第五节 母线保护配置

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，起到汇聚和重新分配电能的重要作用。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，转移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站的母线上故障时，还可能引起系统稳定的破坏，造成严重的后果。因此，母线保护非常重要。

为满足可靠、快速和有选择性切除故障的要求，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：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；当母线上发生故障时，所有与电源连接的元件都向故障点供给短路电流，而在供电给负荷的连接元件中电流等于零；如从每个连接元件中电流相位来看，则在正常运行以及外部故障时，至少有一个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，其他元件中的电流则是同相位的。

母线保护大体可分为完全电流差动母线保护、电流比相式母线保护、中阻抗型母线差动保护、微机型比率制动差动母线保护等几种类型。

本厂采用的母线保护为深圳南瑞科技有限公司生产的BP—2P型微机母线保护装置，该装置适用于500kV及以下电压等级，包括单母线、单母分段、双母线、双母分段以及一个半断路器接线在内的主接线方式，最大主接线规模为24个间隔（线路、元件和联络开关）。

一、保护配置与技术参数

BP—2P型微机母线保护装置可以实现母线差动保护、母联充电保护、母联过流保护、母联失灵（或死区）保护、以及断路器失灵保护出口等功能。

各项技术参数如下：

1.额定参数

直流电压：220V 允许偏差：-20%—+15%

交流电压：57.7V

交流电流：5A

频率：50Hz

2.功耗

直流电源回路：〈50W（常态）

〈75W（保护动作瞬间）

交流电压回路：〈0.5VA/相

交流电流回路：〈1VA/相

3.交流回路过载能力

交流电压：2Un 持续工作

交流电流：2In 持续工作

30In 10S

40In 1S

4.输出接点容量

允许长期通过电流：5A

允许短时通过电流：10A，1S

5.主要技术指标

母差保护整组动作时间：〈12ms（差流Id≥2倍差流定值）

出口保持时间：≥200ms

返回时间：〈40ms

定植误差：〈±5%

6.环境条件

正常工作温度：0—40℃

正常工作温度：-10—50℃

储存与运输：-25—70℃

二、保护原理

1.母线差动保护

各种类型的母线保护就其对母线接线方式、电网运行方式、故障类型以及故障点过渡电阻等方面的适应性来说，仍以按电流差动原理构成的母线保护为最佳。带制动特性的差动继电器，采用一次的穿越电流作为制动电流，以克服区外故障时由于电流互感器误差而产生的不平衡电流，在高压电网中得到了较为广泛的应用。BP—2P型母差保护以此为基础，结合微机数字处理的特点，发展出以分相瞬时值复式比率差动元件为主的一整套电流差动保护方案。下面分别叙述各元件工作原理。

1.1 起动元件

母线差动保护的起动元件由‘和电流突变量’和‘差电流越限’两个判据组成。‘和电流’是指母线上所有连接元件电流的绝对值之和，‘差电流’是指所有连接元件电流和的绝对值。与传统差动保护不同，微机保护的‘差电流’与‘和电流’不是从模拟电流回路中直接获得，而是通过电流采样值的数值计算取得。起动元件分相起动，分相返回。

1.1.1和电流突变量判据，当任一相的和电流突变量大于突变量门槛时,该相起动元件动作。

1.1.2 差电流越限判据，当任一相的差电流大于差电流门槛定值时,该相起

动元件动作。

1.1.3 起动元件返回判据，起动元件一旦动作后自动展宽40ms，再根据起动元件返回判据决定该元件何时返回。当任一相差电流小于差电流门槛定值的75%时，该相起动元件返回。

1.2 差动元件

母线保护差动元件由分相复式比率差动判据和分相突变量复式比率差动判据构成。

1.2.1复式比率差动判据动作表达式为：

Id>Idset

Id>Kr×(Ir-Id)

其中Idset为差动电流门坎定值，Kr为复式比率系数（制动系数），Ir为和电流，Id为差电流。

复式比率差动判据相对于传统的比率制动判据，由于在制动量的计算中引入了差电流，使其在母线区外故障时有极强的制动特性，在母线区内故障时无制动，因此能更明确地区分区外故障和区内故障。

