第五章 母线保护和断路器失灵保护

母线失灵保护动作原理1. 母线失灵保护简介母线失灵保护是电力系统中的一种重要保护装置，用于检测和保护电力系统中的母线设备。

母线是电力系统中的重要组成部分，负责将发电机、变压器和其他电力设备的输出电能汇集起来，并分配给各个负荷。

母线设备的失灵可能会导致电力系统的故障，甚至引发火灾等严重事故，因此对母线设备进行保护是非常必要的。

2. 母线失灵保护的基本原理母线失灵保护的基本原理是通过检测电流、电压等参数的异常变化，判断母线设备是否失灵，并及时采取保护动作，切断故障部分，保护电力系统的安全运行。

下面将详细介绍母线失灵保护的基本原理。

2.1 电流保护原理电流保护是母线失灵保护中的重要部分，通过检测电流的变化来判断母线设备是否失灵。

电流保护的原理主要包括以下几个方面：2.1.1 母线电流的采样母线电流的采样是电流保护的基础，通常采用电流互感器对母线电流进行采样。

电流互感器是一种用于测量高电流的装置，它可以将高电流变换成低电流，以便于保护装置的测量和判断。

2.1.2 电流的比较与判断采样得到的母线电流信号会经过放大、滤波等处理后，与事先设定的保护阈值进行比较。

如果电流超过了保护阈值，就说明母线设备可能失灵，需要进行保护动作。

2.1.3 保护动作的触发当电流超过保护阈值时，保护装置会触发保护动作，通常是通过控制断路器等开关装置实现。

保护动作的目的是切断故障部分，保护电力系统的安全运行。

2.2 电压保护原理除了电流保护外，电压保护也是母线失灵保护的重要组成部分。

电压保护主要通过检测电压的异常变化来判断母线设备是否失灵。

电压保护的原理包括以下几个方面：2.2.1 母线电压的采样母线电压的采样通常通过电压互感器来实现。

电压互感器是一种用于测量高电压的装置，它可以将高电压变换成低电压，以便于保护装置的测量和判断。

2.2.2 电压的比较与判断采样得到的母线电压信号会经过放大、滤波等处理后，与事先设定的保护阈值进行比较。

断路器保护有这些知识断路器保护主要包括：断路器失灵保护、自动重合闸、充电保护、死区保护、三相不一致保护和瞬时跟跳.本文主要讨论3/2接线方式下的断路器保护.一、断路器保护装置的配置一般在双母线、单母线接线方式中,输电线路保护要发跳闸命令时只跳线路本端的一个断路器,重合闸自然也只重合这一个断路器,所以重合闸按保护配置是合理的.在3/2接线方式中把失灵保护、自动重合闸、三相不一致保护、死区保护和充电保护做在一个装置内,这个装置即称为断路器保护.二、断路器失灵保护断路器失灵保护是指故障电气设备的继电保护动作发出跳闸命令而断路器拒动时,利用故障设备的保护动作信息与拒动断路器的电流信息构成对断路器失灵的判别,能够以较短的时限切除同一厂站内其他有关的断路器,使停电范围限制在最小,从而保证整个电网的稳定运行,避免造成发电机、变压器等故障元件的严重烧损和电网的崩溃瓦解事故.一般在220kV及以上断路器上配置断路器失灵保护功能,部分重要的110kV 断路器也会配置失灵功能.以下详细分析：3/2接线方式下的断路器失灵保护.如图1所示,在3/2接线方式下,如果在线路2发生短路,线路保护跳开5021和5022断路器.假如5021断路器失灵,为了短路点的熄弧,5021断路器的失灵保护应将500kVⅠ母上所有的断路器图中5011、5031断路器都跳开.图1 500kV变电站3/2接线方式简图如果在500kVⅠ母上发生短路,母线保护动作跳母线上所有断路器.假如5021断路器失灵,5021断路器的失灵保护应将5022断路器跳开,并发远方跳闸命令跳线路2对侧的断路器.如连接元件是变压器,则跳开变压器各侧断路器所以边断路器的失灵保护动作后应该跳开边断路器所在母线上的所有断路器和中断路器并启动远方跳闸功能跳与边断路器相连的线路对侧断路器或跳变压器各侧断路器.如果在线路2上发生短路,线路保护跳5011和5021两个断路器.假如5022断路器失灵,5022断路器的失灵保护应将5023断路器跳开,并发远方跳闸命令跳2号主变各侧断路器,这样短路点才能熄弧.