下载文档原格式
第九章母线保护《继电保护和安全自动装置技术规程》规定一、非专门母线保护对于发电厂和主要变电所的3～10kV分段母线及并列运行的双母线，一般可由发电机和变压器的后备保护实现对母线的保护。
二、在下列情况下，应装设专用母线保护1.35～66kV电力网中，主要变电所的35～66kV双母线或分段单母线需快速而有选择地切除一段或一组母线上故障，以保证系统安全稳定运行和可靠供电时。
2.110kV单母线，重要发电厂或110kV以上重要变电所的35～66kV母线，按ll0kV线路和220kV 线路要求：ll0kV线路采用远后备方式、220kV线路采用近后备方式，需要快速切除母线上的故障时。
3.对220～500kV母线，应装设能快速有选择地切除故障的母线保护。
对1个半断路器接线，每组母线宜装设两套母线保护。
4.须快速而有选择地切除一段或一组母线上的故障，以保证发电厂及电力网安全运行和重要负荷的可靠供电时。
5.当线路断路器不允许切除线路电抗器前的短路时。
三、专用母线保护应考虑以下问题1.对于双母线并联运行的发电厂或变电所，当线路保护在某些情况下可能失去选择性时，母线保护应保证先跳开母联断路器，但不能影响系统稳定运行。
2.为防止误动作，应增设简单可靠的闭锁装置(1个半断路器接线的母线保护除外)。
3.母线保护动作后，(1个半断路器接线除外)对不带分支的线路，应采取措施，促使对侧全线速动保护跳闸。
4.应采取措施，减少外部短路产生的不平衡电流的影响，并装设电流回路的断线闭锁装置。
5.在一组母线或某一段母线充电合闸时，应能快速而有选择地断开有故障的母线。
在母线倒闸操作时，必须快速切除母线上的故障；同时又能保证外部故障时不误动作。
6.双母线情况下，母线保护动作时，应闭锁可能误动的横联保护。
7.当实现母线自动重合闸时，必要时应装设灵敏元件。
8.对构成环路的各类母线方式(如1个半断路器方式和双母线双分段方式等)，当母线短路，该母线上所接元件的电流可能自母线流出时，母线保护不应因此而拒动。
母线的继电保护一．装设母线保护的基本原则和发电机、变压器一样，发电厂和变电所的母线也是电力系统中的一个重要组成元件，当母线上发生故障时，将使连接在故障母线上的所有元件在修复故障母线期间，或转换到另一组无故障的母线上运行以前被迫停电。
此外，在电力系统中枢纽变电所的母线上故障时，还可能引起系统稳定的破坏，造成严重的后果。
母线保护有两种情况，一般说来，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。
例如：1. 发电厂的出线端采用单母线接线，此时母线上的故障就可以利用发电机的过电流保护使发电机的断路器跳闸予以切除；2. 对于降压变电所，其低压侧的母线正常时分开运行，则低压母线上的故障就可以由相应变压器的过电流保护使变压器的断路器跳闸予以切除；3. 如果是双侧电源网络（或环形网络），如图8—1所示，当变电所B 母线上d 点短路时，则可以由保护1和保护4的第II 段动作予以切除，等等。
图 8-1 在双侧电源网络上，利用电源侧的保护切除母线故障当利用供电元件的保护装置切除母线故障时，切除故障的时间一般较长。
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，在下列情况下应装设专门的母线保护：（1） 在110KV 及以上的双母线和分段单母线上，为保证有选择性地切除任一组（或段）母线上所发生的故障，而另一组（或段）无故障的母线仍能继续运行，应装设专用的母线保护。
（2） 110KV 及以上的单母线，重要的发电厂的35KV 母线或高压侧为110KV 及以上的重要降压变电所的35KV 母线，按照装设全线速动保护的要求必须快速切除母线上的故障时，应装设专用的母线保护。
为满足速动性和选择性的要求，母线保护都是按差动原理构成的。
二．母线差动保护的特点母线差动保护的特点是在母线上一般连接着较多的电气元件（如线路、变压器、发电机、电抗器等）。
例如许继公司的WMH —800系列微机母线保护最多可以连接24个电气元件。
