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2019年32期方法创新科技创新与应用Technology Innovation and Application220kV 母线差动保护动作事故原因和改进措施赵健池（国电肇庆热电有限公司，广东肇庆526238）引言在当前我国电力系统保护体系中，母线差动保护模块已经得到了较好的应用。
而考虑到具体应用的实际需求和以及后续操作维护方面的便捷性，我国很多220kV 变电站的高压母线都使用了双母线接线的模式，同时在母线开关上也会设置电流互感器。
在当前电力专业领域中，通常将母线开关和母联CT 之间的位置称之为死区。
在电力系统运行过程中，死区发生故障的概率非常低。
正是因为这种情况，使得很多运维人员都没有充分考虑到死区保护的重要性。
除此之外，还有一些其他因素的影响，会引发220kV 母线差动保护动作事故。
在这种情况下，就有必要深入全面的分析与探讨220kV 母线差动保护动作事故的主要原因，并基于此提出相应的改善对策。
下面也主要从这个角度入手，对220kV 母线差动保护事故进行深入全面的探讨。
1母线差动保护原理母线差动保护主要是指基于收支平衡原理进行判断与动作的保护模式。
由于母线上有进出线路，而在正常情况下，进入与出去的电流在数值上保持平等，同时电位相对来说也比较平衡。
因此当母线出现故障的时候，这种维持好的平衡就会被打破。
当判定出母线故障的时候，相应保护元件会先启动，并断开母线上的各个断路器。
而在双母线运行模式中，会将发生故障的母线隔离，并切入到另一个母线中，避免母线故障而出现大范围的停电情况。
在母线差动保护中，具体保护甄别参数也不一样，比如比较电流是否平衡、比较电流相位是否一致等。
合理使用母线差动保护，就能够显著提高母线使用的安全性，避免出现各类大型事故。
通常来说，母线差动保护的相关装置主要应用在220kV 及以下电压的母线，或者在分段断路器以及母联断路器中充当旁路断路器。
当线路侧开关出现跳闸的时候，就会顺带出现失灵信号，同时整个线路也会判定失灵信号发生点，引发母差失灵保护装置闭合，跳开所有开关。
母差保护体系知识介绍与其他主设备保护相比，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、母联充电保护、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。
本期我们一起了解一下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等于零；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，在保护中还设置有起动元件、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：指所有母线上链接元件的电流的绝对值之和。
以如图的双母接线方式的大差为例。
差动电流和制动电流为：差动继电器的动作特性一般如下图所示。
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。
为什么设置母线充电保护充电的目的明确，就是给另外一段母线供电，不需要复杂的母差保护来干这事，充电保护简单快速可靠。
母联断路器的充电保护属于断路器保护，专为用母联断路器向备用母线充电用。
充电保护整定值很小，动作时间也很短，通过母联给备用母线充电时，假如备用母线有故障，则充电保护瞬时动作，断开母联断路器，防止扩大事故，它也是只切了故障母线，而非故障母线正常运行。
