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1、个人收集整理仅供参考学习1 / 6 第 8 章母线保护Busbar Protection 8.1 母 线 故 障 和 装 设 母 线 保 护 基 本 原 则 (Busbar Fault and Basic Principle for Installation of Busbar Protection)资料个人收集整理，勿做商业用途发电厂和变电所的母线是电力系统中的一个重要组成元件，当母线上发生故障时，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所的母线上故障时，还可能引起系统稳定的破坏，造成严重的后果。资料个人收集整
2、理，勿做商业用途母线上发生的短路故障可能是各种类型的接地和相间短路故障。母线短路故障类型的比例与输电线路不同。在输电线路的短路故障中，单相接地故障约占故障总数的80以上。而在母线故障中，大部分故障是由绝缘子对地放电所引起的，母线故障开始阶段大多表现为单相接地故障，而随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路。资料个人收集整理，勿做商业用途一般来说， 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：（1）如图 8-1 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；资料个人收
3、集整理，勿做商业用途（2）如图 8-2 所示的降压变电所，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；资料个人收集整理，勿做商业用途（3）如图 8-3 所示的双侧电源网络（或环形网络） ，当变电所 B 母线上 d 点短路时，则可以由保护 1 和 4 的第 II 段动作予以切除，等等。资料个人收集整理，勿做商业用途当利用供电元件的保护装置切除母线故障时，故障切除的时间一般较长。此外，当双母线同时运行或母线为分段单母线时，上述保护不能保证有选择性地切除故障母线；当超高压枢纽变电站和大型发电厂母线为分段
4、单母线时，上述保护不能保证有选择性地切除故障母线。超高压枢纽变电站和大型发电厂的母线联系着各个地区系统和各台大型发电机组，母线发生短路直接破坏了各部分系统之间或各台机组之间的同步运行，严重影响电力系统的安全供电。虽然母线短路几率比输电线短路低的多，但一旦发生，后果特别严重。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。资料个人收集整理，勿做商业用途精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 6 页个人收集整理仅供参考学习2 / 6 d电
5、源d图 8-1 利用发电机的过电流保护图 8-2 利用变压器的过电流保护切除切除母线故障低压母线故障dA1234B图 8-3 在双侧电源网络上，利用电源侧的保护切除母线故障因此，在下列情况下应装设专门的母线保护：（1）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。资料个人收集整理，勿做商业用途（2）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所的35kV 母线，按照装设全线速动保护的要求必须快速切除母线上的故障时，应装设专用的母
6、线保护。资料个人收集整理，勿做商业用途8.2 母线差动保护基本原理(Basic Principle of Busbar Differential Protection)资料个人收集整理，勿做商业用途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，即：资料个人收集整理，勿做商业用途（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
7、示为0piI；资料个人收集整理，勿做商业用途（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，kpiII（短路点的总电流）；资料个人收集整理，勿做商业用途（3）如从每个连接元件中电流的相位来看，则在正常运行以及外部故障时，至少有一个精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 6 页个人收集整理仅供参考学习3 / 6 元件中的电流相位和其余元件中的电流相位是相反的，具体说来，就是电流流入的元件和电流流出的元件这两者的相位相反。而当母线故障时，除电流等于零的元件以外，其它元件中
8、的电流是接近同相位的。资料个人收集整理，勿做商业用途根据原则（ 1）和原则（ 2）可构成电流差动保护，根据原则（3）可构成电流比相式差动保护。本节将结合以上原则，主要讨论电流差动保护用于母线的特点。8.2.1 单母线完全电流差动母线保护(Single Busbar Complete Differential Protection)资料个人收集整理，勿做商业用途完全电流差动母线保护的原理接线如图8-4 所示，pnppIII,21为一次电流，snssIII,21为二次电流。在母线的所有连接元件上装设具有相同变比和特性的电流互感器。因为在一次侧电流总和为零时，母线保护用电流互感器（TA）必须具有相同
9、的变比ln，才能保证二次侧的电流总和也为零。所有TA 的二次侧同极性端连接在一起，接至差动继电器中。这样，继电器中的电流KAI即为各个母线连接元件二次电流的向量和。资料个人收集整理，勿做商业用途1pI1sI2pI3pIpnII mn.nisiI1d2sI3sIsnI图 8-4 完全电流差动母线保护的原理接线图实际上由于 TA 有误差，因此在母线正常运行及外部故障时，继电器中有不平衡电流ubpI出现；而当母线上（如8-4 图中 d 点）故障时，则所有与电源连接的元件都向d 点供给短路电流，于是流入继电器的电流为资料个人收集整理，勿做商业用途1111nnKAsipikiiTATAIIIInn（8-