第九章母线保护和断路器失灵保护复习思考题答案9-1 试说明母线故障时,有哪些基本判断方法?答：母线故障时，可采用如下方法进行判断：（1）电流的数值。
正常运行或外部故障时，流入母线的电流和流出的电流相等，即ΣI=0;母线故障时，所有有电源的连接元件都向母线提供短路电流，即ΣI=I K,(I K为故障点的总电流)。
（2）电流的相位。
正常运行或外部故障时，至少有一个连接元件中的电流与其余连接元件中的电流相位相反；母线故障时，除负荷连接元件外，其他各连接元件在理想情况下的电流是同相位的。
9-2 完全电流差动母线保护的整定计算原则是什么？区外短路时这种保护在什么情况下不平衡电流比较大？为什么？答：完全电流差动母线保护的整定计算原则是：1）躲过外部短路时的最大不平衡电流；2）为防止正常运行时，电流互感器二次回路断线引起保护误动作，应躲过母线各连接元件中最大的负荷电流。
这种保护，区外故障时，当故障线路短路电流很大的情况下将出现较大不平衡电流。
是由于，故障线路电流互感器一次侧电流很大，引起铁芯严重饱和，导致其励磁阻抗极小，一次侧电流几乎全部作为励磁电流。
而非故障线路的电流互感器未饱和，二次电流之和除一小部份经二次电缆经故障线路电流互感器二次绕组构成回路外，大部分则作为不平衡电流流入差动继电器（因电流差动继电器的内阻抗很小，约几欧），将引起误动作。
9-3 简述完全电流差动、电压差动和具有比率制动特性电流差动母线保护的工作原理。
当电流互感器铁芯严重饱和时，它们的工作情况如何？并比较这三种母线保护的特点和使用场合。
答：对于完全电流差动母线保护是利用正常运行或外部故障时，流入差动继电器的电流为不平衡电流，数值较小；而母线故障时，流入差动继电器的电流反应了故障点的总电流，数值很大，来判断母线故障的。
当故障线路电流互感器TA严重饱和时，可能引起保护误动作。
这种保护适用于外部故障短路电流不大，TA铁芯不易饱和的单母线或双母线经常只有一组母线运行的情况。
第九章母线保护第一节概述一、母线保护的作用母线起着汇总和分配电能的作用，为电能供应的枢纽。
母线一旦发生故障，母线电压的降低影响全系统的供电质量和系统的稳定运行。
若采用母线所连组件的后备保护切除母线故障，动作时间较长，不能保证安全连续供电，甚至可能造成系统稳定性破坏；此外，母线短路故障产生的短路电流很大，保护动作的延时将造成母线设备的严重损坏，检修和停电倒母线造成的损失也很大。
为此，对于高压重要母线应装设专门的快速母线保护。
母线保护应突出安全性和快速性。
高压重要母线应采用两套主保护，分别装设在相距2m 以上的不同保护屏上，以防同时受断路器和隔离开关频繁操作使母线保护过电压和干扰而误动作，并且通过“与”方式出口，以保证可靠性（安全性和可信赖性）。
对于特别重要的母线要求采用三套主保护，通过三取取二表决方式出口。
我国国标《继电保护及安全自动装置技术规程》GB14285-1993规定：（1）在110kV的双母线和220kV及以上的母线上，为保证快速地有选择性地切除任一组（或段）母线上的故障，而另一组（或段）无故障母线仍能继续运行，应装设专用的母线保护。
对于一个半断路器接线的每组母线应装设两套母线保护。
（2）110kV以上的单母线，重要发电厂的35kV母线或高压侧为110kV及以上的重要降压变电站的35kV母线，按照系统的要求必须快速切除母线上的故障时，应装设专用的母线保护。
二、母线保护的分类母线保护按工作原理可分为以下几类（1）用相邻回路保护实现的母线保护；（2）电流差动原理母线保护（不完全差动保护和完全差动保护）；（3）母联电流相位比较原理母线保护等。
1.母线保护按差动回路电阻大小分类（1）低阻抗型母线差动保护；（2）中阻抗型母线差动保护；（3）高阻抗型母线差动保护。
第二节用相邻回路保护实现的母线保护对于35kV及以下电压等级的母线，通常不装设专门的母线保护，而是利用供电组件的保护来切除母线故障。
如图9-1所示为发电厂采用单母线接线。
母线K 点故障可以利用发电机过电流保护使发电机的断路器跳闸来切除。
图9-1 利用发电机过电流保护构成母线保护图9-2 利用变压器过电流保护构成母线保护如图9-2所示为低压侧母线正常运行时分裂运行的降压变电站。
