發電廠的母線差動保護

摘 要：電力是我國經濟快速發展、人民生活水平提高的重要保障，發電廠又是電力系統的關鍵環節。主要針對發電廠的母線故障的原因與危害，探討了母線差動保護在發電廠的重要性，介紹了微機母線保護的優越性，分析了雙母線同時運行時的母線差動保護和微機母線差動保護。

關鍵詞：發電廠；母線故障；微機母線保護；母線差動保護

引言

母線是將發電廠中的發電機、變壓器以及各種電氣設備連接起來的導線，是電能集中和供應的樞紐，是電力系統中的一個重要組成元件。運行時，由于母線熱效應影響，絕緣不斷老化，相間短路故障和單相接地故障時有發生，因此不僅要根據現場要求選用合理的母線材料、橫截面積，而且還要裝設相應的母線保護裝置。

1 發電廠的母線故障

1.1 母線故障的原因與危害

造成母線故障的原因如下：母線絕緣裝置發生閃絡或者損壞，閃絡達到一定條件時將絕緣擊穿；母線電流互感器二次側斷線引起的斷路器誤動；母線型號或橫截面選擇不符合要求，熱效應加速絕緣老化，長期運行必定會造成絕緣擊穿；人為的誤碰和誤操作，導致母線保護誤動，擴大了停電面積。母線發生故障，使故障母線連接的所有斷路器都將動作，所有支路被迫停電或連接到無故障母線恢復供電。與此同時，母線故障嚴重時，破壞系統穩定性，有可能擴大停電面積，危及電氣設備安全，嚴重影響正常生產，因此，必須采取行之有效的措施預防母線故障和減小故障所造成的損失。

1.2 母線故障的解決方法

（1）利用相鄰電氣設備的保護裝置切除母線故障：由于母線保護線路繁多，結構復雜，一旦人為的誤碰、誤操作都極容易使與母線保護相連的線路被切除，造成大面積停電和經濟損失。對于保護速動性要求不嚴格的場合可以不設專門的母線保護，而是利用母線相鄰元件的保護將故障切除。（2）裝設專門的母線保護：利用母線相鄰元件的保護切除母線故障雖有一定效果，但繼電器動作時間較長，速動性較差，電壓下降比較嚴重，有可能導致電壓崩潰，破壞了電力系統的穩定運行，因此當系統的穩定性和供電可靠性無法保障時，需要裝設專門的母線保護。為了滿足繼電保護的選擇性和速動性要求，雙母線和分段單母線都應分別裝設母線保護裝置，快速有選擇性地切除故障母線。對速動性有嚴格要求的發電廠也要裝設相應地母線保護裝置。

2 母線差動保護

2.1 母線差動保護的原理和分類

為了滿足繼電保護的可靠性、選擇性、靈敏性、速動性要求，母線保護多采用差動保護原理。差動保護的原則是：正常運行和母線區外故障時，流入差動繼電器和流出差動繼電器的電流相等；母線故障時，母線所連接的支路向短路點輸送短路電流，支路電流為零；正常故障和母線區域外故障時，至少有一條支路電流和其他支路電流相反，母線故障時，電流都是流向故障點，相位相同。母線差動保護分為母線電流差動保護和電流相位比較式差動保護。母線電流差動保護按照保護范圍分為完全差動和不完全差動，完全差動保護其動作電流按照躲開短路故障時的最大不平衡電流整定，由于母線差動保護電流回路線路繁多，因此電流互感器二次側斷線幾率較大，動作電流還應該躲開最大負荷電流。不完全差動保護是將有源支路和無源支路區分對待，只將連接在母線的有源電路的電流接入差流回路，無源支路的電流不接入差流回路，故無源支路故障是母線差動保護范圍內的故障，其動作值整定有特殊要求，動作值大于最大負荷電流之和時，這樣保護才不會誤動。