1.2.2故障分量复式比率差动判据

根据叠加原理，故障分量电流有以下特点：a.母线内部故障时，母线各支路同名相故障分量电流在相位上接近相等（即使故障前系统电源功角摆开）。b.理论上，只要故障点过渡电阻不是∞，母线内部故障时故障分量电流的相位关系不会改变。

为有效减少负荷电流对差动保护灵敏度的影响，为进一步减少故障前系统电源功角关系对保护动作特性的影响，提高保护切除经过渡电阻接地故障的能力，本装置采用电流故障分量分相差构成复式比率差动判据。

动作表达式为：

△Id>△Idset （1）

△Id>Kr×(△Ir-△Id) （2）

Id>Idset （3）

Id>0.5×(Ir-Id) （4）

其中△Idset为故障分量差电流门坎，△Ir为故障分量和电流，△Id为故障分量差电流，Kr为复式比率系数（制动系数）。

由于电流故障分量的暂态特性，故障分量复式比率差动判据仅在和电流突变起动后的第一个周波投入，并受使用低制动系数（0.5）的复式比率差动判据闭锁。

保护将母线上所有连接元件的电流采样值输入上述两个差动判据，即构成大差（总差）比率差动元件；对于分段母线，将每一段母线所连接元件的电流采样值输入上述差动判据，即构成小差（分差）比率差动元件。各元件连接在哪一段

母线上，是根据各连接元件的刀闸（隔离开关）位置来决定。

2.故障母线选择逻辑

对于存在倒闸操作的双母线、双母分段等主接线，差动保护使用大差比率差动元件作为区内故障判别元件；使用小差比率差动元件作为故障母线选择元件。即由大差比率元件是否动作，区分母线区外故障与母线区内故障；当大差比率元件动作时，由小差比率元件是否动作决定故障发生在哪一段母线。这样可以最大限度的减少由于刀闸辅助接点位置不对应造成的母差保护误动作。

3.母线（分段）失灵和死区保护

母线并列运行，当保护向母联（分段）开关发出跳令后，经整定延时若大差电流元件不返回，母联（分段）流互中仍然有电流，则母联（分段）失灵保护应经母线差动复合电压闭锁后切除相关母线各元件。只有母联（分段）开关作为联络开关时，才起动母联（分段）失灵保护，因此母差保护和母联（分段）充电保护起动母联（分段）失灵保护。母线并列运行，当故障发生在母线（分段）流互之间时，断路器侧母线段跳闸出口无法切除该故障，而流互侧母线段的小差元件不会动作，这种情况称之为死区故障。此时，母差保护已动作于一段母线，大差电流元件不返回，母线（分段）开关已跳开而母线（分段）流互仍有电流，死区保护应经母线差动复合电压闭锁后切除相关母线。

4.母联（分段）充电保护

分段母线其中一段母线停电检修后，可以通过母联（分段）开关对检修母线充电以恢复双母运行。此时投入母联（分段）充电保护，当检修母线有故障时，跳开母联（分段）开关，切除故障。

母联（分段）充电保护的起动需同时满足三个条件：（1）母联（分段）充电保护压板投入；（2）其中一段母线已失压，且母联（分段）开关已断开；（3）母线电流从无到有。

充电保护一旦投入自动展宽200ms后退出。充电保护投入后，当母联任一相电流大于充电电流定值，经可整定延时跳开母联开关，不经复合电压闭锁。

5.母联（分段）过流保护

母联（分段）过流保护可以作为母线解列保护，也可以作为线路（变压器）的临时应急保护。

母联（分段）过流保护压板投入后，当母联任一相电流大于母联过流定值，或母线零序电流大于母线零序过流定值时，经可整延时跳开母联开关，不经复合电压闭锁。

6.电流回路断线闭锁

差电流大于TA断线定值，延时9秒发TA断线告警信号，同时闭锁母差保护。电流回路正常后，0.9秒自动恢复正常运行。

7.电压回路断线告警

某一段非空母线失去电压，延时9秒发TV断线告警信号。除了该段母线的复合电压元件将一直动作外，对保护没有其他影响。

8.断路器失灵保护出口

断路器失灵保护可以与母线保护公用跳闸出口。

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本装置。本装置检测到某一失灵起动接点闭合后，起动该断路器所连的母线段失灵出口逻辑，经失灵复合电压闭锁，按可整定的‘失灵出口延时1’跳开联络开关，‘失灵出口延时2’跳开该母线连接的所有断路器。

