母线保护
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保护装置的灵敏系数校验如下式：
K smin
I k(2) min 2 I opr KTA
即在最小运行方式下，母线保护范围内部短路时，要求保护 元件的最小灵敏系数应大于2。
二、不完全电流差动母线保护
不完全差动电流保护通常用作发电厂或大容量变电 站6～10kV母线保护。保护通常采用两相式，由两段 电流保护构成。保护的原理接线图如图12－3所示。
差动电流保护用电流互感器中的最大短路 电流；
K rel ——可靠系数，取1.3；
一、母线完全电流差动保护
（二）按躲过电流互感器二次回路断线整定 差动继电器的动作电流应大于流经最大负荷电流的连接元件 的二次电流(考虑此时电流互感器二次回路断线)
I op r Krel I Lmax / KTA
一、母线完全电流差动保护
内部故障时，如图12－2(b)的k点短路，所有带电源的连接元件 都会向短路点供给短路电流.这时流入继电器的电流 即故障
点的全部短路电流
I I I 。 I K 1 2 3
图12-2图12－2 母线完全电流差动保护原理接线图 (a)外部故障时的电流分布；(b)内部故障时的电流分布
不完全差动电流保护工作分析：
接线图也考虑到运行的灵活性，当运行要求发电机断路器由 速断保护切除时，只需合上连接片XB12并断开连接片XB11即 可实现。 当供电元件(如发电机、变压器)内部短路或变压器高压侧电 网短路时，由于差动回路仅流过不平衡电流，故速断和过流 保护都不会动作。 当出线电抗器后的线路上发生短路时，电流速断保护不会动 作，而过流保护可以动作。如果出线保护或断路器拒动，电 流继电器KA2启动后，将启动时间继电器1KT和2KT，经预定时 限后，KT1触点闭合，经信号继电器KS2启动跳闸继电器KM1、 KM2，跳开除发电机断路器外的所有供电元件的断路器。
臵。
二、母线的保护方式
母线保护的主要方式有两种：
1．利用供电元件的保护装置来保护母线 2．装设母线的专用保护
1．利用供电元件的保护装臵来 保护母线
利用发电机的过 电流保护切除母 线故障
图12－1 利用供电元件保护装臵切除故障母线 (a)利用发电机过电流保护；
1．利用供电元件的保护装臵来 保护母线
一、母线完全电流差动保护
• 因此，母线完全电流差动保护不反应负荷电流和外部短路电 流，只反应各电流互感器之间的电气设备故障时的短路电流， 故母差保护不必和其他保护作时限上的配合，因而可瞬时动 作。
图12－2 母线完全电流差动保护原理接线图 (a)外部故障时的电流分布；(b)内部故障时的电流分布
一、母线完全电流差动保护
2．装设母线的专用保护
（3）在某些较简单的电网或电压较低电网中，虽然没有 稳定性问题，但当母线上发生三相短路使主要发电厂厂用 母线的残余电压低于50%～60%额定电压，切除时间又较长 时，将影响厂用电的安全运行，而重要用户将会由于电压 剧烈降低而自动解负荷。为了保证对厂用电及重要用户的
供电，也应该采用母线专用保护。此外，还必须考虑发电
对中性点直接接地电网，母线保护采用三相式接线，以反映 相间短路和单相接地短路；对于中性点非直接接地电网，母 线保护采用两相式接线，只需反映相间短路。
第二节母线电流差动保护
一、母线完全电流差动保护
母线完全电流差动保护常用作单母线或只有一组母线经常 运行的双母线的保护。母线完全电流差动保护按差动原理构成， 其原理接线如图12－2所示。
３．了解双母线固定连接运行时对母线保护的特殊要求。
４．了解断路器失灵保护的基本概念。
第一节 母线故障及保护方式
一、母线故障 二、 母线的保护方式
一、母线故障
在发电厂和变电所中，屋内和屋外配电装臵中的母线是电能 集中与分配的重要环节，它的安全运行对不间断供电具有极
为重要的意义。虽然对母线进行着严格的监视和维护，但它
图12-3母线不完全电流差动保护原理接线图
二、不完全电流差动母线保护
图12-3中，仅对端有电源的连接元件上装设电流
