第一章 母线保护和断路器失灵保护

(2) 母线故障的保护方法
① 利用相邻元件保护装置切除母线故障
有一种观点认为，母线故障机率很小(据国外 统计资料约占系统所有短路故障的6%～7%)，而实 现母线保护需将所有接于母线的支路的保护二次回 路、跳闸回路聚集在一起，结构复杂，极容易由于
一个元器件或回路的故障，尤其是人为的误碰、误
操作使母线保护误动作，使大量电源和线路被切除
即：
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，或
表示为 I
pi
0；
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负荷电流，按基
尔霍夫电流定律， I
pi
Ik（ I k 为短路点的总电流
）；
③ 从每个连接元件中电流的相位来看，在正常运行以及
行人员的误操作，如带负荷拉隔离开关、带接地线
合断路器等。
当母线发生故障时，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站的母线上故障时，还可能
引起系统稳定的破坏，可能造成大面积停电事故
，因此必须采取相应措施消除或减小母线故障所 造成的后果。
I 0 。因此，母线差动回路中的电流是由于各电
流互感器特性不同而引起的不平衡电流 I ub ，其值相对
较小，不会驱动出口继电器使断路器跳闸。为提高母线
保护的灵敏度，仍需要采取措施解决外部故障时的不平
衡电流问题。目前在国内普遍采用具有各种制动特性的
母线电流差动保护。
如图4所示，当母线上k点发生故障时，则所有与电
障切除的时间一般较长。若母线故障时电压降低影
响全系统的供电质量和系统稳定运行，必须快速切 除，用所连接元件的后备保护切除母线故障，时间 较长，使系统电压长时间降低，不能保证安全连续 供电，甚至造成系统稳定的破坏。此外，当双母线
同时运行或母线为分段单母线时，利用相邻元件后
备保护不能保证快速的有选择性的切除故障母线。
1.4 断路器失灵保护简介
(1)装设断路器失灵保护的条件
(2)对断路器失灵保护的要求
起保护装置误动作，动作电流应大于任一连接元件
中最大的负荷电流 I L . m ax
I r . set K rel I L . m ax / n T A
式中 K ──可靠系数，取1.3。 rel
1. 3 母线不完全电流差动保护
⑴ 基本原理
母线不完全差动保护是只将连接于母线的各有电
源元件的电流接入差流回路，而无电源支路的电流不
线上的故障时，应装设专用的母线保护。
⑶ 母线保护的基本原理 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。实现母线差动保护所必须考虑的特 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，实现差动保护的基本原则仍是适用的，
──可靠系数，取1.3；
fi
──电流互感器的10％误差，取0.1；
I k . m ax ──在母线范围外任一连接元件上短路
时，流过差动保护ＴＡ一次侧的的最大短路电流。
nT A
──母线保护用TA的变比。
② 由于母线差动保护电流回路中连接的元件较多，
接线复杂，因此TA二次回路断线的几率比较大。为
了防止在正常运行情况下，任一TA二次回路断线引
源连接的元件都向k点供给短路电流，此时母线差动回
路中的电流为：
' ' ' I d I1 I 2 I3
1 K TA
I1 I2 I3
1 K TA
I k
I k 为故障点的全部短路电流。该电流足以驱动出口
继电器，使断路器QF1、QF2、QF3跳闸。
(2) 整定计算 母线完全差动保护的动作电流按下述条件计算、
外部故障时，必然有流进母线的电流，也有流出母线
的电流。因此，至少有一个元件中的电流相位和其余
元件中的电流相位是相反的。具体来说，就是电流流
入的元件和电流流出的元件中电流的相位相反。而当
母线故障时，除电流等于零的元件以外，其他元件中
的电流是接近同相位的。
根据原则(1)和原则(2)可构成电流差动保护,根据原
k
QF2
QF1
跳发电机断 路器QF1
I>
t 0
I>
t 0
图1 利用发电机的过电流保护切除母线故障
b. 如图2所示的降压变电站，其低压侧的母线正常
