母线保护
继电保护原理6—母线保护
第六章母线保护第一节概述一、母线保护的概述母线是发电厂和变电站的重要组成部分。
在母线上连接着电厂和变电所的发动机、变压器、输电线路和调相设备，母线的作用是汇集和分配电能.如果母线的短路故障不能迅速地被切除，将会引起事故扩大,破坏电力系统的稳定运行，造成电力系统的瓦解事故.二、母线的主接线形式单母线；单母分段（专设分段、分段兼旁路、旁路兼分段）；单母多分段；双母线(专设母联、母联兼旁路、旁路兼母联）；双母单分段（专设母联、母联兼旁路)；双母双分段(按两面屏配置）；3/2接线（按两套单母线配置）。
1、单母线图6-1—1 单母线2、单母分段（专设母联）图6-1—2 单母分段（专设母联）3、单母分段（母联兼旁路)图6-1-3 单母分段（母联兼旁路）4、单母分段（旁路兼母联)图6-1—4 单母分段（旁路兼母联）5、单母三分段图6-1-5 单母三分段6、双母线（专设母联）图6—1-6 双母线（专设母联）7、双母线（母联兼旁路)图6-1—7 双母线（母联兼旁路) 8、双母线(旁路兼母联）图6-1-8 双母线（旁路兼母联) 9、双母线单分段（专设母联）图6-1—3 双母单分段（专设母联) 10、双母线单分段（母联兼旁路）图6-1—10 双母单分段（母联兼旁路）11、双母双分段图6—1-11 双母双分段三、母线保护的硬件组成1、标准配置1.1 保护箱图6—1-12 保护箱（一)插件布置图（后视图）1。
1。
1交流变换插件(NJL-801/NJL—818）:将系统电压互感器、电流互感器二次侧信号变换成保护装置所需的弱电信号，同时起隔离和抗干扰作用。
该插件共有8 路电流通道、6 路电压通道。
1。
1.2交流变换插件（NJL—817/NJL—819):将系统电流互感器二次侧信号变换成保护装置所需的弱电信号,同时起隔离和抗干扰作用.该插件共有15 路电流通道。
1。
1.3 CPU 插件（NPU—804）：在单块PCB 板上完成数据采集、I/O、保护及控制功能等。
母线保护
母线保护6.1 简介母线是电能集中和分配的重要设备，是电力系统的重要组成元件之一。
母线发生故障，将使接于母线上的所有元件被迫切除，造成大面积停电，电气设备遭到严重破坏，甚至使电力系统稳定运行破坏，导致电力系统瓦解，后果十分严重。
母线故障的原因很多，母线上发生短路故障主要是各种类型的接地和相间短路。
6.2 母线的保护方式母线的保护方式有两种：一种是利用供电元件的保护兼做母线保护；另一种是采用专门的母线保护。
（1）利用变压器过流保护切除低压母线故障。
图6-1对于降压变电所低压侧采用分段母线的系统，正常运行时QF5断开，则K 点故障就可以由变压器下的过流保护使QF1、QF2跳闸予以切除。
（2）专用母线保护（完全电流差动母线保护）工作原理接线图如下：图6-2在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；在母线故障时，流入差动继电器的电流为故障点短路电流的二次值，该电流足够使差动继电器动作而起动出口继电器，使断路器QF1、QF2、QF3跳闸。
6.3 双母线同时运行时母线保护双母线同时运行时，要求母线保护具有选择故障母线的能力。
它由三组差动保护组成。
第一组由L1、L2、母联及继电器KD1组成，KD1为I母线故障选择元件。
KD1动作后，作用于断路器QF1、QF2跳闸。
第二组由L3、L4、母联及差动继电器KD2组成。
KD2为∏母线故障选择元件。
KD2动作后，作用于QF3、QF4跳闸。
第三组由L1、L4及差动继电器、KD3组成，反映两组母线上的故障，并作为整个保护的起动元件，KD3起动后作用于母联断路器QF5跳闸。
保护情况说明如下：（1）当元件固定连接方式下外部短路时，流经KD1～KD3的电流均为不平衡电流，保护装置已从整定值上躲过，故保护不会动作。
元件固定连接且Ⅰ母线故障时，KD1,KD3通过短路点全部短路电流而起动，并作用于QF1,QF2,QF5跳闸，切除故障Ⅰ母线。
（2）当元件固定连接破坏后（例如Ⅰ母线上一个元件倒换到Ⅱ母线上运行），发生外部短路时，起动元件中KD3中流过不平衡电流，因此保护不会误动作。
母线保护的主要方式
母线保护的主要方式以母线保护的主要方式为标题，我们将介绍母线保护的几种主要方式。
