抗（数百欧） 在外部故障使电流互感器饱和时，可减少差动回路的不
平衡电流 内部故障时差动回路可产生危险的过电压，必须用过电
压保护减少此过电压
中阻抗母线差动保护
是上述两者的折中 差动回路接入一定的阻抗约300欧姆 既减少了不平衡电流，又不产生过电压
微机母差保护是用计算的方法获得差流，与定值比 较，无差流回路，可实现TA饱和的识别及保护的可 靠闭锁
等，相位相差180O
１
２
I&p1
I&p2
k1
2) 当母线内部故障时（k2点）, I&p1和 I&p2 均流向母
线，在理想情况下两者相位相同
k2
１
２
I&p1
I&p2
I&s1
ZLH1
中间
变流器
I&s 2
ZLH2
中间
变流器
I&s3
切换 装置
切换 装置
小母线
相位 比较
延时 回路
脉冲展 宽回路
跳 闸
出口
电流比相式母线保护原理图
1）发电厂采用单母线接线，母线上的故障可利用发 电机的定子过电流保护使发电机的断路器跳闸 予以切除。
k
+
+
It
-
+
+
It
-
定子绕组过电流保护
2） 对降压变电所，其低压母线采用单母线分段，正常 时分开运行，低压母线上的故障可以由相应变压器 的过电流保护使变压器的断路器跳闸于以切除。
单母线分段
电源
高压母线
n.
I si
i 1
1 nTA
n.
I Pi
i 1

1. nTA Ik
此电流足够使差动继电器动作而起动出口继电器
３，从而使所有连接元件的断路器跳闸。
2. 差动继电器启动电流整定原则： ——按如下条件整定，选择其中较大的一个
a. 躲开外部故障时所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I r.set可按以下计算：
定的正方向电流相位相差180O,中间变流器一 次侧及二次侧经检波后的波形如下：
正常运行或外部故障
I&s1
-E E1
E2
E1
E2
t
小母线2的波形
t
I&s 2
-E E2
E1
E2
E1
t
小母线1的波形
t
由于检波后波形相加的结果，在小母线1、2上 都呈现出连续的负电位，因此，比相回路无输出， 不启动延时回路，整个回路无输出，不跳闸。
母线保护范围
A 母线上各元件电流互感器以内的故障都属于 保护范围，包括连接在母线上的电压互感器、 避雷器、母线刀闸等设备；
B 连接在母线上各出线间隔单元的开关、电 流互感器的故障也为母线保护范围。
I
II 1
母线保护的范围
2
3
4母 线 保 护
母线保护范围
母线保护的范围
母线保护范围
8.1 装设母线保护的基本原则
8.2.3 比率制动式中阻抗型母线电流差 动保护
比率制动式中阻抗型母线电流差动保护，其 动作判据可为最大值制动，即：
n.
.
I i Kres{ I i }max Iset.0
i1
或动作判据为模值和制动，即：
其中： Kres—制动系数
Iset.0—动作电流门槛值
Ii—母线各连接元件TA二次电流值。
8.2.1 单母线完全电流差动母线保护
元
件
+
+
1
的
I-I
一
. . . 次
电 流
I&p1
. I&s1
I&p2
. I&s 2
I&pn
. I&sn
12
+
3-
在母线的所有连接元件上装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，另一端的端子也互相连接，然后接入差动继电 器，继电器中的电流即为各个二次电流的向量和。
b) 当母线上发生故障时，所有与电源连接的元件 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，故

.
I
pi

I&k（短路点的总电流）
c) 若从电流相位看，则正常运行及外部故障时，至少有一 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 的电流则是同相位的。
Ir.set K I rel unbmax Krel 0.1Ikmax nTA
Iunbmax 0.1Kat Ikmax nTA ;Kat 1
其中 Ｋrel—可靠系数 取1.3 I k.max—在母线范围外任一连接元件上短路时，流过差动
保护 TA一次侧的最大短路电流
常规的母线保护及微机保护均为低阻抗型母线保护。 低阻抗母线保护装置比较简单，一般采用先进的、久经 考验的判据，系统的监视较为简单，特别是微机母线保 护具有完善的自检及互检功能，事故记录、断路器失灵 保护以及接地保护、过流保护等后备保护功能。但低阻 抗母线保护在外部故障TA饱和时，母线差动继电器中 将出现较大不平衡电流，可能使母差保护误动作。
中阻抗型母线保护采用了快速、灵敏、比率制动式电流 差动保护方案，即具有低阻抗、高阻抗保护的优点，又避 开了它们的缺点，在处理TA饱和方面具有独特的优势。
8.2.2 高阻抗型母线电流差动保护
I&p1
I&p2
I&pn
+
+
U-U
TA极度饱和
. . . . I&s1
. I&s 2
. I&sn
k
12
+
3-

I k . min Ir.set nTA
其中： Ik.min--应采用实际运行中可能出现的母线连 接元件最少时，在母线上发生故障的最小
短路电流值。
灵敏系数Ksen其值一般应不低于2
4. 母线保护常见类型
按照母线保护装置输入阻抗(差动回路的阻抗) 的大小，可分为: 低阻抗型母线保护（一般为几Ω） 中阻抗型母线保护（一般为几百Ω） 高阻抗型母线保护（一般为几千Ω）。
3) 母线内部故障情况
母线内部故障时，各连接元件的电流均流
向母线，各中间变流器的一次电流基本上同相
位，由于

E、 1
E相位相同，两者叠加后，在 2
小母线１和小母线２上呈现出相间的断续负电
位，在负电位的间断期间比相回路输出一脉冲，
低阻抗型母线差动保护
传统的母线差动保护都是低阻抗型，即差动回路 的阻抗很小，只有数欧姆
内部故障、全部故障电流流经阻抗很低的差动回 路，差动回路的电压不会很大
但在外部故障全部故障电流流经故障支路的电流 互感器而使其饱和时，由于差动回路的阻抗低， 因而通过继电器的不平衡电流很大
为了使保护不误动，定值应该躲开此不平衡电流， 使灵敏度降低
在电流的正半周
以母线3为参考（设其为0V，则母线2上为负电位）
位参 考 0 电
相位比较
. .+
I& s1 . .+-
I& s2
-
. D1 1 3 2
. . D2 . D3
. . D4
延时展宽
U0
在电流的正半周，都在小母线2上出现半波负电位
在电流的负半周
以母线3为参考（设其为0V，则母线1上为负电位）
8.2 母线差动保护的基本原则
为满足速动性和选择性的要求，母线保护 均按照差动原理构成，母线上一般连接着较多 的电气元件（线路、变压器、发电机等），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。
母线差动保护的基本原则
a) 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，即: I&pi 0（流入母线为电流的正方向）
nTA—母线保护用TA的变比
b. 为防止在正常运行情况下，任一电流互 感器二次回路断线时，引起保护装置误 动作，起动电流应大于任一连接元件中 最大的负荷电流IL.max
Ir.set K I rel Lmax / nTA
3. 灵敏系数校验
当保护范围内部故障时，应采用下式
校验灵敏系数：
K sen