母线保护
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中国电力出版社
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。
母线的专用保护应该具有足够的灵敏性和工作可靠性。
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。
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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。
中国电力出版社
2．装设母线的专用保护
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：
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。
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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
图12-3母线不完全电流差动保护原理接线图
中国电力出版社
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
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。
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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
教材配套电子教案
继电保护原理
刘学军 编制
中国电力出版社
教材配套电子教案
第十二章 母线保护
中国电力出版社
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
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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。
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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
中国电力出版社
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。
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不完全差动电流保护工作分析：
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2．装设母线的专用保护
（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。
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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
I op r Krel I Lmax / KTA
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。
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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。
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
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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。
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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。
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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
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；
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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。
I K max ——保护范围外部故障时，流过母线完全
差动电流保护用电流互感器中的最大短路 电流；
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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)
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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。
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。
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第一节 母线故障及保护方式
பைடு நூலகம்
一、母线故障 二、 母线的保护方式
中国电力出版社
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
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三、电流比相式母线保护
供电，也应该采用母线专用保护。此外，还必须考虑发电
厂和变电所容量大小和在系统中的重要程度。
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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。
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，
我们利用这一原理可以构成比相式母线保护。
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。
一、母线完全电流差动保护
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
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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 K I1 I 2 I3 。
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
臵。
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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
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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；
中国电力出版社
感器二次绕组并联。
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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。
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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
1．利用供电元件的保护装臵来 保护母线
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 ；
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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
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。
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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
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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，
即 I K I1 I 2 I3 0。流入差动继电器的只是不平衡电流。
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。
母线的专用保护应该具有足够的灵敏性和工作可靠性。
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。
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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。
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2．装设母线的专用保护
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：
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。
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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
图12-3母线不完全电流差动保护原理接线图
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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
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。
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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
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继电保护原理
刘学军 编制
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第十二章 母线保护
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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
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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。
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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
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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。
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不完全差动电流保护工作分析：
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2．装设母线的专用保护
（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。
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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
I op r Krel I Lmax / KTA
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。
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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。
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
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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。
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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。
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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
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；
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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。
I K max ——保护范围外部故障时，流过母线完全
差动电流保护用电流互感器中的最大短路 电流；
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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)
中国电力出版社
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。
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。
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第一节 母线故障及保护方式
பைடு நூலகம்
一、母线故障 二、 母线的保护方式
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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
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三、电流比相式母线保护
供电，也应该采用母线专用保护。此外，还必须考虑发电
厂和变电所容量大小和在系统中的重要程度。
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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。
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，
我们利用这一原理可以构成比相式母线保护。
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。
一、母线完全电流差动保护
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
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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 K I1 I 2 I3 。
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
臵。
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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
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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；
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感器二次绕组并联。
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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。
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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
1．利用供电元件的保护装臵来 保护母线
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 ；
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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
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。
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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
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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，
即 I K I1 I 2 I3 0。流入差动继电器的只是不平衡电流。
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