失灵的电压闭锁元件，与差动的电压闭锁类似，也是以低电压（线电压 ）、负序电压和3倍零序电压构成的复合电压元件。只是使用的定值与差动保护不同，需要满足线路末端故障时的灵敏度。同样失灵出口动作，需要相应母线的失灵复合电压元件动作。

三、定检项目与方法

1.交流量检验

在预设--相位基准中设置以01单元的相位为基准。

在第1单元加三相电流，幅值为In(5A)，相角依此为0，240，120。校验查看--间隔单元菜单显示的交流量并记录。

在以下各单元的交流测试中，除在本单元加三相电流外，A相电流与第1单元A相串接。以校验各单元的相角。

在PT端子三相电压，幅值为Un（57.7V），相角依此为0,240,120。校验查看--间隔单元菜单显示的交流量并记录。

2.开出量检验

2.1将母联和分段的刀闸强制合。L1,3,5,7,9?奇数单元强制合I母，II母自适应；L2,4,6,8,10?偶数单元强制II母，I母自适应，校验刀闸位置显示，L1单元加电流（2In），使 I母动作。检测跳闸接点并记录。

2.2强制刀闸的位置，母联和分段的刀闸强制合。L1,3,5,7,9?奇数单元强制合II母，I母自适应；L2,4,6,8,10?偶数单元强制I母，II母自适应。校验刀闸位置显示，L1单元加电流（2In），使 II母动作。检测跳闸接点并记录。

