页数：33页文件大小：120.5 KB来源： 电力系统继电保护原理ppt课件
本课件讲解母线保护，先说明母线故障的特点、利用供电元件后备保护切除故障的局限以及应装设专用母线保护的条件，随后介绍按差动原理构成的各种母线保护：单母线完全电流差动、高阻抗母线差动、电流比相式母线保护、元件固定连接的双母线差动与母联电流比相式母线差动保护，接着讨论电流互感器饱和问题与数字式母线保护的抗饱和措施、运行方式自适应，最后介绍断路器失灵保护的构成与要求。
第8章 母线保护
第1节 母线故障和装设母线保护的基本原则：母线是电力系统汇集和分配电能的重要元件，母线发生故障将使连接在母线上的所有元件停电；若在枢纽变电所母线上发生故障，甚至会破坏整个系统的稳定，使事故进一步扩大，后果极为严重。
运行经验表明，母线故障绝大多数是单相接地短路和由其引起的相间短路。与输电线路不同，在母线故障中大部分故障是由绝缘子对地放电引起的，开始阶段大多表现为单相接地故障，而随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路。
由于低压电网中发电厂或变电所母线大多采用单母线或分段母线，与系统的电气距离较远，母线故障不致对系统稳定和供电可靠性带来影响，所以通常可不装设专用的母线保护，而是利用供电元件（发电机、变压器或有电源的线路等）的后备保护来切除母线故障。
例如采用单母线接线的发电厂，若接于母线的线路对侧没有电源，母线上的故障就可以利用发电机的过电流保护使发电机断路器跳闸而予以切除。
图示降压变电所低压侧母线正常时分开运行，若接于低压侧母线上的线路为馈电线路，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断路器跳闸予以切除。
图示双侧电源网络，当变电所 B 母线上 k 点短路时，则可以由保护 1 和保护 2 的第 II 段动作予以切除。
图示单侧电源辐射形网络，当母线 C 上 k 点发生故障时，可以利用送电线路电源侧的保护 2 的第 II 段或第 III 段（当没有装设第 II 段时）动作切除故障。
这些保护方式简单、经济，但切除故障时间较长，不能有选择性地切除故障母线（例如分段单母线或双母线），特别是对于高压电网不能满足系统稳定和运行上的要求，因此利用母线保护来减小故障所造成的影响仍十分必要。
在下列情况下应装设专门的母线保护：
对母线保护的基本要求是：必须快速、有选择地切除故障母线；应能可靠、方便地适应母线运行方式的变化；保护装置应十分可靠和具有足够的灵敏度；接线尽量简化。
母线保护的接线方式：对于中性点直接接地系统应采用三相式接线；对于中性点非直接接地系统可采用两相式接线。
近年来在母线上装设了自动重合闸装置，由于母线上的很多故障是暂时性的，所以装设母线重合闸对提高供电可靠性起到了良好的作用。
第2节 母线差动保护基本原理：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。
单母线完全电流差动母线保护：在母线的所有连接元件上装设具有相同变比和特性的电流互感器，因为一次侧电流总和为零时，母线保护用电流互感器必须具有相同的变比，才能保证二次侧电流总和也为零。
所有 TA 的二次侧在母线侧的端子连接在一起、另一侧的端子也连接在一起，然后接入差动继电器，这样差动继电器中的电流即为各个母线连接元件二次电流的相量和。
在正常运行及外部故障时，流入继电器的是由于各电流互感器特性不同而引起的不平衡电流；当母线上发生故障时，所有与电源连接的元件都向故障点提供短路电流，流入差动继电器中的电流为短路点的全部短路电流，此电流足以使差动继电器动作并驱动出口继电器，使所有连接元件的断路器跳闸。
说明：原页公式为图形化排版，此处按教材结论给出文字表述。
差动继电器的动作电流应按如下条件考虑，并选择其中较大的一个：
完全电流差动保护方式原理比较简单、灵敏度高、选择性好，通常适用于单母线或双母线经常只有一组母线运行的情况；因为电流互感器二次侧在其装设地点附近是固定的、不能任意切换，所以不能用于双母线系统。
高阻抗母线差动保护：在母线发生外部短路时，非故障支路电流不很大，其 TA 不易饱和；但故障支路电流为各电源支路电流之和，可能非常大，其 TA 就可能极度饱和，励磁阻抗很小，极限情况下近似为零，一次电流几乎全部流入励磁支路而二次电流近似为零，这时差动继电器中将流过很大的不平衡电流，使完全电流差动母线保护误动作。
为避免误动，可将电流差动继电器改用内阻很高的电压继电器，其阻抗值一般约为 2.5 kΩ～7.5 kΩ。
高阻抗母线差动保护的优点是接线简单、选择性好、灵敏度高，在一定程度上可防止母线发生外部短路且 TA 饱和时母线保护误动作。
但它要求各个支路 TA 变比相同、TA 二次侧电阻和漏抗要小，TA 二次侧要尽可能在配电装置处就地并联以减小二次回路连线电阻，因而一般只适用于单母线。
电流比相式母线保护：完全电流差动母线保护的动作电流必须躲过外部短路时的最大不平衡电流，当不平衡电流很大时灵敏系数可能不能满足要求。电流比相式母线保护根据母线内部故障和外部故障时各连接元件电流相位的变化实现。
因为只比较相位、不管电流大小，所以无须使所有电流互感器变比相同。
元件固定连接的双母线电流差动保护：对于发电厂和重要变电所的高压母线，大多采用双母线同时运行（母联断路器经常投入），每组母线上连接约 1/2 的供电和受电元件。这样当任一组母线上出现故障时只需切除故障母线，另一组母线上的连接元件仍可继续运行，大大提高了供电可靠性。对于这种同时运行的双母线，要求母线保护能判断母线故障并具有选择故障母线的能力。
