母線保護(hù)的應(yīng)用及發(fā)展前景

章毅

摘要：闡述母線保護(hù)的基本概念，并分析了母線保護(hù)在電力系統(tǒng)中的重要作用，提出了未來母線保護(hù)的發(fā)展方向，并對母線 保護(hù)的應(yīng)用現(xiàn)狀加以陳述。

關(guān)鍵詞：母線保護(hù)；原理；作用；應(yīng)用

中圖分類號：TB30 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-3178（2018）06-0315-01

母線保護(hù)是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要系統(tǒng)設(shè)備，它的安全 性、可靠性、靈敏性和快速性對保證整個區(qū)域電網(wǎng)的安全具有決定 性的意義。因此，設(shè)置動作可靠、性能良好的母線保護(hù)，使之能迅 速檢測出母線故障所在，并及時有選擇性的切除故障是非常必要的。

母線故障是電力系統(tǒng)最嚴(yán)重故障之一。南于母線故障，連接在 該母線上的所有設(shè)備必然被切除，勢必造成較大面積的停電。樞紐 變電站的母線故障若不能及時切除，還有可能引發(fā)電力系統(tǒng)穩(wěn)定破 壞的事故。由于母線位于變電站內(nèi)部，定期的檢查與維護(hù)降低了母 線故障的概率，即便如此，母線故障并不能完全避免，需要配置性 能完善的保護(hù)，以便在母線故障時，及時切除故障，保證電力系統(tǒng) 的安全穩(wěn)定運行。

1 母線保護(hù)的類型及其特點

目前國內(nèi)電網(wǎng)中使用的母線保護(hù)類型較多，從元器件構(gòu)成上大

致可分為 LXB 整流型母線差動保護(hù)、中阻抗型集成電路母差保護(hù)和 微機型母線差動保護(hù)。從電網(wǎng)的發(fā)展來看，LXB 型母差保護(hù)無論是 從性能上還是運行維護(hù)等方面都已經(jīng)越來越難以滿足要求，將逐漸 被替換。JCMZ 系列中阻抗型集成電路母差保護(hù)具有下列特點：動作 速度快：故障檢測時間<3ms，保護(hù)整組動作時間< 10ms。在穿越性外 部故障時，即使 CT 飽和也不會誤動；母線內(nèi)部故障時，由于檢測速 度極快，在CT 完全沒有飽和之前就動作，對 CT飽和特性要求不高。 采用輔助 CT調(diào)整總變比，可適應(yīng)不同變比的CT。允許 CT二次回路 的環(huán)路阻抗較大，易滿足要求；主回路簡單可靠。

2 母線保護(hù)的發(fā)展方向

制造廠相繼推出的微機母線保護(hù)裝置，最主要的特點是充分利

用計算機進(jìn)行數(shù)字計算的能力，方便地實現(xiàn)帶比率制動特性的電流 瞬時值差動原理、復(fù)式比率差動原理等。微機母差對CT 飽和具有獨 特的檢測方法，抗CT 飽和能力強，國外的幾個廠家采用波形判別或 補償法來消除 CT 飽和的影響，即利用 1/4 周期前 CT 線性傳變的采 樣點，用一定的算法進(jìn)行波形處理或判別，以保證保護(hù)的選擇性。 國內(nèi)的做法，多用同步識別法來克服 CT飽和的影響，通過判別差動 動作與故障發(fā)生是否同步來識別飽和情況。具有自適應(yīng)能力，可識 別母線運行方式，從理論上可省略引入隔離刀閘輔助觸點的麻煩（對 雙母線接線而言）。同時微機母差保護(hù)具有自檢功能，可靠性進(jìn)一步 得到提高。更重要的是，微機母差具有通信接口，可方便地與監(jiān)控 系統(tǒng)互聯(lián)、完成信息的遠(yuǎn)傳與遠(yuǎn)控，實現(xiàn)自動化。當(dāng)然，微機母差 保護(hù)具有調(diào)試整定

方便的優(yōu)點是不言而喻的。因此，母線保護(hù)同線路保護(hù)一樣， 采用微機型的保護(hù)是發(fā)展趨勢和方向。對于采用分層分布式自動化 系統(tǒng)的變電站，分散式的微機母差保護(hù)更能與其結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。應(yīng)該 指出的是，目前微機母差保護(hù)動作速度尚不如中阻抗母差保護(hù)快， 區(qū)外故障轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)故障時動作時間較長，這些都有待進(jìn)一步提高。在 解決這些問題之前，將中阻抗母差保護(hù)的邏輯回路、信號回路微機 化，既發(fā)揮了中阻抗保護(hù)的優(yōu)點，又具有微機保護(hù)自檢、通信接口 的優(yōu)勢，不失為目前一種較理想的選擇，然而在短路水平高的地方 不宜使用中阻抗保護(hù)，這是其先天性缺陷。