所以中断路器的失灵保护动作后应该跳开它两侧的两个边断路器,并启动远方跳闸功能跳与中断路器相连的线路对侧断路器或跳变压器各侧断路器.图2 失灵保护动作原理图如果上述失灵保护不起动远方跳闸功能,则利用线路的后备保护虽然可以切除对侧断路器,但将加长故障切除时间.而且中断路器失灵保护基本上都具有失灵动作起动远方跳闸功能.双母线接线方式下的断路器失灵动作过程就不再赘述,要比3/2接线方式简单点.三、关于自动重合闸1、自动重合闸顺序的要求在图1中,如果线路2发生短路,线路2的保护动作跳开5021和5022断路器,重合闸自然也要合这两个断路器.考虑有可能重合于永久性故障线路上,为减少冲击,这两个断路器不应该同时重合.所以存在一个先重合哪一个的顺序问题.究竟是先合边断路器还是中间断路器呢如果先合中间断路器5022,而又是重合于永久性故障上,线路保护再去跳5022断路器.万一此时5022断路器失灵,5022中间断路器的失灵保护再将5023断路器跳开,并发远跳跳开2号主变各侧断路器如果线路则跳对侧断路器,这将影响连接元件2号主变或线路的工作,所以不能先重合中间断路器.如果先合边断路器5021,也重合于永久性故障上,线路保护再去跳5021断路器.万一此时5021断路器失灵,5021断路器失灵保护跳开Ⅰ母上所有边断路器,并发送远跳跳开线路2的对侧的断路器,线路2的连接元件或其他元件工作不受影响.所以,当线路保护跳开两个断路器后,应先合边断路器,等边断路器重合成功后,再合中断路器,此时中断路器肯定合于完好线路.如果边断路器重合不成功,合于故障线路,保护再次将边断路器跳开,此时中断路器就不再重合.2、重合闸的启动及方式整定重合闸有两种方式启动：位置不对应启动和外部跳闸启动.外部跳闸启动指的是线路保护动作发跳闸命令同时启动重合闸.o 位置不对应启动分为：单相偷跳启动和三相偷跳启动.o 保护跳闸启动分为：单相跳闸启动和三相跳闸启动.关于重合闸的整定方式,可根据需要选用：单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸和重合闸停用四种方式中的一种.既可用屏上的切换开关也可用定值单中的控制字来选择重合闸方式.3、重合闸检查方式重合闸检查方式：当线路三相跳闸需要三相重合时可采用下面三种方法.§检同期方式：线路,同期电压都大于40V,再满足线路电压和同期电压中的同名相电压的相位差在定值整定的范围内.§检无压方式：检查线路或同期电压小于30V,同时相应的TV没有断线.§无检定方式：不作任何检查,时间到了就发合闸命令.4、关于先合和后合重合闸先合断路器合于故障,后合断路器不再合闸.在3/2接线方式下对于边断路器和中断路器的重合闸存在先合和后合的问题.我们在前面谈到失灵问题时,已经提到过.下面作简要说明：先合重合闸可经较短延时发出一次合闸脉冲.在先合重合闸启动时,输出的开关量接点作为后合重合闸的“闭锁先合”的开关量输入.当后合重合闸接收到“闭锁先合”输入接点闭合的信息后,它的重合闸将经较长延时发合闸脉冲.后合重合闸只有在“闭锁先合”开入量有输入时才真正以较长延时发合闸脉冲.图3 先合重合闸和后合重合闸配合图先合重合闸：“投先合”——软压板、硬压板短延时重合闸整定时间,约后合重合闸：“闭锁先合”开入“后合固定”控制字长延时重合闸整定时间后合重合延时,约四、充电保护当用本装置所在的断路器对母线等元件充电而合于故障元件上时,有充电保护作为此种情况下的保护.充电保护由按相构成的两段两时限相过流和一段零序过流组成,电流取自本断路器的TA.当充电保护投入时,相应段的相电流元件动作经相应整定延时后充电保护动作出口跳本断路器.充电保护动作后,起动失灵保护,再经失灵保护延时出口跳其他断路器.此外,失灵保护、死区保护、不一致保护、充电保护动作均闭锁重合闸.充电保护仅在线路变压器充电时投入,充电正常后立即退出.五、死区保护死区产生原因：在断路器和电流互感器之间发生短路时,很多情况下保护动作后故障并不能切除.