110KV母线保护

1概述……………………………………………………………………2 1.1母线短路故障的原因………………………………………………2 1.2 配置主要功能………………………………………………………2 1.3母线保护功能的主要技术要求……………………………………3 2装置主要功能及特点…………………………………………………5 2.1原理特点……………………………………………………………5 2.2辅助功能及结构特点………………………………………………6 3保护配置及技术参数…………………………………………6 3.1技术参数……………………………………………………………6 3.2保护配置……………………………………………………………7 3.2.1母线差动保护…………………………………………………7 3.2.2 断路器失灵保护………………………………………………7 3.2.3母联充电保护…………………………………………………7 3.2.4 母联过流保护…………………………………………………8 3.2.5 母联断路器失灵和死区保护…………………………………8 3.2.6 母联断路器非全相保护………………………………………9 3.2.7 复合电压闭锁…………………………………………………9 3.2.8 运行方式识别方式识别………………………………………9 4保护原理说明…………………………………………………………10 4.1母线差动保护………………………………………………………10 4.2断路器失灵保护……………………………………………………12

110KV母线差动保护

1．概述

母线是电力系统配电装置中最常见的电气设备，是构成电气主接线图的主要设备。在发电厂和变电所的各级电压配电装置中，将发电机、变压器等大型电气设备与各种电器之间连接的导线称为母线。

母线的作用是汇集、分配和传送电能。 母线的分类：

按所使用的材料可分为铜母线、铝母线和钢母线。不同材料制作的母线具有各自不同的特点和使用范围。

 铜母线：铜的电阻率低，机械强度高，抗腐蚀性强，是很好的母线材料。但它在工业上有很多重要用途，而且储量不多，是一种贵重金属。

 铝母线：铝的电阻率为铜的1.7~2倍，而重量只有铜的30%，铝母线比铜母线经济。

 钢母线：钢的优点是机械强度搞，价格便宜。但钢的电阻率大，为铜的6~8倍，用于交流时产生很强烈的集肤效应，并造成很大的磁滞损耗和涡流损耗。

母线按截面形状可分为矩形、圆形、槽形和管形等。母线的截面形状应保证集肤效应系数尽可能小，同时散热条件好，机械强度高。

 矩形截面：通常在35KV及以下的屋内配电装置中。优点是散热好，集肤效应小，安装简单，连接方便。

 圆形截面：在35KV以上的户外配电装置中，为了防止电晕，

大多采用圆形截面母线。

 槽形母线：电流分布较均匀，集肤效应小、冷却条件好、金属材料利用率高、机械强度高等优点。当母线的工作电流很大，每相需要三条以上的矩形母线才能满足要求时，一般采用槽形母线。