隨著數(shù)字技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，母線保護(hù)在其他一些方面也 取得了進(jìn)一步的發(fā)展，如正序阻抗母線保護(hù)、負(fù)序阻抗母線保護(hù)、 中阻抗母線保護(hù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在母線保護(hù)上的應(yīng)用，分布式微機母線 保護(hù)、自適應(yīng)技術(shù)在母線保護(hù)中應(yīng)用等，并提出了一些新的基于采 樣值算法的數(shù)字母線保護(hù)。

3 應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1電流相位比較式母線保護(hù)

電流相位比較式母線保護(hù)的原理是利用總差動電流判別是否為

母線上發(fā)生故障。在判別為母線故障的情況下，以差動電流為參考 量，用母聯(lián)電流相位判別故障母線。這種保護(hù)可以省略交流切換回 路，簡化二次接線，適應(yīng)一次系統(tǒng)的倒閘操作，它不受母線上元件 連接方式的影響。

20世紀(jì)七八十年代曾在我國出現(xiàn)的LXB型母差保護(hù)就是基于這 種原理的典型產(chǎn)品。從電網(wǎng)的要求看，這種保護(hù)無論在性能還是運 行維修方面都難以適應(yīng)，將逐步被淘汰。

3.2中阻抗型母線保護(hù)

中阻抗型母線電流差動保護(hù)充分掌握并利用了電流互感器飽和

的暫態(tài)特性，較好地解決了區(qū)外故障電流互感器飽和不誤動，區(qū)內(nèi) 故障正確快速動作。該種保護(hù)對電流互感器無特殊要求，電流互感 器變比可以不一致。其最突出的優(yōu)點是原理先進(jìn)而電路和結(jié)構(gòu)都十 分簡單，它們在 220kV 及以下電網(wǎng)中廣泛采用，取得了較成功的運 行業(yè)績。

它的原理是把高阻抗特性和比率制動特性結(jié)合起來的一種保護(hù)。 由于電流互感器飽和時的特性即勵磁阻抗變得非常小，勵磁電流隨 之變得非常大，電流互感器二次回路分得的電流也就很小。在母線 外部故障時，差動回路的差動電流變大，因此在差動回路中巧妙地 串人一個阻值較大的電阻 Red，當(dāng)外部發(fā)生故障致使故障支路電流 互感器完全飽和時，故障支路的二次阻抗可近似為其全部直流回路 電阻與導(dǎo)線電阻之和，遠(yuǎn)小于差動回路中的電阻值，從而使流過所 有非故障元件的二次電流之和（等于故障電流）被強制通過故障元 件電流互感器的二次繞組構(gòu)成的通路，使流過差動回路上的電流大 大減小，加在繼電器上的電壓是數(shù)值不大的不平衡電壓。當(dāng)母線內(nèi) 部發(fā)生故障時，流過差動回路的電流（總故障電流的二次電流）很 大，加在差動繼電器上的電壓升高，使繼電器動作。這種方法有效 地解決了外部故障時因電流互感器飽和帶來的保護(hù)誤動問題，保證 母線保護(hù)可靠、正確、快速動作，且裝置原理及實現(xiàn)等方面優(yōu)于微 機母線保護(hù)。此外，由于國內(nèi)外微機裝置剛剛出現(xiàn)，運行經(jīng)驗缺乏， 因此今后幾年內(nèi)中阻抗母線保護(hù)裝置仍將發(fā)揮重要作用。

3.3高阻抗型母線保護(hù)

高阻抗母差保護(hù)的原理與中阻抗母差保護(hù)相近。為防止區(qū)外故

障母差保護(hù)誤動作，中阻抗母差保護(hù)在差電流回路接人了中阻抗， 為確保區(qū)外故障母差保護(hù)的可靠性，還必須校驗從母差保護(hù)向電流 互感器方向看整個二次回路的電阻是否滿足要求。這在二次回路電 纜較長、比率制動系數(shù)較大的情況下是困難的。高阻抗母差保護(hù)在 這方面性能要好得多。高阻抗母差保護(hù)也稱電壓型母差保護(hù)，差動 回路電阻一般為幾千歐姆。與中阻抗母差保護(hù)類似，高阻抗母差保 護(hù)對于區(qū)內(nèi)故障也采用電流互感器飽和前快速動作的方式，區(qū)內(nèi)故 障動作速度快。高阻抗母差保護(hù)靈敏度高，二次回路接線簡單，調(diào) 試方便，主要技術(shù)問題是過電壓問題。這在一定程度上限制了它在 國內(nèi)電網(wǎng)的應(yīng)用。

結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)手段日新月異的發(fā)展和我國電力供應(yīng)事業(yè)的不斷

進(jìn)步，變電站管理工作和母線保護(hù)工作正發(fā)揮著越來越重要的作用。 作為煤礦變電站有關(guān)管理人員應(yīng)當(dāng)予以母線保護(hù)工作應(yīng)有的重視， 學(xué)習(xí)和引進(jìn)國內(nèi)外的先進(jìn)母線保護(hù)理念和手段，為煤礦的電力供應(yīng) 事業(yè)發(fā)展提供有力保障。