互感器，即发电机、变压器、分段断路器及母联
断路器上装设。有时也装设在厂用变压器上。这
些电流互感器型号和变比均相同。二次绕组按照
环流法原理连接。电流继电器KA1、KA2和电流互
感器二次绕组并联。
二、不完全电流差动母线保护
二次绕组按照环流法原理连接。电流继电器KA1、KA2和电流互感
器二次绕组并联。由于这种保护的电流互感器不是在所有与母线 连接的元件上装设，因此称为不完全差动电流保护。
图12-3母线不完全电流差动保护原理接线图
二、不完全电流差动母线保护
KA1为电流速断保护。其动作电流按躲过线路电抗器后的最大短
不完全差动电流保护工作分析：
如果此时故障仍未切除，则待时间继电器2KT的触
点闭合后，将发电机断路器断开。时间继电器2KT 较时间继电器1KT的动作时限大一时限级差△t， 这样整定是考虑尽量不断开发电机，让发电机带 着母线上的其他负荷继续运行。
不完全差动电流保护工作分析：
母线不完全差动电流保护由于只需在供电元件 上装设母线保护用的电流互感器，而不需要在 母线的全部出线连接元件上装设，因而大大降 低了设备费用，简化了保护接线，这对于出线 较多的6～10kV母线，是比较实用的。
我们利用这一原理可以构成比相式母线保护。
三、电流比相式母线保护
图12－4(a)示出了正常运行 或外部故障时的电流分布。
此时，流进母线的电流i1和
流出母线的电流i2大小相等， 相位相差180º ；而在内部故 障时，电流i1和i2都流向母 线，如图12－4(b)所示，在
图12－4 母线外部故障和内部故 障时的电流分布 (a)外部故障；(b)内部故障
第十二章 母线保护
第一节 母线故障及保护方式 第二节 母线电流差动保护 第三节 母线电压差动保护 第四节 具有比率制动特性的母线电流差动保护 第五节 双母线同时运行的母线差动保护 第六节 断路器失灵保护
本章学习要求
本章讲述了母线的故障及各种保护方式，重点讲述了母线的电流
差动保护，双母线同时运行的母线差动保护的工作原理、接线 及整定计算，最后介绍了断路器的失灵保护。 １．了解母线的故障及不正常运行状态，母线故障后果的严重性 和在什么情况下要安装专门的母线保护。 ２．掌握几种常见的母线保护工作原理，如完全差动保护和电流 比相式母线保护。
三、电流比相式母线保护
电流比相式母线保护的基本原理是根据母线在内部故障和外
部故障时，各连元件电流相位的变化来实现的。母线故障时，
所有和电源连接的元件都向故障点供应短路电流，在理想条 件下，所有供电元件的电流相位相同；而在正常运行或外部 故障时，至少有一个元件的电流相位和其余元件的电流相位 相反，也就是说，流入电流和流出电流的相位相反。因此，
利用供电元件的保护来保护母线的主要优点是简单、
经济。但是，一般供电元件快速动作的主保护如差动保护，
不能反应母线故障，应由其后备保护动作，而往往切除故
障的时间很长。此外，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。因 此，在下列情况下，母线应装设专用保护装臵：
2．装设母线的专用保护
一、母线完全电流差动保护
正常运行和外部故障时，如图12－2(a)k点短路，在母线的所
有连接元件中，流入母线的电流等于流出母线的电流，
I I I 0。流入差动继电器的只是不平衡电流。 即 I K 1 2 3
图12-2图12－2 母线完全电流差动保护原理接线图 (a)外部故障时的电流分布；(b)内部故障时的电流分布
图12－2 母线完全电流差动保护原理接线图 (a)外部故障时的电流分布；(b)内部故障时的电流分布
一、母线完全电流差动保护
图12-2中，和母线连接的所有元件上，都装设变比和特
性均相同的电流互感器(若变比不能一致时，可采用补偿
变流器，以降流方式进行补偿)。电流互感器的二次绕组， 在母线侧的端子(与母线一次侧端子相对应)互相连接。 差动继电器的绕组和电流互感器的二次绕组并联。各电 流互感器之间的一次电气设备，即为母线差动保护的保 护区。
