淺述母線故障及差動(dòng)保護(hù)方法

【摘 要】基于母線保護(hù)在電力系統(tǒng)運(yùn)行中的重要性，對(duì)引起母線故障的原因進(jìn)行分析，并對(duì)母線保護(hù)進(jìn)行闡述，重點(diǎn)介紹了四種母線差動(dòng)保護(hù)方法，并在此基礎(chǔ)上對(duì)母線保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行進(jìn)行展望，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，微機(jī)母線保護(hù)應(yīng)用前景十分廣闊。

【關(guān)鍵詞】母線故障；差動(dòng)保護(hù)；微機(jī)保護(hù)

在發(fā)電廠和變電所中，屋內(nèi)和屋外配電裝置中的母線是電能集中與分配的重要環(huán)節(jié)，它的安全運(yùn)行對(duì)不間斷供電具有極為重要的意義。母線發(fā)生故障的幾率較線路低，但故障的影響面很大。這是因?yàn)槟妇€上通常連接較多的電氣元件（線路、變壓器、發(fā)電機(jī)等），母線故障將使這些元件在母線故障修復(fù)期間或切換到另一組母線所必須的時(shí)間內(nèi)被停電，從而造成大面積停電事故，并可能破壞整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，使故障范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，通過母線保護(hù)來切除母線故障、降低影響范圍，是非常有必要的。

1.引起母線故障的原因

母線故障是發(fā)電廠和變電所中電氣設(shè)備最嚴(yán)重的故障之一，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，大多數(shù)母線故障是單相接地，多相短路故障所占的比例很小。發(fā)生母線故障的原因主要有：外力破壞，母線絕緣子及斷路器套管因表面污穢導(dǎo)致閃絡(luò)，電壓互感器或裝于母線與斷路器之間的電流互感器故障，倒閘操作時(shí)引起斷路器或隔離開關(guān)絕緣瓶頸損壞，運(yùn)行人員誤操作，GIS設(shè)備損壞氣體泄漏等。

2.母線差動(dòng)保護(hù)分類

母線保護(hù)有兩種主要方式，其一是利用供電元件的保護(hù)來切除母線故障，其二是裝設(shè)專用保護(hù)。利用供電元件的保護(hù)方式簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，可以切除母線故障，但切除故障時(shí)間太長(zhǎng)，一般在0.5～1.1s 以上；當(dāng)雙母線同時(shí)運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)，該方式不能保證有選擇性地切除。因此，常用方式是裝設(shè)專用保護(hù)。

2.1 母線完全差動(dòng)保護(hù)。母線完全差動(dòng)保護(hù)常用作單母線或只有一組母線經(jīng)常運(yùn)行的雙母線的保護(hù)，母線的所有連接元件上都裝設(shè)變比和特性相同的電流互感器。對(duì)于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，母線保護(hù)采用三相式接線；對(duì)于中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，母線保護(hù)一般采用兩相式接線。母線完全差動(dòng)保護(hù)的主要優(yōu)缺點(diǎn)如下：優(yōu)點(diǎn)：各組成元件和接線比較簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，易于運(yùn)行人員掌握；采用速飽和變流器，可以較有效地防止由于區(qū)外故障一次電流中的直流分量導(dǎo)致電流互感器飽和引起的保護(hù)誤動(dòng)作；當(dāng)元件固定連接時(shí)母線差動(dòng)保護(hù)有很好的選擇性；當(dāng)母聯(lián)斷路器斷開時(shí)，母線差動(dòng)保護(hù)仍有選擇能力，在兩條母線先后發(fā)生短路時(shí)，母線差動(dòng)保護(hù)仍能可靠動(dòng)作。缺點(diǎn)：方式破壞時(shí)，如任一母線上發(fā)生短路故障，就會(huì)將兩條母線上的連接元件全部切除，適應(yīng)運(yùn)行方式變化的能力較差；由于采用了帶速飽和變流器的電流差動(dòng)繼電器，動(dòng)作時(shí)間較慢，不能快速切除故障；靈敏度較低。

2.2 母線不完全差動(dòng)保護(hù)。不完全差動(dòng)保護(hù)通常用作發(fā)電廠或大容量變電站6～10kV 母線保護(hù)，其只需將連接于母線的各有電源元件上的電流互感器接入差動(dòng)回路，并裝設(shè)變比和特性完全相同的D級(jí)電流互感器，而在無電源元件上的電流互感器則不接入差動(dòng)回路。該保護(hù)方式簡(jiǎn)化了保護(hù)接線，大大降低了設(shè)備費(fèi)用，對(duì)于出線較多的6～10kV 母線比較實(shí)用。