2.3将运行电源空开断开时，“运行电源消失，操作电源消失”信号端子导通，将操作电源空开断开时，“操作电源消失”信号端子导通。

3.开入量调试

3.1将有的刀闸强制合均改为自适应状态。依此在屏后的刀闸开入端子和失灵开入端子加开入量，在主界面检测刀闸是否正确，在间隔单元菜单中检测失灵接点是否正确。

3.2将保护投退切换把手切至“差动退，失灵投”位置，查看主界面显示是否正确。切至“差动投，失灵退”位置，查看主界面显示是否正确。切至“差动

退，失灵投”位置，查看主界面显示是否正确。进入装置运行记录---保护投退菜单，查看记录是否正确。

3.3检验信号复归是否正常。

3.4投充电保护压板，过流保护压板，查看主界面显示是否正确。

3.5投分列运行压板，查看母联开关是否断开，检查母联常开，常闭接点，是否正确。

4.保护功能调试

4.1母线区外故障

4.1.1将母联（分段）的刀闸强制合。L1,3,5,7,9?奇数单元强制合I母，II母自适应；L2,4,6,8,10?偶数单元强制II母，I母自适应。

4.1.2 Lk，L1，L2三个单元同时串接A相电流，幅值为In，方向：Lk，L1为正方向，L2为反方向。

4.1.3 大差电流和两段小差电流均为0，母差不应动作。

4.2母线区内故障

4.2.1 L2加B相电流，验证II母差动动作时的门槛定值。

4.2.2 将实验仪的A相电流串接在L1，L3单元的B相端子上，幅值为0.4In，将实验仪的B相电流串接在L2单元的B相端子上，幅值为0。

4.2.3 母联开关合时，改变L2的电流幅值，验证II母差动动作时的比率系数高值。

4.2.4 母联开关断时，改变L2的电流幅值，验证II母差动动作时的比率系数低值。

4.2.5 察看录波的信息，波形和打印报告是否正确。

注：实验步骤3，4中，L2电流幅值变化至差动动作时间不要超过9秒，否则，报CT断线，闭锁差动。实验中，不允许长时间加载2倍以上的额定电流。

4.3倒闸过程中母线区内故障

4.3.1 将L2的I、II母刀闸均强制合，互联信号灯亮，L5加C相电流（大于差动门槛定值），I、II母同时动作。

4.3.2 将L2的刀闸恢复，信号复归，在保护控制字中将强制母线互联设置投，互联信号灯亮，L5加C相电流（大于差动门槛定值），I、II母同时动作。

4.3.3 将保护控制字设置恢复。信号复归。

4.3.4 察看录波的信息，波形和打印报告是否正确。

4.4失灵保护出口

4.4.1 在端子排L1失灵启动接点加开入量，I母失灵动作。用实验仪检验母联和母线出口延时是否准确。检验各单元出口接点是否正确。

4.4.2 在端子排L2失灵启动接点加开入量，II母失灵动作。用实验仪检验母联和母线出口延时是否准确。检验各单元出口接点是否正确。

4.4.3 将L3的I ，II母刀闸均强制合，在端子排L5失灵启动接点加开入量，I，II母失灵同时动作。检验各单元出口接点是否正确。

4.4.4 将L3的刀闸强制恢复，信号复归。查看事件记录内容是否正确。

4.5母联失灵（死区）故障

4.5.1 母联开关为合。

4.5.2 将Lk,L1,L2三个单元同时串接C相电流，方向相同。

4.5.3 电流幅值加载0.8In（大于差动门槛，小于母联失灵定值），II母差动动作。

4.5.4 电流幅值加载1.2In（大于差动门槛，小于母联失灵定值），II母差动动作。母联失灵启动经母联失灵延时后，封母联CT，I母差动动作。

4.5.5 用实验仪检验I母出口延时（母联失灵延时）是否正确。

4.5.6 母联开关为断。

4.5.7 将Lk,L1二个单元同时串接C相电流，方向相同。

4.5.8 电流幅值加载0.8In（大于差动门槛，小于母联失灵定值），I母差动动作。

4.5.9 察看录波的信息，波形和打印报告是否正确。

4.6母线充电保护

4.6.1 投充电保护压板。

4.6.2 在母联加A相电流（大于充电定值），母线充电动作。

4.6.3 用实验仪检验母联出口延时（母线充电延时）是否正确。

4.6.4 查看事件记录内容是否正确。在菜单装置运行记录---保护投退记录中检验保护投退记录是否正确。

4.7母联过流保护

4.7.1 投过流保护压板。

4.7.2 在母联加A相电流（大于母联过流定值），母联过流动作。

4.7.3 在母联加零序电流（大于母联零序过流定值），母联过流动作。

4.7.4 查看事件记录内容是否正确。

4.8复合电压闭锁

4.8.1 在I母PT回路加额定正常电压。I母失灵闭锁灯灭。

4.8.2 L1加In电流（大于差动门槛），差动不动，经延时，报CT断线告警。

4.8.3 在屏后端子排加L1失灵启动开入量，失灵不动，经延时，报开入异常告警。

四、母差保护日常维护中应注意的事项

1.母线倒闸操作

倒闸操作可在I、II母之间或在III、II母之间顺序进行操作，但决不允许

在I、II母和III、II母之间同时进行倒闸操作。如果这样，在发生故障时，母差保护将拒动。

2.互联启动

在倒闸操作过程中，I、II母通过刀闸连在一起时，母线保护将启动互联。此时将改变差回路形成方式，将I、II母上所有相关单元电流之和形成I、II母小差。若此时I、II母上有故障，则跳所有母联和连于I母和II母上所有单元的开关。因此，倒闸操作时应使互联启动时间尽可能短，避免事故扩大。

3.母联开关退出运行时的注意事项

在任一母联开关退出运行时，母线保护装置都将发开入异常信号，这是正常现象。因为此时跳位继电器因失电而返回，母线保护装置检测到开关既不在合位也不在跳位，故发开入异常信号。此时必须将相应母联分列压板投入，以确保母联开关状态的正确性。

 

