发电厂的母线差动保护

摘 要：电力是我国经济快速发展、人民生活水平提高的重要保障，发电厂又是电力系统的关键环节。主要针对发电厂的母线故障的原因与危害，探讨了母线差动保护在发电厂的重要性，介绍了微机母线保护的优越性，分析了双母线同时运行时的母线差动保护和微机母线差动保护。

关键词：发电厂；母线故障；微机母线保护；母线差动保护

引言

母线是将发电厂中的发电机、变压器以及各种电气设备连接起来的导线，是电能集中和供应的枢纽，是电力系统中的一个重要组成元件。运行时，由于母线热效应影响，绝缘不断老化，相间短路故障和单相接地故障时有发生，因此不仅要根据现场要求选用合理的母线材料、横截面积，而且还要装设相应的母线保护装置。

1 发电厂的母线故障

1.1 母线故障的原因与危害

造成母线故障的原因如下：母线绝缘装置发生闪络或者损坏，闪络达到一定条件时将绝缘击穿；母线电流互感器二次侧断线引起的断路器误动；母线型号或横截面选择不符合要求，热效应加速绝缘老化，长期运行必定会造成绝缘击穿；人为的误碰和误操作，导致母线保护误动，扩大了停电面积。母线发生故障，使故障母线连接的所有断路器都将动作，所有支路被迫停电或连接到无故障母线恢复供电。与此同时，母线故障严重时，破坏系统稳定性，有可能扩大停电面积，危及电气设备安全，严重影响正常生产，因此，必须采取行之有效的措施预防母线故障和减小故障所造成的损失。

1.2 母线故障的解决方法

（1）利用相邻电气设备的保护装置切除母线故障：由于母线保护线路繁多，结构复杂，一旦人为的误碰、误操作都极容易使与母线保护相连的线路被切除，造成大面积停电和经济损失。对于保护速动性要求不严格的场合可以不设专门的母线保护，而是利用母线相邻元件的保护将故障切除。（2）装设专门的母线保护：利用母线相邻元件的保护切除母线故障虽有一定效果，但继电器动作时间较长，速动性较差，电压下降比较严重，有可能导致电压崩溃，破坏了电力系统的稳定运行，因此当系统的稳定性和供电可靠性无法保障时，需要装设专门的母线保护。为了满足继电保护的选择性和速动性要求，双母线和分段单母线都应分别装设母线保护装置，快速有选择性地切除故障母线。对速动性有严格要求的发电厂也要装设相应地母线保护装置。

2 母线差动保护

2.1 母线差动保护的原理和分类

为了满足继电保护的可靠性、选择性、灵敏性、速动性要求，母线保护多采用差动保护原理。差动保护的原则是：正常运行和母线区外故障时，流入差动继电器和流出差动继电器的电流相等；母线故障时，母线所连接的支路向短路点输送短路电流，支路电流为零；正常故障和母线区域外故障时，至少有一条支路电流和其他支路电流相反，母线故障时，电流都是流向故障点，相位相同。母线差动保护分为母线电流差动保护和电流相位比较式差动保护。母线电流差动保护按照保护范围分为完全差动和不完全差动，完全差动保护其动作电流按照躲开短路故障时的最大不平衡电流整定，由于母线差动保护电流回路线路繁多，因此电流互感器二次侧断线几率较大，动作电流还应该躲开最大负荷电流。不完全差动保护是将有源支路和无源支路区分对待，只将连接在母线的有源电路的电流接入差流回路，无源支路的电流不接入差流回路，故无源支路故障是母线差动保护范围内的故障，其动作值整定有特殊要求，动作值大于最大负荷电流之和时，这样保护才不会误动。