死区的简单说明：如下K1处故障,在I母母线保护区内,但I母保护动作跳开含1DL所有I母断路器后,故障点仍在系统中,此类故障即为死区故障.死区配置的意义：考虑到站内发生的此类死区故障,电流一般较大,对系统影响也较大,虽可靠失灵来切除,但失灵保护动作一般要经较长的延时,所以专设了比失灵保护动作快的死区保护.图4 死区原因示意图死区保护的投入：在失灵保护投入的基础上,死区保护控制字也投入死区保护功能才起作用.死区保护的动作：三相跳闸信号例如：发变三跳、线路三跳、或A、B、C 三个分相跳闸同时动作＋三相跳位TWJ信号＋死区电流动作,经死区延时起动死区保护.死区保护的出口：和断路器失灵保护的出口一致,即边断路器的失灵出口跳哪些断路器,则边断路器死区出口就跳哪些断路器.这就是死区保护依附于失灵保护压板的原因,死区保护也可理解为一种另类的判据不同,延时不同失灵保护.六、三相不一致保护三相不一致的由来：分相操作的断路器,由于设备质量和操作等原因,运行中可能出现三相断路器动作不一致最终导致只有一相或者两相跳开,处于非全相的异常状态.三相不一致的危害：当系统处于非全相运行状态时,系统中出现的负序、零序等分量对电气设备产生一定危害,同时也影响系统保护装置的正确动作,所以电力系统不允许长时间地非全相运行.在线路重合不成功,则系统进入非全相运行时将无其它保护可以消除这种故障,所以在分相操作的断路器安装有非全相保护三相不一致保护,当系统出现非全相达到一定时间就跳开其他相.三相不一致的实现：消除三相不一致的异常状态的保护功能,在高压或超高压等级系统中,一般都放入断路器本体中实现,但是也有放入断路器保护中实现的或者线路保护中.不一致保护在断路器本体中,国网十八项反措要求：220kV及以上电压等级的断路器均应配置断路器本体三相位置不一致保护.既在断路器单相跳开后,如果重合闸动作,断路器由于压力、机械、二次回路等原因,没有重合成功,必须在内跳开三相,并且不再重合,以保证系统的安全.图5 三相不一致保护逻辑图当断路器中没有三相不一致保护时,可以安装独立的三相不一致保护装置.独立的三相不一致保护除了用断路器辅助触点或位置接点构成判断三相不一致的起动回路外,还可以用零序电流与负序电流闭锁回路,用以提高该回路的可靠性.三相不一致保护的投入：在三相不一致保护软压板和硬压板都投入时控制字,三相不一致保护功能才起作用.三相不一致的起动：三相跳位开入不一致＋跳位相无流.三相不一致保护的动作：不一致经零序开放控制字投入,不一致起动经不一致零序电流判据动作,然后经不一致延时出口跳本断路器三相.不一致经负序开放控制字投入,不一致起动经不一致负序电流判据动作,然后经不一致延时出口跳本断路器三相.以上两个控制字都退出时,三相不一致起动后经不一致延时出口跳本断路器三相.三相不一致保护动作不起动失灵,同时闭锁重合闸.三相不一致保护的闭锁：断路器处于三相不一致状态12秒,发位置不一致告警,并闭锁三相不一致保护.三相不一致保护的时间继电器的整定原则：继电保护装置的三相不一致保护延时定值要能躲过重合闸的动作时间.七、瞬时跟跳该回路由用户决定是否投入.瞬时跟跳分为：单相跟跳、两相跳闸联跳三相和三相跟跳.这三个回路出口后再跳一次本断路器,只有起动元件动作情况下上述三个回路才能发跳闸命令.·单相跟跳：收到线路保护来的Ta、Tb、Tc单相跳闸信号,并且相应相的高定值电流元件动作,瞬时分相跳闸.·两相跳闸联跳三相：收到而且仅收到线路保护来的两相跳闸信号,并且任一相的高定值电流元件动作,经15ms延时联跳三相.·三相跟跳：收到三相跳闸信号,并且任一相的高定值电流元件动作,瞬时三相跳闸出口.八、交流电压断线判断交流电压断线判断的判据为：保护不启动,且三相电压向量和大于12V,延时发TV短线异常信号.TV断线时,将低功率因素元件退出,将检同期和检无压重合功能退出,其他功能正常.当三相线路电压恢复正常10s后自动恢复正常运行.九、跳闸位置异常告警当TWJ动作且该相线路有电流,或三相的TWJ位置不一致时经10S延时报TWJ 异常.。