第二篇：关于带负荷测试母线差动保护的探讨

关于带负荷测试母线差动保护的探讨

母线是电力系统变电站的重要电气设备之一。在运行中某一电压等级的母线发生短路故障可能会引起全站停电的事故，甚至扩大为电力系统的事故；同时，由于故障电流大，也会造成有关设备严重损坏。为了使母线发生短路故障时影响范围最小，故障时间最短，就必须配置可靠、快速、选择性好的母线保护，以便能及时切除短路故障点。母线差动保护是承担这个重任的比较理想的保护装置，它具有原理简单、采用电气量少、动作无延时以及保护范围准确等特点，能够快速有效地切除故障母线，对电网的安全稳定运行起着十分重要的作用。

一、带负荷测试母线差动保护的必要性

虽然母线差动保护的原理简单，但保护装置的正确动作却受多方面因素的影响：

1、是变电站的母线上一般都连接有多条输出线路，各条线路配置的保护用的电流互感器变比和极性必须正确；

2、是各线路CT二次输出的电流误差值应符合规定的范围；三是母联断路器、母联兼旁路断路器或分段用的断路器配置的CT变比和极性正确，要符合一次系统运行方式。

总之，二次回路的组合要满足母线差动保护原理的要求。而这些因素在回路没有电流的情况下鉴定工作量大，且容易出现错误。为了对这些因素作出准确的分析判断，就需要对母线差动保护进行带负荷电流测试工作，以验证差动保护在运行中各方面因素的正确性。

二、应测试的主要数据

怎样知道母线差动保护的配置在安装、调试、整定等环节是否有疏漏，如CT的极性是否接反，回路是否接错，整定时平衡系数是否算错等，可以在带负荷的情况下测试以下有关数据，为下一步分析判断做准备。

1、差流或差压

目前，多数变电站配置的母线差动保护主要有电磁型(如BCH-1型、PMH型、逐渐淘汰)和微机型(如RCS-915型、WMZ-41A、BP-2B型、WMH-800)4种。电磁型母差保护采用磁平衡补偿的差动继电器和中阻抗母线差动继电器，需用高阻抗输入的0.5级交流电压表依次测出A，B，C相差压。微机型母差保护采用电流平衡补偿的差动继电器，用钳形相位表或通过微机保护的液晶显示屏依次测出A，B，C相差流。

2、各侧电流的幅值和相位

仅仅通过差流来判断母线差动保护的正确与否是不充分的，因为有些接线或变比的小错误产生的差流并不明显，而且差流与负荷电流的变化成正比，负荷变小，差流也跟着变小。所以除需测试差流外，还要用钳形相位表从保护屏的端子排上依次测出各侧A，B，C相的幅值和相位(相位以某相PT二次电压为基准)。不建议通过微机保护装置的液晶显示屏记录电流的幅值和相位。

3、母线的潮流值

通过后台显示器或控制屏以及调度端，遥测记录母线上各路电流、有功功率、无功功率的大小和流向，为下一步分析CT的变比和极性奠定基础。

因差流是随负荷电流成正比变化的，因此测试时负荷电流应当越大越好。负荷电流越大，各种错误在差流中体现得就越明显，就越容易判断。但在实际运行中，母线受网络各方面的限制，其负荷电流不会很大，不过至少应满足所用测试仪器精度的需要，同时也要满足差流和负荷电流的可比性。如果轻负荷时差流与负荷电流的数值相差不大，那么判断母差保护的正确性就会很困难。

三、对所测得的数据进行分析

对以上测试所得的各项数据进行正确的分析和判断，是判断保护装置能否正确动作的关键环节。对所测得的数据进行分析判断的方法如下：

1、分析电流的相序

当二次接线正确时，各条线路的电流都应是正序排列，即A相超前于B相，B相超前于C相，C相超前于A相。如果不是正序，则可能是因为以下错误原因造成的：

(1) 一次设备引到端子箱的二次电流回路相别，与一次设备相别不对应，如从A相CT上引到端子箱的电缆芯，接在了定义为B相的电流回路上，这种情况可能在一次设备倒换相别时发生；

(2) 从端子箱到保护屏的电缆芯接错了，如一根电缆芯的一端接在端子箱的C相电流回路，而另一端接在了保护屏的B相电流输入端，这种情况可能是由于保护人员查错了线或是配错了线而造成的。

