母线保护基础知识技术培训资料doc

母线保护

第一节 概述

母线是发电厂和变电站重要组成部分之一。母线又称汇流排，是汇集电能及分配电能的重要设备。

一 母线的接线方式

母线的接线方式种类很多。应根据发电厂或变电站在电力系统中的地位，母线的工作电压，连接元件的数量及其他条件，选择最适宜的接线方式。 1 单母线和单母线分段

单母线及单母线分段的接线方式如图12-1所示。

母线

QF (a) 单母线 （b ） 单母线分段

图12-1 单母线及单母线分段接线

在图中：QF1~QF4－出线断路器； QF5－分段断路器。

在发电厂或变电站，当母线电压为35~66KV 、出线数较少时，可采用单母线接线方式；而当出线较多时，可采用单母线分段；对110KV 母线，当出线数不大于4回线时，可采用单母线分段。 2 双母线

在大型发电厂或枢纽变电站，当母线电压为110KV 以上，出线在4回以上时，一般采用双母线接线方式，如图12-2所示。

5

I II

图12-2 双母线接线

在图中：QF1~QF4－出线断路器； QF5－母联断路器。 3 角形母线

出线回路不多的发电厂，其高压母线可采用角形接线。如图12-3所示。

图12-3 角形接线母线

在图中：QF1~QF4－出线断路器。

3断路器母线

4

2

3断路器母线的当母线故障时，为减少停电范围，220KV及以上电压等级的母线可采用

2

接线方式。其接线如图12-4所示。

I母

II母

3断路器母线接线方式

图12-4

2

在图12-4中：QF1~QF6－出线断路器。

断路器QF1~QF3组成一串；断路器QF4~QF6组成另一串。QF2、QF5叫串中间断路器。二母线的故障

在大型发电厂和枢纽变电站，母线连接元件甚多。主要连接元件除出线单元之外，尚有TV、电容器等。

运行实践表明：在众多的连接元件中，由于绝缘子的老化，污秽引起的闪路接地故障和雷击造成的短路故障次数甚多。另外，运行人员带地线合刀闸造成的母线短路故障，也有发生。

母线的故障类型主要有单相接地故障，两相接地短路故障及三相短路故障。两相短路故障的几率较少。

三母线保护

当发电厂和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及破坏系统的稳定性，从而造成全厂或全变电站大停电，乃至全电力系统瓦解。因此，设置动作可靠、性能良好的母线保护，使之能迅速检测出母线故障所在并及时有选择性的切除故障是非

常必要的。

1 对母线保护的要求

与其他主设备保护相比，对母线保护的要求更苛刻。

（1）高度的安全性和可靠性

母线保护的拒动及误动将造成严重的后果。母线保护误动将造成大面积停电；母线保护的拒动更为严重，可能造成电力设备的损坏及系统的瓦解。

（2）选择性强、动作速度快

母线保护不但要能很好地区分区内故障和外部故障，还要确定哪条或哪段母线故障。由于母线影响到系统的稳定性，尽早发现并切除故障尤为重要。

2 对电流互感器的要求

母线保护应接在专用TA二次回路中，且要求在该回路中不接入其他设备的保护装置或测量表计。TA的测量精度要高，暂态特性及抗饱和能力强。

母线TA在电气上的安装位置，应尽量靠近线路或变压器一侧，使母线保护与线路保护或变压器保护有重叠保护区。

3 与其他保护及自动装置的配合

由于母线保护关联到母线上的所有出线元件，因此，在设计母线保护时，应考虑与其他保护及自动装置相配合。

（1）母差保护动作后作用于纵联保护停信（对闭锁式保护而言）

当母线发生短路故障（故障点在断路器与TA之间）或断路器失灵时，为使线路对侧的高频保护迅速作用于跳闸，母线保护动作后应使本侧的收发信机停信。

（2）闭锁线路重合闸

当发电厂或重要变电站母线上发生故障时，为防止线路断路器对故障母线进行重合，母线保护动作后，应闭锁线路重合闸。

（3）起动断路器失灵保护

为使在母线发生短路故障而某一断路器失灵或故障点在断路器与TA之间时，失灵保护能可靠切除故障，在母线保护动作后，应立即去启动失灵保护。

（4）短接线路纵差本侧电流回路

对输电线路，为确保线路保护的选择性，通常配置线路纵差保护。当母线区内发生故障时，为使线路对侧断路器能可靠跳闸，母线保护动作后，应短接线路纵差保护的电流回路，使其可靠动作，去切除对侧断路器。

（5）使对侧平行线路电流横差保护可靠不动作

当平行线路上配置有电流横差保护时（两回线分别接在两条母线上），母线保护动作后，应闭锁横差保护。

四大型发电厂及枢纽变电站母线保护装置中含保护的类别

在大型发电厂及枢纽变电站的成套母线保护装置中，配置有母线差动保护、母联失灵保护、母联充电保护、母联死区保护、母联过流保护、母联非全相运行保护及断路器失灵保护等。

第二节母线差动保护

在母线保护中最主要的是母差保护

一母差保护的分类

就其作用原理而言，所有母线差动保护均是反映母线上各连接单元TA二次电流的向量和的。当母线上发生故障时，各连接单元的电流均流向母线；而在母线之外（线路上或变压器内部）发生故障，各连接单元的电流有流向母线的，有流出母线的。母线上故障母差保护应动作，而母线外故障母差保护可靠不动作。