当充电完毕后，母联充电保护需自动退出，因为其定值较小，时限很短，过于灵敏，很容易误动。
此时，只需母差保护和母联过流保护投入进行配合就可以满足要求了！注意，充电之前，要短时退出母差保护，充电完成后，再投入母线差动保护。
母线充电保护一般在新母线或检修后的母线在投入运行前，要投入母线充电保护压板。
用母联断路器对其中一组母线充电，检查新投运的母线或检修后的母线是否有故障。
充电正常后，此压板应退出。
在充电过程中，充电保护是作为线路或母线的主保护而存在。
原因如下：a.新投运或大修后的线路或母线，本身存在一定的电容以及对地电容，在合上母联断路器或一侧断路器后，会产生冲击电流，倘若此时投入纵联差动保护，则合上的断路器里有电流流入线路或母线，而本该流出电流的断路器确因分闸而无电流，有可能造成差动保护误动，致使充电失败。
也正是这个原因，在充电试验时，将纵联差动保护退出。
b.充电保护的定值较小、时限较低，一方面是因为冲击电流本身并不大，二方面是为了更灵敏地保护被充电线路或母线，一旦有绝缘不良等方面的故障，能够迅速断开电源，保护设备。
c.有些保护器的充电保护需手动投退，有些保护器的充电保护内嵌投退逻辑。
投单母方式后就变成了大差，失去了故障母线的选择功能。
母线小差是指该段母线上所连接的所有支路（包括母联和分段开关）电流所构成的差动回路。
大差用于判别母线区内和区外的故障，小差用于故障母线的选择。
1母线充电保护原理？（电厂电气）当任一组母线检修后再投入之前，利用母联断路器对该母线进行充电试验时可投入母联充电保护，当被试验母线存在故障时，利用充电保护切除故障。
母联开关独立过流保护，亦即母联开关过流和零序保护。
母联充电保护包含于母差保护装置中，见下文：220kV母联充电保护主要是为了在母线充电过程中，能更可靠地切除被充电母线上故障而配置的一套保护装置。
随着微机技术的日益成熟，微机型保护装置取代电磁型保护已成为一种发展趋势。
目前，在南通地区的16座220kV变电所中，应用的220kV微机型母联充电保护有11套，电磁型充电保护有5套。
相对而言，微机型充电保护具有功能更强大，动作逻辑更清晰的特点，在应用过程中，与传统的电磁型保护存在一定的差异。
现从运行应用的角度对两类保护装置进行分析比较。
1 母联充电保护：1.1母联充电保护装置的组成电磁型母联充电保护装置一般采用与母差保护集中组屏的方式，母联充电保护与母差保护各用一组独立的保护电源；微机型充电保护装置，一般由微机型母线差动保护装置包含的母联“充电保护”和母联“过流保护”，以及独立的母联开关电流保护共同组成。
微机型母线差动保护装置所属的母联充电保护包含于母差保护装置中，作为微机型母差保护的一项功能实现，与母差保护共用一组保护电源，因此，当微机型母差保护停用时，所属的充电保护、过流保护也就无法使用。
为解决母差保护停用时，母线一次设备因故检修后，用母联开关对母线充电时没有保护的问题，采取了在现场另加装一套独立的母联开关电流保护（一般由断路器保护装置实现）。
1.2微机型充电保护装置中使用次序的问题及解决方法：由于微机型充电保护由两套完整的母联充电保护共同组成，也就存在了一个微机型母联短充电、长充电保护与母联开关电流保护优先起用的问题。
1.2.1 母差保护起用时微机型母差保护所属的短充电保护具有短时闭锁母差的功能，而长充电保护与母联开关电流保护不具有这一功能。
故此时必须起用母差保护所属的短充电保护对空母线充电。
1.2.2 当母差保护投信号时此时，母差保护动作不会引起出口跳闸，长充电保护与母联开关电流保护在保护整定中相对短充电保护增加了一项零序过流定值，提高了保护的灵敏性。
电力系统母差保护的原理母差保护(一)、母线常见故障:1、母线发生短路的机率比线路少，但母线故障不能迅速可靠切除，对系统的影响大。
