繼電保護(hù)講義-母線保護(hù)

第九章母線保護(hù)

第一節(jié)概述

一、母線保護(hù)的作用

母線起著匯總和分配電能的作用，為電能供應(yīng)的樞紐。母線一旦發(fā)生故障，母線電壓的

降低影響全系統(tǒng)的供電質(zhì)量和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。若采用母線所連組件的后備保護(hù)切除母線故

障，動(dòng)作時(shí)間較長，不能保證安全連續(xù)供電，甚至可能造成系統(tǒng)檢定性破壞；此外，母線短

路故障產(chǎn)生的短路電流很大，保護(hù)動(dòng)作的延時(shí)將造成母線設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞，檢修和停電倒母

線造成的損失也很大。為此，對(duì)「高壓重要母線應(yīng)裝設(shè)專門的快速母線保護(hù)。

母線保護(hù)應(yīng)突出安全性和快速性。高壓重要母線應(yīng)采用兩套主保護(hù)，分別裝設(shè)在相距2m

以上的不同保護(hù)屏上，以防同時(shí)受斷路器和隔離開關(guān)頻繁操作使母線保護(hù)過電壓和干擾而誤

動(dòng)作，并且通過“與”方式出口，以保證可靠性（安全性和可信賴性）。對(duì)于特別重要的母

線要求采用三套主保護(hù)，通過三取取二表決方式出口。

我國國標(biāo)《繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》GBI4285/993規(guī)定：

（1）在110kV的雙母線和220kV及以上的母線上，為保證快速地有選擇性地切除任一

組（或段）母線上的故障，而另一組（或段）無故障母線仍能繼續(xù)運(yùn)行，應(yīng)裝設(shè)專用的母線

保護(hù)。對(duì)于一個(gè)半斷路器接線的每組母線應(yīng)裝設(shè)兩套母線保護(hù)。

（2）llOkV以上的單母線，重要發(fā)電廠的35kV母線或高壓側(cè)為llOkV及以上的重要降

壓變電站的35kV母線，按照系統(tǒng)的要求必須快速切除母線上的故障時(shí)，應(yīng)裝設(shè)專用的母線

保護(hù)。

二、母線保護(hù)的分類

母線保護(hù)按工作原理可分為以下幾類

（1）用相鄰回路保護(hù)實(shí)現(xiàn)的母線保護(hù)；

（2）電流差動(dòng)原理母線保護(hù)（不完全差動(dòng)保護(hù)和完全差動(dòng)保護(hù)）；

（3）母聯(lián)電流相位比較原理母線保護(hù)等。

1.母線保護(hù)按差動(dòng)回路電阻大小分類

（1）低阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)；

（2）中阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)；

（3）高阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)。

第二節(jié)用相鄰回路保護(hù)實(shí)現(xiàn)的母線保護(hù)

對(duì)于35kV及以下電壓等級(jí)的母線，通常不裝設(shè)專門的母線保護(hù)，而是利用供電組件的

保護(hù)來切除母線故障。

如圖9-1所示為發(fā)電廠采用單母線接線。母線K點(diǎn)故障可以利用發(fā)電機(jī)過電流保護(hù)使

發(fā)電機(jī)的斷路器跳閘來切除。

電源

圖9-1利用發(fā)電機(jī)過電流保護(hù)構(gòu)成母線保護(hù)圖9-2利用變壓器過電流保護(hù)構(gòu)成母線保護(hù)

加圖9-2所示為低壓側(cè)母線正常運(yùn)行時(shí)分裂運(yùn)行的降壓變電站。母線K點(diǎn)故障可以利用

相應(yīng)變壓器過電流保護(hù)先跳開低壓母線分段斷路器，如果故障不能消失保護(hù)不復(fù)歸時(shí)再跳開

變壓器低壓側(cè)斷路器。

如圖9-3所示為雙電源網(wǎng)絡(luò)（或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)），當(dāng)變電站B母線上K點(diǎn)短路時(shí)，則可由保

護(hù)1、4的第II段動(dòng)作切

除。

利用供電組件的保

護(hù)的保護(hù)裝置切除母線

故障時(shí)，切除故障的時(shí)圖9-3利用供電線路的保護(hù)構(gòu)成母線保護(hù)

間一般比較長。另外，當(dāng)雙母線運(yùn)行或母線為單母線分段運(yùn)行時(shí)?，利用遠(yuǎn)處供電組件保護(hù)裝

置不能保證有選擇性地切除故障母線段。

母線的方向保護(hù)如圖9-4所示。在所有連接于母線的回路上裝設(shè)一個(gè)指向母線外部故障

的方向組件KPZXKPS），當(dāng)母線發(fā)生故障時(shí)，回路上所有的短路功率方向均指向母線，這

些方向組件均不動(dòng)作。反之，在母線外部短路時(shí)，至少有一條回路上的短路功率方向指向母

線外部，由此即可判別母線的內(nèi)部故障和外部故障。這種原理構(gòu)成的母線保護(hù)動(dòng)作速度可以

很快，保護(hù)裝置利用微機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)，只要將所有方向組件的動(dòng)作標(biāo)志送到變電站后臺(tái)機(jī)，如果

母線故障，變電站后臺(tái)機(jī)立即通過網(wǎng)絡(luò)跳開與故障母線相連的所有斷路器。為了防止方向組

件在負(fù)荷功率下誤動(dòng)作，保護(hù)裝置還應(yīng)設(shè)置躲過任一連接組件中最大負(fù)荷電流的起動(dòng)元件

KA.

