母线保护及失灵保护

母线保护及失灵保护

辛伟

母线保护：

母线是发电厂和变电站重要组成部分之一。母线又称汇流排，是汇集电能及分配电能的重要设备。运行实践表明：在众多的连接元件中，由于绝缘子的老化，污秽引起的闪路接地故障和雷击造成的短路故障次数甚多。另外，运行人员带地线合刀闸造成的母线短路故障，也有发生。母线的故障类型主要有单相接地故障，两相接地短路故障及三相短路故障。两相短路故障的几率较少。

当发电厂和变电站母线发生故障时，如不及时切除故障，将会损坏众多电力设备及破坏系统的稳定性，从而造成全厂或全变电站大停电，乃至全电力系统瓦解。因此，设置动作可靠、性能良好的母线保护，使之能迅速检测出母线故障所在并及时有选择性的切除故障是非常必要的。

对母线保护的要求：

与其他主设备保护相比，对母线保护的要求更苛刻。

（1）高度的安全性和可靠性

母线保护的拒动及误动将造成严重的后果。母线保护误动将造成大面积停电；母线保护的拒动更为严重，可能造成电力设备的损坏及系统的瓦解。

（2）选择性强、动作速度快

母线保护不但要能很好地区分区内故障和外部故障，还要确定哪条或哪段母线故障。由于母线影响到系统的稳定性，尽早发现并切除故障尤为重要。

母差保护的分类：

母线差动保护按母线各元件的电流互感器接线不同可分为母线不完全差动保护和母线完全差动保护；母线不完全差动保护只需将连接于母线的各有电源元件上的电流互感器接入差动回路，在无电源元件上的电流互感器不接入差动回路。母线完全差动保护是将母线上所有的各连接元件的电流互感器连接到差动回路。母线完全差动保护又包括固定连接方式母差保护、电流相位比较式母差保护、比率制动式母差保护（阻抗母线差动保护）、带速饱和电流互感器的电流式母线保护等。

莲花厂的WMH-800微机型母线保护装置为比率制动式母差保护。

固定连接系指一次元件的运行方式下二次回路结线固定，且一一对应。双母线同时运行方式,按照一定的要求,将引出线和有电源的支路分配固定连接于两条母线上,这种母线称为固定连接母线。这种母线的差动保护称为固定连接方式的母线完全差动保护。

对它的要求是一母线故障时,只切除接于该母线的元件,另一母线可以继续运行,即母线差动保护有选择故障母线的能力。当运行的双母线的固定连接方式被破坏时,该保护将无选择故障母线的能力,而将双母线上所有连接的元件切除。

母联电流相位比较式母线差动保护主要是在母联开关上使用比较两电流相量的方向元件，引入的一个电流量是母线上各连接元件电流的相量和即差电流,引入的另一个电流量是流过母联开关的电流。在正常运行和区外短路时差电流很小，方向元件不动作；当母线故障不仅差电流很大且母联开关的故障电流由非故障母线流向故障母线，具有方向性，因此方向元件动作且具有选择故障母线的能力。

集成电路型母线保护根据差动回路中阻抗的大小，可分为低阻抗型母线保护(一般为几欧姆)，中阻抗型母线保护(一般为几百欧姆)，高阻抗型母线保护(一般为几千欧姆)。 低阻抗型母线保护（一般为几欧姆）：低阻抗母线差动保护装置比较简单，一般采用久

经考验的判据，系统的监视较为简单。但低阻抗母线差动保护不适用于高压母线，因为在母线外部故障使CT饱和时，母线差动继电器中会出现较大的不平衡电流，可能使母差保护误动作，所以该的可靠性不能得到很好的满足。

高阻抗型母线保护（一般为几千欧姆）：高阻抗母线保护可以较好地解决CT饱和问题，为了克服低阻抗母线保护中CT饱和时误动作的问题，可在差动回路中串入一高阻抗，其值可在数千欧姆以上，因而在外部故障电流互感器饱和时，可减少差动回路的不平衡电流，不需要制动，对于区内故障采用CT饱和前快速动作的方式，区内故障动作速度快。但在内部故障时，差动回路可产生危险的过电压，对继电器可靠工作不利。为了可靠性，设计了一个附加的高阻抗保护系统，作为检测元件提供第二个跳闸判据，但需要一种与之匹配的CT线圈，且要求CT的传变特性完全一致，变比相同，这对于扩建的变电所来说较难做到。因此总体上高阻抗型母线保护在运行维护维修等方面都十分困难，所以这种保护在电力系统中很少被采用。

中阻抗型母线保护（一般为几百欧姆）：中阻抗型母线保护的选择元件是一个且有比率制动特性的中阻抗型电流差动继电器，显著降低了母差回的负载阻值，既且有低阻抗、高阻抗保护的优点，又避开了它们的缺点，把高阻抗特性与比率制动特性两者有效结合，在处理CT饱和方面有独特优势：较好地保证了区外故障CT饱和不误动、区内故障正确快速动作，且其对CT无特殊要求。它以电流瞬时值作测量比较，测量元件和差动元件多为集成电路或整流型继电器，当母线内部故障时，动作速度极快，一般动作时间小于10ms，因此又被称为“半周波继电器”。其缺点是必须应用辅助电流互感器，保护整定计算较为复杂。

带速饱和电流互感器的电流差动式母线保护：这种保护的原理是利用母线上各连接元件电流相量作为动作量，它将母线上各元件电流互感器二次按同极性并联构成差电流回路，再经过速饱和变流器后接差电流继电器。

正常运行或区外短路时，母线上各元件电流相量和为零，无差电流，保护不动作；母线短路时，母线上各元件电流相量和不为零，差电流很大，保护动作。对于带速饱和变流器的电流差动式母差保护有以下要求：

1）外部短路时的暂态不平衡电流很大，而且很难依靠定值躲过它。目前主要是采用速饱和变流器，利用短路电流暂态分量中的直流分量使速饱变流器的铁心迅速饱和，造成差动继电器灵敏度下降，防止误动作，但母线故障时动作稍有延时。

2）对于稳态下的不平衡电流，主要是靠电流互感器在通过最大区外短路电流时其误差不超过10%，母线保护的整定值必须躲过此时的不平衡电流。

3）各电流互感器的变化必须相同，不同时可采用中间变流器进行补偿，但对中间变流器的要求比主电流互感器更为严格，一般要求其误差不超过5%。为减轻主电流互感器二次负载，中间变流器宜采用降流方式，最好安装在户外的断路器场地内。如必须采用升流方式时，其升流比不应超过2，而且最好安装在保护屏上或保护屏下的电缆层中。

4）为减轻电流互感器二次负载和经济起见，各电流互感器二次侧连线应在断路器场内的母差端子箱内先并联，然后再通过一根大截面电缆与室内的保护屏相连。

微机型母线保护相对于其它类型的母线保护，有着不可比拟的优势：

1)微机母线保护不需要公共的差电流回路，不需要将各回路的电流互感器二次绕组并联在一起引至保护盘，而是通过软件计算来合成差动电流和制动电流，这大大简化了交流二次回路，提高了保护的可靠性；

2)可以用软件来平衡各回路电流互感器变比的不同，不需要设置辅助电流互感器；

3)利用微机的智能作用和计算能力可实现更复杂但更可靠的动作判据，创造各种检测电流互感器饱和的新方法；

4)对双母线接线方式而言具有自适应能力，利用微机的智能作用自动识别各回路所连接

的母线组别；

5)微机母线保护具有自检功能，可靠性得到了进一步的提高；更重要的是，微机母线保护具有通信接口，可方便地与监控系统互联、完成信息的远传和远控，实现自动化；当然微机母线保护具有调试整定方便的优点是不言而喻的。

微机母线保护相对于线路保护来说它有自己的一些特点：

1)由于母线保护需要与一次母线相对应，所以输入的电流量、电压量和开关量都很多，对数据处理的能力要求高；

2)由于是电流差动，所以各交流回路输入的电流幅值精度和相位一致性就显得格外重要；

3)母线保护切除元件数目多，涉及的范围广，装置的可靠性必须保证；

4)母线保护一旦退出运行，将给生产调度带来很多压力，所以装置运行必须稳定，保证年投入时间。

因此微机母线保护的研制，应集中在以下几个方面：

1)提高保护的动作速度及动作灵敏度；

2)采取切实可靠的措施，防止因CT饱和产生的不平衡电流造成保护误动；

3)增强保护适应母线运行方式变化的能力；

4)增强自动检测和监视功能，保护运行操作尽可能简化；

5)增强装置抗干扰性，减少装置本身故障概率。

实现母线差动保护的基本原则：

1)在正常运行及母线范围以外故障时，母线上所有的连接元件中流入的电流和流出的电流相等，表示为    0 ，其中m为母线上所有连接元件的数目，

j1mIjIj为第j个连接元件的

支路电流。

2)当母线上发生故障时，所有与电源连接的元件都向故障点供给短路电流，而给负荷供电的

 j  I连接元件中电流等于零，因此 I  d ，其中j1mId是指短路点的总电流。

3)对每个连接元件中电流的相位来说，在正常运行以及母线发生区外故障时，至少有一个元件中的电流相位和其余元件中的电流相位是相反的，即电流流入的元件和电流流出的元件这两者的相位相反。而当母线故障时，除电流等于零的元件外，其它元件中的电流则是同相位的。