2、母线故障的原因很多，与现场环境及运行维护密切相关。
如绝缘子表面污闪，母线PT、CT损坏引起母线故障;母线上所连线路出现故障3、母线故障类型，主要是单相接地故障及相间短路故障。
母线故障大都为绝缘子对地放电引起，开始表现为单相接地故障，而随着短路电弧的移动，发展为相间故障短路。
(二)、母线保护作用A)利用供电元件的保护装置切除母线故障的时间较长，而母线保护有利于提高故障切除的响应时间。
(速动性)B)当双母同时运行或单母分段时，元件保护不能保证有选择性地切除故障母线，而母线保护可兼顾可靠性与选择性的要求。
(选择性)(三)、母线差动保护的构成1、大差动回路，双母线上除母联开关CT，和分段开关CT外其余各元件CT量均采集，构成差动。
2、各段母线小差动，连接该段母线上的所有元件CT，含与该段母线相连的分段和母联CT。
,,I2I1大差:I母和II母上的所有支路的电流相量和，大差是判区内还是I母区外故障,小差:I母的小差是I母上所有支路 IML的电流和母联电流的相量和。
II母的小差是II母上所有支路的电流和母联电流的相量和。
I4I3II母小差选故障母线～根据母线的作用，母线保护具有以下功能:,,保护功能保护范围动作特性用途说明母线差动保护母线所连线路断路器1、跳母联、跳故障母线。
保护范围内单相接地、CT至母线之间 2、启动母联失灵保护。
相间短路各种故障。
3、闭锁线路断路器重合闸。
4、发信号。
5、线路保护发远跳令。
母联充电保护被充电的母线及母设 1、跳母联断路器。
恢复双母运行，用母联2、启动母联失灵保护。
断路器向检修母线充3、发信号。
电期间使用。
运行期间充电保护必须退出。
母联死区保护母联断路器至其CT1、跳母联、跳两条母线。
母联断路器至其CT之之间 2、闭锁线路断路器重合闸。
间各种故障。
母差及失灵保护LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】《母差及失灵保护》一、母差保护 1、BP-2B 母差保护大差电流：不包括母联以外的所有元件电流之和，I d =I 1+I 2+…+I n ； 小差电流：包括一条母线各元件及母联电流之和，I d =I 1+I 2+…+I n +I m 。
（大差、小差正常差流不应超过 A ）差动保护：使用大差比率差动元件作为区内故障判断元件。
即由大差比率元件是否动作，区分母线区外故障还是母线区内故障。
使用小差比率差动元件作为故障母线选择元件。
即由小差比率元件是否动作，决定故障发生在哪一段母线。
跳I 母各跳母联跳II 母各对称性故障 不对称故障 接地故障其目的：一是防止有关人员误碰母差（失灵）保护出口继电器时，发生母差（失灵）保护出口继电器时，发生母差（失灵）保护误动作。
二是为了防止电流回路断线引起差动保护误动作。
2、RCS-915母差保护为防止母差保护在母线近端发生区外故障时CT 严重饱和的情况下发生误动作，本装置根据CT 饱和的波形特点设置了CT 饱和检测元件，用以判别差动电流是否由区外故障CT 饱和引起，如果是则闭锁差动保护出口，否则开放保护出口。
由谐波制动原理构成的CT 饱和检测元件。
母差保护的工作框图(以I 母为例)二、远传/12母差母差（失灵）保护动作后，同时通过纵联保护跳故障母线线路的对侧开关，对于光纤差动保护，通过远跳跳对侧后对侧不重合，对于高频闭锁式保护或光纤允许式保护，对侧纵联保护动作后重合闸动作一次。
三、失灵保护1、BP-2B 失灵保护断路器失灵保护启动条件：保护出口持续动作未返回，同时串联一个电流继电器判断故障线路有电流，复合电压闭锁开放，失灵保护秒后跳母联及故障线路所在母线的其它支路。