母线是电力系统中的重要组成部分，负责将电能从发电厂输送到各个用电负荷点。
母线的安全运行对于电力系统的稳定运行至关重要，因此需要采取有效的保护措施。
一、过电流保护过电流保护是母线保护中最常用的一种方式。
当母线发生短路或过负荷故障时，会产生过电流现象。
过电流保护主要通过电流互感器来实现。
当电流超过设定值时，保护装置会发出信号，切断故障部分的电源，保护母线不受损害。
二、差动保护差动保护是一种采用电流差动原理的保护方式，常用于高压母线的保护。
差动保护装置会监测母线两端的电流，并进行比较。
如果电流差超过设定值，说明发生了故障，保护装置会切断故障部分的电源，保护母线不受损害。
三、电压保护电压保护主要用于保护母线的电压稳定。
电压保护装置会监测母线的电压，当电压超过或低于设定范围时，会发出信号，触发相应的保护动作。
电压保护可以避免母线过电压或欠电压引起的故障，保护母线的安全运行。
四、频率保护频率保护主要用于保护母线的频率稳定。
频率保护装置会监测母线的频率，当频率超过或低于设定范围时，会发出信号，触发相应的保护动作。
频率保护可以避免电力系统频率异常引起的故障，保护母线的安全运行。
五、接地保护接地保护用于保护母线的接地故障。
母线的接地故障会导致电流大量通过接地电阻流向地，造成电压不平衡和过热现象。
接地保护装置会监测接地电流，当接地电流超过设定值时，会发出信号，切断故障部分的电源，保护母线不受损害。
六、过温保护过温保护用于保护母线的温度过高。
母线长时间过载运行或存在局部故障时，会导致母线温度升高，可能引发火灾等安全事故。
过温保护装置会监测母线的温度，当温度超过设定值时，会发出信号，触发相应的保护动作，保护母线的安全运行。
母线保护的主要方式包括过电流保护、差动保护、电压保护、频率保护、接地保护和过温保护。
这些保护方式能够及时发现和切断故障部分的电源，保护母线不受损害，确保电力系统的稳定运行。
母线保护
RCS915型号 型号
RCS—915AB型微机母线保护装置，适用于各种电压等级的 型微机母线保护装置， 型微机母线保护装置 单母线、 单母分段、双母线等各种主接线方式， 单母线、 单母分段、双母线等各种主接线方式，母线上允许 所接的线路与元件数最多为21个 包括母联）， ），并可满足有 所接的线路与元件数最多为 个（包括母联），并可满足有 母联兼旁路运行方式主接线系统的要求。 母联兼旁路运行方式主接线系统的要求。 RCS—915CD/CT微机母线保护装置，主要适用于各种电压 微机母线保护装置， 微机母线保护装置 等级的双母单分段主接线方式， 等级的双母单分段主接线方式，母线上允许所接的线路与元件 数最多为18个 不包括母联和分段开关）， ），并可满足有母联 数最多为 个（不包括母联和分段开关），并可满足有母联 兼旁路运行方式主接线系统的要求。其中CT型保护可以满足 兼旁路运行方式主接线系统的要求。其中 型保护可以满足 非标准接线方式主接线系统的要求， 非标准接线方式主接线系统的要求，并且可以提供失灵动作联 跳主变其它各侧的接点。 跳主变其它各侧的接点。 当两段短母线上连接元件个数不对称， 当两段短母线上连接元件个数不对称，造成其中一段短母 线上连接元件个数多于9个时 应选用CT型保护 使用CT型 个时， 型保护。 线上连接元件个数多于 个时，应选用 型保护。使用 型 保护， 保护，可以通过整定刀闸位置拓扑控制字灵活地对系统进行配 不但可以适应某条分段母线上连接元件个数多于9个的情 置，不但可以适应某条分段母线上连接元件个数多于 个的情 甚至还可以定义出在两分段母线上进行切换操作的支路。 况，甚至还可以定义出在两分段母线上进行切换操作的支路。
为防止TA断线使差动保护误出口，母差保护一般 均设置出口经复压闭锁的元件，其判据为： Uφ ≤Ubs 3U0≥U0bs U2≥U2bs 其中Uφ为相电压，3U0为三倍零序电压(自 产),U2为负序相电压,Ubs 为相电压闭锁值，U0bs和 U2bs分别为零序、负序电压闭锁值。以上三个判据 任一个动作时，电压闭锁元件开放。 当装置判为TV断线时，电压起动元件退出工作， 工频变化量差动元件改为制动电流变化量大于门槛 起动，同时将差动元件中的∆Z元件退出工作。
8.母线保护
回路中，它的作用是区分两组母线的内部和外部短路故障。 只有在母线发生短路时，启动元件动作后整组母线保护才得 以启动