总之，母线保护的原理构成总是基于对母线上各连接元件之间的电流的比较，常用以下几种保护原理：

1)完全电流差动原理：以总差动电流为起动元件，以分差动电流为选择元件，母线保护可以正确切除故障段母线。

2)母联电流比相原理：母联电流比相原理是比较总差动电流与母联断路器中的电流相位，利用两个电流之间的相位关系来判别故障母线。

3)电流相位比较原理：正常运行或母线外部短路时，各元件电流有流入母线的，也有流 出母线的，它们的相位相差1 80。。母线内部发生短路时，各电流均流入母线，它们的相位差接近O。。因此，根据各连接元件的电流相位差，可清楚地区分出母线的内部或外部故障。电流相位比较式母线保护，就是利用相位比较元件测量各电流间的相位差，来实现保护功能。

4)带比率制动特性的电流差动原理：起动元件的动作电流随外部短路电流的变化而同时变化，也就是将外部短路电流作为制动电流，那么起动电流的门坎值就可以减小，因而在母线故障时保护有较高的灵敏度。

对于传统的继电器来说，反应的都是电流有效值或平均值，而不是电流的瞬时值大小。随着数字化微机保护的发展，反应瞬时值大小的继电器成为可能，相应地出现了瞬时值比率差动

判据。

我的继电保护学习方法：

1、保护配置；

2、保护动作判据或原因；

3、保护范围及动作结果。

一、莲花厂微机母线保护的配置：

目前莲花厂母线保护装置采用许继集团公司生产的WMH-800微机型母线保护装置，保护配置为双套母线差动保护和一套断路器失灵保护。该保护装置共由三面屏柜组成，其中两面屏为保护屏，分别由A、B、C三相差动保护单元、电压闭锁单元及人机对话单元组成，A、B、C三相差动保护单元分别完成各自的模拟量采集及转换、开关量输入、保护逻辑运算、信号及跳令的开出。为提高保护的动作可靠性，在保护中还设置有启动元件、复合电压闭锁元件、TA二次回路断线闭锁元件及TA饱和检测元件等。

图 WMH-800微机母线保护装置总体结构图

1、母线差动保护：

母线差动保护的基本原理：

m 0j j1

m OPj j1

mm  K （瞬时△）

jjj1j1

K：制动系数

IIIII

母线区内故障流出电流及外部故障CT误差对差动保护的影响：

母线内部故障时，可能有电流流出母线，差动保护的灵敏度降低。假设流出母线的电流与总故障电流的比值为δ，如图所示：

要保证差动保护动作，此时的制动系数应为： 1k1

外部故障时，故障支路CT可能产生较大的误差而引起不平衡电流，假设故障支路CT误差为δ，如图所示：

要保证差动保护动作，此时的制动

系数应为： k

2

I

由此可以看出给定比率制动系数K，要保证差动保护正常工作，内部故障时流出母线的电流和总电流的比值以及外部故障时允许故障支路CT误差值都有一对应关系，如下表：

莲花厂的制动系统K为0.5。

母线区内故障流出电流及外部故障CT误差对差动保护的影响：

母线内部故障时，可能有电流流出母线，差动保护的灵敏度降低。假设流出母线的电流与总故障电流的比值为δ，如图所示：

要保证差动保护动作，此时的制动系数应为： 1k1

外部故障时，故障支路CT可能产生较大的误差而引起不平衡电流，假设故障支路CT误差为δ，如图所示：

要保证差动保护动作，此时的制动

系数应为： k

2

I

由此可以看出给定比率制动系数K，要保证差动保护正常工作，内部故障时流出母线的电流和总电流的比值以及外部故障时允许故障支路CT误差值都有一对应关系，如下表：

莲花厂的制动系统K为0.5。

差动保护设置大差及各段母线小差，大差作为小差的启动元件，用以区分母线区内外故障，小差为故障母线的选择元件。大差，小差均采用具有比率制动特性的瞬时值电流差动算法。大差不包括母联电流，每段母线小差只包括各自所连接单元电流。制动电流也如此。

小差元件为某一条母线的差动元件，其引入电流为该条母线上所有连接元件TA二次电流。

接入大差元件的电流为二条（或二段）母线所有连接单元（除母联之外）TA的二次电流。

双母线系统大差、小差保护范围如图：

为详细理解上图下面将双母线完全差动保护在发生区内、区外故障时的电流分布以及母线差动保护动作情况按下图进行说明。

图 区外故障时的电流分布 区内故障时的电流分布 按母联断路器只有一组电流互感器考虑，区外故障时的电流分布如上图。区外故障时启动元件KA，也即是大差，选择原件KA1、KA2均无电流流过，故差动保护不动作。

区内故障时的电流分布如上图，区内母线I故障启动元件大差KA、选择元件KA1均有故障电流流过，选择元件KA2的电流为零，因此将母联断路器及连接在母线I上的断路器均动作跳闸。

母线保护要求装置的启动元件能够快速、灵敏地对保护运行时母线电压或支路电流的异常变化做出响应，因此启动元件设置了三个启动判据，分别为：母线电压突变启动、支路电流突变启动和大差电流越限启动，三者的关系为逻辑“或"

，即三个启动判据只要有一个得

到满足，启动元件就动作并启动差动保护工作。

启动元件动作后保护是否跳闸出口是由差动元件判别的。母线保护装置的差动元件是由分相比率差动判据和分相突变量比率差动判据构成的。

母差保护逻辑框图如下：

母联死区保护的概念

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。当K点发生故障，II母判为区内故障，I母判为区外故障，II母保护动作并跳开母联断路器后，K点故障仍然存在于I母，未能彻底切除故障。双母线保护装置具有"母联死区保护"功能。死区故障时，I母或II母保护动作后，发令切除该段母线上所有运行单元（包括母联开关），同时保护程序继续判别大差是否返回、母联TA上故障电流是否消失。若经过延时(确保母联断路器可靠跳闸)，大差未返回、母联TA仍有故障电流，则启动母联死区保护，发令动作于另一段母线保护的出口，从而彻底切除死区故障。双母线母联单元热备用状态，即母联的两隔离刀闸闭合而母联断路器断开时，在死区发生故障，若母线保护按母联隔离刀闸状态计算两小差，则将造成故障母线判为区外，而非故障母线判为区内。为解决此问题，将母联断路器辅助接点（常开接点）接入保护装置，作为判定母联单元"断"或"联"运行方式的依据。母联断路器的辅助接点未闭合时，母线保护按双母线分列运行时的保护逻辑判别及出口。I母小差及II母小差判据中不计入母联电流。此时，若发生死区故障，故障母线判为区内而正确迅速动作，非故障母线则判为区外可靠不动作。母联断路器的辅助接点闭合后，母线保护则按常规双母线并列运行时的保护逻辑判别及出口。

在国产的微机母线保护装置中，设置有专用的死区保护，用于切除母联断路器与母联TA之间的故障。

2、方式识别

在双母线系统中，根据电力系统运行方式变化的需要，母线上的连接元件需在两条母线

间频繁切换，为此要求母线保护能够跟踪一次系统的倒闸操作。本装置用软件实现母线方式自动识别，A、B、C差动箱均引入隔离刀闸的辅助接点，各自完成运行方式的自动识别，作为差动电流计算及出口跳闸的依据。隔离刀闸辅助触点的状态通过装置面板的发光二极管指示。

刀闸辅助接点出错的判据：

⑴ 有电流而无刀闸接点

首先想到的是：某单元TA电流不为0，而该单元两把刀闸都开断，则该单元必然是接点不良。

⑵ 两段母线小差电流之和等于总差电流

由于刀闸辅助接点是用来计算小差电流的，所以可用小差电流的计算结果来校验运行方式的正确性。需要注意的是，当一个单元两把刀闸都闭合时其电流不能重复计入小差，即该电流计入Ⅰ母小差，则不参与Ⅱ母小差的计算，反之亦然。而无论母线运行方式如何变化，流经母线的电流如何变化，都可以用此判据。只要刀闸出错的单元TA有电流，就能够发现错误。

