母线保护与断路器失灵保护配置方案

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：母线保护大多采用差动保护原理构成，动作后跳开连接在该母线上的所有断路器。故该类保护又称低阻抗式母差保护。这种保护实际上是利用差动回路阻抗变化的特征，有效地防止区外短路因电流互感器严重饱和造成保护误动作。断路器失灵保护主要由启动元件、时间元件、闭锁元件和出口回路组成。

（一）母线保护

母线是电力系统汇集和分配电能的重要元件，母线发生故障，将使连接在母线上的所有元件停电。若在枢纽变电所母线上发生故障，甚至会破坏整个系统的稳定，使事故进一步扩大，后果极为严重。

根据有关规程规定，以下情况应装设专用母线保护：

（1）对发电厂和变电所的220～500kV电压的母线，应装设能快速有选择地切除故障的母线保护，并考虑实现保护双重化。

（2）110kV双母线。

（3）110kV单母线，重要发电厂或110kV以上重要变电所的35～66kV母线，根据系统稳定要求，需要快速切除母线上的故障时。

（4）35～66kV电力网中主要变电所的35～66kV双母线或分段单母线需要快速而有选择地切除一段或一组母线上故障，以保证系统安全稳定运行和可靠供电时。

对发电厂和主要变电所的3～10kV分段母线及并列运行的双母线，一般可由发电机和变压器的后备保护实现对母线的保护。下列情况下，应装设专用母线保护：①须快速而有选择地切除一段或一组母线上的故障，以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。

对母线保护的要求是：必须快速有选择地切除故障母线；应能可靠方便地适应母线运行方式的变化；接线尽量简化。母线保护的接线方式，对于中性点直接接地系统，为反映相间短路和单相接地短路，须采用三相式接线；对于中性点非直接接地系统只需反映相间短路，可采用两相式接线。母线保护大多采用差动保护原理构成，动作后跳开连接在该母线上的所有断路器。

按构成原理的不同，母线保护主要分类如下。

1.完全电流差动母线保护

即在母线所有连接元件中装设具有相同变比和特性的电流互感器，将它们的二次线圈同极性端连在一起，然后接入电流型差动继电器，此类保护要求电流互感器和电流继电器的内阻抗要小，否则会造成外部故障时保护的误动作。故该类保护又称低阻抗式母差保护。

完全电流差动母线保护的原理，与线路纵联差动保护十分相似，两种保护只是被保护的对象不同而已。

2.电压差动母线保护

若将电流型差动继电器（内阻很小，约几欧）换成内阻很高，约2.5～7.5kΩ的电压继电器，即构成电压差动母线保护也称作高阻抗式母差保护。这种保护实际上是利用差动回路阻抗变化的特征，有效地防止区外短路因电流互感器严重饱和造成保护误动作。

这种保护方式接线简单、动作速度快（几十毫秒），适用于外部短路电流大、电流互感器铁芯易于饱和的场合，国内已在推广使用。

3.具有比率制动特性的电流差动母线保护

这种保护，因差动回路总电阻约200Ω，故又称作中阻抗式母差保护。它与低、高阻抗式母差保护相比具有下列优点：①减小了外部短路时的不平衡电流；②防止内部短路时可能出现的过电压；③采用比率制动特性保证了动作的选择性并提高了母线故障动作的灵敏性。

这种保护在国内已得到较广应用。生产厂家也比较多，整定方法与比率制动式发电机差动保护类似。

（二）断路器失灵保护

高压电网的保护装置和断路器都应采取一定的后备保护，以便在保护装置拒动或断路器失灵时，仍能可靠切除故障。对于重要的220kV及以上主干线路，针对保护拒动通常装设两套主保护（即保护双重化）；针对断路器拒动即断路器失灵，则装设断路器失灵保护。

在220～500kV电力网中，以及110kV电力网的个别重要部分，可按下列规定装设断路器失灵保护：

（1）线路保护采用近后备方式，对220～500kV分相操作的断路器，可只考虑断路器单相拒动的情况。

（2）线路保护采用远后备方式，如果由其他线路或变压器的后备保护切除故障将扩大停电范围（例如采用多角形接线，双母线或分段单母线等时），并引起严重后果时。

（3）如断路器与电流互感器之间发生故障，不能由该回路主保护切除，而由其他线路和变压器后备保护切除将扩大停电范围，并造成严重后果时。

断路器失灵保护主要由启动元件、时间元件、闭锁元件和出口回路组成。为了提高保护动作的可靠性，启动元件必须同时具备两个条件才能启动。其中：

（1）故障元件的保护出口继电器动作后不返回；

（2）在故障保护元件的保护范围内短路依然存在，即失灵判别元件启动。

当母线上连接元件较多时，失灵判别元件可采用检查母线电压的低电压继电器，动作电压按最大运行方式下线路末端短路时保护应有足够的灵敏性整定；当母线上连接元件较少时，可采用检查故障电流的电流继电器，动作电流在满足灵敏性的情况下，应尽可能大于负荷电流。

由于断路器失灵保护的时间元件在其他保护动作后才开始计时，动作延时按躲过断路器的跳闸时间与保护的返回时间之和整定，通常取0.3～0.5s。当采用单线分段或双母线时，延时可分两段，第Ⅰ段以短时限动作于分段断路器或母联断路器；第Ⅱ段再经一时限动作跳开有电源的出线断路器。

母线保护与断路器失灵保护配置方案

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