母联电流比相式母线差动保护
▪ 选择元件KD是一个电流相位比较继电器。它的一个线圈接入除母 联断路器之外其他连接元件的二次电流之和，另一个线圈则接在 母联断路器的电流互感器二次侧。它利用比较母联断路器中电流 与总差动电流的相位作为故障母线的选择元件。这是因为当第I组 母线上故障时，流过母联断路器的短路电流是由母线Ⅱ流向母线 I， 而当第Ⅱ组母线上故障时，流过母联断路器的短路电流则是由母 线I流向母线Ⅱ。
▪ 在这两种故障情况下，母联断路器电流相位变化了180°。而总差 动电流是反应母线故障的总电流，其相位是不变的。因此利用这 两个电流的相位比较，就可以选择出故障母线，并切除选择出的 故障母线上的全部开关。
▪ 基于这种原理，当母线上故障时，不管母线上的元件如何连接， 只要母联断路器中有电流流过，选择元件KD就能正确动作。因此 对母线上的元件就无需提出固定连接的要求。这是母联电流比相 式母线保护的主要优点，该保护用于连接元件切换较多的场合十 分有利。
▪ 而当母线上故障时，流入继电器的电流为：
IKA
n i 1
Isi
1 nTA
n
Ipi
i 1
1 nTA
Ik
• 即为故障点的全部短路电流，此电流足够使差动继电器 动作而驱动出口继电器，从而使所有连接元件的断路器
跳闸。
差动继电器的启动电流
▪ 应按如下条件考虑，并选择其中较大的一个：
• 躲开外部故障时所产生的最大不平衡电流：
元件固定连线的双母线电流差动保护
母线保护
母线保护(一)与其他的主设备保护相比，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、母线充电保护、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。
一下着重了解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为零；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，在保护中和设置有起动元件、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：指所有母线上连接元件的电流的绝对值之和。
以如图的双母线接线方式的大差为例。
差动电流和制动电流为：⎪⎩⎪⎨⎧+++=+++=制动电流..差动电流....4321r 4321d I I I I II I I I I差动继电器的动作特性一般如下图。
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。
继电保护-第8章_母线保护
第八章 母线保护
8.1 母线故障和装设母线保护基本原则 8.2 母线差动保护基本原理 8.3 母线保护的特殊问题及其对策 8.4 断路器失灵保护简介
第八章 母线保护
8.1 母线故障和装设母线保护的基本原则
一、母线故障
母线是集中和分配电能的重要电气设备， 母线发生故障，将造成大面积用户停电，电 气设备遭到严重破坏，甚至使电力系统稳定 运行破坏，导致电力系统瓦解，后果是十分 严重的。
在110kV及以上电压等级的发电厂和变电所中， 当输电线路、变压器或母线发生短路，在保护装置动 作于切除故障时，可能伴随故障元件的断路器拒动， 也即发生了断路器的失灵故障。产生断路器失灵故障 的原因是多方面的，例如:断路器跳闸线圈断线；断 路器的操作机构失灵等。
断路器失灵故障的发生会导致故障切除时间的延 长、事故范围的扩大，其后果是造成电力系统大范围 停电，甚至发生电力系统的瓦解事故。
第八章 母线保护
A
C
1
4
k
2
3
B
5
Ｂ变电所母线
3） 对双侧电源网络（或环形网络）当变电所Ｂ母线故障 时可由保护１和４的Ⅱ段动作于以切除。
第八章 母线保护
（2）装设专用母线保护的原因：
A）利用供电元件的保护装置切 除母线故障的时间较长，威胁 到系统稳定运行、使发电厂厂 用电及重要负荷供电电压低于 允许值。（速动性）
✓ 35～66kV电力网中主要变电所的35～66kV双母线或 分段单母线，在母联或分段断路器上装设解列装置和 其它自动装置后，仍不满足电力系统安全运行的要求 时。