2

第三節(jié)低阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)

如圖9-5所示為單母線低阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)的原理接線，選用的電流互感器TA變比、

特性完全相同，則其差動(dòng)回路阻抗很小，通常只有幾奧姆。母線內(nèi)部短路時(shí)，電流互感器

TA負(fù)擔(dān)小且不會(huì)造成二次回路過電壓，但母線外部短路時(shí)，全部故障電流流過故障支路的

電流互感器而使其嚴(yán)重飽和，導(dǎo)致差動(dòng)回路不平衡電流很大，因此保護(hù)的動(dòng)作電流必須躲過

最大不平衡電流，或外部故障采取制動(dòng)措施。目前，電流互感器飽和前，帶有制動(dòng)特性的低

阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)半個(gè)周波內(nèi)，甚至3~5ms即可動(dòng)作，在我國有很成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)

用十分廣泛。

WQF-nQF

圖9-5單母線差動(dòng)保護(hù)原理圖

正常運(yùn)行或母線外部故障時(shí)，選擇母線保護(hù)的電流互感器具有相同的特性、變比“TA，

則理想情況下流入差動(dòng)繼電器KO的電流Z/二,"+人+（+…+乙）=（）,實(shí)際流入差動(dòng)

n

繼電器K。的電流為較小的不平衡電流成max，保護(hù)不動(dòng)作。當(dāng)母線內(nèi)部故障時(shí)，所

有與電源連接組件均向母線故障點(diǎn)提供短路電流，則流入差動(dòng)繼電器KO的電流為故隙點(diǎn)總

電流〃的二次值，即

Z/J（小A+A+

tlTA,lTA

3

此電流能夠使母線保護(hù)動(dòng)作，跳開母線各斷路器。

母線差動(dòng)保護(hù)的起動(dòng)電流按以下兩個(gè)條件整定，取其中較大值。

(I)躲開外部故障時(shí)的最大不平衡電流。母線所連各組件電流互感器均按10%誤差曲

線選擇負(fù)載，且差動(dòng)保護(hù)采取措施消除非周期分量的影響，則起動(dòng)電流為

KE—可靠系數(shù)，取L3；

kmax一母線外部任一連接組件故障時(shí)，流過該組件的的最大短路電流；

LA一母線差動(dòng)保護(hù)電流互感器變比。

(2)躲開正常運(yùn)行情況下，任一電流互感器二次斷線時(shí)的最大負(fù)荷電流。max，即

Iop-KreJL.max/

母線差動(dòng)保護(hù)的靈敏系數(shù)K”,“按實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)連接組件最少，在母線上故障時(shí)的

最小短路電流晨仙而校驗(yàn)，要求Kse“N2。即

Kmin

Kxen=j>2

3TA

這種保護(hù)方式適用于單母線或雙母線經(jīng)常只有?組母線運(yùn)行的情況。

如果母線連接有對(duì)端無電源的供電線路，則這些線路不會(huì)給故障母線提供短路電流，為

了簡化接線，可將這些線路不接入保護(hù)的差動(dòng)回路。這種保護(hù)方式即不完全差動(dòng)保護(hù)。此時(shí)，

保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)躲開這些線路的最大負(fù)荷電流之和.

第四節(jié)高阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)

高阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)的原理接線如圖9-6所示，其差動(dòng)回路中接入數(shù)千歐的高阻抗。

外部故障時(shí)電流互感器飽和，利用高阻抗限制差動(dòng)回路中產(chǎn)生的不平衡電流流入繼電器。

保護(hù)按電流互感器二次電壓的瞬時(shí)值工作。如圖9-7所示，”母線外部K點(diǎn)故障時(shí)，流

過故障組件一次電流

八=g2

使電流互感器3以嚴(yán)重飽和，則'很難傳變到二次。同時(shí)，由于在外部故障硅雙向開

關(guān)S8S斷開狀態(tài)下，繼電器支路呈現(xiàn)高阻抗，二次回路中差動(dòng)繼電器支路的阻抗A遠(yuǎn)高于

與之并聯(lián)的3力電阻加引線電阻R.和從并聯(lián)點(diǎn)到電流互感器的電纜電阻凡支路的電阻

4

電

區(qū)

分

住

湍

一夕可處徒

按整渝回路

中VTII20

5

本］I

母線80-AW

(a)(b)

