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摘要：继电保护及自动装置是电力系统的重要组成部分,对保证电力系统的安全经济运行,防止事故发生和扩大起到关键性的决定作用。而母线作为电力系统中最重要的元件之一 ,对母线保护装置的安全性及可靠性要求极高。
关键词：变电站；110kV母线；继电保护装置
中图分类号：TM411+.4文献标识码：A文章编号：
1.电力系统常见故障及产生后果
电力系统的所有一次设备在运行过程中由于各种因素的影响可能会发生短路、断线等故障，最常见也是最危险的故障时各种类型的短路。有三相短路、两相短路、两相接地短路、不同地点的两点接地短路、单项接地短路以及电机和变压器的匝间短路。在中性点直接接地系统中，一相对地短路故障最为常见，据统计约占故障总数的90%左右。在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，单相接地并不构成大电流的短路环路。
母线故障如未装设专用的母线保护，需靠相邻元件的保护作为后备，将延长故障切除时间，利用母线保护清除和缩小故障造成的后果，是十分必要的。由于母线保护涉及开关较多，误动作后果特别严重，所以要求它比其他保护具有更高的安全性。
2.母线保护
2.1母线差动保护
1、起动元件
母线差动保护的起动元件由‘和电流突变量’和‘差电流越限’两个判据组成。‘和电流’是指母线上所有连接元件电流的绝对值之和；‘差电流’是指所有连接元件电流的绝对值，Ij为母线上第j个连接元件的电流。
（1）和电流突变量判据，当任一相的和电流突变量大于突变量门坎时，该相起动元件动作。其表达式为：
（2）差电流越限判据，当任一相得差电流大于差电流门坎定值时，该相起动元件动作。其表达式为：
（3）起动元件返回判据，起动元件一旦动作后自动展宽40ms，再根据起动元件返回判据决定该元件何时返回。当任一相差电流小于差电流门坎定值的75%时，该相起动元件返回。其表达式为：
2、差动元件
母线保护差动元件由分相复式比率差动判据和分相突变量复式比率差动判据构成。
(1)复式比率差动判据,动作表达式为：
复式比率差动判据相对于传统的比率制动判据，由于在制动量的计算中引入了差电流，使其在母线区外故障时有极强的制动特性，在母线区内故障时无制动，因此能更明确区分区外故障和区内故障，下图2.2为复式比率差动元件的动作特性。
图2.2 复式比率差动元件的动作特性
（2）故障分量复式比率差动判据
根据叠加原理，故障分量电流有以下特点：a.母线内部故障时，母线各支路同名相故障分量电流在相位上接近相等；b.理论上，只要故障点过渡电阻不是，母线内部故障时故障分量电流的相位关系不会改变。
为有效减少负荷电流对差动保护灵敏度的影响，为进一步减少故障前系统电源功角关系对保护動作特性的影响，提高保护切除经过渡电阻接地故障的能力，本装置采用电流故障分量相位差动构成复式比率差动判据。
故障分量的提取有多种方案，本保护采用的数字算法如下：
故障分量差电流： ；故障分量和电流：
动作表达式为：
保护将母线上所有连接元件的电流采样值输入上述两个差动判据，即构成大差比率差动元件；对于分段母线，将每一段母线所连接元件的电流采样值输入上述差动判据，即构成小差比率差动元件。各元件连接在哪一段母线上，是根据各连接元件的刀闸位置来决定的。
3、电压闭锁元件
以电流判据为主的差动元件，可以用电压闭锁元件来配合，提高保护整体的可靠性。电压闭锁元件的动作表达式为：
三个判据中的任何一个满足，该段母线的电压闭锁元件就会动作，称为复合电压元件动作。如母线电压正常，则闭锁元件返回。本元件瞬时动作，动作后自动展宽40ms再返回。差动元件动作出口，必须相应母线段的母线差动复合电压元件动作。
2.2 母联（分段）充电保护
分段母线其中一段母线停电检修后，可以通过母联（分段）开关对检修母线充电以恢复双母运行。此时投入母联（分段）充电保护，当检修母线有故障时，跳开母联（分段）开关，切除故障。
母联（分段）充电保护的起动需同时满足三个条件：（1）母联（分段）充电保护压板投入；（2）其中一段母线已失压，且母联（分段）开关已断开；（3）母联电流从无到有。
充电保护一旦投入自动展宽200ms后推出。充电保护投入后，当母联任一相电流大于充电电流定值，经可整定延时跳开母联开关，不经复合电压闭锁。
图2.3 充电保护逻辑框图
2.3 母联（分段）过流保护
母联（分段）过流保护可以作为母线解列保护，也可以作为线路（变压器）的临时应急保护。母联（分段）过流保护压板投入后，当母联任一相电流大于母联过流定值，或母联零序电流大于母联零序过流定值时，经可整延时跳开母联开关，不经复合电压闭锁。
图2.4母联过流保护逻辑框图
2.4电压回路断线告警
某一段非空母线失去电压，延时9秒发TV断线告警信号。除了该段母线的复合电压元件将一直动作外，对保护没有其他影响。
3.结论
母线保护是电能集中与分配的重要环节，它的安全运行对不间断供电具有极为重要的意义。母线故障是发电厂和变电站中电气设备最严重的故障之一，将使连接在故障母线上的所有元件在修复故障母线期间或是转换到另一组无故障母线上运行以前被迫停电。而且，在电力系统枢纽变电站的母线上发生故障时，有可能引起系统稳定的破坏，造成电力系统解列、大面积停电甚至崩溃，所以必须针对母线故障设置相应的保护装置。