2.2 双母线同时运行时的母线差动保护

当供电系统单母线运行时，一旦发生故障所有支路无法向负荷正常供电，或者全部转接到其他母线恢复供电。为了保证负荷的连续运作，重要的发电厂都采用双母线方式运行，母线断路器处于投入状态。双母线差动保护包括：双母线固定连接方式的完全电流差动保护和母线电流相位比较式差动保护。双母线固定连接方式的完全电流差动保护按照运行时的要求，两条母线各自承担一半的电源和负荷，工作原理是其由三组差动保护组成，每一组由电流互感器和差动继电器组成，每一组的电流互感器和差动继电器负责相应地故障，通过判断二次故障电流和不平衡电流进行动作，单独反映一条母线故障的差动称之为小差动，同时反映两条母线故障的差动称之为大差动。双母线固定连接方式的完全电流差动保护原理简单，接线方便，其具有不错的选择性，但其灵活性受一定限制。母联电流相位比较式差动保护在灵活性上是对双母线固定连接方式的完全电流差动保护的更好的完善，因此得到了广泛的应用，尤其适合应用在双母线连接支路运行方式经常改变的母线上。母联相位差动保护的核心是总电流差动继电器，电力系统正常运行保护外故障时，其不会启动，不发出跳闸信号，母联保护不会误动，流过总电流差动继电器的电流相位不随母线故障而变化，但母线故障决定了电流流过母联的方向，因此故障线路可以根据流过总差流继电器和母联上的电流相位而判断。母联相位差动保护母线上的支路连接方式灵活多变，克服了灵活性不足的缺点。

2.3 微机母线差动保护

微机保护作为最前沿的继电保护，凭借其强大的数据采集能力，处理能力，存储能力得到了飞速发展和广泛应用。微机保护的核心是微处理器，当前微处理器主要包括单片机和DSP，单片机优越性体现在体积小、功耗低、控制能力强；DSP有点是具有强大的计算量力和超快的运算速度。两者的结合是微处理器主流的发展趋势。微机保护的软件部分包括主程序和中断服务程序，主程序包括初始化、全面自检、开放及等待中断程序；中断服务程序包括数据采集、处理、存储以及动作的判定。母线保护中也采用微机母线差动保护，其原理是通过采集母线上的三相电流，再经过各自模拟量输入接口、数据处理单元，数字量输出接口，最后按照主程序的设定完成各自的母线保护功能。微机母线差动保护采用比率制动特性的母线电流差动保护，动作值躲开母线外部故障时电流互感器引起的不平衡电流，同时保障内部故障时的动作的灵敏性。220kV以上的微机母线保护采用双重化配置，110kV的微机保护一般配置一套保护装置，35kV以下的不配置微机母线保护。

微机母线差动保护也有很多急需解决的问题：电流互感器饱和的检测，故障母线外部发生故障时，由于故障电流较大，电流互感器二次侧发生饱和现象，导致差动回路的电流不为零使保护误动，为了防止这种现象的发生，需在电流互感器二次侧装设电流互感器饱和检测元件；复合电压闭锁元件，当人为误碰差动保护或者开关失灵保护出口回路时，会导致母线保护误动，为防止母线保护误动，每一段母线须装设复合电压闭锁元件，只有满足母线差动保护判断出故障母线和复合电压闭锁元件动作条件时，断路器才将故障母线切除；母线运行方式的切换和自动识别，根据电力系统运行的需要，母线以双母线运行时，其所连接的所有支路需要在两条母线之间进行切换，为了保障母线差动保护的可靠性，必须能正确识别母线的运行方式，微机母线差动保护利用自检和逻辑处理功能，使隔离开关辅助触点的位置信号正确反映母线的运行方式。

3 结论与展望

综上所述，为了保证电厂的安全高效生产，保障电力系统运行的稳定性和供电的可靠性，母线保护必不可少，同时微机母线保护凭借其独特的优势得到了广泛的应用，但也存在不少急需解决的问题，因此，要想完全解决母线保护的不足仍任重而道远。

参考文献

[1]宋方方，王增平，刘颖.母线保护的现状及发展趋势[J].电力自动化设备，2003.

[2]罗姗姗，贺家李，王荣琴.母线保护中电流互感器饱和检测新判据[J].电力系统及其自动化，1996.

[3]陆征军，李栋，毛亚胜，等.微机母线保护的母线运行方式自适应方案[J].电力系统自动化，1999.

作者简介：屈志和（1988，3-），男，汉族，籍贯：河南省邓州市，现供职单位全称及职称：阳城国际发电有限责任公司，助理工程师，学士学位，研究方向：发电厂继电保护。