圖9-6高阻抗型差動(dòng)保護(hù)簡化接線圖

(a)原理接線：(b)差動(dòng)繼電器內(nèi)部接線

(凡+2心)，故二次電流八二4+/：幾乎全部流過R.和RL支路，因而差動(dòng)回路中差動(dòng)繼電

器支路流過的不平衡電流很小，在差動(dòng)繼電器上產(chǎn)牛的最大峰值Up電壓不足便圖9-6(b)

所示繼電器動(dòng)作。在全偏移電流情況下(電流完全偏于時(shí)間軸一側(cè))，繼電器上出現(xiàn)最大峰

值電壓

%=2拉〃(?+2鳥)

時(shí)，保護(hù)應(yīng)可靠不動(dòng)作。

式中〃一電流互感器二次工頻對(duì)稱正弦電流有效值。

內(nèi)部故障時(shí)，全部電流互感器的二次

電流均通過圖9-6(b)所示端子5、6差動(dòng)

回路繼電器支路的電阻分壓器上。其中％

兩端的電壓加于C和硅雙向開關(guān)SBSI-.o

繼電器支路電壓達(dá)到導(dǎo)通電壓時(shí)，SBS導(dǎo)

通，根據(jù)所加電壓極性的不同，一個(gè)周波

3QF限

內(nèi)，晶閘管VTThj,VTTh交替觸發(fā)、導(dǎo)通，

3窗

將分壓電阻以短接，繼電器支路呈現(xiàn)很小

圖9-7母線差動(dòng)保護(hù)外部故障電流分布

的阻抗，有效防止繼電器支路過電壓。此

時(shí)，差動(dòng)電流在分壓器I：產(chǎn)生的電壓向脈沖變壓器720一次側(cè)放電，二次側(cè)感應(yīng)的脈沖經(jīng)中

間電壓變換器力后整流，再經(jīng)電平檢測、放大回路，使出口繼電器KOM動(dòng)作并自保持，直

至母線斷路器跳閘。

5

高阻抗母線保護(hù)不需要采取防止外部故隙產(chǎn)生的不平衡電流引起保護(hù)誤動(dòng)作的措施，動(dòng)

作速度很快，但應(yīng)注意內(nèi)部故障時(shí)差動(dòng)回路產(chǎn)生的過電壓對(duì)人身和設(shè)備可能造成的危險(xiǎn)。目

前，高阻抗母線保護(hù)在國外得到應(yīng)用①。

①參見GE公司SDB11B母線差動(dòng)保護(hù)裝置說明書。

第五節(jié)中阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)

中阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)如圖9-8所示，母線連接有〃條支路，每條支路裝設(shè)一組主電流

互感器，經(jīng)過一組輔助電流互感器接于保護(hù)回路，使各支路主電流互感器和輔助電流互感器

的總變比相同，另外，二次電流經(jīng)輔助電流互感器進(jìn)一步減小以降低保護(hù)回路的功率損耗。

差動(dòng)回路電阻約2003左右，與制動(dòng)回路相配合，可以大大減小外部故障時(shí)差動(dòng)回路產(chǎn)生的

不平衡電流，提高保護(hù)的靈敏性。同時(shí)，內(nèi)部故障時(shí)，差動(dòng)回路的電壓不會(huì)超過允許值。

圖9-8中阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)原理示意圖

1.正常運(yùn)行狀態(tài)下

正常運(yùn)行時(shí)正半軸的一次、二次電流分布如圖9-8所示，/?=/,,，“由n加極性端流

出進(jìn)入整流橋，經(jīng)整流變成直流電流左進(jìn)入兩個(gè)串聯(lián)電阻%構(gòu)成的制動(dòng)臂，變成小通

過整流二極管回到的同極性端，形成環(huán)流。根據(jù)克?；舴螂娏鞫?，差動(dòng)回路電流

"=乙-匕=°，因此動(dòng)作電壓人為零，二極管L在制動(dòng)電壓H的作用下導(dǎo)通，繼電

器K被短接，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。正常運(yùn)行時(shí)負(fù)半軸的一次、二次電流與正半周相反，但左、兒

不變，因而保護(hù)也不會(huì)動(dòng)作。

6

2.母線外部K點(diǎn)短路

當(dāng)母線外部Ki點(diǎn)短路時(shí)，一次、二次電流分布與正常運(yùn)行狀態(tài)相同。若故障組件的n以

嚴(yán)重飽和，則人工1，將有不平衡電流乙，=乙-。流入差動(dòng)回路，經(jīng)差流變流器TMd變

換整流后，在電阻尺上產(chǎn)生動(dòng)作電壓43。調(diào)整參數(shù)使Ud3〈Us，保護(hù)仍不會(huì)誤動(dòng)作。

3.母線內(nèi)部七點(diǎn)短路

當(dāng)母線內(nèi)部K2點(diǎn)短路時(shí)，各輔助電流互感器的二次電流〃=4+/〃流入差動(dòng)回路，不

同半周將有加=//或〃=〃，且制動(dòng)回路電阻由R,減小為%\因此丸3>〃，二極管

L截止，■導(dǎo)通，繼電器K動(dòng)作，跳開母線斷路器IQAnQF。

中阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)特性分析和整定計(jì)算方法參見：PMH-150(RADSS/S)型