图12-3母线不完全电流差动保护原理接线图
Leabharlann Baidu、不完全电流差动母线保护
图中KA2为过电流保护。由于正常运行时流过差动回路的电流 等于未接入差动保护的所有连接元件的负荷电流之和，故过 流保护的动作电流需躲过上述可能最大的负荷电流(考虑电动 机自启动)之和来整定。
二、不完全电流差动母线保护
过流保护的动作时限比出线保护装置的最大动作时限大一时限 极差△t。过电流保护用作母线的后备保护以及引出线路的后备
保护。
图12-3母线不完全电流差动保护原理接线图
不完全差动电流保护工作分析：
当母线或线路电抗器前发生短路时，电流速断保护动作。
电流继电器1KA动作后，经信号继电器KS1启动跳闸继电器
KM1、KM2，从而跳开除发电机断路器外的所有供电元件的 断路器。速断保护不断开发电机是考虑故障发生在出线的 断路器和电抗器之间时，断开除发电机外的所有供电元件 将使故障电流大为减少，从而可以让断路器按电抗器后短 路选择的线路的过流保护动作切除故障，而发电机仍可带 着母线上的其他负荷继续运行，这样可以提高供电的可靠 性。
理想情况下，两电流相位相
同。
三、电流比相式母线保护
电流i1和i2经过电流互感器的变换，二次电流i´1和i´2输入中间 电流变换器UA1和UA2的一次绕组。中间变流器的二次电流在其
负载电阻上的电压降落造成其二次电压，如图12－5所示。
图12-5电流比相式母线保护原理图
差动继电器的动作电流按以下两个条件考虑： （一）按躲过外部故障时的最大不平衡电流整定 当母线所有连接元件的电流互感器都满足10%误差曲线的要求，
且差动继电器具有速饱和铁芯时，差动继电器的动作电流可按
下式计算：
I op r Krel 0.1I K max / KTA
I K max ——保护范围外部故障时，流过母线完全
仍有可能发生故障。运行经验表面，大多数母线故障是单相 接地，多相短路故障所占的比例很小。发生母线故障的原因 主要有母线绝缘子及断路器套管闪络，电压互感器或装于母 线与断路器之间的电流互感器故障，母线隔离开关在操作时
绝缘子损坏，以及运行人员的误操作等。
一、母线故障
母线故障是发电厂和变电所中电气设备最严重的故障之一， 它将使连接在故障母线上所有元件在母线故障修复期间或 切换到另一组母线所必须的时间内被停电；母线故障时， 由于母线电压极度降低，可能破坏整个电力系统的正常工 作。为了断开母线上的短路故障，必须装设相应的保护装
（1）在110千伏及以上电压等级电网的发电厂变电所双母线 和分段单母线。 （2）110千伏及以上电压的单母线，重要发电厂35千伏母线 以及高压侧为110千伏及以上重要降压变电所的35千伏母 线，若依靠供电元件的保护装臵带有时限切除故障，会引 起系统振荡、电力系统稳定性遭到破坏等极其严重的后果 时，母线应装设能快速切除故障的专用保护。
厂和变电所容量大小和在系统中的重要程度。
2．装设母线的专用保护
（4）一般6～10千伏的供电线路的断路器是按照电抗器后短路
选择的 ，母线应装设专用保护，以便在电抗器前短路时，由
母线保护装置断开部分或全部供电元件以减小供电线路的断 路器所切断的短路功率。
母线的专用保护应该具有足够的灵敏性和工作可靠性。
路电流整定，保护的动作时限是这样整定的：当出线的断路器
容量是按线路电抗器后短路选择且出线具有延时过流保护时， 电流速断保护做成不带时限的，如图12－3所示；
二、不完全电流差动母线保护
如果出线的断路器的容量是按线路电抗器前短路选择， 且线路上除装设延时过流保护外，还装设了快速动作 的保护装臵，则电流速断保护做成带时限的，其时限 比线路快速动作的保护装臵大一个时限级差 △ t 。以 防止线路电抗器后发生短路时保护误动作。
利用变压器的过电 流保护切除低压母 线故障
图12－1 利用供电元件保护装臵切除故障母线 (b)利用变压器过电流保护 ；
1．利用供电元件的保护装臵来 保护母线
利用线路保 护切除母线 故障