大差比率差动元I I 母电压闭锁开II I 母比率差动元大差谐波制动开I失灵保护的动作时间应大于故障元件断路器跳闸时间和继电保护装置的返回时间之和。
母差保护原理1概述1．1概述母线保护的基本原理：母线正常运行时：母线发生故障时：母线保护的要求l区外故障绝对不允许误动l区内故障必须快速动作1．2母差保护现中阻抗母差保护l优点：1、动作速度快2、抗TA饱和能力强l缺点：1、需辅助变流器2、调试、维护复杂3、不适应综合自动化的要求微机母差保护目前普遍采用的是比率差动继电器制动系数K直接影响到其抗TA饱和能力。
为提高抗饱和能力必须提高K值，而提高K值势必降低保护在区内故障时的灵敏度，尤其在重负荷下故障或经过渡电阻故障时矛盾更为突出。
1．3母差保护的难点母差保护的难点在于如何兼顾区外故障时的安全性与区内故障时的灵敏度问题。
因此有必要研制一种全新的、不完全依赖于制动系数的抗TA饱和判据，以根本上解决了安全性与灵敏度矛盾的问题。
1．4电流互感器饱和的研究1．4．1电流互感器饱和的研究结论１由于电流互感器存在角差，因此即使一、二次电流有效值的差不大于10％，它所引起的差流也往往会大于一次电流的10％。
结论２一次电流越大，其饱和时波形畸变得越厉害，因而在差动保护中所引起的差电流越大；但即使一次电流达到100多倍额定电流，其二次电流也不会为零。
结论３当一次电流含有很大的非周期分量且衰减时间常数较长时，即使稳态电流倍数满足10％误差曲线，但在暂态过程中，尤其是在起始的2～3个周波之内，二次电流会出现严重的缺损，从而引起的很大的差电流。
结论 4故障起始电流互感器总有一段正确传变时间，一般情况下大于2ms。
图1.4.1为动模实验室实录的母线区内、外故障波形。
图1.4.2 为区外故障，短路支路电流互感器极度饱和的情况下，差动保护也不会误动。
图1.4.3为区内故障伴随电流互感器深度饱和，保护10ms 快速出口（包括出口继电器时间5ms）。
图1.4.4为电流20In，时间常数180ms（89°），电流互感器的波形1．4．2抗电流互感器饱和判据1．4．2．1 RCS-915判据１：反应工频变化量的自适应阻抗加权式差动保护（专利技术）自适应阻抗加权式差动保护：即利用电压工频变化量起动元件自适应地开放加权算法。
BP 系列各种主接线逻辑说明本文是在《BP-2B 微机母线保护装置技术说明书 V1.02》和《BP-2A 微机母线保护装置技术说明书 V1.00》基础上,补充说明BP 系列各种不同主接线的一些特殊逻辑。
原理性说明可参见说明书。
一．双母线专用母联接线1. 差回路：相同点： 大差回路是除母联开关以外的母线上所有其余支路电流所构成的差动回路；某段母线小差回路是与该母线相连接的各支路电流构成的差动回路，其中包括了与该段母线相关联的母联开关。
不同点： ⑴BP-2A ：小差回路无论在母线并列或分列运行时，都将母联电流计入小差；仅V2.04版改为读入“分列运行”压板合，将母联电流退出小差回路。
BP-2B ：根据母联开关接点（常开、常闭接点）判断母联状态。
当母线分列运行，母联电流退出小差回路。
分列运行也可人工投“分列运行”压板强制。
⑵分列运行时，V2.04版BP2A 装置屏幕上显示“母线分列运行”；BP2B 装置主接线屏幕上母联开关显示白空框。
⑶分列运行时，V2.04版BP2A 装置自动将大差比率制动系数降为0，差动门坎和小差比率制动系数不变；BP2B 装置自动将大差比率制动系数将为比率制动系数低值（比率制动系数低值可整定）。
2. 母联失灵（死区故障）保护：不同点： BP-2A ：只要母线保护动作于母联，经180ms 后母联电流仍大于母联失灵电流，且任一母线复合电压动作，则认为是母联失灵故障或母联死区故障，跳开电压不正常母线上的所有断路器。