母線差動(dòng)保護(hù)裝置說明書，上海繼電器廠。

中陽抗型母線差動(dòng)保護(hù)差動(dòng)回路阻抗較人\有效減小了外部故障時(shí)的不平衡電流，H.差

動(dòng)回路不會(huì)引起太大的過電壓，但保護(hù)的整定計(jì)算較為復(fù)雜。目前在我國應(yīng)用廣泛。

第六節(jié)雙母線保護(hù)

發(fā)電廠和重要變電站的高壓母線，一般采用雙母線同時(shí)運(yùn)行、母線聯(lián)絡(luò)斷路器經(jīng)常投入

的運(yùn)行方式，每條母線連接一半的供電和受電組件。母線故障時(shí)，為了提高供電的可靠性，

要求母線保護(hù)具有選擇故障母線的能力，只切除故障母線，保證無故障母線繼續(xù)運(yùn)行。

一、雙母線同時(shí)運(yùn)行、組件固定連接的電流差動(dòng)保聲

元件固定連接的雙母線的電流差動(dòng)保護(hù)的單相原理接線如圖9-9所示，其三相原理接線

如圖9-10所示。保護(hù)裝置主要由三組電流差動(dòng)保護(hù)組成。第一組由電流互感器小I、TA2.

以5和差動(dòng)繼電器KZ)1蛆成小差動(dòng)保護(hù)，差動(dòng)繼電器1KD用來選擇第I組母線上的故隙；

另一組小差動(dòng)保護(hù)由電流互感器7X3、7X4、以6和差動(dòng)繼電器KD2組成，差動(dòng)繼電器2K。

用來選擇第II組母線上的放障；第三組由電流互感器以1?7X6和差動(dòng)繼電器KD3組成大差

動(dòng)保護(hù)，差動(dòng)繼電器KO3作為整套保護(hù)裝置的起動(dòng)元件。當(dāng)任組母線發(fā)生故障時(shí)，KD3

都動(dòng)作，為KDl、KQ2加上直流電源，并跳開母聯(lián)斷路器QF5。

當(dāng)任一組母線發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)只將故障母線切除，而另一組非故障母線及其連接的所

有元件仍可繼續(xù)運(yùn)行。

1、母線正常運(yùn)行時(shí)，每條母線的供電和受電組件的負(fù)荷基本平衡，母線聯(lián)絡(luò)斷路器電

流為零或很小，差動(dòng)繼電器1、2、3K。中很小的不平衡電流小于繼電器的動(dòng)作電流，因此，

母線保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。

7

2、外部任一點(diǎn)K短路時(shí)，一次、二次電流分布如到9-11(a)所示。可見，差動(dòng)繼電

器1、2、3KO中只有不平衡電流，保護(hù)可靠不動(dòng)作。

3、當(dāng)任一組母線K點(diǎn)短路時(shí)，一次、二次電流分布如圖9-11(b)所示?？梢?，差動(dòng)

圖9-9雙母線同時(shí)運(yùn)行時(shí)、元件固定連接的電流差動(dòng)保護(hù)單相原理接線圖

(a)交流回路接線圖：(b)直流回路展開圖

圖9-10雙母線同時(shí)運(yùn)行時(shí)、元件固定連接的電流差動(dòng)保護(hù)三相原理接線圖

繼電器1、3Ko流入全部故障電流，能夠動(dòng)作；而差動(dòng)繼電器2K。中只流過不平衡電流，

可靠不動(dòng)作。由圖9-9(b)可知，3KQ動(dòng)作后起動(dòng)中間繼電器3KM,使母聯(lián)斷路器5。/跳

閘并發(fā)出信號(hào)，同時(shí)給1、2K。提供操作電源。動(dòng)作后起動(dòng)中間繼電器1KM,使1.2QF

跳閘切除故障【母線并發(fā)出母線【故障信號(hào)。無故障母線H繼續(xù)運(yùn)行。母線1【故障時(shí)的分析

8

方法與前述相同。

4、母線的固定連接方式改變，如1Q/需要檢修，將線路心由母線I切換到母線II時(shí)，

由于差動(dòng)保護(hù)的二次回路不能隨著切換，破壞了保護(hù)的構(gòu)成原理，通過分析可知，保護(hù)將無

0aO000000bOD000

選擇地切除兩組母線，此時(shí)可將圖9-9(b)中的兩個(gè)手動(dòng)開關(guān)QK合上，3K。動(dòng)作后直接

通過1、2KM切除I、II兩組母線。圖9-10中KA。的常開接點(diǎn)接在相鄰線路零序電流保護(hù)