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。
QF4
QF2
跳变压器各 侧断路器 QF1、QF2
接入差流回路。因而在母线和无电源元件上发生故障
，它将动作。所谓无电源元件一般指的是电抗器或变
压器。差动保护的定值应大于所有这种元件的最大负
荷电流之和，在正常运行情况下差动保护才不会误动
作。
⑵ 整定计算
具体定值整定规则如下：
① 第一段的动作电流按电抗器（变压器）后出口
短路电流整定，即
I op K rel I k . max
则(3)可构成电流比相式差动保护。
母线电流差动保护原理简单可靠，应用最广。该原
理的保护按其保护范围又可分为完全差动保护和不完
全差动保护两种。
1.2 母线完全电流差动保护
⑴ 基本原理 母线完全差动保护是将母线上所有的连接元件的电 流互感器按同名相、同极性接到差流回路；各支路应
采用具有相同变比和特性的电流互感器，若电流互感
式中 K
rel
──可靠系数，取1.3；
I k . max ──电抗器（变压器）后出口最大短路
电流。 动作时限可取0.5s。
② 第二段的动作电流按下列条件计算、整定，取其 最大值。 a. 躲过最大负荷电流（考虑电动机自启动）； b. 与之配合的相邻元件电流保护在灵敏度上配合，
动作时限与之配合的相邻元件电流保护动作时间大 一个级差Δt。
器变比不能相同时，可采用补偿变比的方式进行补偿
。该保护的原理接线如图4所示。
k
QF1 QF2 QF3 QFn
I>
' n I
I1' I1 I2
图4
' I2
I3
' 3 I
…
In
母线完全电流差动保护的原理接线图
对于母线完全差动保护，所有接于母线的回路，不 论该回路对端有无电源，都将其电流接入差动回路形成 差电流，因而这些回路本身(电流互感器以外)都不在差 动保护范围内。 在正常运行及外部故障时，母线的流入流出电流之 和
I>
t 0
I>
t 0
QF3 k
QF1
图2 利用变压器的过电流保护切除低压母线故障
c. 如图3所示的双侧电源网络（或环形网络），当变
电站B母线上k点短路时，则可以由保护1和4的第II
段动作予以切除。
A
1 k 2 3 4
B
图3 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,故
，造成巨大损失。
据统计，人为错误造成母线保护误动作的概率
约为母线保护动作总次数的7%。而母线上所连接支
路(线路和变电器)的后备保护都可保护母线，因而 不必设置专门的母线保护。
一般来说，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： a 如图1所示的发电厂采用单母线接线，若接于母线 的线路对侧没有电源,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。
整定，并取其最大值。
① 躲开外部短路故障时产生的最大不平衡电流，当所
有电流互感器பைடு நூலகம்按10%误差曲线选择，且差动继电器
采用具有速饱和铁芯的继电器时，其动作电流计算式
为：
I r . set K rel I u n b . m ax K rel f i I k . m ax / n T A
式中
K rel
因此，对那些威胁电力系统稳定运行、使发电
厂厂用电及重要负荷的供电电压低于允许值（一般
为额定电压的60%）的母线故障，必须装设有选择
性的快速母线保护。
因此，在下列情况下应装设专门的母线保护： a. 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。 b. 110kV及以上的单母线，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，按照装设全线速动保护的要求必须快速切除母
第一章
母线保护和断路器 失灵保护
1.1 母线的故障与保护 1.2 母线完全电流差动保护
1.3 母线不完全电流差动保护
1.4 断路器失灵保护简介
1.1 母线的故障与保护
(1) 母线的故障
母线为电能供应的枢纽，是电力系统中的一个
重要组成元件。运行经验表明，母线可能发生各种 相间短路故障和单相接地短路故障。 引起母线短路故障的主要原因有：断路器套管 及母线绝缘子的闪络；母线电压互感器的故障；运