2.3 雙母線固定連接運(yùn)行的完全差動(dòng)保護(hù)。當(dāng)發(fā)電廠和重要變電所的高壓母線為雙母線時(shí)，采用雙母線同時(shí)運(yùn)行，每組母線固定連接一部分供電和受電元件。雙母線固定連接運(yùn)行的完全差動(dòng)保護(hù)要求母線保護(hù)能夠準(zhǔn)確判斷出故障發(fā)生在哪一段母線，有選擇性地切除并保留非故障母線繼續(xù)運(yùn)行。雙母線的差動(dòng)保護(hù)裝置由一套大差動(dòng)保護(hù)元件和兩套小差動(dòng)保護(hù)元件組成。雙母線固定連接運(yùn)行完全差動(dòng)保護(hù)的主要優(yōu)缺點(diǎn)如下：優(yōu)點(diǎn)：各組成元件和接線比較簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，易于運(yùn)行人員掌握；采用速飽和變流器，可以較有效地防止由于區(qū)外故障一次電流中的直流分量導(dǎo)致電流互感器飽和引起的保護(hù)誤動(dòng)作；當(dāng)元件固定連接時(shí)母線差動(dòng)保護(hù)有很好的選擇性；當(dāng)母聯(lián)斷路器斷開時(shí)，母線差動(dòng)保護(hù)仍有選擇能力，在兩條母線先后發(fā)生短路時(shí)，母線差動(dòng)保護(hù)仍能可靠動(dòng)作。缺點(diǎn)：當(dāng)元件固定連接方式破壞時(shí)，如任一母線上發(fā)生短路故障，就會(huì)將兩條母線上的連接元件全部切除，適應(yīng)運(yùn)行方式變化的能力較差；由于采用了帶速飽和變流器的電流差動(dòng)繼電器，動(dòng)作時(shí)間較慢，不能快速切除故障；靈敏度較低。

2.4 母聯(lián)電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)。母聯(lián)電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)是根據(jù)母線外部故障或內(nèi)部故障時(shí)連接在母線上各元件電流相位的變化來實(shí)現(xiàn)的。電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)應(yīng)用于雙母線時(shí)，應(yīng)在每組母線上裝設(shè)一套電流比相式保護(hù)，通過切換裝置使保護(hù)裝置二次回路的工作與一次系統(tǒng)連接的方式相適應(yīng)，以保證動(dòng)作的選擇性。母聯(lián)電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)的主要優(yōu)缺點(diǎn)如下：優(yōu)點(diǎn)：不要求元件固定連接于母線，可提高母線運(yùn)行方式的靈活性。缺點(diǎn)：正常運(yùn)行時(shí)母聯(lián)斷路器必須投入運(yùn)行；母線故障保護(hù)動(dòng)作時(shí)，如果母聯(lián)拒動(dòng)，將造成由非故障母線的連接元件通過母聯(lián)供給短路電流，使故障不能切除；當(dāng)母聯(lián)斷路器和母聯(lián)電流互感器之間發(fā)生故障時(shí)，將會(huì)切除非故障母線，而故障母線反而不能切除；兩組母線相繼發(fā)生故障時(shí)，只能切除先發(fā)生故障的母線，后發(fā)生故障的母線因這時(shí)母聯(lián)斷路器已跳閘，選擇元件無法進(jìn)行相位比較而不能動(dòng)作，因而不能切除。

3.母線保護(hù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，繼電保護(hù)技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已從電磁型、整流型、晶體管型、集成電路型，進(jìn)入到微機(jī)型時(shí)代，母線保護(hù)也由過去的固定連接式母線完全差動(dòng)保護(hù)、電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)，發(fā)展到現(xiàn)在的中阻抗比率制動(dòng)母線保護(hù)和微機(jī)母線保護(hù)。微機(jī)母線保護(hù)技術(shù)越來越成熟，應(yīng)用也越來越廣泛，其在220kV以上電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置中的線路保護(hù)上已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)，元件保護(hù)也正朝著全面微機(jī)化方向過渡中。微機(jī)母線保護(hù)不僅容易操作，便于管理維護(hù)，而且具有可靠性高、選擇性好、速動(dòng)靈活等特性，應(yīng)用前景十分廣闊。

結(jié)語：

由于各種主觀、客觀原因，母線故障隨時(shí)有可能不可避免地發(fā)生。通過積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，掌握科學(xué)合理的母線保護(hù)技術(shù)，將能最大限度地控制母線故障造成的影響，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全可靠不間斷供電。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉學(xué)軍.繼電保護(hù)原理.中國電力出版社，2009，2

[2]王年兵.淺談常見的幾種微機(jī)母線保護(hù).科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012，36

[3]葉濱、施祖銘.分布式母線保護(hù)及其應(yīng)用.上海電機(jī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，11，1