的跳閘操作回路中，用以防止零序電流保護(hù)的零序電流濾光器二次回路斷線引起誤動(dòng)作。這

種原理構(gòu)成的母線差動(dòng)保護(hù)限制了電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度的靈活性。

二、雙母線同時(shí)運(yùn)行的母聯(lián)相位差動(dòng)保護(hù)*

保護(hù)裝置的原理接線如圖9-12所示，主要由總差動(dòng)電流回路、相位比較回路和相應(yīng)的繼

電器組成。保護(hù)裝置根據(jù)總差動(dòng)電流的大小判別母線內(nèi)部、外部故障并作為母線內(nèi)部故障時(shí)

保護(hù)裝置的起動(dòng)組件，通過比較母聯(lián)電流相位與總差動(dòng)電流相位來選擇故障母線。按此原理

構(gòu)成的母線保護(hù)不受母線連接組件運(yùn)行方式變化的影響。

如圖9-12(a)所示，電流繼電器KA作為保護(hù)內(nèi)部故障的起動(dòng)組件接于總差動(dòng)回路。故

障母線選擇組件采用磁合成原理構(gòu)成的電流相位比較式繼電器。電流相位比較式繼電器是由

中間變流器以M、整流濾波1可路VS、Ci＞和VS、C2以及極化繼電器1KP、2Kp組成，可

以雙向動(dòng)作，按幅值比較方式比較總差動(dòng)電流。和母聯(lián)電流幾的相位。將比較相位的兩個(gè)

電流L和轉(zhuǎn)化為比較幅值的兩個(gè)量和1/-/J。在中間變流器以M右邊柱上,

磁通為"+九，在二次繞組卬2中輸出電壓以=K("+/M)；在左邊柱上，磁通為

9

4小，1%中輸出電壓口3=犬（。-/河）。整流、濾波后即可得到幅值比較的兩個(gè)電壓

3和S。

如圖9-12（b）所示，相位比較組件的執(zhí)行組件為極化繼電器1KP、2KP,電流從極性

端流入，繼電器動(dòng)作；反之，繼電器制動(dòng)。S接1KP的工作繞組和2Kp的制動(dòng)繞組，而

S接2Kp的工作繞組和的制動(dòng)繞組。當(dāng)?shù)贗組母線故障時(shí)，i,,和同相位，>『」，

圖9-12母聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)單相原理接線圖

（a）交流電流向路：（b）相位比較回路；（c）直流回路展開圖：（d）跳閘回路

1KP中工作電流大于制動(dòng)電流，2Kp中制動(dòng)電流大于工作電流，1KP動(dòng)作，2K。不動(dòng)作；

反之，第II組母線故障時(shí)，）和乙相位相反，口3|>|4|，2Kp動(dòng)作，1KP不動(dòng)作。

正常運(yùn)行及母線外部故障時(shí)，差動(dòng)回路只有不平衡電流，起動(dòng)組件KA不動(dòng)作，通過電

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阻區(qū)及KA的常閉接點(diǎn)給\KP和2Kp的兩組制動(dòng)繞組附加制動(dòng)電流，閉鎖相位比較同路，

保護(hù)可靠不動(dòng)作。

母線內(nèi)部故障時(shí)，差動(dòng)回路電流。為故障點(diǎn)電流幾，大于繼電器KA的動(dòng)作電流，繼

電器KA動(dòng)作后，其常開接點(diǎn)起動(dòng)中間繼電器5KM,跳開母聯(lián)斷路器5QF,并接通中間繼

電器1?4KM的正電源，同時(shí)，其常閉接點(diǎn)解除對(duì)1KP和2Kp的閉鎖。

如圖9-12(c)所示，當(dāng)母線I故障時(shí)，選擇組件1KP動(dòng)作，其接點(diǎn)經(jīng)電壓閉鎖繼電器

K■的常閉接點(diǎn)起動(dòng)中間繼電器1KM和2KM,使斷路器1Q廠及2Q廠跳閘。當(dāng)母線II故障

時(shí)，其接點(diǎn)經(jīng)電壓閉鎖繼電器KL的常閉接點(diǎn)起動(dòng)中間繼電器3KM和4KM,將斷路器3Q5

及4。尸跳閘。為了反應(yīng)各種故障，分別接在兩組母線電壓互感器的二次線電壓上。

實(shí)際中，常采用復(fù)合電壓閉鎖。

當(dāng)母聯(lián)斷路器因故退出運(yùn)行時(shí)，由于/M=0,選擇組件將無法工作，此時(shí)，可投入人工刀

開關(guān)QK,解除1KP和2Kp的作用。將電壓或復(fù)合電壓閉鎖繼電器適當(dāng)整定后，即可選擇

故障母線。

如圖9-12(b)所示，由于系統(tǒng)運(yùn)行方式的需要，各連接組件斷路器跳閘回路中均裝設(shè)

