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【运维之道】母线保护详细讲解
2025-08-221


线在电力系统中也是个重要的角色,它的作用是:集中进线能源并分配给出线。在每个变电站里面,母线的重要性并不低于主变。如果母线出现故障,整个变电站的运行要受到严重的影响,有时可能导致整个变电站不能供电。所以在电压等级较高的变电站(220KV及以上的变电站,部分110KV)都有自己独立的母线保护。在500KV的变电站里面,母线保护都是双配置,为的是在母线故障时,如果某套母线保护出了问题,另外一套母线保护还能可靠的保护母线。

母线的接线形式:


最常见的母线接线形式为单母线和双母线,还有少数单元接线和3/2接线

1、 单母线:

在带供电要求不是很高的负荷时,我们通常采用这种母线接线形式,它的保护要先对简单,定值的整定也相对简单。其接线图如下:

a、 单母分段:

从上面的图我们可以看到,其供电的可靠性很低,母线出了问题,整个变电站没办法再供电。为了保证部分要求高的用户的用电,我们采用了单母分段的供电形式,其接线图如下:

从图上我们可以看到,如果某条母线出了问题,另外一条母线还可以正常供电,这样就保证了部分负荷供电的连续性,不至于让整个变电站停止工作。

b、 单母三分段:

单母双分段,它在供电的可靠性上又比单母分段高了很多。其接线如下:

上面这2种是最常见的,根据用户自己的特点还有单母四分段等,这些都很少见的。

c、 单母带旁路:

以上的每种接线都可以和它组合,它的作用是:在某条出现的开关要检修的时候,可以由旁路带这条负荷,不影响该线路的正常供电。也就是为了检修方便。接线如下:

2、 双母线:

双母线和单母线的区别:每条线路可以自由的倒在一母和二母上,而单母接线中,每条出现只能有相应的母线带负荷,如果该母线出了问题,就不能再正常供电了。所以双母线比单母线的供电可靠性要高很多。在电压等级高的系统中,通常采用双母线接线形式。相对来说,其保护配置、定值整定也复杂。其接线如下:

a、 双母单分段:其接线如下

b、 双母双分段:其接线如下:

c、 双母带旁路:其接线如下

旁路还可以分为两种:母联兼旁路和旁路兼母联。

母联兼旁路

旁路兼母联

3、 3/2接线:

其供电可靠性非常高,但是它的保护配置、定值的整定是最复杂的,所以目前国内基本看不到这种母线接线形式了。其接线图如下:


母线保护原理


1、 差动保护工作原理

差动保护设置大差及各段母线小差,大差作为小差的起动元件,用以区分母线区内外故障,小差为故障母线的选择元件。大差,小差均采用具有比率制动特性的瞬时值电流差动算法,其动作方程为:

图片

式中 Id 为某一时刻差动电流瞬时值,If为同一时刻制动电流瞬时值,K为比例制动系数,Idd为差动电流整定门坎。

注:大差不包括母联电流,每段母线小差只包括各自所有连接单元电流。制动电流也如此。

动保护动作曲线如图4-1所示:

                图4-1 差动保护动作曲线

为提高保护的可靠性及抗干扰能力,提高采样率增加计算比较次数。本装置采样率为每周波24点。如满足上式的动作方程,判为母线内部故障,母线保护动作,跳开联接于故障母线的所有断路器。大差及小差各自的保护范围如图4-2所示:

母差保护逻辑框图(以双母线方式I母为例)如下:

图片

Id:大差电流    Id1:I母小差电流  Idd:大差定值   Idx:小差定值

K:比率制动系数  If:总制动电流  If1:I母制动电流

Ubs:复合电压闭锁

对单母线(一倍半断路器)接线方式,不存在大差小差之分。对单母分段接线方式,大差小差的概念及意义是与双母线一致的。

2、 母线区内故障差动保护灵敏度及外部故障CT误差对差动保护的影响

母线内部故障时,可能有电流流出母线,差动保护的灵敏度降低。假设流出母线的电流与总故障电流的比值为δ,如图4-3所示。(图中电流为二次电流值)

