母線保護研究綜述

姚曉哲

【摘?要】在發電廠和變電站中，母線起到了匯集、分配和傳送電能的作用，是十分重要的一次設備。電力系統中母線保護是主要保護之一，對電力系統的穩定運行起著至關重要的作用，智能電網的發展，對母線保護的可靠性也提出了越來越高的要求。當母線上發生故障時，故障被迅速地識別和切除顯得十分重要，為防止母線故障可能引起的嚴重后果，需設置專門的母線保護。保護裝置應及時、正確地中斷所有母線短路電流，這就需要母線保護在可靠性、靈敏性和快速性上達到保護要求。本文就母線保護展開探討。

【關鍵詞】母線保護;差動;保護

引言

當母線發生故障的時候，母線保護會判斷故障母線，并切除故障母線上的所有元件，這就不可避免地切除了很多運行線路或主變，停電范圍涉及很廣。那么有什么方法可以避免或者說是減少因母線故障受影響的運行設備，一個目前常用的做法是盡量減少掛在同一段母線上的運行設備數量，換言之就是將母線盡量切割成盡量多的小塊，這樣掛在同一段母線上的設備就更少，母線保護切除的設備也就更少，受影響的運行設備也就少了。

1母線保護的應用現狀及技術要求

（1）為了保障大量用戶的正常供電和供電穩定性，需要切除一段或一組母線上的故障時，需要增加母線保護裝置;（2）一般情況下，系統發生故障需要通過過流后備保護來切除一部分母線，但由于切除不能快速完成，往往需要等過流后備保護動作，而整個動作需要耗費1.2～2s這就導致設備大面積損壞，因此，這種情況下需要增加母線保護措施。安裝母線保護裝置需要滿足以下技術要求：（1）需要具有高的可靠性，不允許誤動和拒動。相對而言，對拒動的要求沒有比誤動高，因為拒動的發生可以通過過流后備保護動作，選擇性的切除一段母線組成，該結果與不安裝母線保護裝置的效果是一樣的。但一旦發生誤動，則會引起大面積的用電問題，降低了用電的可靠性和穩定性，因此，要采取積極的保護措施來解決該問題。（2）保護裝置的安裝需要簡單可行，不能夠大范圍改變整體結構和外部電纜的施工，同時要適應開關柜的運行條件。（3）保護裝置不能受到系統運行的影響，需要及時適應母線工作狀態的改變，例如電源進線切換到開關的運行，各種設備調試及維修等狀況。

2母差保護投入前檢查項目

（1）母差裝置供電正常，所有硬壓板全在“斷開”位置并確認所有跳閘硬壓板出口無電壓，并且所有接線正確。（2）根據定值表核對參數，檢查大、小差流一般在50mA以下。（3）如大差差流平衡，而兩小差差流均不平衡，工作人員需對刀閘位置進行核對，查看刀閘位置是否與實際對應，如果不對應，需進行強制對位，保證刀閘位置和實際運行一致，母差“強制互聯投入”燈亮，大、小差電流在規定范圍。若大、小差流都不平衡且未超50mA，工作人員要檢查“強制互聯”是否自動投入，如未投入，在檢查二次回路無誤后，需將“強制互聯”手動投入。如果大、小差均超50mA，需對其進行二次接線檢查。

3電流型工頻量母線保護

通過計算母線差動電流采樣值的絕對值與制動電流之間的相關度信息，設置相關度制動系數建立母線保護判據。進一步分析了TA飽和引起的傳變誤差，確定了判據中相關度制動系數取值的范圍，具有一定的抗TA飽和能力。根據母線外部故障時母線電流變化量差動電流為母線分布電容的突變量電流，母線內部故障時流入故障母線的電流在故障點和流經穿越性電流支路之間分配的特點辨別母線區內、外故障。結合差動電流變化量和制動電流變化量之間的比率制動系數建立相應的保護判據。利用TA飽和瞬時電流過零時存在的線性傳變區，研究瞬時制動電流與瞬時差動電流的關系特征，可以在診斷母線故障的同時實現支路TA飽和的判別。但該保護原理受諧波和非周期分量影響較大，抗干擾能力弱且存在動作模糊區。將母線區內外故障時方向相同的各支路故障分量電流采樣值合并等效成兩個虛擬電流，通過分析虛擬電流波形特征計算兩個之間的波形相關度來識別母線區內外故障。該保護原理利用了滾動積分法處理采樣值數據，能避免高頻分量的影響，有效抑制干擾。