第五章母线保护和断路器失灵保护5.1 判断题5.1.1固定连接方式的母差保护，当运行的双母线的固定连接方式被破坏时，此时发生任一母线故障，该母差保护能有选择故障母线的能力，即只切除接于该母线的元件，另一母线可以继续运行。

（错）5.1.2 对空母线充电时，固定连接式和母联电流相位比较式母线差动保护应退出运行。

（对）5.1.3 双母线接线的母差保护采用电压闭锁元件是因为有二次回路切换问题；一个半断路器接线的母差保护不采用电压闭锁元件是因为没有二次回路切换问题。

（错）5.1.4 母联电流相位比式完全电流差动保护，由于母联断路器电流没有进差电流回路，在母线倒闸操作过程中，无需将母联断路器的跳闸回路跳开。

（错）5.1.5 母线倒闸操作时，电流相位比较式母线差动保护退出运行。

（错）5.1.6 母联电流相位比较式母线保护只与电流的相位有关，而与电流幅值大小无关。

（错）5.1.7 母联断路器电流相位比较式母线差动保护，当母联断路器和母联断路器的电流互感器之间发生故障时将会切除非故障母线，而故障母线反而不能切除。

（对）5.1.8 中阻抗母线差动保护的差动元件动作电流一般整定为0.5A，若辅助变流器为10/2.５，则从此辅助变换器一次侧加1.９～２.１A电流（考虑±5％的误差），继电器就会动作。

（对）5.1.9 为保证安全，母线差动保护装置中各元件的电流互感器二次侧应分别接地。

（错）5.1.10 双母线微机差动保护按要求在每一单元出口回路加装低电压闭锁。

（错）5.1.11 母线充电保护是指母线故障的后备保护。

（错）5.1.12 断路器失灵保护是一种近后备保护，当元件断路器拒动时，该保护动作切除故障。

（对）5.1.13 断路器失灵保护的相电流判别元件的整定值，为了满足线路末端单相接地故障时有足够的灵敏度，可以不躲过正常运行负荷电流。

（对）5.1.14 变压器投运时，进行五次冲击合闸前，要投入瓦斯保护。

先停用差动保护，待做过负荷试验，验明正确后，再将它投入运行。

母线保护及失灵保护辛伟母线保护：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。

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。

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。

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。

母差保护的分类：母线差动保护按母线各元件的电流互感器接线不同可分为母线不完全差动保护和母线完全差动保护；母线不完全差动保护只需将连接于母线的各有电源元件上的电流互感器接入差动回路，在无电源元件上的电流互感器不接入差动回路。

母线完全差动保护是将母线上所有的各连接元件的电流互感器连接到差动回路。

母线完全差动保护又包括固定连接方式母差保护、电流相位比较式母差保护、比率制动式母差保护（阻抗母线差动保护）、带速饱和电流互感器的电流式母线保护等。

莲花厂的WMH-800微机型母线保护装置为比率制动式母差保护。

固定连接系指一次元件的运行方式下二次回路结线固定，且一一对应。

双母线同时运行方式,按照一定的要求,将引出线和有电源的支路分配固定连接于两条母线上,这种母线称为固定连接母线。

本文先介绍了失灵保护的基本构成及作用，列举了现在的失灵保护存在的问题和改进措施，最后指出了应用断路器失灵保护应注意的几个问题。

一、引言断路器失灵保护是指故障电气设备的继电保护动作发出跳闸命令而断路器拒动时，利用故障设备的保护动作信息与拒动断路器的电流信息构成对断路器失灵的判别，能够以较短的时限切除同一厂站内其他有关的断路器，使停电范围限制在最小，从而保证整个电网的稳定运行，避免造成发电机、变压器等故障元件的严重烧损和电网的崩溃瓦解事故。