母线K 点故障可以利用相应变压器过电流保护先跳开低压母线分段断路器，如果故障不能消失保护不复归时再跳开变压器低压侧断路器。
如图9-3所示为双电源网络（或环形网络），当变电站B 母线上K 点短路时，则可由保护1、4的第Ⅱ段动作切除。
利用供电组件的保护的保护装置切除母线故障时，切除故障的时间一般比较长。
另外，当双母线运行或母线为单母线分段运行时，利用远处供电组件保护装置不能保证有选择性地切除故障母线段。
母线的方向保护如图9-4所示。
在所有连接于母线的回路上装设一个指向母线外部故障的方向组件KPD (KPD 2)，当母线发生故障时，回路上所有的短路功率方向均指向母线，这些方向组件均不动作。
反之，在母线外部短路时，至少有一条回路上的短路功率方向指向母线外部，由此即可判别母线的内部故障和外部故障。
这种原理构成的母线保护动作速度可以很快，保护装置利用微机实现时，只要将所有方向组件的动作标志送到变电站后台机，如果母线故障，变电站后台机立即通过网络跳开与故障母线相连的所有断路器。
为了防止方向组件在负荷功率下误动作，保护装置还应设置躲过任一连接组件中最大负荷电流的起动元件KA 。
图9-3 利用供电线路的保护构成母线保护图9-4 母线方向保护构成原理图第三节 低阻抗型母线差动保护如图9-5所示为单母线低阻抗型母线差动保护的原理接线，选用的电流互感器TA 变比、特性完全相同，则其差动回路阻抗很小，通常只有几奥姆。
母线内部短路时，电流互感器TA 负担小且不会造成二次回路过电压，但母线外部短路时，全部故障电流流过故障支路的电流互感器而使其严重饱和，导致差动回路不平衡电流很大，因此保护的动作电流必须躲过最大不平衡电流，或外部故障采取制动措施。
目前，电流互感器饱和前，带有制动特性的低阻抗型母线差动保护半个周波内，甚至3~5ms 即可动作，在我国有很成熟的运行经验，应用十分广泛。
图9-5 单母线差动保护原理图跳1QF~nQFL 1L 2L 3Ln正常运行或母线外部故障时，选择母线保护的电流互感器具有相同的特性、变比n TA ，则理想情况下流入差动继电器KD 的电流0)(1321=++++=∑nI I I I nI，实际流入差动继电器KD 的电流为较小的不平衡电流max .unb I I =∑，保护不动作。
当母线内部故障时，所有与电源连接组件均向母线故障点提供短路电流，则流入差动继电器KD 的电流为故障点总电流KI 的二次值，即 TAK n TA n I I I I I n I =++++=∑)(1321此电流能够使母线保护动作，跳开母线各断路器。
母线差动保护的起动电流按以下两个条件整定，取其中较大值。
（1） 躲开外部故障时的最大不平衡电流。
母线所连各组件电流互感器均按10%误差曲线选择负载，且差动保护采取措施消除非周期分量的影响，则起动电流op I 为TA K rel unb rel op n I K I K I max .max .1.0==K rel —可靠系数，取1.3；I K.max —母线外部任一连接组件故障时，流过该组件的的最大短路电流； n TA —母线差动保护电流互感器变比。
（2） 躲开正常运行情况下，任一电流互感器二次断线时的最大负荷电流m ax .L I ，即TA L rel op n I K I max .=母线差动保护的灵敏系数sen K 按实际运行中可能出现连接组件最少，在母线上故障时的最小短路电流m in .K I 校验，要求2≥sen K 。
即2min.≥=TAop K sen n I I K这种保护方式适用于单母线或双母线经常只有一组母线运行的情况。
如果母线连接有对端无电源的供电线路，则这些线路不会给故障母线提供短路电流，为了简化接线，可将这些线路不接入保护的差动回路。
这种保护方式即不完全差动保护。
此时，保护的动作电流应躲开这些线路的最大负荷电流之和。
第四节 高阻抗型母线差动保护高阻抗型母线差动保护的原理接线如图9-6所示，其差动回路中接入数千欧的高阻抗。
外部故障时电流互感器饱和，利用高阻抗限制差动回路中产生的不平衡电流流入继电器。
保护按电流互感器二次电压的瞬时值工作。