关键词：变电站；110kV母线；继电保护装置
中图分类号：TM411+.4文献标识码：A文章编号：
1.电力系统常见故障及产生后果
电力系统的所有一次设备在运行过程中由于各种因素的影响可能会发生短路、断线等故障，最常见也是最危险的故障时各种类型的短路。有三相短路、两相短路、两相接地短路、不同地点的两点接地短路、单项接地短路以及电机和变压器的匝间短路。在中性点直接接地系统中，一相对地短路故障最为常见，据统计约占故障总数的90%左右。在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，单相接地并不构成大电流的短路环路。
母线故障如未装设专用的母线保护，需靠相邻元件的保护作为后备，将延长故障切除时间，利用母线保护清除和缩小故障造成的后果，是十分必要的。由于母线保护涉及开关较多，误动作后果特别严重，所以要求它比其他保护具有更高的安全性。
2.母线保护
2.1母线差动保护
1、起动元件
母线差动保护的起动元件由‘和电流突变量’和‘差电流越限’两个判据组成。‘和电流’是指母线上所有连接元件电流的绝对值之和；‘差电流’是指所有连接元件电流的绝对值，Ij为母线上第j个连接元件的电流。
（1）和电流突变量判据，当任一相的和电流突变量大于突变量门坎时，该相起动元件动作。其表达式为：
（2）差电流越限判据，当任一相得差电流大于差电流门坎定值时，该相起动元件动作。其表达式为：
（3）起动元件返回判据，起动元件一旦动作后自动展宽40ms，再根据起动元件返回判据决定该元件何时返回。当任一相差电流小于差电流门坎定值的75%时，该相起动元件返回。其表达式为：
2、差动元件
母线保护差动元件由分相复式比率差动判据和分相突变量复式比率差动判据构成。
(1)复式比率差动判据,动作表达式为：
复式比率差动判据相对于传统的比率制动判据，由于在制动量的计算中引入了差电流，使其在母线区外故障时有极强的制动特性，在母线区内故障时无制动，因此能更明确区分区外故障和区内故障，下图2.2为复式比率差动元件的动作特性。
图2.2 复式比率差动元件的动作特性
（2）故障分量复式比率差动判据
根据叠加原理，故障分量电流有以下特点：a.母线内部故障时，母线各支路同名相故障分量电流在相位上接近相等；b.理论上，只要故障点过渡电阻不是，母线内部故障时故障分量电流的相位关系不会改变。
为有效减少负荷电流对差动保护灵敏度的影响，为进一步减少故障前系统电源功角关系对保护動作特性的影响，提高保护切除经过渡电阻接地故障的能力，本装置采用电流故障分量相位差动构成复式比率差动判据。
故障分量的提取有多种方案，本保护采用的数字算法如下：
故障分量差电流： ；故障分量和电流：
动作表达式为：
保护将母线上所有连接元件的电流采样值输入上述两个差动判据，即构成大差比率差动元件；对于分段母线，将每一段母线所连接元件的电流采样值输入上述差动判据，即构成小差比率差动元件。各元件连接在哪一段母线上，是根据各连接元件的刀闸位置来决定的。
3、电压闭锁元件
以电流判据为主的差动元件，可以用电压闭锁元件来配合，提高保护整体的可靠性。电压闭锁元件的动作表达式为：
三个判据中的任何一个满足，该段母线的电压闭锁元件就会动作，称为复合电压元件动作。如母线电压正常，则闭锁元件返回。本元件瞬时动作，动作后自动展宽40ms再返回。差动元件动作出口，必须相应母线段的母线差动复合电压元件动作。
2.2 母联（分段）充电保护
分段母线其中一段母线停电检修后，可以通过母联（分段）开关对检修母线充电以恢复双母运行。此时投入母联（分段）充电保护，当检修母线有故障时，跳开母联（分段）开关，切除故障。
母联（分段）充电保护的起动需同时满足三个条件：（1）母联（分段）充电保护压板投入；（2）其中一段母线已失压，且母联（分段）开关已断开；（3）母联电流从无到有。
充电保护一旦投入自动展宽200ms后推出。充电保护投入后，当母联任一相电流大于充电电流定值，经可整定延时跳开母联开关，不经复合电压闭锁。
图2.3 充电保护逻辑框图
2.3 母联（分段）过流保护
母联（分段）过流保护可以作为母线解列保护，也可以作为线路（变压器）的临时应急保护。母联（分段）过流保护压板投入后，当母联任一相电流大于母联过流定值，或母联零序电流大于母联零序过流定值时，经可整延时跳开母联开关，不经复合电压闭锁。
图2.4母联过流保护逻辑框图
2.4电压回路断线告警
某一段非空母线失去电压，延时9秒发TV断线告警信号。除了该段母线的复合电压元件将一直动作外，对保护没有其他影响。
3.结论
母线保护是电能集中与分配的重要环节，它的安全运行对不间断供电具有极为重要的意义。母线故障是发电厂和变电站中电气设备最严重的故障之一，将使连接在故障母线上的所有元件在修复故障母线期间或是转换到另一组无故障母线上运行以前被迫停电。而且，在电力系统枢纽变电站的母线上发生故障时，有可能引起系统稳定的破坏，造成电力系统解列、大面积停电甚至崩溃，所以必须针对母线故障设置相应的保护装置。