✓ 发电厂和主要变电所的3～10kV分段母线或并列运行 的双母线，须快速地切除一段或一组母线上故障时， 或者线路断路器不允许切除线路电抗器前的短路时。
母线保护介绍
思考题
TA1
TA2
QF1
QF2
Ⅰ
Ⅱ
QF3 QF4
TA3
TA4
KD1
TA5
QF5 KD2
KD3
大差元件
由TA1、TA2、TA3 、TA4与KD3组成， 反映是否出现故障
小差元件
由TA1、TA2、TA5、 KD1和TA3、TA4、 TA5、KD2组成，反 映Ⅰ或Ⅱ母故障
思考题
TA1
TA2
QF1
QF2
由相间低电压元件（Uφ）、负序电压元件（U2）及零序电压元件（ 3U0）构成。电压开放条件为或逻辑，即下图中三个判据中的任何一个被满 足，该段母线的电压闭锁元件就会开放，称为复合电压元件动作。
+
TJ（出口接点）
BJ（复合电压闭锁接点）
跳闸
因电压互感器失压或复合电压继电器损坏造成复 合电压闭锁元件长期开放时，母差保护只是少了 一个防误环节，在母线故障时还是能够正确动作， 此时可保持母线保护继续运行。
I1
I2
Ⅰ
I0
Ⅱ
I3
I4
母联开关在分位时，若发生死区故障，短路电流从Ⅰ母流向II母，判 断为II母区内故障，II母各支路跳开以后，大差及II母小差元件一直 不返回，母联死区保护经过延时后又跳开Ⅰ母各支路。
即：大差元件判别母线故障；
母线小差
该小段差母元小线件差相与元连各的件支各选路支刀择路闸故电位障流置母构有线成关的；，差装动置元自
件，包括母联断路器和分段断路器。
动识别，对小差电流实时进行计算。
I母小差 * 电流
*
II母小差 电流
*
*
*
*
* 大差电流 *
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变电站主变电压侧母线保护现状的分析研究
北极星电力网技术频道作者: 2010-5-20 19:00:14 (阅1288次) 所属频道: 电网关键词: 变电站母线保护
摘要：对变电站主变电压侧母线保护的现状和存在问题进行了分析和研究，讨论了装设快速母线保护的必要性和可行性，并提出了两种实现母线快速保护的新方案。
关键词：变电站主变母线保护
1前言
在电力系统中，35kV及以下电压等级的母线由于没有稳定问题，一般不要求装设专用母线保护。
但由于高压变电站的10kV系统出线多、操作频繁、容易受小动物危害、设备绝缘老化和机械磨损等原因，10kV开关柜故障时有发生。
经运行实践表明，虽然近年来高压开关柜的制造技术进步很快，10kV母线发生故障的机率大为减少，但仍然有因个别开关柜故障引发整段开关柜“火烧联营”的事故发生，甚至波及到变压器，造成变压器的烧毁。
虽然造成此类事故的原因是多方面的，但是在发生主变低压侧母线短路故障时没有配备快速母线保护也是重要原因之一。
变电站的低压母线一般不配置专用的快速母线保护是目前典型的设计做法，是符合国标及现行的电力行业规程规范要求的。
因此，长期以来，人们对低压侧母线保护一直不够重视。
但是，系统内惨痛的事故教训已经引起电力企业的广泛关注，在技术上寻求新的继电保护方案也是广大继电保护工作者的共同愿望。
2低压侧母线保护的应用现状及技术要求
2．1低压侧母线保护的应用现状
根据国标《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》(GB50062－92)：对于发电厂和主要变电所的3～10kV母线及并列运行的双母线，只有在下列情况下才装设专用的母线保护：①需快速而有选择地切除一段或一组母线上的故障，才能保证发电厂及电力网安全运行和重要负荷的可靠供电时；②当线路断路器不允许切除线路电抗器前的短路时。
有相当一部分变压器差动的保护范围不包括低压侧断路器，其使用的电流互感器位于变压器和低压断路器之间。
在变电站的设计中，低压侧母线故障要靠主变压器低压侧的后备保护来切除。
如图1所示，该图表示的是常见的220kV(110kV)变电站低压母线的某一段接线情况。
在主变低压侧母线或断路器发生故障时，要靠变压器低压侧的过流保护跳开DL1断路器来切除故障。
同样的问题也存在于发电厂的6kV(10kV)厂用电系统，当中压厂用电系统发生母线故障时，要靠厂用变压器或启动／备用变压器低压侧的过流后备保护来切除。
种设计方案的弊端是一旦发生母线短路故障时，故障不能被快速切除，而只能等到过流后备保护动作。