如图9-7所示，当母线外部K 点故障时，流过故障组件一次电流21I I I K += 使电流互感器3TA 严重饱和，则KI 很难传变到二次。
同时，由于在外部故障硅双向开 关SBS 断开状态下，继电器支路呈现高阻抗，二次回路中差动继电器支路的阻抗R 远高于与之并联的3TA 电阻加引线电阻R s 和从并联点到电流互感器的电缆电阻R L 支路的电阻图9-6 高阻抗型差动保护简化接线图（a ）原理接线；（b ）差动继电器内部接线AABC（a ）（b ）母线（R s +2R L ），故二次电流21I I I K '+'=' 几乎全部流过R s 和R L 支路，因而差动回路中差动继电器支路流过的不平衡电流很小，在差动继电器上产生的最大峰值U P 电压不足使图9-6（b ）所示继电器动作。
在全偏移电流情况下（电流完全偏于时间轴一侧），继电器上出现最大峰值电压)2(22L s KP R R I U +'= 时，保护应可靠不动作。
式中 KI '—电流互感器二次工频对称正弦电流有效值。
内部故障时，全部电流互感器的二次电流均通过图9-6（b ）所示端子5、6差动回路继电器支路的电阻分压器上。
其中R 3两端的电压加于C 和硅双向开关SBS 上。
继电器支路电压达到导通电压时，SBS 导通，根据所加电压极性的不同，一个周波内，晶闸管VTH 20、VTH 21交替触发、导通，将分压电阻R 3短接，继电器支路呈现很小的阻抗，有效防止继电器支路过电压。
此时，差动电流在分压器上产生的电压向脉冲变压器T 20一次侧放电，二次侧感应的脉冲经中间电压变换器T 1后整流，再经电平检测、放大回路，使出口继电器KOM 动作并自保持，直至母线断路器跳闸。
图9-7 母线差动保护外部故障电流分布高阻抗母线保护不需要采取防止外部故障产生的不平衡电流引起保护误动作的措施，动作速度很快，但应注意内部故障时差动回路产生的过电压对人身和设备可能造成的危险。
目前，高阻抗母线保护在国外得到应用①。
①参见GE 公司SDB11B 母线差动保护装置说明书。
第五节 中阻抗型母线差动保护中阻抗型母线差动保护如图9-8所示，母线连接有n 条支路，每条支路装设一组主电流互感器，经过一组辅助电流互感器接于保护回路，使各支路主电流互感器和辅助电流互感器的总变比相同，另外，二次电流经辅助电流互感器进一步减小以降低保护回路的功率损耗。
差动回路电阻约200ω左右，与制动回路相配合，可以大大减小外部故障时差动回路产生的不平衡电流，提高保护的灵敏性。
同时，内部故障时，差动回路的电压不会超过允许值。
图9-8 中阻抗型母线差动保护原理示意图1K T1. 正常运行状态下正常运行时正半轴的一次、二次电流分布如图9-8所示，1I I n =，nI 由n TA 极性端流出进入整流桥，经整流变成直流电流I T 进入两个串联电阻2sR 构成的制动臂，变成I L ，通过整流二极管回到1TA 的同极性端，形成环流。
根据克希霍夫电流定律，差动回路电流011=-=I I I n d ，因此动作电压U d3为零，二极管V 2在制动电压U s 的作用下导通，继电器K 被短接，保护不会动作。
正常运行时负半轴的一次、二次电流与正半周相反，但I T 、I L 不变，因而保护也不会动作。
2. 母线外部K 1点短路当母线外部K 1点短路时，一次、二次电流分布与正常运行状态相同。
若故障组件的n TA严重饱和，则1I I n ≠，将有不平衡电流1I I I n unb -=流入差动回路，经差流变流器TM d 变换整流后，在电阻R 3上产生动作电压U d3。
调整参数使U d3<U s ，保护仍不会误动作。
3. 母线内部K 2点短路当母线内部K 2点短路时，各辅助电流互感器的二次电流nd I I I +=11流入差动回路，不同半周将有T d I I =1或L d I I =1，且制动回路电阻由s R 减小为2sR ，因此U d3>U s ，二极管V 2截止，V 1导通，继电器K 动作，跳开母线断路器1QF ~n QF 。
中阻抗型母线差动保护的制动特性分析和整定计算方法参见：PMH-150（RADSS/S ）型母线差动保护装置说明书。