该判据在下列情况下不适用：

a. 发生区内故障时，小差电流不平衡；

b. 发生区外故障而TA饱和时，小差电流不平衡；

c. TA断线时，也使小差电流不为0；

d. 倒闸过程中两条母线经刀闸相连，而刀闸上有电流。

⑶ 母线是否处于互联的判断

判据2虽然适用于母线互联，却不能判别母线是否处于互联。这是非常重要的，因为母线死联的时候，只动大差。而通过分析，在母线互联时，除非极特殊的电流分配，流经刀闸的电流不为0，所以两段母线的小差电流均不为0。

⑷ 接点抖动的判据

实际运行中，对同一副刀闸在一个时段内不可能重复多次操作。当同一接点短时间内变化多次时，即可判其接点抖动。

⑸ 用瞬时值判断的实时性

为了能实时发现并纠正刀闸辅助接点的错误，必须用瞬时值来计算大差和小差电流。考虑到电流波形过零点±30%范围内，电流瞬时值的大小可能不满足判据的灵敏度，所以最多不超过（20/6）ms就能根据以上判据判断出接点错误并纠正。

3、倒闸操作过程中

在进行双母线的倒闸操作过程中，当某一连接单元的两副刀闸同时闭合时，两条母线通过刀闸短接，成为单母线。因此，当差动保护动作后，不再作故障母线的选择，而直接切除双母线上所有连接单元。

双母线系统在进行倒闸操作时，一般要求禁止跳母联断路器（正常采取拉开操作电源的方法实现），从拉操作电源到两隔离刀闸同时闭合，所需要的时间较长，如果在此过程中母线发生故障，非故障的母线只能靠母联的失灵保护切除，增加了故障的切除时间。为了消除此保护死角，在保护装置上设置了一个“倒闸过程中”压板，在倒闸操作前投入此压板，即认为系统进入倒闸操作过程中，如果发生母线故障，则保护跳开母线上连接的所有元件，不需启动失灵保护。

4、母联（分段）充电保护

当一组母线检修后再投入运行之前，利用母联断路器对该母线进行充电试验时，可投入母联充电保护，由装设在保护装置上的“母联充电保护”压板实现，当被试验母线存在故障时，利用充电保护切除故障。

充电保护只能短时投入，其逻辑为：一组母线无压，母联由无电流变为有电流，则开放充电保护5s。在充电保护投入期间，若母联电流任一相大于充电保护整定值电流，则经整定的充电保护延时将母联断路器切除。

5、母联非全相保护

当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延时跳开母联断路器三相。

在母联非全相保护投入时，若母联三相TWJ状态不一致，且母联零序电流大于母联非全相电流定值，经整定延时跳母联开关。母联非全相保护出口不经复合电压闭锁。

图 母联非全相保护逻辑框图。

6、CT断线闭锁及告警

装置利用差流进行CT断线的判别。系统正常运行时，大差以及各段母线小差为零，当差流连续越限时即判别为CT断线，闭锁断线相该段母线差动保护并发出告警信号。

⑴ TA二次回路断线判别

在微机母差保护装置中，一般采用系统无故障时差流越限，即Id>Iop时，来判为差动TA二次回路断线。

式中： Id－差电流；

Iop－TA断线闭锁元件动作电流。

在某些装置中，也有采用零序电流作为TA断线判据的。即当任一支路中的零序电流 3I00.25Imax0.4IN时，判为差动TA断线。

式中： 3I0 －零序电流；

IΦmax－最大相电流；

IN －标称额定电流（5A或1A）。

⑵ 对TA断线闭锁的要求

对母差保护装置中的TA断线闭锁元件提出以下要求

①延时发出告警信号

正常运行时，发电机及变压器的差动TA断线，差动保护要误动。对于电流型微机母差保护及中阻抗母差保护，母线连接元件多而使差动回路支路数多，又由于制动电流为各单元电流绝对值和，因此，某一支路的一相TA二次回路断线，一般保护不会误动。此时，若再发生区外故障，母差保护将误动。因此，当TA断线闭锁元件检测出TA断线之后，应经一定延时（一般5秒）发出告警信号并将母差保护闭锁。

②分相设置闭锁元件

母差保护为分相差动，TA断线闭锁元件也应分相设置，即哪一相TA断线应去闭锁哪一相动保护，以减少母线上又发生故障时差动保护拒动的几率。

③母联、分段断路器TA断线，不应闭锁母差保护

若断线闭锁元件检查到的是母联TA或分段TA断线，应发TA断线信号而不闭锁母差保护，但此时应自动切换到单母方式，发生区内故障时不再进行故障母线的选择。

7、PT断线告警

PT断线的判据为：任一相电压低于PT断线定值，或自产零序或负序电压大于7V，

延时

7s发PT断线信号。

8、电压闭锁元件

电压闭锁元件含母线各相低电压、负序电压、零序电压元件，各元件并行工作，构成或门关系。零序电压判别元件使用的是外接开口三角电压，该电压的有效值显示和采样点打印均折算到相电压基准下，以方便与自产零序电压进行比较。

9、TA饱和鉴定元件

母线出线故障时TA可能饱和。某一出线元件TA的饱和，其二次电流大大减少（严重饱和时TA二次电流等于零）。为防止区外故障时由于TA饱和母差保护误动，在保护中设置TA饱和鉴别元件。

⑴ TA饱和时二次电流的特点及其内阻的变化

理论分析及录波表明：TA饱和时其二次电流有如下几个特点：

 在故障发生瞬间，由于铁芯中的磁通不能跃变，TA不能立即进入饱和区， 而是存在

一个时域为3~5ms的线性传递区。在线性传递区内，TA二次电流与一次电流成正比。  TA饱和之后，在每个周期内一次电流过零点附近存在不饱和时段，在此时段内，TA

二次电流又与一次电流成正比。

 TA饱和后其励磁阻抗大大减小，使其内阻大大降低，严重时内阻等于零。

 TA饱和后，其二次电流偏于时间轴一侧，致使电流的正、负半波不对称，电流中含

有很大的二次和三次谐波电流分量。

⑵ TA饱和鉴别元件的构成原理

目前，在国内广泛应用的母差保护装置中，TA饱和鉴别元件均是根据饱和后TA二次电流的特点及其内阻变化规律原理构成的。在微机母差保护装置中，TA饱和鉴别元件的鉴别方法主要是同步识别法及差流波形存在线性传变区的特点；也有利用谐波制动原理防止TA饱和差动元件误动的。

（Ⅰ）同步识别法

当母线上发生故障时，母线电压及各出线元件上的电流将发生很大的变化，与此同时在差动元件中出现差流，即电压或工频电流的变化量与差动元件中的差流是同时出现。当母差保护区外发生故障某组TA饱和时，母线电压及各出线元件上的电流立即发生变化，但由于故障后3~5msTA磁路才会饱和，因此，差动元件中的差流比故障电压及故障电流晚出现3~5ms。

在母差保护中，当故障电流（即工频电流变化量）与差动元件中的差流同时出现时，认为是区内故障开放差动保护；而当故障电流比差动元件中的差流出现早时，即认为差动元件中的差流是区外故障TA饱和产生的，立即将差动保护闭锁一定时间。将这种鉴别区外故障TA饱和的方法称作同步识别法。

（Ⅱ）自适应阻抗加权抗饱和法

在该方法中，采用了工频变化量阻抗元件。所谈的变化量阻抗，是母线电压的变化量与差回路中电流变化量的比值。

当区外发生故障时，母线电压将发生变化，即出现了工频变化量电压；当TA饱和之后，差动元件中出现了差流，即出现工频变化量差流。出现了工频变化量阻抗。而当区内发生故障时，母线电压的变化与差动元件中差流的变化与阻抗的变化将同时出现。

所谓自适应阻抗加权抗饱和法的基本原理实际也是同步识别法原理，也就是故障后TA不会立即饱和原理。

在采用自适应阻抗加权抗饱和法的母差保护装置中，设置有工频变化量差动元件、工频变化量阻抗元件及工频变化量电压元件。当发生故障时，如果差动元件、电压元件及阻抗元件同时动作，即判为母线上故障，开放母差保护；如果电压元件动作在先而差动元件及阻抗

元件后动作，即判为区外故障TA饱和，立即将母差保护闭锁。

（Ⅲ）基于采样值的重复多次判别法

采用同步识别法或自适应阻抗加权抗饱和法的TA饱和鉴别方法，只适用于故障瞬间。上述方法只能将母差保护暂短闭锁，否则，当区外故障转区内故障时，将致使母差保护拒绝动作。

在微机型母差保护中，是将同步识别法（或自适应阻抗加权法）与基于采样值的重复多次判别法相结合构成TA饱和鉴别元件。

基于采样值的重复多次判别法是：若在对差流一个周期的连续R次采样值判别中，有S次及以上不满足差动元件的动作条件，认为是外部故障TA饱和，继续闭锁差动保护；若在连续R次采样值判别中有S次以上满足差动元件的动作条件时，判为发生区外故障转母线区内障，立即开放差动保护。