切換連接片XS,根據(jù)連接片位置的不同，可由任一組母線保護(hù)跳閘中間繼電器斷開某組件

的斷路器。

三、斷路器失靈保護(hù)簡介

電力系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)生故障時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)繼電保護(hù)匆作發(fā)出跳閘命令，而斷路器失靈不

能跳閘，導(dǎo)致設(shè)備燒毀、獷大事故范圍，甚至破壞系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的情況。為了防止這種情

況的發(fā)生，應(yīng)采用斷路器失靈保護(hù)。斷路器失靈保護(hù)是繼電保護(hù)動(dòng)作、斷路器拒動(dòng)時(shí)，能夠

以較短時(shí)限切除同一發(fā)電廠或變電站內(nèi)其它有關(guān)斷路器，將故障部分隔離，并使停電范圍最

小的一種近后備保護(hù)。為此，DL400-I991《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：在

220?5()0kV電力網(wǎng)中以及HOkV電力網(wǎng)的個(gè)別重要部分，可按下列規(guī)定裝設(shè)斷路器失靈保

護(hù)：

(1)線路保護(hù)采用遠(yuǎn)后備方式，且斷路器確有可能拒動(dòng)時(shí)：對(duì)220kV~500kV分相操作

的斷路器，可只考慮斷路器單相拒動(dòng)的情況。

(2)線路采用遠(yuǎn)后備方式，且斷路器確有可能拒動(dòng)，如果其它線路或變壓器的后備保護(hù)

切除故障，將擴(kuò)大停電范圍(例如采用多角形接線、雙母線或分段單母線時(shí))，并引起嚴(yán)重

后果時(shí)。

II

(3)如斷路器和電流互感器之間距離較長，在其間發(fā)生故障不能由該時(shí)路主保護(hù)切除,

而由其它線路或變壓器的后備保護(hù)切除故障又將擴(kuò)大停電范圍并引起嚴(yán)重后果時(shí)。

斷路器失靈保護(hù)的構(gòu)成原理接線如圖9-13所示。所有連接于I段的組件保護(hù)裝置，當(dāng)其

出口中間繼電器1KM、2KM動(dòng)作于跳開本身斷路器的同時(shí)，起動(dòng)斷路器失靈保護(hù)中的公用

時(shí)間繼電器KT,其動(dòng)作廷時(shí)大于故障組件斷路器的跳閘時(shí)間和保護(hù)裝置的返回時(shí)間之和。

因此，斷路器失靈保護(hù)并不影響原有保護(hù)裝置對(duì)故障的正常切除。例如，出線K點(diǎn)發(fā)生故

段

z\QFJ2QF

\KM2KMKT3KM

12

此外，高壓斷路器檢修通常需要半個(gè)月以上，這樣，雙母線在一年中將有很長時(shí)間以單母線

方式運(yùn)行，相對(duì)降低了供電的可靠性。

在采用雙母線的變電站中，母聯(lián)斷路器通常處于合閘狀態(tài)，即按分段單母線運(yùn)行。當(dāng)一

組母線故障，將有約?半的連接組件停電，若同時(shí)伴隨母聯(lián)斷路器失靈或故障發(fā)生在母聯(lián)斷

路器和電流互感器之間的保護(hù)死區(qū)，則會(huì)造成變電站全部停電。

目前，對(duì)F500kV變電站和220kV樞紐變電站，要求在母線發(fā)生短路時(shí)不影響變電站

的連續(xù)供電；在母線短路伴隨

斷路器失靈時(shí)，要求停電范圍

最小。因此，對(duì)于220kV及以

上的重要變電站，如串?dāng)?shù)為3

串以上時(shí)，推薦采用如圖9-15

所示的一個(gè)半斷路器母線接

線方式。

二、一個(gè)半斷路器母線

接線方式的特點(diǎn)

1.一個(gè)半斷路器母線接線方式的優(yōu)點(diǎn)

(1)在任?斷路器檢修時(shí)不影響所連接元件的連續(xù)供電，不需要進(jìn)行倒閘操作，可以減

少一次回路誤操作的機(jī)會(huì)，

(2)當(dāng)進(jìn)行母線檢修或清掃時(shí)，不需要進(jìn)行復(fù)雜操作。

(3)當(dāng)一組母線發(fā)生短路時(shí)，母線保護(hù)動(dòng)作后只跳開與該母線相連的所有斷路器，不會(huì)

使任何連接元件停電。

(4)任一組母線或任一連接元件發(fā)生短路并伴隨斷路器失靈(拒動(dòng))時(shí)，失靈保護(hù)動(dòng)作

后需要跳開斷路器的數(shù)量少，不會(huì)引起全廠或全站停電.下面分三種情況說明：

1)如圖9?16(a)所示線路山的K點(diǎn)發(fā)生短路，保護(hù)應(yīng)跳開1QF、2QP,若\QF夫

靈，失靈保護(hù)動(dòng)作后，跳開I

母線上的所有斷路器4、70戶,

因此除線路￡i外，其它連接

元件都不停電。

2)同理，如圖9?16(b)