IIPI LKBP-2B：⑴装置仅差动保护动作或充电保护动作后，若故障无法切除封母联TA，通过差动回路来跳母线。
⑵保护动作后，母联开关断开，为死区故障，经50ms延时后可封母联TA；否则为母联开关失灵，经母联电流越限判别，在可整定的母联失灵延时后3.母联充电保护相同点：充电保护投入后，母联三相电流任一相有流超过充电出口延时，跳母联。
不同点：⑴BP-2A：在母联充电保护压板投入后，若现场接入的“充电手合接点”闭合，充电保护投入；充电手合接点返回后，充电保护展宽200ms后退出。
浅谈母线充电保护和母差保护的关系摘要：对于双母线的主接线方式，母线的差动保护和母线充电保护都是重要的保护方式，一直以来，电力系统共识认为对母线充电时应闭锁差动保护以防止误动。
本文分析了投入及退出差动保护情况下，母线充电过程中发生故障的动作情况，得出的结论是母线充电过程中无需退出差动保护，且差动保护可以取代充电保护作为充电过程中的故障识别环节。
无论对于发电厂或变电站，母线都是连接所有进出线的枢纽环节，因此母线的安全性尤为重要，且母线的故障也是最电力系统严重的电气故障之一。
母线保护装置是正确迅速切除母线故障的重要手段,它的拒动或误动将给电力系统带来严重危害。
单母线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切除。
当双母线同时运行或母线为分段单母线时，线路保护不能保证与选择性的切除母线故障，需要配置专用的母线保护。
母线保护自身相对简单，但是由于电流互感器饱和，以及母线差动保护与断路器失灵保护、线路保护、死区保护、充电保护存在逻辑上的启动和闭锁等联系，增加了母线保护的复杂性。
其中差动保护与充电保护的关系一直被很多研究和技术人员所关注。
一、充电保护母线充电保护是并联母线投入运行时的辅助保护。
当任一组母线检修后再投入之前，如利用母联断路器由一段母线对另一段母线加电压，即进行充电试验时，若被充电母线上有短路，此时需由充电保护将母联断路器跳开。
母线充电保护以电流作为判据，接线简单。
在一些地方，充电保护可以作为专用母线单独带新建线路充电的临时保护。
一般情况下，充电保护功能是退出的，且当母线充电完成之后，也立即退出工作。
1.母线充电保护当任一组母线检修后在投入之前，如果利用母联断路器由一组母线对另一组母线进行充电时，被充电母线上有短路，此时需由“充电保护”将母联断路器跳开。
充电保护作为一个辅助保护，使用时倒闸操作规程也是极其细致严格的。
一直以来，电力系统内一致认为充电时要闭锁差动。
2.原因如下2.1为防止由于母联电流互感器极性不对被误认为本母线故障造成的误动。
《母差及失灵保护》一、母差保护 1、BP-2B 母差保护大差电流：不包括母联以外的所有元件电流之和，I d =I 1+I 2+…+I n ； 小差电流：包括一条母线各元件及母联电流之和，I d =I 1+I 2+…+I n +I m 。
（大差、小差正常差流不应超过0.1 A ）差动保护：使用大差比率差动元件作为区内故障判断元件。
即由大差比率元件是否动作，区分母线区外故障还是母线区内故障。
使用小差比率差动元件作为故障母线选择元件。
即由小差比率元件是否动作，决定故障发生在哪一段母线。
跳I 母各单元 跳母联跳II 母各单元母差及失灵保护的电压闭锁回路： 对称性故障 不对称故障 接地故障其目的：一是防止有关人员误碰母差（失灵）保护出口继电器时，发生母差（失灵）保护出口继电器时，发生母差（失灵）保护误动作。
二是为了防止电流回路断线引起差动保护误动作。