图12－1 利用供电元件保护装臵切除故障母线 (c)利用供电电源线路的第II、III段保护
2．装设母线的专用保护
K smin
I k(2) min 2 I opr KTA
即在最小运行方式下，母线保护范围内部短路时，要求保护 元件的最小灵敏系数应大于2。
二、不完全电流差动母线保护
不完全差动电流保护通常用作发电厂或大容量变电 站6～10kV母线保护。保护通常采用两相式，由两段 电流保护构成。保护的原理接线图如图12－3所示。
差动电流保护用电流互感器中的最大短路 电流；
K rel ——可靠系数，取1.3；
一、母线完全电流差动保护
（二）按躲过电流互感器二次回路断线整定 差动继电器的动作电流应大于流经最大负荷电流的连接元件 的二次电流(考虑此时电流互感器二次回路断线)
I op r Krel I Lmax / KTA
一、母线完全电流差动保护
内部故障时，如图12－2(b)的k点短路，所有带电源的连接元件 都会向短路点供给短路电流.这时流入继电器的电流 即故障
点的全部短路电流
I I I 。 I K 1 2 3
图12-2图12－2 母线完全电流差动保护原理接线图 (a)外部故障时的电流分布；(b)内部故障时的电流分布
不完全差动电流保护工作分析：
接线图也考虑到运行的灵活性，当运行要求发电机断路器由 速断保护切除时，只需合上连接片XB12并断开连接片XB11即 可实现。 当供电元件(如发电机、变压器)内部短路或变压器高压侧电 网短路时，由于差动回路仅流过不平衡电流，故速断和过流 保护都不会动作。 当出线电抗器后的线路上发生短路时，电流速断保护不会动 作，而过流保护可以动作。如果出线保护或断路器拒动，电 流继电器KA2启动后，将启动时间继电器1KT和2KT，经预定时 限后，KT1触点闭合，经信号继电器KS2启动跳闸继电器KM1、 KM2，跳开除发电机断路器外的所有供电元件的断路器。
臵。
二、母线的保护方式
母线保护的主要方式有两种：
1．利用供电元件的保护装置来保护母线 2．装设母线的专用保护
1．利用供电元件的保护装臵来 保护母线
利用发电机的过 电流保护切除母 线故障
图12－1 利用供电元件保护装臵切除故障母线 (a)利用发电机过电流保护；
1．利用供电元件的保护装臵来 保护母线
一、母线完全电流差动保护
• 因此，母线完全电流差动保护不反应负荷电流和外部短路电 流，只反应各电流互感器之间的电气设备故障时的短路电流， 故母差保护不必和其他保护作时限上的配合，因而可瞬时动 作。
图12－2 母线完全电流差动保护原理接线图 (a)外部故障时的电流分布；(b)内部故障时的电流分布
一、母线完全电流差动保护
2．装设母线的专用保护
（3）在某些较简单的电网或电压较低电网中，虽然没有 稳定性问题，但当母线上发生三相短路使主要发电厂厂用 母线的残余电压低于50%～60%额定电压，切除时间又较长 时，将影响厂用电的安全运行，而重要用户将会由于电压 剧烈降低而自动解负荷。为了保证对厂用电及重要用户的
供电，也应该采用母线专用保护。此外，还必须考虑发电
对中性点直接接地电网，母线保护采用三相式接线，以反映 相间短路和单相接地短路；对于中性点非直接接地电网，母 线保护采用两相式接线，只需反映相间短路。
第二节母线电流差动保护
一、母线完全电流差动保护
母线完全电流差动保护常用作单母线或只有一组母线经常 运行的双母线的保护。母线完全电流差动保护按差动原理构成， 其原理接线如图12－2所示。
３．了解双母线固定连接运行时对母线保护的特殊要求。
４．了解断路器失灵保护的基本概念。
第一节 母线故障及保护方式
一、母线故障 二、 母线的保护方式
一、母线故障
在发电厂和变电所中，屋内和屋外配电装臵中的母线是电能 集中与分配的重要环节，它的安全运行对不间断供电具有极
为重要的意义。虽然对母线进行着严格的监视和维护，但它
图12-3母线不完全电流差动保护原理接线图
二、不完全电流差动母线保护
图12-3中，仅对端有电源的连接元件上装设电流
互感器，即发电机、变压器、分段断路器及母联