 管形截面：空芯导体，集肤效应小，电晕放电电压高。在35KV以上的户外配电装置中多采用管形母线。

1.1母线短路故障的原因：

断路器套管及母线绝缘子的闪络；

装于母线上的电压互感器和装在母线和断路器之间的电流互感器故障；

母线隔离开关和断路器的支持绝缘子损坏； 运行人员的误操作。

1.2 配置主要功能：

a.母线保护具有比率制动功能；

b.在互感器暂态过程中以及CT饱和的情况下，保护应能正确动作；

c.装置应能适应被保护母线的各种运行方式，并保证其原有的选择性和快速性；

d.装置应能正确切除由区外转区内的故障； e.装置应能适用于电流互感器变比不一致的场合；

g.保护应有自检监测功能。当保护装置任一元件故障或损坏时，保护应被闭锁，保护监测装置发出警告信号，并指示出故障部分；

h.装置应具硬件闭锁回路，只在电力系统发生故障保护装置起动时，才允许开放跳闸回路；

j.装置应记录必要的信息（如故障波形数据），并通过接口送出；信息且不应丢失；

k.保护屏柜端子不允许与装置弱电系统有直接电气上的联系； l.装置应有的内部时钟，其误差每24h不应超过5s，宜提供外部时钟同步接口；

m.装置的实时时钟信号及其他主要动作信号在失去直流电源的情况下不能丢失，并在电源恢复后重新正确显示并输出。

1.3母线保护功能的主要技术要求

基本要求：快速、灵敏而有选择地将故障部分切除

a.保护配置：微机母线保护装置应包含：母线差动保护、母联充电保护、母联死区保护、重合闸放电回路、母联过流保护等功能；

b.110KV母线保护装置整组动作时间小于30ms；

c.母线保护提供给每个单元1付跳闸出口接点，1付闭锁重合闸接点（闭锁重合闸）；

d.母线保护具有通信接口或双以太网接口；

e.各套装置中的主要电路应有接点输出，以便在它在动作后起动故障录波器并提供遥信。在每套保护装置的出口回路应设置有保护

投、退的连接片；

f.直流消失母线保护应可靠不动。并提供1付直流电压消失接点，供发直流电压消失信号；

g.打印机按屏配置，打印机电源采用~220V电源，另设有小型交流自动开关；

h.除打印机外，各自动开关均应有监视，并可发出断电信号。

2．装置主要功能及特点

2.1原理特点

采用工频变化量差流和常规差流原理；

SG B750系列母线保护从多方位采取预防为主的有效措施确保母线保护装置不误动，整套装置的安全性很高；

设有两级TA断线报警功能。采用差电流低值报警，高值闭锁差动保护的方式。

2.2辅助功能及结构特点

a.采用大屏幕彩色触摸式液晶显示系统主接线图及潮流分布，信息清楚分明、信息量大；

b.设置有全面完善的系统硬件及软件检测功能自动报警防患于未然；

c.详尽的故障数据录波，强大的故障分析功能，以人为本处处为方便着想；

d.提供RS485/RS422/RS232以太网等通信接口支持IEC 60870-5-103通讯规约；

e.采用整面板背插式机箱结构型式强弱电完全分开装置抗电磁干扰能力强。

3.保护配置及技术参数

3.1技术参数

额定参数

交流电压：单相220V 三相380V（允许工作范围

85%~110）；

直流电源：110V(允许工作范围80%~115%)； 额定交流电流：5A或1A； 额定频率：50Hz；

整组动作时间

差动保护整组动作时间(含继电器动作时间)： <15ms(1.5倍整定值时测量)。

正常工作大气条件

环境温度：-10ºC～+45 ºC； 相对湿度：5 %～95%； 大气压力：86kPa ～106kPa。

贮存运输的极限环境温度

-40 ºC ～+70 ºC

过载能力

a.交流电流回路：2倍额定电流，连续工作；

10倍额定电流，允许10s； 40倍额定电流，允许1s；

b.交流电压回路：1.2倍额定电压，连续工作；

1.5倍额定电压，允许30s；

c.直流电源回路：80%～115%额定电压，连续工作；

测量准确度：

整定误差： ＜±1% 温度变差： ＜±2%

3.2保护配置

3.2.1母线差动保护； 3.2.2断路器失灵保护； 3.2.3母联充电保护；

母联充电保护是基于如下考虑而专设的：

如果母联充电过程中发生接地或短路故障，则应立即启动保护，跳开被充电母线上的断路器，无需跳正常运行母线上的断路器。

双母线接线，母充保护是指一条母线由检修转运行时，在合母联断路器前（用KK把手合闸，有些地方安装有充电合闸按钮，可不用投压板），投入母充保护压板，母联断路器合上后，将母充保护压板退出。母充保护是将母线差动保护的延时去掉，当断路器合闸时检测

到故障时，立即无时限断开。 3.2.4母联过流保护；

母联过流的作用是，当需要以跳母联断路器作为后备措施时使用，例如在母联断路器代旁路断路器的情况下作线路（变压器）单元的临时保护。母线正常运行时，母线过流保护一般退出运行。 3.2.5母联断路器失灵和死区保护；

在双母线或单母线分段接线中，母联断路器失灵保护作用是，当某一段母线发生故障或充电于故障情况下，保护动作而母联断路器拒动时，作为后备保护向两段母线上的所有断路器发送跳闸命令，切除故障。对双母线或单母线分段，配置有母联断路器失灵和保护。

当母线保护或充电保护跳母联动作后，经过整定延时（确保母联断路器可靠跳闸），若母联TA故障电流仍存在，则启动母联断路器失灵保护，动作于另一段母线保护的出口。

对于双母线或单母线分段，在母联单元上只装一组CT的情况相爱，母联CT与母联断路器之间的故障，差动保护存在盲区。

母联电流采用相电流及零序电流判据。

对于双母线或单母线分段，在母联单元上只安装一组TA情况下，母联TA与母联断路器之间（K点）故障称为死区故障。

如下所示，当K点发生故障，I母判为区内故障，II母判为区外故障，I母保护动作并跳开母联断路器后，K点故障仍然存在于II母，未能彻底切除故障。

母联 1# 2# * K * * I母 II母

图3母联死区故障示意图

3.2.6母联断路器非全相保护；

在母联断路器某相断开，母联非全相运行时，可由母联非全相保护经延时跳开三相。 3.2.7复合电压闭锁；

本装置具有复合电压闭锁功能。该功能的特点是：母线电压正常时闭锁差动保护和失灵保护的出口；母线电压异常且某一电压特性量（相电压突变、相电压、负序电压、零序电压）变化达到灵敏度定值时，开放失灵保护出口回路，达到较高定值时，开放差动保护出口回路。