1^9-16一個(gè)半斷路器母線接線方式

(a)、(b)外部故障：(c)內(nèi)部故障

所示，線路L的K點(diǎn)發(fā)生短路并伴隨2Q尸失靈，失靈保護(hù)動(dòng)作后，跳開3QE因此除同一

串的線路“和變壓器T.兩個(gè)連接元件外，其它連接元件均不停電。

3）如圖9-16（c）所示，I母線上的K點(diǎn)發(fā)生短路，保護(hù)應(yīng)跳開1QF、4QF、7QF,

若1QF失靈，失靈保護(hù)動(dòng)作后，跳開斷路器2QP,因此除與故障I母線相連且斷路器失靈

的連接元件外，其它連接元件均不停電。

踵.?由色方相衰示新路相處寸閉合狀態(tài)，翼色方呦表承新不收存，方桓打義表示指動(dòng)收農(nóng)。

（5）在一個(gè)半母線接線方式中，各隔離開關(guān)只作為檢修斷路器時(shí)隔離用，不需要象雙母

線接線方式中那樣進(jìn)行倒閘操作，因此減少了隔離開關(guān)誤操作的機(jī)會(huì)。

（6）由于不需要裝設(shè)旁路開關(guān)，變電站一次回路的布置清晰，配電裝置占地面積小，消

耗材料少。

（7）由于不采用旁路斷路器代替線路斷路器的工作方式，因而不需要對(duì)線路保護(hù)進(jìn)行切

換或重新整定，簡化了繼電保護(hù)的接線和運(yùn)行。

2.一個(gè)半斷路器母線接線方式存在的問題

（1）如果進(jìn)出線數(shù)目為〃，采用雙母線接線時(shí)，需用的斷路器數(shù)為〃+2,而一個(gè)半斷路

器母線接線方式下，需用1.5〃個(gè)斷路器，變電站造價(jià)大大增加。

（2）當(dāng)任一連接元件短路時(shí)，需要同時(shí)跳開兩個(gè)斷路器，導(dǎo)致斷路器失靈的幾率增加一

倍。斷路器跳閘次數(shù)的增加，增加了斷路器檢修的工作量。對(duì)于?串中的中間斷路器，由于

跳閘次數(shù)最多，檢修的工作量也最大“

（3）如圖9-17所示，當(dāng)一串中的一個(gè)斷路器1Q/臉修時(shí)，

一回線路小發(fā)生短路，將使該串中的兩回線路L和心3同時(shí)停電。

（4）如圖9-17所示，當(dāng)一個(gè)斷路器1。尸檢修時(shí)，斷路器3。尸

和相應(yīng)的電流互感器必須流過線路Li和上的負(fù)載電流之和。因

此，一串中的斷路器和電沆互感器的額定電流大約應(yīng)按連接元件

額定電流的2倍選擇。

（5）線路或變壓器的保護(hù)需接在兩組電流互感器二次的和圖9-17斷路器檢修

線路故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作情況

電流中，因此一方面需要增加電流互感器的數(shù)量，同時(shí)由廣電流

互感器的比值誤差和勵(lì)磁回路的汲出作用，在外部發(fā)生穿越性故障時(shí)，將產(chǎn)生不平衡電流,

而在一個(gè)斷路器斷開的情況下線路故障時(shí)，將使繼電保護(hù)的靈敏度降低。

（6）在雙母線方式下線路斷路器檢修時(shí)，可用旁路斷路器和它的繼電保護(hù)來代替線路斷

路器和繼電保護(hù)。因而線路繼電保護(hù)可在線路斷路器檢修時(shí)同時(shí)進(jìn)行檢修校驗(yàn)。而在一個(gè)半

14

斷路器母線接線方式下，當(dāng)一個(gè)斷路器停用或檢修，相應(yīng)的線路保護(hù)不能卻不能同時(shí)檢修和

校驗(yàn)。因此線路保護(hù)必須采取雙重化措施。

（7）如圖9/8所示，線路必靠近A側(cè)發(fā)生短路并伴

隨斷路器2QF失靈時(shí)，失靈保護(hù)動(dòng)作跳開斷路器3QF.