保护由三组差动保护组成：第一组由选择元件电流互感器 TA1、TA2、TA5 和差动继电器 KD1 组成，用以选择母线 I 上的故障；第二组由 TA3、TA4、TA6 和差动继电器 KD2 组成，用以选择母线 II 上的故障；第三组由 TA1～TA6 和差动继电器 KD3 组成一个完全电流差动保护，它反应两组母线上的故障，当任一组母线上发生故障时都会动作，而母线外部故障时不会动作。
所以从保护的角度看，希望尽量保证元件固定连接方式不被破坏，这就必然限制了电力系统调度运行的灵活性，这是这种母线保护的主要缺点。
母联电流比相式母线差动保护是在元件固定连接方式的双母线电流差动保护基础上改进的，基本上克服了后者缺乏灵活性的缺点，更适用于双母线元件连接方式经常改变的场合。此保护包括一个启动元件 KST 和一个选择元件 KD：启动元件接在除母联断路器外所有连接元件二次电流之和回路中，作用是区分母线内部和外部故障。
选择元件 KD 是一个电流相位比较继电器：一个线圈接入除母联断路器以外其他连接元件的二次电流之和，另一个线圈接在母联断路器电流互感器二次侧，利用比较母联断路器电流与总差动电流的相位选择故障母线。
第3节 母线保护的特殊问题及对策——电流互感器的饱和问题：TA 饱和可能导致母线差动保护误动作，因此母线保护必须考虑防止 TA 饱和误动的措施，在区外故障 TA 饱和时能可靠闭锁差动保护，同时在区外故障转换为区内故障时能保证差动保护快速开放、正确动作。
1. 中阻抗母线差动保护抗 TA 饱和的措施：利用 TA 饱和时励磁阻抗降低的特点防止误动作，TA 饱和造成的不平衡电流大部分被饱和 TA 的励磁阻抗分流，流入差动回路的电流很少，且中阻抗母线差动保护带有制动特性，可使外部故障引起 TA 饱和时保护不误动；对于内部故障 TA 饱和的情况，则利用差动保护的快速性在 TA 饱和前即动作于跳闸。
数字式母线差动保护抗 TA 饱和的措施：目前数字式母线差动保护主要为低阻抗母线差动保护，影响其动作正确性的关键就是 TA 饱和问题，基本对策主要基于以下几种原理：
2）利用 TA 线性区进行母线差动保护：当 TA 进入饱和后，在每个周波内一次电流过零点附近存在不饱和段。TA 线性区母线差动保护就是利用这一特性，在 TA 每个周波退出饱和的线性区内投入差动保护。由于此种原理实质上是避开了 TA 饱和区，所以能对母线故障作出正确判定；但由于 TA 饱和时电流波形复杂，如何正确判断 TA 饱和和退出饱和的时刻、判别出 TA 的线性转变区是实现此方法的关键和难点。
母线运行方式的切换及保护自适应：在各种接线方式中以双母线接线运行最为复杂。随着运行方式的变化，母线上各种连接元件在运行中需要经常在两条母线上切换，因此希望母线保护能自动适应系统运行方式的变化，免去人工干预及由此引起的人为误操作。
可利用隔离开关辅助触点判断母线运行方式，但该方法在集成电路型母线保护中由于辅助触点不可靠而经常出错；数字式母线保护具有强大的计算、自检及逻辑处理能力，可以采用将隔离开关辅助触点和电流识别两种方法相结合的更先进、有效的自适应方法。
具体实现方法是：将运行于母线上的所有连接单元的隔离开关辅助触点引入保护装置，实时计算保护装置所采集的各连接元件负荷电流瞬时值；根据运行方式识别判据校验隔离开关辅助触点的正确性，校验确定无误后形成各个单元的「运行方式字」，反映母线各连接元件与母线的连接情况；若校验发现有误，保护装置则自动纠正错误。
数字式母线保护的这种自动适应运行方式的方法能更有效地减轻运行人员负担，提高母线保护动作的正确率。
第4节 断路器失灵保护简介：所谓断路器失灵保护是指当故障线路的继电保护动作发出跳闸信号后断路器拒绝动作时，能够以较短的时限切除同一发电厂或变电所内其他有关的断路器、将停电范围限制到最小的一种后备保护，也称后备接线。
产生断路器失灵故障的原因如断路器跳闸线圈断线、操作机构失灵等。对于重要的 220 kV 及以上主干线路，针对保护拒动通常装设两套独立的主保护（保护双重化），针对断路器拒动则专门装设断路器失灵保护。
由于断路器失灵保护是在系统故障同时断路器失灵的双重故障下的保护，因此允许适当降低要求，装设条件为：
断路器失灵保护的基本原理：由启动元件、时间元件和出口回路组成。所有连接到一组母线上的元件的保护装置，当其出口继电器动作于跳开本身断路器的同时也启动失灵保护中的公用时间继电器 KT；时间继电器的延时应大于故障线路断路器跳闸时间及保护装置返回时间之和，因此并不妨碍正常切除故障。
如果故障线路的断路器拒动，则时间继电器动作，启动失灵保护出口继电器，使连接到该组母线上的所有其他有电源的断路器跳闸，从而切除故障，起到断路器拒动时的后备作用。
为提高断路器失灵保护动作的可靠性，要求启动元件必须同时具备以下两个条件才能启动：
当母线上连接元件较多时，失灵判别元件可采用检查母线电压的低电压继电器以确定故障仍未切除，其动作电压按最大运行方式下线路末端短路时保护应有足够灵敏性整定；当连接元件较少时，可采用检查故障电流的电流继电器判别拒动断路器，其动作电流在满足灵敏性的情况下应尽可能大于负荷电流。
思考题：
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