4行波幅值比較型母線保護

母線故障時，初始行波波頭在線路兩端都有巨大的瞬時振幅;而線路故障時，故障線路測量到的初始行波瞬時振幅遠大于非故障線路初始行波的瞬時振幅。因此，通過分析檢測到的線路行波瞬時振幅可識別母線區內、外故障，但在檢測行波瞬時振幅時，其抗干擾能力還有待提高。分析故障時母線各關聯線路電流行波特征，定義電流行波動作量與制動量，利用動作量與制動量之間的關系特征建立具有比率制動特性的母線保護。根據母比率與門檻值的大小關系判別故障區域。采用一種相對比較方案，對不同故障下的電流行波差動量值與對應該故障條件下的浮動門檻值進行比較，具有一定的自適應性，提高了在微弱行波信號下保護的可靠性與靈敏性。利用小波包對故障暫態分量差電流與和電流進行變換得到各自的小波包系數，然后利用小波包系數分別計算和電流與差電流在1～5尺度下的譜能量值，得到在不同尺度下的故障暫態分量差電流譜能量平方和與和電流的譜能量平方和。以差電流的譜能量平方和作為動作量，以和電流譜能量平方和作為制動量建立相應的母線保護判據。因譜能量中包含有頻段相對較低的能量值，當電壓過零時仍會有較大的輸出，提高了判據的可靠性。

5新型10kV母線保護的設想方案

（1）圖1展示了基于數字網絡技術的10kV母線保護方案設計圖，核心思想是由母線上的綜合保護裝置和保護專用網絡構成，同時增加數字通訊接口和服務程序，進行母線保護。目前，利用數字網絡技術保護母線裝置已經十分成熟，常用的有CAN網、LONWORK等等。該方案的核心是母線保護管理單元，主要包括饋線單元、電容器單元、電動機單元、變壓器單元以及母聯分段單元。該管理單元安裝在進線斷路器開關柜上，能夠收集各種信息，同時提供保護。（2）基于電弧光傳感技術的母線保護裝置的主要原理是：由于母線發生故障會產生電弧光，根據電弧光可以判斷母線發生故障的原因。利用這一原理設計的電弧光母線保護裝置具有以下特點：①通過電弧光傳感器使得整個設計結構十分簡單，電弧光的光信號裝換成電信號傳送給母線保護單元，過程很快，易于保護裝置發揮作用;②該保護裝置采用了雙判斷的模式，即使電弧光傳感器發生誤傳，也不會引起母線故障，具有較強的可靠性;③整個保護裝置是靠光傳播，反應速度快，一般只需要5～7ms;④該裝置造價低，易實施，具有很大的優勢。以上兩種保護方案在國外許多地方已經得到了應用，并且取得了不錯的效果，實踐證明，該方案比傳統的母線保護方案具有更強的可靠性，能夠為中低壓變電器中的母線保護提供有效的保障。由于該方案的優勢，可以預計這兩種方案會在國內變電站10kV母線保護問題上得到廣泛推廣。

結語

隨著我國“堅強智能電網”概念的提出，電網發展以實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全為目標。未來電網勢必向著高自動化、高智能化方向發展，現階段已成熟的母線保護理論如何與智能化相對接是電力行業面對的新問題，母線保護新理論的提出也應考慮與“堅強智能電網”相匹配的問題。

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（作者單位：深圳供電局有限公司變電管理一所）