但線路L2的B側(cè)保護(hù)在線路L,末端短路時(shí)靈敏度常常不

夠。因而在線路“上應(yīng)裝設(shè)高頻遠(yuǎn)方跳閘裝置.，利用2QF

的的失靈保護(hù)起動(dòng)遠(yuǎn)方跳閘裝置，使之跳開B側(cè)的5Q凡

在每回線路上除了需要主保護(hù)雙重化所需的高頻通道外，

還應(yīng)增加遠(yuǎn)方跳閘裝置所需的一個(gè)高頻通道，給高頻通道圖9-18斷路器失靈時(shí)

高頻遠(yuǎn)方跳閘說明

的安排帶來一些困難。遠(yuǎn)方跳閘裝置若采用光纖或微波通

道，這一問題可以得到較好的解決。

（8）繼電保護(hù)和重合閘裝置與兩個(gè)斷路器均有聯(lián)系，二次回路方間的交叉較多，謊試和

運(yùn)行均較復(fù)雜，相應(yīng)地影響了一次回路的可靠性。

盡管如此，其優(yōu)點(diǎn)更為突出，因此國內(nèi)、外的500kV變電站中，基本均采用一個(gè)半斷路

器母線方式。部分重要的220kV變電站也采用這種母線結(jié)構(gòu)。

三、短引線保護(hù)

所謂短引線保護(hù)就是在3/2斷路器（或角形）接線中，當(dāng)兩個(gè)斷路器之間所接元件（線

路或變壓器）退出或檢修后，而為了保證供電的可靠性，使該串恢復(fù)環(huán)網(wǎng)運(yùn)行這一特定方式

下，保護(hù)兩個(gè)斷路器之間的聯(lián)線以及到電容式電壓互感器的這段短引線而裝設(shè)的保護(hù)裝置。

它實(shí)質(zhì)上是一種電流差動(dòng)保護(hù)。短引線故障應(yīng)動(dòng)作于這兩個(gè)斷路器跳閘，并閉鎖其重合閘。

其在正常運(yùn)行時(shí)不投，僅在線路或主變停電、保護(hù)

退出，而開關(guān)運(yùn)行時(shí)投入，

3/2斷路器接線方式如圖9T9所示，當(dāng)線路L

停用，則該線路側(cè)保護(hù)用隔離開關(guān)Q5將斷開，此時(shí)

保護(hù)用電壓互感器TV停電，線路主保護(hù)因停用而不

能切除該范圍內(nèi)短引線故障。可由TA.,T也構(gòu)成電流

圖9793/2斷路器接線

差動(dòng)保護(hù)作為短引線保護(hù)快速切除故障。方式的一串?dāng)嗦菲?/p>

當(dāng)線路運(yùn)行、線路側(cè)隔離開關(guān)QS投入時(shí)，將無選擇性動(dòng)作，通常由隔離開關(guān)QS展助觸

點(diǎn)控制在QS合閘時(shí)短引線保護(hù)停用。

15

第八節(jié)母線保護(hù)的特殊問題及措施

一、母線差動(dòng)保護(hù)中電流互感器飽和問題及抗飽和措施

通常母線差動(dòng)保護(hù)連接元件較多，在外部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，靠近故障的電流互感器深度

飽和，差動(dòng)回路不平衡電流增大，可能引起母線保護(hù)誤動(dòng)作。目前在UOkV及以上電壓等

級(jí)的電網(wǎng)中廣泛采用中阻抗、高阻抗和數(shù)字式低阻抗母級(jí)差動(dòng)保護(hù)來防止外部故障時(shí)母線差

動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，并在外部故障轉(zhuǎn)換為內(nèi)部故障時(shí)能夠快速開發(fā)母線差動(dòng)保護(hù)。

I、中阻抗、高阻抗母線差動(dòng)保護(hù)電流互感器抗飽和措施

中阻抗、高阻抗母線差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng)回路阻抗通常為幾百歐，電流互感器TA飽和后勵(lì)

磁阻抗下降，差動(dòng)保護(hù)回路不平衡電流較小，再利用母線差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)特性即可防止外部

故障時(shí)TA飽和引起的母線差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。內(nèi)部故障時(shí)，母線差動(dòng)保護(hù)在TA飽和前快速

動(dòng)作。

2、數(shù)字式低阻抗母線差動(dòng)保護(hù)電流互感器抗飽和措施

目前數(shù)字式母線差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng)回路一般為低阻抗，其TA抗飽和的措施主要有以下兒

種。

（1）具有制動(dòng)特性的母線差動(dòng)保護(hù)。當(dāng)TA飽和不很嚴(yán)重時(shí)，制動(dòng)特性可以保證母線差

動(dòng)保護(hù)在外部故障時(shí)不誤動(dòng)作。但TA深度飽和時(shí)，具有制動(dòng)特性的母線差動(dòng)保護(hù)

仍有可能誤動(dòng)作。

（2）TA線性區(qū)母線差動(dòng)保護(hù).TA飽和后，一次電流每個(gè)周波過零點(diǎn)附近存在不飽和的

線性時(shí)段，此時(shí)投入母線差動(dòng)保護(hù)可以正確判斷母線的故障。由于TA飽和時(shí)電流

波形復(fù)雜，因此判別TA線性傳變區(qū)的關(guān)鍵是檢測電流每個(gè)周波TA進(jìn)入、退出飽