断路器上装设。有时也装设在厂用变压器上。这
些电流互感器型号和变比均相同。二次绕组按照
环流法原理连接。电流继电器KA1、KA2和电流互
感器二次绕组并联。
二、不完全电流差动母线保护
二次绕组按照环流法原理连接。电流继电器KA1、KA2和电流互感
器二次绕组并联。由于这种保护的电流互感器不是在所有与母线 连接的元件上装设，因此称为不完全差动电流保护。
图12-3母线不完全电流差动保护原理接线图
二、不完全电流差动母线保护
KA1为电流速断保护。其动作电流按躲过线路电抗器后的最大短
不完全差动电流保护工作分析：
如果此时故障仍未切除，则待时间继电器2KT的触
点闭合后，将发电机断路器断开。时间继电器2KT 较时间继电器1KT的动作时限大一时限级差△t， 这样整定是考虑尽量不断开发电机，让发电机带 着母线上的其他负荷继续运行。
不完全差动电流保护工作分析：
母线不完全差动电流保护由于只需在供电元件 上装设母线保护用的电流互感器，而不需要在 母线的全部出线连接元件上装设，因而大大降 低了设备费用，简化了保护接线，这对于出线 较多的6～10kV母线，是比较实用的。
我们利用这一原理可以构成比相式母线保护。
三、电流比相式母线保护
图12－4(a)示出了正常运行 或外部故障时的电流分布。
此时，流进母线的电流i1和
流出母线的电流i2大小相等， 相位相差180º ；而在内部故 障时，电流i1和i2都流向母 线，如图12－4(b)所示，在
图12－4 母线外部故障和内部故 障时的电流分布 (a)外部故障；(b)内部故障
第十二章 母线保护
第一节 母线故障及保护方式 第二节 母线电流差动保护 第三节 母线电压差动保护 第四节 具有比率制动特性的母线电流差动保护 第五节 双母线同时运行的母线差动保护 第六节 断路器失灵保护
本章学习要求
本章讲述了母线的故障及各种保护方式，重点讲述了母线的电流
差动保护，双母线同时运行的母线差动保护的工作原理、接线 及整定计算，最后介绍了断路器的失灵保护。 １．了解母线的故障及不正常运行状态，母线故障后果的严重性 和在什么情况下要安装专门的母线保护。 ２．掌握几种常见的母线保护工作原理，如完全差动保护和电流 比相式母线保护。
三、电流比相式母线保护
电流比相式母线保护的基本原理是根据母线在内部故障和外
部故障时，各连元件电流相位的变化来实现的。母线故障时，
所有和电源连接的元件都向故障点供应短路电流，在理想条 件下，所有供电元件的电流相位相同；而在正常运行或外部 故障时，至少有一个元件的电流相位和其余元件的电流相位 相反，也就是说，流入电流和流出电流的相位相反。因此，
利用供电元件的保护来保护母线的主要优点是简单、
经济。但是，一般供电元件快速动作的主保护如差动保护，
不能反应母线故障，应由其后备保护动作，而往往切除故
障的时间很长。此外，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。因 此，在下列情况下，母线应装设专用保护装臵：
2．装设母线的专用保护
一、母线完全电流差动保护
正常运行和外部故障时，如图12－2(a)k点短路，在母线的所
有连接元件中，流入母线的电流等于流出母线的电流，
I I I 0。流入差动继电器的只是不平衡电流。 即 I K 1 2 3
图12-2图12－2 母线完全电流差动保护原理接线图 (a)外部故障时的电流分布；(b)内部故障时的电流分布
图12－2 母线完全电流差动保护原理接线图 (a)外部故障时的电流分布；(b)内部故障时的电流分布
一、母线完全电流差动保护
图12-2中，和母线连接的所有元件上，都装设变比和特
性均相同的电流互感器(若变比不能一致时，可采用补偿
变流器，以降流方式进行补偿)。电流互感器的二次绕组， 在母线侧的端子(与母线一次侧端子相对应)互相连接。 差动继电器的绕组和电流互感器的二次绕组并联。各电 流互感器之间的一次电气设备，即为母线差动保护的保 护区。
图12-3母线不完全电流差动保护原理接线图