因主变低后备过流保护动作时间一般整定为1．2～2．0s，所以在切除故障时将会有较长的延时，加大设备损坏的可能，甚至引发相邻设备的大面积烧毁。
2．2对低压侧母线保护的技术要求
对低压侧母线保护的要求，主要包括以下几个方面：
(a)保护可靠性要求高，不允许拒动和误动。
特别是对防止误动的要求更高，因为拒动的结果是故障还可以靠进线(或分段)的后备过流切除，与目前不配置专用母线快速保护的结果是一样的，但是如果是发生误动，后果很严重，直接影响到用户的供电可靠性，甚至造成不良的社会影响。
(b)保护的构成尽可能简单。
不大量增加一次设备(如电流互感器)和外部电缆，而且施工和改造工作简单易行。
(c)保护不受运行方式的影响，可以自动适应母线上连接元件的改变，如从电源进线切换到分段断路器运行，个别或部分元件的投入及退出运行，综合微机保护的调试和维护修理等情况。
(d)保护既可独立安装，也可以适应安装在开关柜上的运行条件。
3两种低压侧母线快速保护方案
3．1采用电流互感器第三个二次线圈构成差动保护的方案
为了解决在35kV、10kV系统发生母线故障时没有快速保护的问题，最直接的方案就是配置常规的微机母线差动保护，把所有母线段上各回路的电流量引入差动保护装置。
该方案
保护可以集中组屏布置在继电器室内，也可以将保护布置在进线开关柜上。
近几年，具备三个二次线圈的电流互感器开始出现和应用，这为实现低压母线短路故障的快速保护创造了有利条件。
可以利用各元件电流互感器的第三个二次线圈专用于母线差动保护。
为提高可靠性，保护可以经电压元件闭锁，只有在出现差电流和系统电压条件满足的条件下，保护才能出口。
差动保护动作后跳开电源进线断路器(或分段断路器)。
该方案的优点是构成简单，利用了目前电流互感器制造方面的新特点，开关柜投资增加不多。
但是在实施这一方案时，经常会受到现场条件的限制。
例如，在一些老式变电站，因10kV系统开关柜内的电流互感器大多只有两个二次线圈，一个0．5级用于测量，一个P级用于本单元的保护。
若还要增加一个用于母差保护的二次线圈，则只能再增加一组电流互感器。
由于受开关柜内空间的限制，一个开关柜一般布置不下，除非再增加一个柜。
这样，对由很多面柜构成的一段母线来说，造价大大增加。
因此，该方案的缺点是需增加的二次电缆较多，电缆投资大，现场施工工作量大。
而且，如不增加电压闭锁回路，在发生TA断线情况时，保护的可靠性较低。
3．2利用各开关柜内综合保护构成的母线快速保护方案
其原理是：利用各开关柜综合保护提供的故障信息(硬接点)，经汇总后进行综合分析和逻辑判别，来实现低压侧母线短路故障的快速切除。
母线故障的快速保护功能“镶嵌”在进线保护装置及分段保护装置内，不以独立的母线保护装置形态出现。
出线上的所有单元的瞬时动作接点并联后接入后备保护装置，以闭锁后备保护装置的母线速断保护。
当故障发生在母线之外，则必有某一个回路的综合保护发出闭锁信号，这样进线保护(或分段保护)被可靠闭锁；如果故障发生在母线上，则进线保护接收不到闭锁信号，经一短延时(该延时主要是为躲开暂态过程，提高保护可靠性，一般小于100ms)后出口跳闸。
在母线区域内发生故障时，将快速切除进线断路器，在用分段断路器带母线运行时，保护将快速切除分段断路器。
该方案的构成如图2所示。
图2
该方案的特点是在构成上不需要增加和改变TA和TV设备和回路，只是在综合保护上增加构成母线快速接点的配合接点，增加的电缆也不多。
其缺点:一是变压器低压侧并列运行，无法正确选择故障母线；二是低压侧出线如为有源线路，无法区分母线和线路故障；三是对相继故障（线路故障转为母线故障），可能因电流继电器返回系数问题快速母线保护不能快速动作。
因此，此方案可作为220kV及以上变电站中分段运行及无电源出线，且现有TA配置不满足加装母差保护要求的低压侧母线的快速保护。
4结论
综上所述，变电站低压侧常规的的保护方案显然不能满足快速切除故障的要求，在变电站的低压母线上装设快速保护是很有必要的。
为解决这一问题，云南电网公司在成功吸取国内外正反两方面经验和教训的基础上，于2006年下达了补充反事故措施，制定了网内完善、整改计划。
2007年大理供电局先后在500kV大理变、220kV剑川、祥云、下关变电站实施了低压侧母线保护装置加装或改造，从实际运行情况看，效果显著，对电网的安全可靠运行发挥了积极作用。