一 : 母线保护（二）

 

上期我们讨论了最重要的母线差动保护。除此之外，母线保护通常还配置有母联充电保护、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。本期我们一起了解一下母线保护的其他配置。

1、母联过流保护

母联过流保护是线路投运时，代替线路保护的临时保护。

当流过母联断路器三相电流中的任一相或零序电流大于整定值时，经整定延时跳开母联断路器。母联过流保护不经复压元件闭锁。保护动作的逻辑框图如下：

2、母联充电保护

母联充电保护也是临时性保护，只有在母线安装投运前或母线检修后再投入前，利用母联断路器对母线充电时短时投入。当投运母线有故障时，跳开母联断路器，切除故障。

充电保护投入后，母联断路器任一相电流大于充电电流整定值，经整定延时跳开母联断路器。充电保护也不经复压元件闭锁。逻辑框图如下：

充电保护投入期间，为了防止母联失灵误动，避免被充电母线故障时扩大停电范围，可根据控制字决定是否闭锁母差保护。

3、母联非全相保护

运行中，当断路器的一相断开时，将出现断路器非全相运行。非全相运行时，会产生负序电流，危及到发电机及电动机的安全。因此切除非全相运行的断路器非常重要。

断路器非全相保护依据的是非全相运行的特点：断路器三相位置不一致及产生负序、零序电流。因此由断路器TWJ和HWJ接点起动，并采用零序、负序电流作为动作的辅助判据。当三相HWJ或TWJ不同，且零序或负序电流大于整定值，经延时跳断路器。逻辑框图如下：

4、母联死区保护

在各种母差保护中，存在一个共同的问题，就是死区问题。

如图，在母联合位时，当故障发生在母联断路器与母联CT之间时，故障电流由II母流向I母，I母小差有差流，判断为I母故障，母差保护动作跳开I母及母联。此时故障仍然存在，II母小差无差流，从而形成了母差保护的死区，无法切除故障。

为了快速切除死区内的故障，母线保护中设置了死区保护。逻辑框图如下。可以看出，当I母（或II母）母差动作后，母联断路器被跳开，但故障未切除，母联CT仍有电流，死区保护动作，经延时跳II母（或I母）上连接的各断路器。

5、母联失灵保护

母线保护或其他有关保护动作，母联断路器出口继电器触电闭合，但母联CT二次仍有流，即判为母联断路器失灵，启动母联失灵保护。母联失灵保护动作后，需要经过两条母线的复压闭锁元件。若复压闭锁元件开放，经短延时（0.2~0.3s）切除两条母线上所有连接元件。

上面说的母线保护，通常指的是母差保护、充电保护或母联过流保护起动母联失灵保护。

其他有关保护通常包括线路保护、变压器保护、发电器保护等，可以根据“投外部起动母联失灵”控制字来决定是否通过外部保护启动母联失灵保护。母联失灵保护逻辑框图如图：

6、断路器失灵保护

线路发生故障时，若该线路断路器失灵，则需要有母线保护护跳开该线路所在母线上的所有断路器。

断路器失灵保护由四部分构成：起动回路、失灵判别元件、动作延时元件、复压闭锁元件。

断路器失灵保护应用于连接到母线上的所有支路。当母线所连的某断路器失灵时，由该线路或元件的失灵起动装置提供一个失灵起动接点给母线保护装置。装置检测到某一失灵起动接点闭合后，起动断路器失灵保护。

断路器失灵保护动作后，宜无延时再次跳断路器。然后以较短延时（0.2s~0.3s）跳母联，再经另一较长延时（0.5s）跳开与失灵断路器连接在同一母线上的其他断路器。断路器失灵保护动作后，应闭锁有关线路的重合闸。

7、母线保护与其他保护的配合

由于母线保护关联到母线上的所有出线元件，因此，在设计母线保护时，应考虑与其他保护的配合问题。

（1）母差保护动作后，对于闭锁式纵联保护，本侧收发信机应停信，使对侧迅速跳闸。

（2）母线保护动作后，为防止线路断路器对故障母线进行重合，应闭锁线路重合闸。

（3）在母线保护动作后，应立即去启动失灵保护。这是为了在母线发生故障时母联断路器失灵，或故障点发生在死区时，失灵保护能迅速可靠的切除故障。

（4）母线保护动作后，对于线路纵差保护，应发远跳命令去切除对侧断路器。

（5）主变非电量保护不应起动母线失灵保护，只是因为非电量保护动作后不能快速自动返回，容易造成失灵保护误动。

母线保护配置相对复杂，涉及

二 : 求10KV母线快速保护？

求10KV母线快速保护？的参考回复

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，一般未装设专用母线保护。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。多年的运行实践表明，虽然国内外的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，但是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10kV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10kV母线一般不配置专用的快速母线保护是目前国内的典型设计做法，是符合国标及现行的电力行业规程规范要求的。因此，长期以来人们对中低压母线保护一直不够重视。但是，惨痛的事故教训已经引起电力部门的广泛关注，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目标之一。