2、分析电流的对称性

造成某相电流幅值偏差大于10%的原因

在正确接线下，A，B，C三相电流的幅值应该基本相等，且相位互差120。即A相电流超前B相120。B相电流超前C相120。C相电流超前A相120。若某相电流幅值偏差大于10%，可能是以下原因造成的：

(1) 该条线路的某相CT二次绕组抽头接错，造成变比不同；

(2) 该条线路的负荷三相对称，但负荷波动较大，造成测量三相电流幅值时所带的负荷相差大，所以幅值差别大；

(3) 某相电缆绝缘不好，对电缆屏蔽层形成分流，使流入保护屏的实际电流减小；

(4) 某一相在接线过程中存在寄生回路。

3、CT极性分析

母线上一般连有多条线路，可通过分析各条线路同名相电流相位，来检查差动保护的电流回路CT极性的正确性。以各线路负荷潮流方向为准，线路CT的二次电流、电压夹角应与该线路有、无功负荷决定的一次电流、电压夹角相同或相差180。如以各线路负荷潮流方向为准，母线向线路送出有功90 MW，无功70 MVar，则一次电流电压夹

角=Arctg(70/90)=38。若从线路流向母线有功90 MW，无功70 MVar，则一次电流电压夹角=-Arctg(70/90)=-38。

如果一条线路一二次电流、电压夹角差与其他线路的夹角差偏差大，则可能是该条线路CT的二次绕组的极性接反了(注：母联或分段断路器也当作挂在母线上的一条线路来考虑)。

4、分析差流或差压大小，判断整定的正确性

当母线上某条线路的CT变比与其他的不一致时，需要补偿。对于微机母差保护采用平衡系数来补偿，要求差流不大于60 mA；电磁型母差保护采用磁平衡补偿的差动继电器，用变流器或平衡线圈来补偿，规定差压不大于150 mV；中阻抗母线差动继电器用变流器来补偿，要求差压接近于0。若不能满足要求，可能原因有：

(1) 平衡系数、平衡线圈匝数算错；

(2) 变流器变比不对，都可能导致差流或差压不满足要求。

5、造成相位差大于120。(1±0.1)的原因

若某两相间的相位差大于120。(1±0.1)，原因可能有：

(1) 该两相中的某一相电流回路存在寄生回路，造成该相电流相位偏移；

(2) 该两相中的某一相绝缘不好，致使电流分流，相位偏移；

(3) 该条线路的功率因素波动大。功率因素大时测得的一相电流相位与功率因素小时测得的另一相电流相位偏移大。

6、核对CT变比

用某条线路的一次电流除以二次电流，可以得出实际的CT变比，该变比应与整定变比基本一致。若偏差大于10%，则原因可能有：CT的一次侧未按照定值变比进行串联或并联连接；CT的二次侧未按照定值变比接在相应的抽头上。这2种情况都可能是安装人员失误所致。

母线差动保护带负荷校验，具体的步骤如下：

①将母线差动保护停用。

②进行充电操作。

③使断路器带上负荷后，由继电保护人员进行检验工作。 ④检验保护回路的电流极性正确后，将母线差动保护投入。 母线差动保护带负荷校验时的注意事项：

①母线差动保护停用的方法要正确。应先停用母差保护断路出口联接片，再停用保护直流电源。取直流电源熔断器时，应先取正极，后取负极，也可根据现场需要不停用保护直流电源。

②带负荷校验时险除测定三相电路及差回路电流外，必须测中性线的不平衡电流，以确保回路的完整正确。

③校验完毕，母线差动保护加用的操作要正确。先加直流电源，在检查整个保护装置正常后，使用高内阻电压表测量出口联接片两端无电压后，使用高内阻电压表测量出口联接片两端无电压后，逐一加用各断路器出口联接片。

④根据母线的运行方式、母差保护的类型正确将母线差动保护投入。要特别注意断路器电压回路切换和母差失灵保护出口联接片的切换。采用隔离开关重动继电器自动切换的，要注意检查重动继电器状态，防止重动继电器不励磁或不返回。