10、1）kI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：资料个人收集整理，勿做商业用途（1）躲开外部故障时所产生的最大不平衡电流，当所有电流互感器均按10%误差曲线选择，且差动继电器采用具有速饱和铁心的继电器时，其动作电流. r setI可按下式计算：资料个人收集整理，勿做商业用途精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 6 页个人收集整理仅供参考学习4 / 6 .maxmax0.1/r setrelunbrelkTA
11、IKIKIn（8-2）式中r e lK可靠系数，取为1.3；maxkI在母线范围外任一连接元件上短路时，流过差动保护TA 一次侧的最大短路电流；TAn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maxlI，即资料个人收集整理，勿做商业用途max/r setrellTAIKIn（8-3）当保护范围内部故障时，应采用下式校验灵敏系数，其值一般应不低于2。minksenr setTAIKIn（8-4）式中m i n
12、kI在母线上发生故障的最小短路电流门槛值。完全电流差动保护方式原理比较简单，通常适用于单母线或双母线经常只有一组母线运行的情况。8.2.4 电流比相式母线保护 (Phase Current Comparison Busbar Protection)资料个人收集整理，勿做商业用途电流差动保护要求在母线外部短路或正常运行时的二次电流总和0siI。由于在实际运行中 TA 特性总是存在差异，差流中不平衡电流较大，这必然会影响电流差动保护的灵敏度。这里介绍一种仅仅比较电流相位关系的比相式母线保护。资料个人收集整理，勿做商业用途电流比相式母线保护的基本原理是根据母线在内部故障和外部故障时各连接元件电流相位
13、的变化来实现的。众所周知，当母线发生短路时，各有源支路的电流相位几乎是一致的；当外部发生短路时，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，利用这种相位关系来构成电流比相式母线保护。资料个人收集整理，勿做商业用途8.2.5 双母线固定联接的母线差动保护(Differential Protection for Permanent Connected Double Busbar Systems)资料个人收集整理，勿做商业用途双母线是发电厂和变电所中广泛采用的一种母线方式。在发电厂以及重要变电所的高压母线上，一般都采用双母线同时运行 （母线联络断路器经常投入） ， 而每组母
14、线上连接一部分 （大约 1/2）供电和受电元件的方式。这样，当任一组母线上发生故障，可只短时影响到一半的负荷供电，而另一组母线上的连接元件仍可继续运行，这就大大提高了供电的可靠性。为此，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 6 页个人收集整理仅供参考学习5 / 6 要求母线保护具有选择故障母线的能力。现就几种实现方法分析说明如下。资料个人收集整理，勿做商业用途一般情况下，双母线同时运行时，每组母线上连接的供电元件和受电元件的连接方式较为固定，因此有可能装设元件固定连接的双母线电流差动保护。资料个人收集整理，勿做商业用途元件固定
15、连接的电流差动保护的主要部分由三组差动保护组成。如图8-7 所示，第一组由TA1、TA2、TA5 和差动继电器 KD1（I 母分差动）组成，用以选择第组母线上的故障；第二组由 TA3、TA4、TA6 和差动继电器 KD2 （母分差动）组成，用以选择第组母线上的故障；第三组实际上是由TA1、TA2、TA3、TA4 和差动继电器 KD3 组成的一个完全电流差动（总差动）保护，当任一组母线上发生故障时，它都会动作；而当母线外部故障时，它不会动作，在正常运行方式下，它作为整个保护的启动元件，当固定接线方式破坏并保护范围外部故障时，可防止保护的非选择性动作。资料个人收集整理，勿做商业用途TA1QF1TA
16、3QF3TA2QF2TA4QF4TA5TA6QF5KD1IIIKD3KD2图 8-7 元件固定连接的双母线电流差动保护原理接线图如图 8-8 所示，当正常运行及母线外部故障（d 点）时，流经继电器KD1、KD2 和 KD3的电流均为不平衡电流，保护装置已从定值上躲开，不会误动作。资料个人收集整理，勿做商业用途如图 8-9 所示，当第组母线上（ d 点）短路时，由电流的分布情况可见，继电器KD1 和KD3 中流入全部故障电流， 而继电器 KD2 中为不平衡电流， 于是 KD1 和 KD3 起动。KD3 动作后使母联断路器QF5 跳闸。 KD1 动作后即可使断路器QF1 和 QF2 跳闸，并发出相
17、应的信号。这样就把发生故障的第组母线从电力系统中切除了，而没有故障的第组母线仍可继续运行。同理可分析当第组母线上某点短路时，只有KD2 和 KD3 动作，最后由断路器QF3、QF4 和 QF5 跳闸切除故障。资料个人收集整理，勿做商业用途精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 6 页个人收集整理仅供参考学习6 / 6 dKD1IIIKD3KD2图 8-8 按正常连接方式运行时，保护范围外部故障时电流的分布dKD1IIIKD3KD2图 8-9 按正常连接方式运行时，第组母线上故障时电流的分布在固定连接方式破坏时，保护装置的动作情况
18、将发生变化。例如当连接支路1 自母线切换到母线上工作时，由于差动保护的二次回路不能随着切换，因此，按原有接线工作的、两组母线的差动保护都不能正确反映母线上实际连接元件的I之值， 因而在 KD1 和 KD2中将出现差电流。在这种情况下保护的动作将无法选择在哪一组母线上发生了故障。资料个人收集整理，勿做商业用途综上所述，当母线按照固定连接方式运行时，保护装置可以保证有选择性地只切除发生故障的一组母线，而另一组母线可继续运行；当固定接线方式破坏时，任一母线上的故障都将导致切除两组母线，即保护失去选择性。因此从保护的角度看，希望尽量保证固定接线的运行方式不被破坏， 这就必然限制了电力系统调度运行地灵活性，这是此种保护的主要缺点。资料个人收集整理，勿做商业用途精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 6 页