2.2 雙母線同時運行時的母線差動保護

當供電系統單母線運行時，一旦發生故障所有支路無法向負荷正常供電，或者全部轉接到其他母線恢復供電。為了保證負荷的連續運作，重要的發電廠都采用雙母線方式運行，母線斷路器處于投入狀態。雙母線差動保護包括：雙母線固定連接方式的完全電流差動保護和母線電流相位比較式差動保護。雙母線固定連接方式的完全電流差動保護按照運行時的要求，兩條母線各自承擔一半的電源和負荷，工作原理是其由三組差動保護組成，每一組由電流互感器和差動繼電器組成，每一組的電流互感器和差動繼電器負責相應地故障，通過判斷二次故障電流和不平衡電流進行動作，單獨反映一條母線故障的差動稱之為小差動，同時反映兩條母線故障的差動稱之為大差動。雙母線固定連接方式的完全電流差動保護原理簡單，接線方便，其具有不錯的選擇性，但其靈活性受一定限制。母聯電流相位比較式差動保護在靈活性上是對雙母線固定連接方式的完全電流差動保護的更好的完善，因此得到了廣泛的應用，尤其適合應用在雙母線連接支路運行方式經常改變的母線上。母聯相位差動保護的核心是總電流差動繼電器，電力系統正常運行保護外故障時，其不會啟動，不發出跳閘信號，母聯保護不會誤動，流過總電流差動繼電器的電流相位不隨母線故障而變化，但母線故障決定了電流流過母聯的方向，因此故障線路可以根據流過總差流繼電器和母聯上的電流相位而判斷。母聯相位差動保護母線上的支路連接方式靈活多變，克服了靈活性不足的缺點。

2.3 微機母線差動保護

微機保護作為最前沿的繼電保護，憑借其強大的數據采集能力，處理能力，存儲能力得到了飛速發展和廣泛應用。微機保護的核心是微處理器，當前微處理器主要包括單片機和DSP，單片機優越性體現在體積小、功耗低、控制能力強；DSP有點是具有強大的計算量力和超快的運算速度。兩者的結合是微處理器主流的發展趨勢。微機保護的軟件部分包括主程序和中斷服務程序，主程序包括初始化、全面自檢、開放及等待中斷程序；中斷服務程序包括數據采集、處理、存儲以及動作的判定。母線保護中也采用微機母線差動保護，其原理是通過采集母線上的三相電流，再經過各自模擬量輸入接口、數據處理單元，數字量輸出接口，最后按照主程序的設定完成各自的母線保護功能。微機母線差動保護采用比率制動特性的母線電流差動保護，動作值躲開母線外部故障時電流互感器引起的不平衡電流，同時保障內部故障時的動作的靈敏性。220kV以上的微機母線保護采用雙重化配置，110kV的微機保護一般配置一套保護裝置，35kV以下的不配置微機母線保護。

微機母線差動保護也有很多急需解決的問題：電流互感器飽和的檢測，故障母線外部發生故障時，由于故障電流較大，電流互感器二次側發生飽和現象，導致差動回路的電流不為零使保護誤動，為了防止這種現象的發生，需在電流互感器二次側裝設電流互感器飽和檢測元件；復合電壓閉鎖元件，當人為誤碰差動保護或者開關失靈保護出口回路時，會導致母線保護誤動，為防止母線保護誤動，每一段母線須裝設復合電壓閉鎖元件，只有滿足母線差動保護判斷出故障母線和復合電壓閉鎖元件動作條件時，斷路器才將故障母線切除；母線運行方式的切換和自動識別，根據電力系統運行的需要，母線以雙母線運行時，其所連接的所有支路需要在兩條母線之間進行切換，為了保障母線差動保護的可靠性，必須能正確識別母線的運行方式，微機母線差動保護利用自檢和邏輯處理功能，使隔離開關輔助觸點的位置信號正確反映母線的運行方式。

3 結論與展望

綜上所述，為了保證電廠的安全高效生產，保障電力系統運行的穩定性和供電的可靠性，母線保護必不可少，同時微機母線保護憑借其獨特的優勢得到了廣泛的應用，但也存在不少急需解決的問題，因此，要想完全解決母線保護的不足仍任重而道遠。

參考文獻

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[3]陸征軍，李棟，毛亞勝，等.微機母線保護的母線運行方式自適應方案[J].電力系統自動化，1999.

作者簡介：屈志和（1988，3-），男，漢族，籍貫：河南省鄧州市，現供職單位全稱及職稱：陽城國際發電有限責任公司，助理工程師，學士學位，研究方向：發電廠繼電保護。