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电站主变高压侧母线保护

文档作者：曾庆涛文档来源：长江水利委员会勘测规划设计研究院机电处		点击数：	更新时间： 2021年12月11日
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[摘要]
关键词
0引言
继电保护技术
电站主变高压侧母线保护
曾庆涛
(长江水利委员会勘测规划设计研究院机电处，湖北武汉430010)
就双母线保护的配置作了分析，阐述了采用总差动启动，分差动选择配置方式的优点。针对南瑞继保
的RCS一915AB微机母线保护装置，举例说明了水电站微机母线保护的设计方案，分析了电站双母线
保护的保护原理和配置原则。
微机母线保护差动保护运行方式
母线保护中以母线差动保护为主保护，母线差动保
护的特点是母线的运行方式变化很大，当在最大运行方
式下，发生外部故障时，穿越性电流会很大，产生很大
的不平衡电流；最小运行方式下，发生内部故障时，故
障电流可能很小，这就要求差动保护有很高的灵敏性和
选择性。
母线差动保护的动作判据是基于对母线上流入连接
元件的电流与流出连接元件的电流的比较。当母线上的
某条引线发生故障时，流过这条引线的电流会很大，造
成装设在这条引线上的TA饱和，使差动保护出现很大的
不平衡电流；当母线发生内部故障时，流入母线的电流
也相当大，相当于系统在高于最大运行方式下运行，也
有可能造成某些引线的TA饱和，引起传变误差。所以母
线差动保护的一个很重要的问题是如何克服TA饱和。
1双母线保护配置
1．1 RC8—91 5AB母线保护装置简介
RCS一91 5AB型母线保护装置是南瑞继保开发的， 目
前应用很广。RCS一915AB型微机母线保护装置适用于
各种电压等级的各种主接线方式，母线上允许所接的线
路与元件数最多为21个(包括母联)，并可满足有母联
兼旁路运行方式主接线系统的要求。装置设有母线差动
保护、母联充电保护、母联死区保护、母联失灵保护、
母联过流保护、母联非全相保护以及断路器失灵保护等
功能，能够满足各种情况下的保护配置要求。
1．2保护配置
图1是某水电站电气主接线图，通过发变组的进线
有5回，2回出线，每回进出线各装设一个高压断路器，
加上母联断路器一共8组500kV断路器。发电机和变压
器组合的方式为单元接线，在变压器低压侧装设发电机
断路器(断路器1 ～断路器5 )。为了说明母线保护装置
收稿日期：2007—07—28
作者简介：曾庆涛(1970一)，工程师，主要从事水电站电气二次
设计工作。
32 ～、n^，．chinaet．net l电工技术
的配置原则，下面以这种方式的电气主接线为例， 说明
双母线接线方式下，母线保护应该如何配置。
图1双母线系统图
1．2．1母线差动保护
在介绍差动保护之前，首先引入两个概念：大差回路
和小差回路。连接在被保护元件上的所有引线构成差动回
路，差动保护就是利用这个差动回路，计算其中的差动电
流和制动电流来决定差动保护是否动作。对于双母线接线
方式，大差回路是把连接在双母线上的各个引线做差流
计算，但是不包括母联断路器和分段断路器，对于图1来
说，就是连接在断路器1到断路器7上的7条线构成大差
回路；小差回路是针对每一条母线的，对于母线I来说，
它的小差回路就是连接在I母上的所有引线，包括母联。
母线差动保护是母线保护的主保护，这里采用分相比
率差动，当差动电流大于某一门槛电流时，启动差动保护：
，d> (1)
式中： 为大差相电流， 为差动启动电流。保护启动
后自动展宽500ms，以保证外部故障不会误动，同时为
下级线路或元件做远后备。动作电流为大差回路中的各
线电流之和的绝对值，制动电流以各线电流绝对值之和
做比率制动，当动作电流大于启动电流，并且动作电流
大于制动电流时，差动保护动作，判据如下：
>
m I m
Σ 『> zl I ，；
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式中： 是第 条连接线的电流，K为制动系数， 为差
动启动电流。其动作特性曲线如图2【 。
▲
I=‘ =I‘I
I【 ／
， 动作区 一
1J 一 ，
I=‘I
I ／
一一 一一_，_ 一一一一一一
J ， ，
_——————————————— I=
图2比率制动特性的动作曲线
利用大差回路的差动电流可以正确地判断故障是区
内故障还是区外故障， 区外故障时保护可靠不动作，如