若按母差保护差动回路中的阻抗分类，可分为高阻抗母差保护、中阻抗母差保护和低阻抗母差保护。

低阻抗母差保护通常叫做电流型母线差动保护。根据动作条件分类，电流型母线差动保护又可分为电流差动式母差保护、母联电流比相式母差保护及电流相位比较式母差保护。

本节介绍国产微机电流型母差保护、中阻抗母差保护及高阻抗母差保护。

二微机电流型母线差动保护

目前，微机电流型母差保护在国内各电力系统中得到了广泛应用。

1 作用原理及逻辑框图

微机电流型母差保护的作用原理是

∑==

n

j

j

I

1

……………………………………………………（12-1）

式中：n－正整数（母线联接单元数）；

j

I －母线所连第j条出线的电流。

即母线正常运行及外部故障时流入母线的电流等于流出母线的电流，各电流的向量和等于零。

当母线上发生故障时

∑=≥

n

j

op

j

I

I

1

……………………………………………………（12-2）

保护动作。

式中：

op

I－差动元件的动作电流；

j

I 的物理意义同式（12-1）。

母线差动保护，主要由三个分相差动元件构成。另外，为提高保护的动作可靠性，在保护中还设置有启动元件、复合电压闭锁元件、TA二次回路断线闭锁元件及TA饱和检测元件等。

对于单母线分段或双母线的母差保护，每相差动保护由两个小差元件及一个大差元件构成。大差元件用于检查母线故障，而小差元件选择出故障所在的哪段或哪条母线。

双母线或单母线分段一相母差保护的逻辑框图如图12-5所示。

图12-5 双母线或单母线分段母差保护逻辑框图（以一相为例）

由图12-5可以看出：当小差元件、大差元件及启动元件同时动作时，母差保护保护出口继电器才动作；此外，只有复合电压元件也动作时，保护才能去跳各断路器。

如果TA 饱和鉴定元件鉴定出差流越限是由于TA 饱和造成时，立即将母差保护出口短暂闭锁。

2 小差元件

小差元件为某一条母线的差动元件，其引入电流为该条母线上所有连接元件TA 二次电流。

（1）动作方程

小差元件的动作方程为

????

????

?≥≥∑∑∑===n

j j

n

j j

po

n

j j

I S

I I I 1

1

01

………………………………………………..（12-3）

式中：n －其值为正整数；

j I －为接母线的第j 个连接单元TA 的二次电流； S －比率制动系数，其值小于1； po I 0

－小差元件的启动电流。

（2）动作特性

根据式（12-3）的动作方程，绘制出的动作特性曲线如图12-6所示。

I

图12-6 差动元件的动作特性图

在图中：d I －差动电流，∑==

n

j j

d I I 1

；

Ires －制动电流，∑==

n

j j

res I I 1

；

1α－整定的动作曲线与Ires 轴的夹角，∑∑===j j

n

j j

I I arctg

1

11

α；

2α－动作特性曲线的上限与Ires 轴的夹角，即

∑

=n

j j

I 1

＝∑=n

j j

I 1

时动作特性曲线

与Ires 轴的夹角，显然，2α＝450

，或12=αtg 。

由图可以看出，母线小差元件的动作特性为具有比率制动的特性曲线。由于

∑=n

j j

I 1

不

可能大于

∑

=n

j j I 1

，故差动元件不可能工作于2α＝450曲线的上方。因此将2

α＝450曲线的上方称之无意义区。 3 大差元件

接入大差元件的电流为二条（或二段）母线所有连接单元（除母联之外）TA 的二次电流。

大差元件的动作方程及动作特性曲线与小差元件相似。不同之处是大差元件比率制动系数有两个，即有高定值和低定值，当双母线母联断路器或单母线分段的分断路器断开运行时，大差比率制动系数采用低定值，当两段母线并列运行时，大差比率制动系数采用高定值。而小差元件则固定取比率制动系数高定值。 4 启动元件

为提高母差保护的动作可靠性，设置有专用的启动元件，只有在启动元件启动之后，母差保护才能动作。

不同型号母差保护，采用的启动元件有差异。通常采用的启动元件有：电压工频变化量元件、电流工频变化量元件及差流越限元件。 （1）电压工频变化量元件

当两条母线上任一相电压工频变化量大于门坎值时，电压工频变化量元件动作，去启动母差保护。动作方程为

N T U U U 05.0+?≥? …………………………………………….（12-4）

式中：U ?－相电压工频变化量瞬时值； N U －额定相电压（TV 二次值）； T U ?－浮动动作门坎值。

（2）电流工频变化量元件

当相电流工频变化量大于门坎值时，电流工频变化量元件动作，去启动母差保护。动作方程为

N KI I ≥? …………………………………………….（12-5）

式中：I ?－相电流工频变化量瞬时值；