该方法实际是基于TA一次故障电流过零点附近存在线性传变区原理构成的。 （Ⅳ）谐波制动原理

TA饱和时差电流的波形将发生畸变，其中含有大量的谐波分量。用谐波制动可以防止区外故障TA饱和误动。

但是，当区内故障TA饱和时，差电流中同样会有谐波分量。因此，为防止区内故障或区外故障转区内故障TA饱和使差动保护拒动，必须引入其他辅助判据，以确定是区内故障还是区外故障。

利用区外故障TA饱和后在线性传变区无差流方法，来区别区内、外故障，而利用谐波制动防止区外故障误动。试验表明，该方法是优异的抗TA饱和方法。

10、母线保护与其它保护的配合

⑴ 当线路上设置闭锁式高频保护，母线保护动作时为使对侧的高频保护装置动作跳开断路器，母线保护应使本侧的高频发信机停信。

⑵ 当线路上设置其它纵联保护，同样原因，母线保护动作时应使对侧的保护装置动作跳开断路器。

⑶ 如果不采用母线重合闸，母线保护动作时应将线路上的自动重合闸装置放电，以防止线路断路器对故障母线进行重合闸。

⑷ 500kV高压变电站，当220kV侧母线发生故障跳闸而主变开关失灵，或220kV侧主变断路器开关失灵需跳开相应母线，此两种情况下母线保护动作均需启动该主变保护跳另两侧（35kV侧和500kV侧）。

⑸ 当主变发生低压侧故障或发变组非全相运行，需跳母线侧开关而此开关失灵，主变保护装置需解除母线失灵复合电压闭锁。

断路器失灵保护

当输电线路、变压器、母线或其他主设备发生短路，保护装置动作并发出了跳闸指令，但故障设备的断路器拒绝动作，称之为断路器失灵。为防止电力系统故障并伴随断路器失灵造成的严重后果，必须装设断路器失灵保护。

1、断路器失灵的原因

运行实践表明，发生断路器失灵故障的原因很多，主要有：断路器跳闸线圈断线、断路器操作机构出现故障、空气断路器的气压降低或液压式断路器的液压降低、直流电源消失及控制回路故障等。其中发生最多的是气压或液压降低、直流电源消失及操作回路出现问题。

2、断路器失灵的影响

系统发生故障之后，如果出现了断路器失灵而又没采取其他措施，将会造成严重的后果。 ⑴ 损坏主设备或引起火灾：例如变压器出口短路而保护动作后断路器拒绝跳闸，将严重损坏变压器或造成变压器着火。

⑵ 扩大停电范围：如下图所示，当线路L1上发生故障断路器DL5跳开而断路器DL1拒动时，只能由线路L3、L2对侧的后备保护及发电机变压器的后备保护切除故障，即断路器DL6、DL7、DL4将被切除。这样扩大了停电的范围，将造成很大的经济损失。

图 断路器失灵事故扩大示意图

⑶ 可能使电力系统瓦解：当发生断路器失灵故障时，要靠各相邻元件的后备保护切除故障，扩大了停电范围，有可能切除许多电源；另外，由于故障被切除时间过长，影响了运行系统的稳定性，有可能使系统瓦解。

3、对断路器失灵保护的要求

⑴ 高度的安全性和可靠性：断路器失灵保护与母差保护一样，其误动或拒动都将造成严重后果。因此，要求其安全性及动作可靠性高。

⑵ 动作选择性强：断路器失灵保护动作后，宜无延时再次去跳断路器。对于双母线或单母线分段接线，保护动作后以较短的时间断开母联或分段断路器，再经另一时间断开与失灵断路器接在同一母线上的其他断路器。

⑶ 与其他保护的配合：断路器失灵保护动作后，应闭锁有关线路的重合闸。

4、失灵保护构成原理及原则

被保护设备的保护动作，其出口继电器接点闭合，断路器仍在闭合状态且仍有电流流过断路器，则可判断为断路器失灵。断路器失灵保护启动元件就是基于上述原理构成的。 断路器失灵保护应由故障设备的继电保护启动，手动跳断路器时不能启动失灵保护； 在断路器失灵保护的启动回路中，除有故障设备的继电保护出口接点之外，还应有断路器失灵判别元件的出口接点（或动作条件）；

失灵保护应有动作延时，且最短的动作延时应大于故障设备断路器的跳闸时间与保护继电器返回时间之和；

正常工况下，失灵保护回路中任一对触点闭合，失灵保护不应被误启动或误跳断路器；

5、失灵保护的逻辑框图

断路器失灵保护由4部分构成：启动回路、失灵判别元件、动作延时元件及复合电压闭锁元件。双母线断路器失灵保护的逻辑框图如图所示。

图 双母线断路器失灵保护逻辑框图

⑴ 失灵启动及判别元件

失灵启动及判别元件由电流启动元件、保护出口动作接点及断路器位置辅助接点构成。电流启动元件，一般由三个相电流元件组成，当灵敏度不够时还可以接入零序电流元件。保护出口跳闸接点有两类。在超高压输电线路保护中，有分相跳闸接点和三相跳闸接点，而在变压器或发变组保护中只有三跳接点。

保护出口跳闸接点不同，失灵启动及判别元件的逻辑回路有差别。线路断路器失灵保护及变压器或发变组断路器失灵保护的失灵启动及判别回路，分别如左图及右图所示。

在图中：TA、TB、TC－线路保护分相跳闸出口继电器接点；

TS－三跳出口继电器接点；

HWJ－断路器合闸位置继电器接点，断路器合闸时闭合；

Ia>、Ib>、Ic>－分别为a、b、c相过电流元件；

3I0>－零序过电流元件。

由左图可以看出：线路保护任一相出口继电器动作或三相出口继电器动作，若流过某相断路器的电流仍然存在，则就判为断路器失灵，去启动失灵保护。

在右图中，继电保护出口继电器接点TS闭合，断路器仍在合位（合位继电器接点HWJ闭合）且流过断路器的相电流或零序电流仍然存在，则去启动失灵，并经延时解除失灵保护的复合电压闭锁元件。

⑵ 复合电压闭锁元件

复合电压闭锁元件作用是防止失灵保护出口继电器误动或维护人员误碰出口继电器接点。其动作判据有：

UUop 3U0U0op

22op式中：

UΦ－母线TV二次相电压；

3U0－零序电压（二次值）；

U2 －负序电压（二次值）；

Uop、U0op、U2op－分别为相电压元件、零序电压元件及负序电压元件动作的整定值。 ⑶ 运行方式的识别

运行方式识别回路，用于确定失灵断路器接在哪条母线上，从而决定出失灵保护去切除该条母线。断路器所接的母线由隔离刀闸位置决定。因此，用隔离刀闸辅助接点来进行运行的识别。

⑷ 动作延时

根据对失灵保护的要求，其动作延时应有2个。以0.2~0.3s的延时跳母联开关；以0.5s的延时切除接失灵断路器母线上连接的其他元件。

5、提高失灵保护可靠性的其他措施

失灵保护动作后将跳开母线上的各断路器，影响面很大，因此要求失灵保护十分可靠。 ⑴ 把好安装调试关：断路器失灵保护二次回路涉及面广，与其他保护、操作回路相互依赖性高，投运后很难有机会再对其进行全面校验。因此，在安装、调试及投运试验时应把好质量关，确保不留隐患。

⑵ 在失灵启动回路中不能使用非电量保护出口接点：非电气量保护主要有：重瓦斯保护、压力保护、发电机的断水保护及热工保护等。因为非电气量保护动作后不能快速自动返回，容易造成误动。另外，要求相电流判别元件的动作时间和返回时间要快，均不应大于20ms。

⑶ 复合电压闭锁方式：对于双母线断路器失灵保护，复合电压闭锁元件应设置两套，分别接在各自母线TV二次，并分别作为各自母线失灵跳闸的闭锁元件。闭锁方式，应采用接点闭锁，分别串接在各断路器的跳闸回路中。

⑷ 复合电压闭锁元件应有一定的延时返回时间：双母线接线的每条母线上均设置有一组TV。正常运行时其失灵保护的两套复合电压闭锁元件分别接在各自母线上的TV二次。但当一条母线上的TV检修时，两套复合电压闭锁元件将由同一个TV供电。

设I母上的TV检修，与I母连接的系统内出现短路故障I母所连的某一出线的断路器失灵。此时失灵保护动作，以短延时跳开母联。由于失灵保护的两套复合电压闭锁元件均由II母TV供电，而在母联开关跳开后II母电压恢复正常，复合电压元件不会动作，失灵保护将无法将接在I母上各元件的断路器跳开。此种情况下要将失灵保护跳母联开关的压板退出。 UU