3.2.8运行方式识别

用于双母线识别，根据各连接单元的隔离开关和母联断路器的分合闸状态。

4.保护原理说明

4.1 母线差动保护

母线在正常工作或或其保护范围外部故障时所有流入及流出母线的电流之和为一不平衡电流，而在内部故障情况下所有流入及流出母线的电流之和为短路电流。基于这种前提，差动保护可以正确地区分母线内部和外部故障。

具有比率制动特性的母线差动保护引入了两个主要量：反映差动电流的动作量Id及反映外部短路时穿越电流的制动量Ibrk

比率制动式电流差动保护的基本判据是：

Id≥Iacto

Id≥KIbrk

K——为制动系数 Iacto——差动电流门槛值

母线保护采用工频变化量电流（工频变化量电流差动保护不受负荷和各有源支路电势角差动影响，因而具有可靠、快速、灵敏度特点，为提高差动保护的安全性，采用工频变化量电流差动判据，与常规电流差动判据相结合的方式）和常规电流分相式电流差动保护原理，针对不同容量的电力系统不同故障类型的故障特征，设置“差电流快速突变启动：及“差电流慢速积分启动”等双启动方案；快速启动，判别迅速准确；慢速启动，确保动作灵敏度。 1. 工频变化量电流差动保护

“差流动态追忆法”利用装置采样的原始电流数据，取其工频变化量

并计算出工频变化量差电流和制动电流。工频变化量差流和制动电流不同于常规差流及制动电流，因为常规差流或制动电流都是故障分量和非故障分量的叠加，而工频变化量差流及工频变化量制动电流则只反应故障分量，消除了非故障分量的影响，相比之下，工频变化量电流更反应了母线故障的特征。

2.常规电流差动保护 抗TA饱和的轨迹扫描法

“轨迹扫描法”是基于常规差电流的一种新型判别方法，其理论依据是：

1)母线发生区外故障，只有很小的不平衡差电流，不平衡差电流不会大于差电流动作门槛，同时也不会超过比率制动的制动量，电流差动保护不会动作；

2)母线发生区内故障，不论是否有个别支路的TA饱和，差电流连续而无间断点，同时，差电流大于动作门槛，也会超过比率制动的制动量，电流差动保护动作；

3)母线发生区外故障而导致TA饱和，当TA饱和很严重时，以积分方式计算的差电流会大于动作门槛，同时也会超过比率制动的制动量，但由于饱和TA存在2ms及以上正确传变的时间，所以差电流是不连续而有间断点的，此时，由“轨迹扫描法”检测到的“差电流间断点”可以有效地防止电流差动保护误动。

“轨迹扫描法”对常规差电流的变化轨迹不间断地扫描监视，采用数学方法逐点整形处理，寻找“差流间断点”，判断是否区内故障，

“轨迹扫描法”本质上并不判别TA是否饱和，所以，TA饱和（2ms及以上）对“轨迹扫描法”的判别并无影响，具有判别准确可靠的优点。 差动保护 要求：

1.躲过正常运行时可能出现的最大不平衡电流 2.躲过TA二次断线由负荷电流引起的最大差流； TA断线

TA回路若发生断线或接触不可靠现象，将引起不平衡电流，严重时造成差动保护误判。

SG B750数字式母线保护装置设置“TA回路断线”监视功能，通过对各相差电流及每单元电流的实时监控，采用“差电流低值报警、高值闭锁差动保护”的方案，提高母线保护运行的可靠性。

TA断线判据：差电流量〉TA断线定值+浮动不平衡值

当上述判据成立，并持续相当长的时间，则发“TA断线报警”信号。

TA断线定值分为高值和低值两个定值，应躲过母线各种正常运行情况下可能出现的最大不平衡电流。

建议TA断线高值闭锁电流值整定：二次电流不小于0.05IN 建议TA断线低值告警电流值整定：二次电流不小于0.02IN

断路器失灵保护

对220KV及以上电压等级（包括一些重要的110KV）的母线，需配置断路器失灵保护。当母线上的联接单元（非母联）发生故障、保护动作而该单元断路器拒动，断路器失灵保护作为后备保护能够彻底切除故障。

断路器失灵保护启动条件：联接单元的保护动作，跳闸接点接通后，经整定延时该单元故障相电流仍不消失。与差动保护共用出口跳闸及闭锁回路。