果是区内故障，那么如何正确识别故障母线，对于提高
供电可靠性有很重要的意义。通过母线运行方式的识别
(RCS一915AB可以识别母线运行方式)， 当处于单母线
运行方式，或者在倒闸过程中，两条母线经刀闸双跨连
接时，不需要作故障母线的选择， 自动识别为单母运行
方式，只要大差回路动作，则瞬间切断所有母线；当处
于双母运行方式时，利用各自的小差回路来选择故障母
线，当任一小差元件动作时，首先跳开母联，然后根据
各自的小差回路差动电流大小来选择故障母线，跳开故
障母线上的所有断路器。
影响母线差动保护的一个很重要的因素是TA饱
和，在图1所示的接线方式下， 如果出线1的出口处
发生单相接地故障，系统侧的所有电流都会流向这条
出线，极易引起出线1上的TA饱和，差电流会因为这
条出线上的TA饱和而变得很大，有可能会进入动作
区， 引起保护误动。如何克服外部故障因TA饱和而产
生的误动， 是任何采用差动保护原理的装置都要考虑
的问题。RCS一915AB型母线保护装置配有专门的TA
饱和检测元件，选用其中的检测谐波含量的方法。我
们知道TA饱和不是一个瞬间的变化， 它是一个过程，
每周波在饱和之前都有一个线性传变区， 该方法利用
TA饱和时差流波形畸变和每周波存在线性传变区等特
点，根据差流中谐波分量的波形特征检测是否发生TA
饱和。以此原理实现的TA饱和检测元件具有很强抗
TA饱和能力， 而且在区外故障引起TA饱和后， 区外
故障发展成为同相内部故障的极端情况下仍能快速切
除母线故障。，
作为母线保护的主保护， 为了保证差动保护在外部
故障时不会误动作，设置了复合电压闭锁功能：差动回
路和复合电压闭锁元件与门出口，只有在低电压闭锁元
件开放的条件下，差动保护动作才能跳闸。低电压闭锁
元件的判据如下：
≤
3Uo≥
≥ (4)
式中： 为相电流， 为相电流闭锁值，3Uo是自产零
序电压， 是零序电压闭锁值， 是负序电压， 是
负序电压闭锁值。只要上面的3个条件满足其中任意一
个，则电压闭锁元件开放。
1_2_2母联充电保护
假设I母因故障或者周期检修时， 母线I检修以后
在投入正常使用之前，必须要对I母做充电试验， 以确
保该母线没有故障。充电是通过母联进行的，在充电过
程中，启动母联充电保护， 当母联上任一相的充电电流
大于充电整定值时， 利用母联充电保护，跳开母联，切
除该母线，母联充电保护不需要经复合电压闭锁。
通过设定装置的控制字，在母联充电保护启动后一
段时间内，可以闭锁母差保护。母联充电保护在启动后
自动展宽300ms，300ms后母联充电保护自动退出运
行，母差保护闭锁开放。
1_2_3母联过电流保护
母线上的连接线可能处于这样的运行方式：要检修
出线1的TA时，为了保证供电的可靠性，把出线1的
TA退出来，使其处于无保护运行状态， 同时投入母联过
流保护，以母联断路器作为线路的主保护，如果这个时
候发生故障，母联过流保护动作，经整定延时跳母联断
路器。母联过电流保护不经复合电压闭锁。
母联过流保护在任一相电流大于过电流保护整定值
时，或者流过母联的零序电流大于零序电流整定值时，
保护启动。
特别注意的是，母联过电流保护与母联充电保护不
同，启动后不能自动退出运行，所以如果以母联断路器
作为线路临时主保护，在系统恢复正常运行时，母联过
电流保护要退出运行。
1．2_4断路器失灵保护
在200kV及以上等级的变电站，为了防止因断路器
拒动而引起事故扩大，应该专门装设断路器失灵保护 3。
图1中的电站在母线保护的配置上要求实现保护的
双重化，其中一套保护必须配置断路器失灵保护。下面
以出线1发生故障， 其上的断路器6拒动， 分析在
RCS一915AB装置中， 断路器失灵保护是如何启动和动
作的。
假设出线1连接在母线I上， 系统处于双母线运行
方式， 出线1发生故障，其保护动作， 同时失灵保护检
测流经出线1的电流，如果这个电流大于失灵保护的整
定值，则说明出线1的断路器在保护动作后没有跳开，
则启动I母断路器失灵保护， 与I母复合电压闭锁元件
串联，一旦复合电压闭锁元件开放，则断路器失灵保护
动作，经过一个较短的延时， 跳母联断路器，然后经过
一个较长的延时，跳I母上的所有元件。
失灵保护电压闭锁的判据和电压闭锁母差保护的判
据一样， 只要满足任意一个条件， 则闭锁元件开放。
失灵保护动作后， 设定了两个时限— —I段和II
段， 是为了防止失灵保护误动作， 因为失灵保护的误
动和母线保护误动一样， 影响范围很广， 因此要求其