母线保护及失灵保护

辛伟

母线保护：

母线是发电厂和变电站重要组成部分之一。母线又称汇流排，是汇集电能及分配电能的重要设备。运行实践表明：在众多的连接元件中，由于绝缘子的老化，污秽引起的闪路接地故障和雷击造成的短路故障次数甚多。另外，运行人员带地线合刀闸造成的母线短路故障，也有发生。母线的故障类型主要有单相接地故障，两相接地短路故障及三相短路故障。两相短路故障的几率较少。

当发电厂和变电站母线发生故障时，如不及时切除故障，将会损坏众多电力设备及破坏系统的稳定性，从而造成全厂或全变电站大停电，乃至全电力系统瓦解。因此，设置动作可靠、性能良好的母线保护，使之能迅速检测出母线故障所在并及时有选择性的切除故障是非常必要的。

对母线保护的要求：

与其他主设备保护相比，对母线保护的要求更苛刻。

（1）高度的安全性和可靠性

母线保护的拒动及误动将造成严重的后果。母线保护误动将造成大面积停电；母线保护的拒动更为严重，可能造成电力设备的损坏及系统的瓦解。

（2）选择性强、动作速度快

母线保护不但要能很好地区分区内故障和外部故障，还要确定哪条或哪段母线故障。由于母线影响到系统的稳定性，尽早发现并切除故障尤为重要。

母差保护的分类：

母线差动保护按母线各元件的电流互感器接线不同可分为母线不完全差动保护和母线完全差动保护；母线不完全差动保护只需将连接于母线的各有电源元件上的电流互感器接入差动回路，在无电源元件上的电流互感器不接入差动回路。母线完全差动保护是将母线上所有的各连接元件的电流互感器连接到差动回路。母线完全差动保护又包括固定连接方式母差保护、电流相位比较式母差保护、比率制动式母差保护（阻抗母线差动保护）、带速饱和电流互感器的电流式母线保护等。

莲花厂的WMH-800微机型母线保护装置为比率制动式母差保护。

固定连接系指一次元件的运行方式下二次回路结线固定，且一一对应。双母线同时运行方式,按照一定的要求,将引出线和有电源的支路分配固定连接于两条母线上,这种母线称为固定连接母线。这种母线的差动保护称为固定连接方式的母线完全差动保护。

对它的要求是一母线故障时,只切除接于该母线的元件,另一母线可以继续运行,即母线差动保护有选择故障母线的能力。当运行的双母线的固定连接方式被破坏时,该保护将无选择故障母线的能力,而将双母线上所有连接的元件切除。

母联电流相位比较式母线差动保护主要是在母联开关上使用比较两电流相量的方向元件，引入的一个电流量是母线上各连接元件电流的相量和即差电流,引入的另一个电流量是流过母联开关的电流。在正常运行和区外短路时差电流很小，方向元件不动作；当母线故障不仅差电流很大且母联开关的故障电流由非故障母线流向故障母线，具有方向性，因此方向元件动作且具有选择故障母线的能力。

集成电路型母线保护根据差动回路中阻抗的大小，可分为低阻抗型母线保护(一般为几欧姆)，中阻抗型母线保护(一般为几百欧姆)，高阻抗型母线保护(一般为几千欧姆)。 低阻抗型母线保护（一般为几欧姆）：低阻抗母线差动保护装置比较简单，一般采用久

经考验的判据，系统的监视较为简单。但低阻抗母线差动保护不适用于高压母线，因为在母线外部故障使CT饱和时，母线差动继电器中会出现较大的不平衡电流，可能使母差保护误动作，所以该的可靠性不能得到很好的满足。

高阻抗型母线保护（一般为几千欧姆）：高阻抗母线保护可以较好地解决CT饱和问题，为了克服低阻抗母线保护中CT饱和时误动作的问题，可在差动回路中串入一高阻抗，其值可在数千欧姆以上，因而在外部故障电流互感器饱和时，可减少差动回路的不平衡电流，不需要制动，对于区内故障采用CT饱和前快速动作的方式，区内故障动作速度快。但在内部故障时，差动回路可产生危险的过电压，对继电器可靠工作不利。为了可靠性，设计了一个附加的高阻抗保护系统，作为检测元件提供第二个跳闸判据，但需要一种与之匹配的CT线圈，且要求CT的传变特性完全一致，变比相同，这对于扩建的变电所来说较难做到。因此总体上高阻抗型母线保护在运行维护维修等方面都十分困难，所以这种保护在电力系统中很少被采用。

中阻抗型母线保护（一般为几百欧姆）：中阻抗型母线保护的选择元件是一个且有比率制动特性的中阻抗型电流差动继电器，显著降低了母差回的负载阻值，既且有低阻抗、高阻抗保护的优点，又避开了它们的缺点，把高阻抗特性与比率制动特性两者有效结合，在处理CT饱和方面有独特优势：较好地保证了区外故障CT饱和不误动、区内故障正确快速动作，且其对CT无特殊要求。它以电流瞬时值作测量比较，测量元件和差动元件多为集成电路或整流型继电器，当母线内部故障时，动作速度极快，一般动作时间小于10ms，因此又被称为“半周波继电器”。其缺点是必须应用辅助电流互感器，保护整定计算较为复杂。

带速饱和电流互感器的电流差动式母线保护：这种保护的原理是利用母线上各连接元件电流相量作为动作量，它将母线上各元件电流互感器二次按同极性并联构成差电流回路，再经过速饱和变流器后接差电流继电器。

正常运行或区外短路时，母线上各元件电流相量和为零，无差电流，保护不动作；母线短路时，母线上各元件电流相量和不为零，差电流很大，保护动作。对于带速饱和变流器的电流差动式母差保护有以下要求：

1）外部短路时的暂态不平衡电流很大，而且很难依靠定值躲过它。目前主要是采用速饱和变流器，利用短路电流暂态分量中的直流分量使速饱变流器的铁心迅速饱和，造成差动继电器灵敏度下降，防止误动作，但母线故障时动作稍有延时。

2）对于稳态下的不平衡电流，主要是靠电流互感器在通过最大区外短路电流时其误差不超过10%，母线保护的整定值必须躲过此时的不平衡电流。

3）各电流互感器的变化必须相同，不同时可采用中间变流器进行补偿，但对中间变流器的要求比主电流互感器更为严格，一般要求其误差不超过5%。为减轻主电流互感器二次负载，中间变流器宜采用降流方式，最好安装在户外的断路器场地内。如必须采用升流方式时，其升流比不应超过2，而且最好安装在保护屏上或保护屏下的电缆层中。

4）为减轻电流互感器二次负载和经济起见，各电流互感器二次侧连线应在断路器场内的母差端子箱内先并联，然后再通过一根大截面电缆与室内的保护屏相连。

微机型母线保护相对于其它类型的母线保护，有着不可比拟的优势：

1)微机母线保护不需要公共的差电流回路，不需要将各回路的电流互感器二次绕组并联在一起引至保护盘，而是通过软件计算来合成差动电流和制动电流，这大大简化了交流二次回路，提高了保护的可靠性；

2)可以用软件来平衡各回路电流互感器变比的不同，不需要设置辅助电流互感器；

3)利用微机的智能作用和计算能力可实现更复杂但更可靠的动作判据，创造各种检测电流互感器饱和的新方法；

4)对双母线接线方式而言具有自适应能力，利用微机的智能作用自动识别各回路所连接

的母线组别；

5)微机母线保护具有自检功能，可靠性得到了进一步的提高；更重要的是，微机母线保护具有通信接口，可方便地与监控系统互联、完成信息的远传和远控，实现自动化；当然微机母线保护具有调试整定方便的优点是不言而喻的。

微机母线保护相对于线路保护来说它有自己的一些特点：

1)由于母线保护需要与一次母线相对应，所以输入的电流量、电压量和开关量都很多，对数据处理的能力要求高；

2)由于是电流差动，所以各交流回路输入的电流幅值精度和相位一致性就显得格外重要；

3)母线保护切除元件数目多，涉及的范围广，装置的可靠性必须保证；

4)母线保护一旦退出运行，将给生产调度带来很多压力，所以装置运行必须稳定，保证年投入时间。

因此微机母线保护的研制，应集中在以下几个方面：

1)提高保护的动作速度及动作灵敏度；

2)采取切实可靠的措施，防止因CT饱和产生的不平衡电流造成保护误动；

3)增强保护适应母线运行方式变化的能力；

4)增强自动检测和监视功能，保护运行操作尽可能简化；

5)增强装置抗干扰性，减少装置本身故障概率。

实现母线差动保护的基本原则：

1)在正常运行及母线范围以外故障时，母线上所有的连接元件中流入的电流和流出的电流相等，表示为    0 ，其中m为母线上所有连接元件的数目，

j1mIjIj为第j个连接元件的

支路电流。

2)当母线上发生故障时，所有与电源连接的元件都向故障点供给短路电流，而给负荷供电的

 j  I连接元件中电流等于零，因此 I  d ，其中j1mId是指短路点的总电流。

3)对每个连接元件中电流的相位来说，在正常运行以及母线发生区外故障时，至少有一个元件中的电流相位和其余元件中的电流相位是相反的，即电流流入的元件和电流流出的元件这两者的相位相反。而当母线故障时，除电流等于零的元件外，其它元件中的电流则是同相位的。

