8.2-母线差动保护的基本原理

采用高阻抗的电压继电器且外部故障时
I p1
I p2
I p3

I pn
n 1 i 1
U
I s1
I s2
I s3
I si
Ir 0
由于电压继电器的阻抗非常高，兼之第n条支路电流互感器严重饱 和时相当于短路，所以其他n-1条支路的电流基本上不通过电压互 感器而是通过 TAn 构成回路。于是，流入电压继电器的电流非常 小，电压继电器的端口电压也非常小，低于整定值，不会误动。
当外阻非常大时，各支路电流将会 在由支路自身构成的回路中流动， 外电路中的电流是非常小的。
采用低阻抗的电流继电器且外部故障时
I p1
I p2
I p3

I pn
I
I s1
I s2
I s3
0 I sn
I si 0
i 1
n1
由于电流继电器的阻抗非常小，所以各个电流互感器的电流基本 上都通过电流继电器构成回路。此时，第n条支路电路互感器出现 的严重饱和并不影响其它的n-1条支路的电流流入电流继电器。
I k
母 线 故 障 时
I p1
I p2
I p3

I pn
KD
I s1
n
I s2
I s3
I sn
I KA
I I KA si
i 1
1 I pi Ik nTA i 1 nTA
1
n
8.2.1 单母线完全电流差动保护
差动继电器的整定方法
可靠系数， 取1.3 母线以外短路 时的最大电流
（1）躲过最大不平衡电流
I r.set Krel Iunb.max Krel 0.1I k. max / nTA
（2）躲开任一TA二次回路断线引起的差动电流
I r.set Krel I L. max / nTA
I L. max
任一元件中的最大负荷电流。
保护的基本原则仍是适用的。
正常运行或区外故障时母线电流特征 （1）在正常运行以及母线范围以外故障时，在母线 上所有连接元件中，流入的电流和流出的电流相等。 （2）当母线上发生故障时，所有与母线连接的元件 都向故障点供给短路电流或流出残留的符合电流。 （3）从每个连接元件中电流的相位来看，在正常运 行及外部故障时，至少有一个元件中的电流相位和其余 元件中德电流相位是相反的。 根据原则（1）和原则（2）可构造电流差动保护，根 据原则（3）可以构造电流比相式差动保护。
8.2.2 高阻抗母线差动保护
引入高阻抗母线差动保护的原因（电流互感器的极度饱和情况）
X1
X 2
X1
ZL
X 2
I p
I
I Xm s
I p
I
I Xm s
ZL
较小，一 当TA不饱和时，I 的10%，此 般不会超过 I p 较大，基本能正确反 时I s
缺点：当固定连接方式被破坏时，差动保护将误动作。 即元件固定连接的双母线电流差动保护受系统运行方式的 影响较大。当采用此种保护方式时，必然会影响电力系统 调度的灵活性。
8.2.6 母联电流比相式母线差动保护 在元件固定连接的母线差动保护的基础上进行改进，克 服了其缺乏灵活性的特点，使之更适合元件连接方式经常改 变的情况。 母联电流比相式母线差动保护采用了一个启动元件KST 和一个选择元件KD。
正常运行或区外故障时母线电流特征
I 1
电源
I 2
负荷1
I 3
负荷2
I 1
电源
负荷1
I 2
I 3
负荷2
I I I 1 2 3
I I 0 I 1 2 3
0 I
若支路1、2、3上均安装相同变比的电流互感器， 则三个电流互感器的电流之和应等于0（理想情况）。
当励磁电流非常小时，由此产生 的不平衡电流尚可通过设臵差动 继电器的整定值来躲过。
I I I I KA s1 s2 s3 I ) (I I )0 (I p1 1 p2 2 0.9 I ) (0.9 I p1 p2
流过差动继电器的电流较大， 可能引起差动继电器的误动作。
8.2.1 单母线完全电流差动保护
正 常 工 作 时
I p1
I p2
I p3

I pn
KD
I s1
I s2
n
I s3
n
I sn
I KA
1 I KA I si I pi 0 nTA i 1 i 1
8.2.1 单母线完全电流差动保护
8.2.1 单母线完全电流差动保护
外 部 故 障 工 作 时
I p1
I p2
I p3