Leabharlann Baidu、不完全电流差动母线保护
图中KA2为过电流保护。由于正常运行时流过差动回路的电流 等于未接入差动保护的所有连接元件的负荷电流之和，故过 流保护的动作电流需躲过上述可能最大的负荷电流(考虑电动 机自启动)之和来整定。
二、不完全电流差动母线保护
过流保护的动作时限比出线保护装置的最大动作时限大一时限 极差△t。过电流保护用作母线的后备保护以及引出线路的后备
保护。
图12-3母线不完全电流差动保护原理接线图
不完全差动电流保护工作分析：
当母线或线路电抗器前发生短路时，电流速断保护动作。
电流继电器1KA动作后，经信号继电器KS1启动跳闸继电器
KM1、KM2，从而跳开除发电机断路器外的所有供电元件的 断路器。速断保护不断开发电机是考虑故障发生在出线的 断路器和电抗器之间时，断开除发电机外的所有供电元件 将使故障电流大为减少，从而可以让断路器按电抗器后短 路选择的线路的过流保护动作切除故障，而发电机仍可带 着母线上的其他负荷继续运行，这样可以提高供电的可靠 性。
理想情况下，两电流相位相
同。
三、电流比相式母线保护
电流i1和i2经过电流互感器的变换，二次电流i´1和i´2输入中间 电流变换器UA1和UA2的一次绕组。中间变流器的二次电流在其
负载电阻上的电压降落造成其二次电压，如图12－5所示。
图12-5电流比相式母线保护原理图
差动继电器的动作电流按以下两个条件考虑： （一）按躲过外部故障时的最大不平衡电流整定 当母线所有连接元件的电流互感器都满足10%误差曲线的要求，
且差动继电器具有速饱和铁芯时，差动继电器的动作电流可按
下式计算：
I op r Krel 0.1I K max / KTA
I K max ——保护范围外部故障时，流过母线完全
仍有可能发生故障。运行经验表面，大多数母线故障是单相 接地，多相短路故障所占的比例很小。发生母线故障的原因 主要有母线绝缘子及断路器套管闪络，电压互感器或装于母 线与断路器之间的电流互感器故障，母线隔离开关在操作时
绝缘子损坏，以及运行人员的误操作等。
一、母线故障
母线故障是发电厂和变电所中电气设备最严重的故障之一， 它将使连接在故障母线上所有元件在母线故障修复期间或 切换到另一组母线所必须的时间内被停电；母线故障时， 由于母线电压极度降低，可能破坏整个电力系统的正常工 作。为了断开母线上的短路故障，必须装设相应的保护装
（1）在110千伏及以上电压等级电网的发电厂变电所双母线 和分段单母线。 （2）110千伏及以上电压的单母线，重要发电厂35千伏母线 以及高压侧为110千伏及以上重要降压变电所的35千伏母 线，若依靠供电元件的保护装臵带有时限切除故障，会引 起系统振荡、电力系统稳定性遭到破坏等极其严重的后果 时，母线应装设能快速切除故障的专用保护。
厂和变电所容量大小和在系统中的重要程度。
2．装设母线的专用保护
（4）一般6～10千伏的供电线路的断路器是按照电抗器后短路
选择的 ，母线应装设专用保护，以便在电抗器前短路时，由
母线保护装置断开部分或全部供电元件以减小供电线路的断 路器所切断的短路功率。
母线的专用保护应该具有足够的灵敏性和工作可靠性。
路电流整定，保护的动作时限是这样整定的：当出线的断路器
容量是按线路电抗器后短路选择且出线具有延时过流保护时， 电流速断保护做成不带时限的，如图12－3所示；
二、不完全电流差动母线保护
如果出线的断路器的容量是按线路电抗器前短路选择， 且线路上除装设延时过流保护外，还装设了快速动作 的保护装臵，则电流速断保护做成带时限的，其时限 比线路快速动作的保护装臵大一个时限级差 △ t 。以 防止线路电抗器后发生短路时保护误动作。
利用变压器的过电 流保护切除低压母 线故障
图12－1 利用供电元件保护装臵切除故障母线 (b)利用变压器过电流保护 ；
1．利用供电元件的保护装臵来 保护母线
利用线路保 护切除母线 故障
图12－1 利用供电元件保护装臵切除故障母线 (c)利用供电电源线路的第II、III段保护
2．装设母线的专用保护