总之，母线保护的原理构成总是基于对母线上各连接元件之间的电流的比较，常用以下几种保护原理：

1)完全电流差动原理：以总差动电流为起动元件，以分差动电流为选择元件，母线保护可以正确切除故障段母线。

2)母联电流比相原理：母联电流比相原理是比较总差动电流与母联断路器中的电流相位，利用两个电流之间的相位关系来判别故障母线。

3)电流相位比较原理：正常运行或母线外部短路时，各元件电流有流入母线的，也有流 出母线的，它们的相位相差1 80。。母线内部发生短路时，各电流均流入母线，它们的相位差接近O。。因此，根据各连接元件的电流相位差，可清楚地区分出母线的内部或外部故障。电流相位比较式母线保护，就是利用相位比较元件测量各电流间的相位差，来实现保护功能。

4)带比率制动特性的电流差动原理：起动元件的动作电流随外部短路电流的变化而同时变化，也就是将外部短路电流作为制动电流，那么起动电流的门坎值就可以减小，因而在母线故障时保护有较高的灵敏度。

对于传统的继电器来说，反应的都是电流有效值或平均值，而不是电流的瞬时值大小。随着数字化微机保护的发展，反应瞬时值大小的继电器成为可能，相应地出现了瞬时值比率差动

判据。

我的继电保护学习方法：

1、保护配置；

2、保护动作判据或原因；

3、保护范围及动作结果。

一、莲花厂微机母线保护的配置：

目前莲花厂母线保护装置采用许继集团公司生产的WMH-800微机型母线保护装置，保护配置为双套母线差动保护和一套断路器失灵保护。该保护装置共由三面屏柜组成，其中两面屏为保护屏，分别由A、B、C三相差动保护单元、电压闭锁单元及人机对话单元组成，A、B、C三相差动保护单元分别完成各自的模拟量采集及转换、开关量输入、保护逻辑运算、信号及跳令的开出。为提高保护的动作可靠性，在保护中还设置有启动元件、复合电压闭锁元件、TA二次回路断线闭锁元件及TA饱和检测元件等。

图 WMH-800微机母线保护装置总体结构图

1、母线差动保护：

母线差动保护的基本原理：

m 0j j1

m OPj j1

mm  K （瞬时△）

jjj1j1

K：制动系数

IIIII

母线区内故障流出电流及外部故障CT误差对差动保护的影响：

母线内部故障时，可能有电流流出母线，差动保护的灵敏度降低。假设流出母线的电流与总故障电流的比值为δ，如图所示：

要保证差动保护动作，此时的制动系数应为： 1k1

外部故障时，故障支路CT可能产生较大的误差而引起不平衡电流，假设故障支路CT误差为δ，如图所示：

要保证差动保护动作，此时的制动

系数应为： k

2

I

由此可以看出给定比率制动系数K，要保证差动保护正常工作，内部故障时流出母线的电流和总电流的比值以及外部故障时允许故障支路CT误差值都有一对应关系，如下表：

莲花厂的制动系统K为0.5。

母线区内故障流出电流及外部故障CT误差对差动保护的影响：

母线内部故障时，可能有电流流出母线，差动保护的灵敏度降低。假设流出母线的电流与总故障电流的比值为δ，如图所示：

要保证差动保护动作，此时的制动系数应为： 1k1

外部故障时，故障支路CT可能产生较大的误差而引起不平衡电流，假设故障支路CT误差为δ，如图所示：

要保证差动保护动作，此时的制动

系数应为： k

2

I

由此可以看出给定比率制动系数K，要保证差动保护正常工作，内部故障时流出母线的电流和总电流的比值以及外部故障时允许故障支路CT误差值都有一对应关系，如下表：

莲花厂的制动系统K为0.5。

差动保护设置大差及各段母线小差，大差作为小差的启动元件，用以区分母线区内外故障，小差为故障母线的选择元件。大差，小差均采用具有比率制动特性的瞬时值电流差动算法。大差不包括母联电流，每段母线小差只包括各自所连接单元电流。制动电流也如此。

小差元件为某一条母线的差动元件，其引入电流为该条母线上所有连接元件TA二次电流。

接入大差元件的电流为二条（或二段）母线所有连接单元（除母联之外）TA的二次电流。

双母线系统大差、小差保护范围如图：

为详细理解上图下面将双母线完全差动保护在发生区内、区外故障时的电流分布以及母线差动保护动作情况按下图进行说明。

图 区外故障时的电流分布 区内故障时的电流分布 按母联断路器只有一组电流互感器考虑，区外故障时的电流分布如上图。区外故障时启动元件KA，也即是大差，选择原件KA1、KA2均无电流流过，故差动保护不动作。

区内故障时的电流分布如上图，区内母线I故障启动元件大差KA、选择元件KA1均有故障电流流过，选择元件KA2的电流为零，因此将母联断路器及连接在母线I上的断路器均动作跳闸。

母线保护要求装置的启动元件能够快速、灵敏地对保护运行时母线电压或支路电流的异常变化做出响应，因此启动元件设置了三个启动判据，分别为：母线电压突变启动、支路电流突变启动和大差电流越限启动，三者的关系为逻辑“或"

，即三个启动判据只要有一个得

到满足，启动元件就动作并启动差动保护工作。

启动元件动作后保护是否跳闸出口是由差动元件判别的。母线保护装置的差动元件是由分相比率差动判据和分相突变量比率差动判据构成的。

母差保护逻辑框图如下：

母联死区保护的概念

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。当K点发生故障，II母判为区内故障，I母判为区外故障，II母保护动作并跳开母联断路器后，K点故障仍然存在于I母，未能彻底切除故障。双母线保护装置具有"母联死区保护"功能。死区故障时，I母或II母保护动作后，发令切除该段母线上所有运行单元（包括母联开关），同时保护程序继续判别大差是否返回、母联TA上故障电流是否消失。若经过延时(确保母联断路器可靠跳闸)，大差未返回、母联TA仍有故障电流，则启动母联死区保护，发令动作于另一段母线保护的出口，从而彻底切除死区故障。双母线母联单元热备用状态，即母联的两隔离刀闸闭合而母联断路器断开时，在死区发生故障，若母线保护按母联隔离刀闸状态计算两小差，则将造成故障母线判为区外，而非故障母线判为区内。为解决此问题，将母联断路器辅助接点（常开接点）接入保护装置，作为判定母联单元"断"或"联"运行方式的依据。母联断路器的辅助接点未闭合时，母线保护按双母线分列运行时的保护逻辑判别及出口。I母小差及II母小差判据中不计入母联电流。此时，若发生死区故障，故障母线判为区内而正确迅速动作，非故障母线则判为区外可靠不动作。母联断路器的辅助接点闭合后，母线保护则按常规双母线并列运行时的保护逻辑判别及出口。

在国产的微机母线保护装置中，设置有专用的死区保护，用于切除母联断路器与母联TA之间的故障。

2、方式识别

在双母线系统中，根据电力系统运行方式变化的需要，母线上的连接元件需在两条母线

间频繁切换，为此要求母线保护能够跟踪一次系统的倒闸操作。本装置用软件实现母线方式自动识别，A、B、C差动箱均引入隔离刀闸的辅助接点，各自完成运行方式的自动识别，作为差动电流计算及出口跳闸的依据。隔离刀闸辅助触点的状态通过装置面板的发光二极管指示。

刀闸辅助接点出错的判据：

⑴ 有电流而无刀闸接点

首先想到的是：某单元TA电流不为0，而该单元两把刀闸都开断，则该单元必然是接点不良。

⑵ 两段母线小差电流之和等于总差电流

由于刀闸辅助接点是用来计算小差电流的，所以可用小差电流的计算结果来校验运行方式的正确性。需要注意的是，当一个单元两把刀闸都闭合时其电流不能重复计入小差，即该电流计入Ⅰ母小差，则不参与Ⅱ母小差的计算，反之亦然。而无论母线运行方式如何变化，流经母线的电流如何变化，都可以用此判据。只要刀闸出错的单元TA有电流，就能够发现错误。