I pn
KD
I s1
I s2
I s3
I sn
I KA
饱和
1 I KA I si nTA i 1
n
I pi 0
i 1
n
8.2.2 高阻抗母线差动保护
母线故障时的电流特征
电源
依KCL：
I 1
I k
I 2
I 3
I I I 0 I 1 2 3 k
即：
I I I I 1 2 3 k
若支路1、2、3上都安装有相同变比的电流互感器，则母线故障时，三个电 流互感器的电流之和应等于短路电流（二次值）。
100A
1 1A QF1
200A
2 2A QF2
KD1
3A
300A QF5
I
50A 250A
KD3
II
-3A
300A
QF3 -0.5A -50A 3
QF4 -2.5A 4 KD2
-250A
1
2
KD1
QF1
QF2
使QF1和 QF2跳闸
I
QF5
KD3 使QF5跳闸
II
QF3
QF4 KD2 3 4
8.2.5 元件固定连接的双母线电流差动保护
解决电流互感器极度饱和问题的方法 将低内阻的电流型差动继电器换成高内阻的电压型 差动继电器，一般内阻为：2.4~7.5kΩ。电压型差动继 电器的动作判据为：
U r U set
高阻抗继电器的电路原理
+ -
+
非常小
+ -
+
非常大
-
-
当外阻非常小时，各支路电流将会 通过外电路形成回路。此时，几乎 所有电流都会流经外电路。
第n个互感器严重饱和时的等效电路
Z 2
Z1
Z 0
I pn
I si
i 1
n 1
ru
ru 2.5 ~ 7.5k
采用高阻抗的电压继电器且区内（母线）故障时
（二次侧） I k
I p1 I p2 I p3

I pn
U
-+
I s1
I s2
I s3
8.2 母线差动保护原理
——单母线完全电流差动保护 ——高阻抗母线差动保护 ——具有比率制动特性的中阻抗母线差动保护
正常运行或区外故障时母线电流特征
为了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。实现母线差动保护必须考虑在母线上一 般连接着较多的电气元件（如线路、变压器、发电机 等），因此就不能像发电机的差动保护那样，只用简单 的接线加以实现。但不管母线上元件有多少，实现差动
I K { I i res i }m ax I set.0
i 1
n
（2）模值和制动
I K I i res i I set.0
i 1 i 1
n
n
8.2.4 电流比相式母线保护 基本原理 当母线发生故障时，各有源支路的电流相位几乎是 一致的； 当外部出现故障时，非故障有源支路的电流流入母 线，故障支路的电流则流出母线，两者相位相反。
和I 是近似同相的，即 I 1 2 是近似同相的。
电源
I 1
电源
I 2
I 3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 4
负荷2
负荷1
I 1
和
是反相的。 I 2
8.2.5 元件固定连接的双母线电流差动保护
在发电厂及重要变电站的高压母线上，一般都采用双母 线同时运行（母线联络器经常投入），每组母线上采用连接 一部分（大约为1/2）供电和受电元件的方式。这样，任一 母线出现故障时，只会影响一半的供电和用电负荷，大大提 高了供电的可靠性。这样就需要母线保护具有选择故障母线 的能力。
启动元件KST的作用是区分是母线故障还是外部故障。 只有母线发生了故障，启动元件才启动整组保护。
选择选件KD通过比较母联断路器中的电流和总差动电流 的相位选择出故障母线。
1
2
KST QF1 QF2
KD
I II
QF
QF3
QF4
3
4
映电流变换关系。
当TA极度饱和时，励磁电抗 X m 很大，严重时可近似 很小， I 认为：I 0 s
正常工作时的情况
区外故障使互感器严重饱和的情况
I 1
I 2
I 3
I 1
I 2
I 3
I I I I KA s1 s2 s3 I ) (I I ) (I p1 1 p2 2 I ) (I p3 3 I I ) ( I 1 2 3
利用这种相位关系构成的母线保护称为电流比相式
母线保护。
母线故障时
故障出现在非有源支路
I k
I 1
电源
I 1
I 3
I 2
I 3
I 4
负荷2
I 2
电源
I 4
负荷2
电源
电源 负荷1
负荷1
是反相的。 、I 和I I 4 1 2
故障出现在有源支路
母线故障时，有源支路的电流
I sn
Ir
1 nTA
Ik
由于电压继电器的阻抗大，同时流过的电流
I r 也较大，所以电压
继电器的端口处将出现较大的电压，电压继电器动作切除故障。
注意：当内部短路电流非常大时，流过电压继电器的差动电流 非常大，此时在电压继电器中将出现很高的电压，危及绝缘。
8.2.3 具有比率制动特性的中阻抗母线差动保护 将比率制动的电流型差动保护应用于母线： （1）最大值制动