2　10kV母线保护的应用现状及技术要求

10kV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。

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在变电站的设计中，10kV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10kV母线的某一段接线情况，在K1点发生故障时，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。这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加大设备的损坏程度，甚至引发相邻设备的大面积烧毁。

对10kV母线保护的技术要求

对10kV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，使用单位从心理上还可以接受，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，运行单位会产生抵触，影响到采用该保护的积极性。

(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开关运行，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)保护可以适应安装在开关柜上的运行条件。

3　两种有应用业绩的10kV专用母线保护方案

为了解决在10kV系统发生母线故障时没有快速保护的问题，最直接的保护方案就是配置常规的母线差动保护，把所有母线段上各回路的电流量引入差动保护装置(或差动继电器)，但是在实施上这种方案还存在一些弊端，具体应用时会受到限制，很难得到运行单位的认可(其存在的问题在下述章节中有讨论)。以下是两种有应用业绩的保护方案介绍。

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

过去因10kV系统开关柜内的电流互感器只有两个二次线圈，一个0．5级用于测量，一个P级用于本单元的保护。如要增加一个用于母差保护的二次线圈，只能再增加一组电流互感器，但受开关柜内空间的限制，一个开关柜根本布置不下，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。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10kV母线短路故障的快速保护创造了有利条件。如图2所示，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前提下，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)。

该方案的特点是构成简单，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。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。但如不增加电压闭锁回路，在发生TA断线情况时，保护的安全性较低。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。

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10kV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，从而进线保护装置及分段保护装置的设计也是非常规范的。

其原理是如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3所示。

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。其缺点是母线保护依赖于进线保护(或分段保护)，保护装置本身在物理上不独立，另外，目前的保护还没有考虑电压闭锁条件，保护的可靠性略感不足。这种保护方案已经出现了几年时间，但没有得到推广应用，估计原因是用户对该保护方案信心不足。

4　两种新型10kV母线保护的设想方案

4．1　基于数字网络技术的10kV母线保护方案

10kV母线网络保护的核心思路是利用母线上各回路的综合保护装置和保护专用网络构成。系统结构如图4所示。

各回路的综合微机保护需增加一个保护专用数字通讯接口，同时在保护程序中增加一段配合母线保护的服务程序。采用数字通信网络技术来构成变电站的综合自动化功能是已经非常成熟的技术，如采用LONWORK、Profibus、CAN网等。目前在变电站综合自动化技术方案里，数字通讯网络主要用来传送控制命令和监视、测量数据，不用作实现继电保护功能，原因是继电保护对可靠性的要求高，必须设置独立的、专用的装置和数字通道。

正常运行时，母线保护管理单元循环向网络上每个10kV就地综合保护单元发出询问信息，其目的有两个：一是实时掌握本段母线上各回路的运行状态，即运行方式，作为母线保护条件满足时的出口依据，即在分段断路器处断开，电源进线带本段母线运行时，保护去跳进线断路器，而由分段断路器带本段运行时，保护去跳分段断路器；第二个目的是在母线保护管理单元感受到系统发生了故障时，要询问各回路的综合保护是否感受到有短路电流流过本保护单元，以作为母线保护管理单元发出动作跳闸命令的依据。

母线保护管理单元是本保护方案的核心，可以安装在进线断路器开关柜上。它是信息搜集和处理的中心，也是保护动作的执行者。为了提高本保护的可靠性，在母线保护管理单元中还可以引入本段母线电压互感器的电压，作为保护出口的闭锁条件，降低保护误动的风险。

4．2　基于电弧光传感技术的10kV母线保护方案

其原理是通过检测开关柜内部发生母线故障时产生弧光这一特性，并结合过流闭锁的动作原理，即它采用检测弧光和过流双判据原理。该原理保护有以下特点：

(a)该保护原理简单，通过检测弧光短路故障产生的电弧这一简单原理来实现，其技术核心是电弧光传感器的采用。电弧光传感器安装在开关柜内部，作为光感应元件，将检测发生弧光故障时突然增加的光强，并将光信号转换成电信号传送给母线保护单元。

(b)动作可靠性高，由于采用了“双判据”，即使弧光传感器误报信号，也不会出口。

(c)动作迅速，通过检测弧光信号，整套保护的动作速度可达5～7ms。

(d)无论新建或技改工程均容易实施。

(e)造价低。

基于该原理的保护在国外已有应用，运行效果令人满意，但国内很少报道。鉴于该保护的上述优点，可以预计这种原理的母线快速保护也会在国内得到推广应用。

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