该判据在下列情况下不适用：

a. 发生区内故障时，小差电流不平衡；

b. 发生区外故障而TA饱和时，小差电流不平衡；

c. TA断线时，也使小差电流不为0；

d. 倒闸过程中两条母线经刀闸相连，而刀闸上有电流。

⑶ 母线是否处于互联的判断

判据2虽然适用于母线互联，却不能判别母线是否处于互联。这是非常重要的，因为母线死联的时候，只动大差。而通过分析，在母线互联时，除非极特殊的电流分配，流经刀闸的电流不为0，所以两段母线的小差电流均不为0。

⑷ 接点抖动的判据

实际运行中，对同一副刀闸在一个时段内不可能重复多次操作。当同一接点短时间内变化多次时，即可判其接点抖动。

⑸ 用瞬时值判断的实时性

为了能实时发现并纠正刀闸辅助接点的错误，必须用瞬时值来计算大差和小差电流。考虑到电流波形过零点±30%范围内，电流瞬时值的大小可能不满足判据的灵敏度，所以最多不超过（20/6）ms就能根据以上判据判断出接点错误并纠正。

3、倒闸操作过程中

在进行双母线的倒闸操作过程中，当某一连接单元的两副刀闸同时闭合时，两条母线通过刀闸短接，成为单母线。因此，当差动保护动作后，不再作故障母线的选择，而直接切除双母线上所有连接单元。

双母线系统在进行倒闸操作时，一般要求禁止跳母联断路器（正常采取拉开操作电源的方法实现），从拉操作电源到两隔离刀闸同时闭合，所需要的时间较长，如果在此过程中母线发生故障，非故障的母线只能靠母联的失灵保护切除，增加了故障的切除时间。为了消除此保护死角，在保护装置上设置了一个“倒闸过程中”压板，在倒闸操作前投入此压板，即认为系统进入倒闸操作过程中，如果发生母线故障，则保护跳开母线上连接的所有元件，不需启动失灵保护。

4、母联（分段）充电保护

当一组母线检修后再投入运行之前，利用母联断路器对该母线进行充电试验时，可投入母联充电保护，由装设在保护装置上的“母联充电保护”压板实现，当被试验母线存在故障时，利用充电保护切除故障。

充电保护只能短时投入，其逻辑为：一组母线无压，母联由无电流变为有电流，则开放充电保护5s。在充电保护投入期间，若母联电流任一相大于充电保护整定值电流，则经整定的充电保护延时将母联断路器切除。

5、母联非全相保护

当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延时跳开母联断路器三相。

在母联非全相保护投入时，若母联三相TWJ状态不一致，且母联零序电流大于母联非全相电流定值，经整定延时跳母联开关。母联非全相保护出口不经复合电压闭锁。

图 母联非全相保护逻辑框图。

6、CT断线闭锁及告警

装置利用差流进行CT断线的判别。系统正常运行时，大差以及各段母线小差为零，当差流连续越限时即判别为CT断线，闭锁断线相该段母线差动保护并发出告警信号。

⑴ TA二次回路断线判别

在微机母差保护装置中，一般采用系统无故障时差流越限，即Id>Iop时，来判为差动TA二次回路断线。

式中： Id－差电流；

Iop－TA断线闭锁元件动作电流。

在某些装置中，也有采用零序电流作为TA断线判据的。即当任一支路中的零序电流 3I00.25Imax0.4IN时，判为差动TA断线。

式中： 3I0 －零序电流；

IΦmax－最大相电流；

IN －标称额定电流（5A或1A）。

⑵ 对TA断线闭锁的要求

对母差保护装置中的TA断线闭锁元件提出以下要求

①延时发出告警信号

正常运行时，发电机及变压器的差动TA断线，差动保护要误动。对于电流型微机母差保护及中阻抗母差保护，母线连接元件多而使差动回路支路数多，又由于制动电流为各单元电流绝对值和，因此，某一支路的一相TA二次回路断线，一般保护不会误动。此时，若再发生区外故障，母差保护将误动。因此，当TA断线闭锁元件检测出TA断线之后，应经一定延时（一般5秒）发出告警信号并将母差保护闭锁。

②分相设置闭锁元件

母差保护为分相差动，TA断线闭锁元件也应分相设置，即哪一相TA断线应去闭锁哪一相动保护，以减少母线上又发生故障时差动保护拒动的几率。

③母联、分段断路器TA断线，不应闭锁母差保护

若断线闭锁元件检查到的是母联TA或分段TA断线，应发TA断线信号而不闭锁母差保护，但此时应自动切换到单母方式，发生区内故障时不再进行故障母线的选择。

7、PT断线告警

PT断线的判据为：任一相电压低于PT断线定值，或自产零序或负序电压大于7V，

延时

7s发PT断线信号。

8、电压闭锁元件

电压闭锁元件含母线各相低电压、负序电压、零序电压元件，各元件并行工作，构成或门关系。零序电压判别元件使用的是外接开口三角电压，该电压的有效值显示和采样点打印均折算到相电压基准下，以方便与自产零序电压进行比较。

9、TA饱和鉴定元件

母线出线故障时TA可能饱和。某一出线元件TA的饱和，其二次电流大大减少（严重饱和时TA二次电流等于零）。为防止区外故障时由于TA饱和母差保护误动，在保护中设置TA饱和鉴别元件。

⑴ TA饱和时二次电流的特点及其内阻的变化

理论分析及录波表明：TA饱和时其二次电流有如下几个特点：

 在故障发生瞬间，由于铁芯中的磁通不能跃变，TA不能立即进入饱和区， 而是存在

一个时域为3~5ms的线性传递区。在线性传递区内，TA二次电流与一次电流成正比。  TA饱和之后，在每个周期内一次电流过零点附近存在不饱和时段，在此时段内，TA

二次电流又与一次电流成正比。

 TA饱和后其励磁阻抗大大减小，使其内阻大大降低，严重时内阻等于零。

 TA饱和后，其二次电流偏于时间轴一侧，致使电流的正、负半波不对称，电流中含

有很大的二次和三次谐波电流分量。

⑵ TA饱和鉴别元件的构成原理

目前，在国内广泛应用的母差保护装置中，TA饱和鉴别元件均是根据饱和后TA二次电流的特点及其内阻变化规律原理构成的。在微机母差保护装置中，TA饱和鉴别元件的鉴别方法主要是同步识别法及差流波形存在线性传变区的特点；也有利用谐波制动原理防止TA饱和差动元件误动的。

（Ⅰ）同步识别法

当母线上发生故障时，母线电压及各出线元件上的电流将发生很大的变化，与此同时在差动元件中出现差流，即电压或工频电流的变化量与差动元件中的差流是同时出现。当母差保护区外发生故障某组TA饱和时，母线电压及各出线元件上的电流立即发生变化，但由于故障后3~5msTA磁路才会饱和，因此，差动元件中的差流比故障电压及故障电流晚出现3~5ms。

在母差保护中，当故障电流（即工频电流变化量）与差动元件中的差流同时出现时，认为是区内故障开放差动保护；而当故障电流比差动元件中的差流出现早时，即认为差动元件中的差流是区外故障TA饱和产生的，立即将差动保护闭锁一定时间。将这种鉴别区外故障TA饱和的方法称作同步识别法。

（Ⅱ）自适应阻抗加权抗饱和法

在该方法中，采用了工频变化量阻抗元件。所谈的变化量阻抗，是母线电压的变化量与差回路中电流变化量的比值。

当区外发生故障时，母线电压将发生变化，即出现了工频变化量电压；当TA饱和之后，差动元件中出现了差流，即出现工频变化量差流。出现了工频变化量阻抗。而当区内发生故障时，母线电压的变化与差动元件中差流的变化与阻抗的变化将同时出现。

所谓自适应阻抗加权抗饱和法的基本原理实际也是同步识别法原理，也就是故障后TA不会立即饱和原理。

在采用自适应阻抗加权抗饱和法的母差保护装置中，设置有工频变化量差动元件、工频变化量阻抗元件及工频变化量电压元件。当发生故障时，如果差动元件、电压元件及阻抗元件同时动作，即判为母线上故障，开放母差保护；如果电压元件动作在先而差动元件及阻抗

元件后动作，即判为区外故障TA饱和，立即将母差保护闭锁。

（Ⅲ）基于采样值的重复多次判别法

采用同步识别法或自适应阻抗加权抗饱和法的TA饱和鉴别方法，只适用于故障瞬间。上述方法只能将母差保护暂短闭锁，否则，当区外故障转区内故障时，将致使母差保护拒绝动作。

在微机型母差保护中，是将同步识别法（或自适应阻抗加权法）与基于采样值的重复多次判别法相结合构成TA饱和鉴别元件。

基于采样值的重复多次判别法是：若在对差流一个周期的连续R次采样值判别中，有S次及以上不满足差动元件的动作条件，认为是外部故障TA饱和，继续闭锁差动保护；若在连续R次采样值判别中有S次以上满足差动元件的动作条件时，判为发生区外故障转母线区内障，立即开放差动保护。