断路器拒动是电网故障情况下又叠加断路器操作失灵的双重故障，允许适当降低其保护要求，但必须以最终能切除故障为原则。

在现代高压和超高压电网中，断路器失灵保护作为一种近后备保护方式得到了普遍采用。

二、失灵保护的基本构成及作用失灵保护由电庄闭锁元件、保护动作与电流判别构成的启动回路、时间元件及跳闸出口回路组成。

启动回路是保证整套保护正确工作的关键之一，必须安全可靠，应实现双重判别，防止单一条件判断断路器失灵，以及因保护触点卡涩不返回或误碰、误通电等造成的误启动。

启动回路包括启动元件和判别元件；2个元件构成“与”逻辑，如图1所示。

图1 失灵保护电路图启动元件通常利用断路器自动跳闸出口回路本身，可直接用瞬时返回的出口跳闸继电器触点，也可与出口跳闸继电器并联的、瞬时返回的辅助中间继电器触点，触点动作不复归表示断路器失灵。

判别元件以不同的方式鉴别故障确未消除。

现有运行设备采用相电流（线路）、零序电流（变压器）的“有流”判别方式。

保护动作后，回路中仍有电流，说明故障确未消除。

时间元件是断路器失灵保护的中间环节，为了防止单一时间元件故障造成失灵保护误动，时间元件应与启动回路构成“与”逻辑后，再启动出口继电器。

失灵保护的电压闭锁一般由母线低电压、负序电压和零序龟压继电器构成。

当失灵保护与母差保护共用出口跳闸回路时，它们也共用电压闭锁元件。

三、存在的主要问题和改进措施（一）线路失灵保护存在的问题常规的断路器失灵保护都是采用能够快速复归的相电流元件作为断路器未断开的判别元件，该判别无件继电器的触点与保护触点配合分别构成单相跳闸和三相跳闸启动失灵回路，加装判别元件就是为了防止保护出口触点卡住不返回，或者误碰、误通电等情况时造成开关失灵保护误启动，进而使失灵保护工作更安全可靠。

关于断路器失灵保护的分析摘要：本文介绍了双母接线和3/2接线方式下断路器失灵保护的配置原则，以及不同的逻辑原理、基本构成和装置时间定值的整定。

介绍了应用断路器失灵保护改进的一些措施。

关键词：失灵保护；断路器；继电保护引言：当输电线路、变压器或母线或其他电气设备发生短路时，保护装置动作发出跳闸命令，但故障设备的断路器可能由于断路器跳闸线圈断线，直流电源消失及操作回路出现问题，导致断路器拒动，断路器失灵保护利用故障设备的保护动作信息与拒动断路器的电流信息构成对断路器失灵的判别，能够以较短的时限切除变电站内其他相关的断路器，使停电范围限制在最小，从而保证整个电网的稳定运行。

1、断路器失灵保护工作原理1.1、断路器失灵的定义：当系统发生故障，相应的保护装置保护动作而其断路器操作失灵拒绝跳闸时，通过相应保护装置的作用于本变电站相邻断路器跳闸，称为断路器失灵保护。

断路器失灵保护是近后备中防止断路器拒动的一项有效措施。

1.2、判断断路器失灵应有两个主要条件：①有保护对断路器发过跳闸命令；②该断路器在一段时间里一直有电流。

断路器失灵保护起动元件就是基于上述原理构成。

2、断路器失灵保护的配置原则2.1 220kv双母或单母分段接线方式中，将失灵保护做在母差保护装置中，某线路断路器失灵，失灵保护应跳开失灵断路器所在母线上的所有断路器，其跳闸对象与母差保护跳闸对象完全一致，所以将失灵保护与母线保护做在同一套装置里面。

这样做的另外一好处就是节省二次电缆。

2.2 3/2接线中，失灵保护按断路器设计，失灵保护包含在断路器保护装置里面，3/2接线中如果边断路器失灵，失灵保护除需要跳开边断路器所在母线的断路器外，还需要跳开本串中断路器，并起动远方跳闸装置跳开对侧断路器。

如果中断路器失灵，失灵保护要求跳同一串上相邻的两个边断路器，并分别起动远方跳闸装置跳开两条线路对侧断路器，因此，3/2接线中失灵保护不做在母差保护装置中，与重合闸一起做成一套断路器保护随断路器设计。