2、RCS-915母差保护为防止母差保护在母线近端发生区外故障时CT 严重饱和的情况下发生误动作，本装置根据CT 饱和的波形特点设置了CT 饱和检测元件，用以判别差动电流是否由区外故障CT 饱和引起，如果是则闭锁差动保护出口，否则开放保护出口。
由谐波制动原理构成的CT 饱和检测元件。
母差保护的工作框图(以I 母为例)二、远传/1、远传：线路T 接高抗器、3/2接线开关失灵（或死区故障）时启动远传。
（远传的本质是通过本侧保护利用通道将开入接点状态反映到对侧对应的开出接点上）。
2、远跳：一般母差（失灵）保护动作时，通过光纤差动保护远跳对侧。
（远 跳在整定时要经对侧保护启动控制）。
母差（失灵）保护将线路跳闸的同时，向线路对侧发出允许跳闸、解除闭锁脉冲或远跳脉冲，将对侧开关跳闸。
（目的是防止在线路开关与CT 之间发生短路时，对侧的保护以Ⅱ段时限跳闸。
）大差比率差动元件I I II I 母比率差动元件大差谐波制动开放I 母I IIM N母差（失灵）保护动作后，同时通过纵联保护跳故障母线线路的对侧开关，对于光纤差动保护，通过远跳跳对侧后对侧不重合，对于高频闭锁式保护或光纤允许式保护，对侧纵联保护动作后重合闸动作一次。
母联保护的应用及常见问题母联断路器是两条母线电气联系的纽带，一般情况下母联断路器是合闸状态，即母线并列运行。
并列运行时如果一段母线上发生故障，考虑到不将故障波及到另一条母线上，要求继电保护能够快速的跳开母联断路器，并瞬时切除故障母线上的所有元件。
我厂220KV的主接线为双母双分段带旁路接线，设有两个母联断路器，分别为1号母联2250开关和2号母联2260开关，经技术改造后，由原来的电磁型保护更换成超高压线路成套保护装置和断路器失灵起动及辅助保护装置。
故障引起母联保护动作的分析某市变电站的GIS是户内SF6气体绝缘全封闭组合电器，三相分箱式，双母线接线，220KV出线5回，变压器出线2回。
同时，220KV侧为固定连接方式，其中Ⅰ母包括1号主变、D线路和E线路；Ⅱ母包括2号主变、A线路、B线路和C线路，220KV母联开关在合闸位置。
在运行中GIS内部发生过一起特殊故障，维修人员无法从外观上进行判断和检测。
根据我国多年来相关经验的总结，形成母线故障的原因是多方面的，如绝缘子表面污闪，母线TA、TV损坏或爆炸引起母线故障；母线上所连线路间隔单元出现故障，然后波及母线等。
主要故障类型为单相接地故障及相间短路故障。
母线故障，大部分是因为绝缘子对地放电引起的，开始表现为单相接地故障，然后发展为相间故障故障短路。
本文对此特意进行了深入的分析，通过综合事故后装置的录波数据和报告、母线的动作行为，及正确的理论计算，藉以寻求故障点的精确位置，保障系统的快速修复。
一、母差保护的基本概念及原理。
1）母联保护基本概念。
做为保证电网安全稳定运行的重要系统设备，母差保护具有安全性、可靠性、灵敏性和快速性等优点，可以保证整个区域电网的安全。
在我国电网中，母联电流比相式差动保护、电流相位比较式差动保护、比率制动式差动保护都曾被广泛运用过，用户普遍认为，其中比率制动式母差保护效果最好，它按分相电流差动原理构成，能够很好地适应母线运行方式、故障类型、过渡电阻等。
现在的充电保护大多不闭锁母差保护.
因为，现在多为综合自动化变电站，取消了以前的中央信号屏。
即使是传统监控方式的变电站，中央信号屏上的母联充电按钮也多未接入。
只有这个母联充电按钮接入了控制回路，用母联开关向备用母线充电时，必须先投入母联断路器的充电保护，再用这个按钮对母联断路器进行合闸，而不能用母联断路器的控制开关进行合闸，这是因为母联断路器的充电保护要经过这个充电按钮的常开触点才能投入，而且这个充电按钮的一对常闭触点会断开母差保护出口回路的负电源，也就是经过充电按钮进行母联断路器的合闸，不仅闭锁了母差保护，也保证了充电保护的短时投入。