该方法实际是基于TA一次故障电流过零点附近存在线性传变区原理构成的。 （Ⅳ）谐波制动原理

TA饱和时差电流的波形将发生畸变，其中含有大量的谐波分量。用谐波制动可以防止区外故障TA饱和误动。

但是，当区内故障TA饱和时，差电流中同样会有谐波分量。因此，为防止区内故障或区外故障转区内故障TA饱和使差动保护拒动，必须引入其他辅助判据，以确定是区内故障还是区外故障。

利用区外故障TA饱和后在线性传变区无差流方法，来区别区内、外故障，而利用谐波制动防止区外故障误动。试验表明，该方法是优异的抗TA饱和方法。

10、母线保护与其它保护的配合

⑴ 当线路上设置闭锁式高频保护，母线保护动作时为使对侧的高频保护装置动作跳开断路器，母线保护应使本侧的高频发信机停信。

⑵ 当线路上设置其它纵联保护，同样原因，母线保护动作时应使对侧的保护装置动作跳开断路器。

⑶ 如果不采用母线重合闸，母线保护动作时应将线路上的自动重合闸装置放电，以防止线路断路器对故障母线进行重合闸。

⑷ 500kV高压变电站，当220kV侧母线发生故障跳闸而主变开关失灵，或220kV侧主变断路器开关失灵需跳开相应母线，此两种情况下母线保护动作均需启动该主变保护跳另两侧（35kV侧和500kV侧）。

⑸ 当主变发生低压侧故障或发变组非全相运行，需跳母线侧开关而此开关失灵，主变保护装置需解除母线失灵复合电压闭锁。

断路器失灵保护

当输电线路、变压器、母线或其他主设备发生短路，保护装置动作并发出了跳闸指令，但故障设备的断路器拒绝动作，称之为断路器失灵。为防止电力系统故障并伴随断路器失灵造成的严重后果，必须装设断路器失灵保护。

1、断路器失灵的原因

运行实践表明，发生断路器失灵故障的原因很多，主要有：断路器跳闸线圈断线、断路器操作机构出现故障、空气断路器的气压降低或液压式断路器的液压降低、直流电源消失及控制回路故障等。其中发生最多的是气压或液压降低、直流电源消失及操作回路出现问题。

2、断路器失灵的影响

系统发生故障之后，如果出现了断路器失灵而又没采取其他措施，将会造成严重的后果。 ⑴ 损坏主设备或引起火灾：例如变压器出口短路而保护动作后断路器拒绝跳闸，将严重损坏变压器或造成变压器着火。

⑵ 扩大停电范围：如下图所示，当线路L1上发生故障断路器DL5跳开而断路器DL1拒动时，只能由线路L3、L2对侧的后备保护及发电机变压器的后备保护切除故障，即断路器DL6、DL7、DL4将被切除。这样扩大了停电的范围，将造成很大的经济损失。

图 断路器失灵事故扩大示意图

⑶ 可能使电力系统瓦解：当发生断路器失灵故障时，要靠各相邻元件的后备保护切除故障，扩大了停电范围，有可能切除许多电源；另外，由于故障被切除时间过长，影响了运行系统的稳定性，有可能使系统瓦解。

3、对断路器失灵保护的要求

⑴ 高度的安全性和可靠性：断路器失灵保护与母差保护一样，其误动或拒动都将造成严重后果。因此，要求其安全性及动作可靠性高。

⑵ 动作选择性强：断路器失灵保护动作后，宜无延时再次去跳断路器。对于双母线或单母线分段接线，保护动作后以较短的时间断开母联或分段断路器，再经另一时间断开与失灵断路器接在同一母线上的其他断路器。

⑶ 与其他保护的配合：断路器失灵保护动作后，应闭锁有关线路的重合闸。

4、失灵保护构成原理及原则

被保护设备的保护动作，其出口继电器接点闭合，断路器仍在闭合状态且仍有电流流过断路器，则可判断为断路器失灵。断路器失灵保护启动元件就是基于上述原理构成的。 断路器失灵保护应由故障设备的继电保护启动，手动跳断路器时不能启动失灵保护； 在断路器失灵保护的启动回路中，除有故障设备的继电保护出口接点之外，还应有断路器失灵判别元件的出口接点（或动作条件）；

失灵保护应有动作延时，且最短的动作延时应大于故障设备断路器的跳闸时间与保护继电器返回时间之和；

正常工况下，失灵保护回路中任一对触点闭合，失灵保护不应被误启动或误跳断路器；

5、失灵保护的逻辑框图

断路器失灵保护由4部分构成：启动回路、失灵判别元件、动作延时元件及复合电压闭锁元件。双母线断路器失灵保护的逻辑框图如图所示。

图 双母线断路器失灵保护逻辑框图

⑴ 失灵启动及判别元件

失灵启动及判别元件由电流启动元件、保护出口动作接点及断路器位置辅助接点构成。电流启动元件，一般由三个相电流元件组成，当灵敏度不够时还可以接入零序电流元件。保护出口跳闸接点有两类。在超高压输电线路保护中，有分相跳闸接点和三相跳闸接点，而在变压器或发变组保护中只有三跳接点。

保护出口跳闸接点不同，失灵启动及判别元件的逻辑回路有差别。线路断路器失灵保护及变压器或发变组断路器失灵保护的失灵启动及判别回路，分别如左图及右图所示。

在图中：TA、TB、TC－线路保护分相跳闸出口继电器接点；

TS－三跳出口继电器接点；

HWJ－断路器合闸位置继电器接点，断路器合闸时闭合；

Ia>、Ib>、Ic>－分别为a、b、c相过电流元件；

3I0>－零序过电流元件。

由左图可以看出：线路保护任一相出口继电器动作或三相出口继电器动作，若流过某相断路器的电流仍然存在，则就判为断路器失灵，去启动失灵保护。

在右图中，继电保护出口继电器接点TS闭合，断路器仍在合位（合位继电器接点HWJ闭合）且流过断路器的相电流或零序电流仍然存在，则去启动失灵，并经延时解除失灵保护的复合电压闭锁元件。

⑵ 复合电压闭锁元件

复合电压闭锁元件作用是防止失灵保护出口继电器误动或维护人员误碰出口继电器接点。其动作判据有：

UUop 3U0U0op

22op式中：

UΦ－母线TV二次相电压；

3U0－零序电压（二次值）；

U2 －负序电压（二次值）；

Uop、U0op、U2op－分别为相电压元件、零序电压元件及负序电压元件动作的整定值。 ⑶ 运行方式的识别

运行方式识别回路，用于确定失灵断路器接在哪条母线上，从而决定出失灵保护去切除该条母线。断路器所接的母线由隔离刀闸位置决定。因此，用隔离刀闸辅助接点来进行运行的识别。

⑷ 动作延时

根据对失灵保护的要求，其动作延时应有2个。以0.2~0.3s的延时跳母联开关；以0.5s的延时切除接失灵断路器母线上连接的其他元件。

5、提高失灵保护可靠性的其他措施

失灵保护动作后将跳开母线上的各断路器，影响面很大，因此要求失灵保护十分可靠。 ⑴ 把好安装调试关：断路器失灵保护二次回路涉及面广，与其他保护、操作回路相互依赖性高，投运后很难有机会再对其进行全面校验。因此，在安装、调试及投运试验时应把好质量关，确保不留隐患。

⑵ 在失灵启动回路中不能使用非电量保护出口接点：非电气量保护主要有：重瓦斯保护、压力保护、发电机的断水保护及热工保护等。因为非电气量保护动作后不能快速自动返回，容易造成误动。另外，要求相电流判别元件的动作时间和返回时间要快，均不应大于20ms。

⑶ 复合电压闭锁方式：对于双母线断路器失灵保护，复合电压闭锁元件应设置两套，分别接在各自母线TV二次，并分别作为各自母线失灵跳闸的闭锁元件。闭锁方式，应采用接点闭锁，分别串接在各断路器的跳闸回路中。

⑷ 复合电压闭锁元件应有一定的延时返回时间：双母线接线的每条母线上均设置有一组TV。正常运行时其失灵保护的两套复合电压闭锁元件分别接在各自母线上的TV二次。但当一条母线上的TV检修时，两套复合电压闭锁元件将由同一个TV供电。

设I母上的TV检修，与I母连接的系统内出现短路故障I母所连的某一出线的断路器失灵。此时失灵保护动作，以短延时跳开母联。由于失灵保护的两套复合电压闭锁元件均由II母TV供电，而在母联开关跳开后II母电压恢复正常，复合电压元件不会动作，失灵保护将无法将接在I母上各元件的断路器跳开。此种情况下要将失灵保护跳母联开关的压板退出。 UU