电工技术J2007l12期J 33
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继电保护技术
双母线接线断路器失灵保护特性分析
凌征玉，赵金宝
(广西电网公司贵港供电局，广西贵港53'7100)
[摘要] 结合电网的实际情况，就目前失灵保护接线中的普遍接线方式原理，如三相操作开关的失灵保护、非
电量保护与失灵保护等进行了分析，并提出了改进意见。
关键词失灵保护启动电压闭锁断路器
失灵保护是电网的重要保护，在220kV及以上电压
等级电网中，按照近后备的保护配置原则， 根据
GB1 4285—93(《继电保护和安全自动装置技术规程 的要
求，均配置了失灵保护。
从高压电网的要求和电网的实际运行经验看，应该
特别强调失灵保护的安全性，在失灵保护的起动回路和
出口回路的接线上，应力求安全，在安全的基础上，提
高可依赖性。
但目前各网各站失灵保护的接线有很大不同，其中
有一些问题值得我们注意。如三相操作开关的失灵保
护、瓦斯保护与失灵保护等。下面就结合220kV电网双
母线接线的实际情况来进行分析。
1双母线接线断路器的失灵保护设计原则
何谓双母线接线断路器失灵保护，即当系统发生故
障时，故障元件保护动作，但因其断路器操作机构失灵
拒绝跳闸时，这时通过故障元件的保护，作用于同一变
收稿日期：2007—1O一28
作者简介：凌征玉(1977一)，男，本科，工程师，现从事继电保
护维护工作；
赵金宝(1979一)，男，硕士，助工，现从事继电保护维护工作。
电所相邻元件的断路器使之跳闸的保护方式，就称为断
路器失灵保护。
(1)对带有母联断路器和分段断路器的母线，要求
断路器失灵保护应首先动作于断开母联断路器或分段断
路器，然后动作于断开与拒动断路器连接在同一母线上
的所有电源支路的断路器， 同时还应考虑运行方式来选
定跳闸方式。
(2)断路器失灵保护由故障元件的继电保护启动，
手动跳开断路器时不启动失灵保护。
(3)在启动失灵保护的回路中，除故障元件的触点外，
还应包括断路器失灵判别元件的触点，利用失灵分相判
别元件来检测断路器失灵故障的存在。
(4)为从时间上判别断路器故障的存在，失灵保护的
动作时间应大于故障元件断路器跳闸时间和继电保护返
回时间之和。
(5)为防止失灵保护的误动作，失灵保护回路中任一
对触点闭合时，应使失灵保护不被误启动或引起误跳
闸。
(6)断路器失灵保护应有负序、零序和低电压闭锁元
件。对于变压器、发电机一变压器组采用分相操作的断
路器，允许只考虑单相拒动，应用零序电流代替相电流
判别元件和电压闭锁元件。
有很高的可靠性。I段为短时限，动作于跳母联是为了
防止事故的扩大，此后如果相邻元件已能相继动作切除
故障时，失灵保护返回，仅动作于母联断路器；如果各
相邻元件仍然不能动作切除故障，那么经过Ⅱ段的延时
跳开母线I上的所有断路器， 以保证系统的稳定性。
1．2．5母线运行方式的识别
双母线保护运行方式多样，在母线上连接的各元件
需要经常在两条母线之间倒换，如何自适应地识别母线
的运行方式，对于提高双母线保护动作的可靠性有很重
要的作用。装置中引入隔离刀闸辅助触点判别母线运行
方式， 同时对刀闸辅助触点进行自检。当刀闸位置发生
变化时，需要运行人员检查无误后，通过确认按钮复归；
在出线刀闸双跨过程中，刀闸位置确认按钮不会响应。
3结束语
双母线运行方式是高电压等级系统中常采用的接线
34 f＼^n^，、^f．chinaet．net f电工技术
方式，通过倒换母线可以实现不停电检修故障母线，提
高供电的可靠性。
本文在分析了母线保护原理的基础上，以典型的双
母主接线方式为例，就如何利用南瑞继保的RCS一91 5AB
母线保护装置来配置母线保护，系统地分析了各保护配
置的目的和原理，对于现场的保护配置有一定的指导作
用。RCS一915AB型母线保护装置的功能完善能适应不
同的主接线方式，允许TA变比不同， 可以通过软件补
偿来调整_r．A变比，现场适应性很强。
参考文献
⋯程利军，杨奇逊．中阻抗母线保护原理、整定及运行的探讨．
电网技术，2000，24(6)
【2】朱声石．高压电网继电保护原理与技术
【3]蔡百川．高适应性的微机母线保护装置的应用．上海电力，
2006．2：191-194 ．
【4】张保会，尹项根．电力系统继电保护．北京：中国电力出版社，2005

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