要保证差动保护可靠动作,则有:

外部故障时,故障支路CT可能产生较大的误差而引起不平衡电流,假设故障支路CT误差为δ,如图4-4所示。(图中电流为二次电流值)

若保证差动保护不误动,则有:

由此可以看出给定比率制动系数K,要保证差动保护正常工作,内部故障时流出母线的电流和总电流的比值以及外部故障时允许故障支路CT误差值都有一极限值。对应关系如下表:

图片

由上表可知,母线内部故障有电流流出母线时差动保护的灵敏度有所降低,外部故障CT误差较大时对差动保护产生不利影响,但是,根据具体的系统可选取适当的比率制动系数,可确保差动保护的可靠安全运行,不会影响保护的整体性能。

3、 CT 饱和检测

当母线外部发生故障特别是母线近端发生外部故障时,由于直流分量的影响,CT 可能发生饱和,使CT 的二次电流发生畸变,不能真实反映系统的一次电流,在差动回路中有差电流存在,对母线差动保护产生不利影响,若不采取必要的闭锁措施,差动保护就会误动,因此,在各种类型的母线差动保护中必须对CT饱和采取相应的闭锁措施。

根据分析,即使CT严重饱和时,在故障发生的初始阶段和线路电流过零点附近CT存在一个线性传变区,在线性传变区内差动保护不会误动作。根据这一特性,利用CT饱和时差动保护动作时间滞后于故障发生时刻的特点,首先判断故障的发生时刻,若此时差动保护不动即判为母线外部故障,闭锁差动保护一周,然后利用波形识别法来开放差动保护,以确保母线区外转区内故障时,差动保护能可靠动作。

4、 母联死区及母联断路器失灵保护


母联死区保护根据母联CT的不同布置分以下情况:

4.1母联断路器两侧装设两组CT,交叉接线,不存在死区,差动保护不装设死区保护。

4.2母联死区保护

母联断路器仅一侧装设CT,如图4-5中所示。

在双母线接线中,K点发生故障,对II母差动保护来说为外部故障,II母差动保护不动;对I母差动保护为内部故障,I母差动保护动作,跳开I母上的连接元件及母联断路器。但此时故障仍不能切除,针对这种情况,本装置采用I母母差动作跳开母联断路器后检测母联断路器的跳位开入,若有跳位开入,则封掉母联CT的电流,从而破坏II母电流平衡,加速II母差动动作,最终切除故障。

若没有把母联的跳位接点引入保护装置,或者保护没有识别到母联TWJ,则母联死区故障时保护自动按母联失灵来处理。

4.3 母联失灵保护

母联失灵示意图如图4-6中所示,I母线内部故障,I母差动保护动作,跳母联及I母所有连接元件,若母联断路器失灵,故障依然存在,延时(延时可整定,躲母联断路器跳闸时间),若大差动作且母联电流越限则跳开双母线上所有连接元件,最终切除故障。

母联失灵及死区保护(无母联TWJ时)逻辑框图如下:

4.4 母联断路器断开即双母线分裂运行时,若母联隔离刀闸未拉开,而仅靠隔离刀闸进行方式识别,则母联为运行状态,母联死区故障时就会引起双母线相继跳闸。双母线分裂运行母联死区故障如图4-7中所示,K点故障,I母为区内,I母差动动作跳I母,II母延时跳闸。这样就扩大了停电范围。为避免这种情况的发生,装置中引入母联断路器的辅助触点以判断母联断路器的投退情况,当母联断路器断开时,母联电流不计入小差的计算,这样K点故障相当于II母故障,II母差动动作跳开II母线以切除故障。这种运行方式下不再进行死区及母联失灵的判别。



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责编:魏星|审核:陈庚亮丨监审:文卉

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