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(duì)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(hào)：TB30 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3178（2018）06-0315-01

母線保護(hù)是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)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(duì)保證整個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的安全具有決定 性的意義。因此，設(shè)置動(dòng)作可靠、性能良好的母線保護(hù)，使之能迅 速檢測(cè)出母線故障所在，并及時(shí)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(shì)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(shí)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(shí)，及時(shí)切除故障，保證電力系統(tǒng) 的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 母線保護(hù)的類型及其特點(diǎn)

目前國(guó)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(dòng)保護(hù)、中阻抗型集成電路母差保護(hù)和 微機(jī)型母線差動(dòng)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(yùn)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(diǎn)：動(dòng)作 速度快：故障檢測(cè)時(shí)間<3ms，保護(hù)整組動(dòng)作時(shí)間< 10ms。在穿越性外 部故障時(shí)，即使 CT 飽和也不會(huì)誤動(dòng)；母線內(nèi)部故障時(shí)，由于檢測(cè)速 度極快，在CT 完全沒有飽和之前就動(dòng)作，對(duì) 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(jiǎn)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(jī)母線保護(hù)裝置，最主要的特點(diǎn)是充分利

用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字計(jì)算的能力，方便地實(shí)現(xiàn)帶比率制動(dòng)特性的電流 瞬時(shí)值差動(dòng)原理、復(fù)式比率差動(dòng)原理等。微機(jī)母差對(duì)CT 飽和具有獨(dú) 特的檢測(cè)方法，抗CT 飽和能力強(qiáng)，國(guó)外的幾個(gè)廠家采用波形判別或 補(bǔ)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(diǎn)，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(guó)內(nèi)的做法，多用同步識(shí)別法來克服 CT飽和的影響，通過判別差動(dòng) 動(dòng)作與故障發(fā)生是否同步來識(shí)別飽和情況。具有自適應(yīng)能力，可識(shí) 別母線運(yùn)行方式，從理論上可省略引入隔離刀閘輔助觸點(diǎn)的麻煩（對(duì) 雙母線接線而言）。同時(shí)微機(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。當(dāng)然，微機(jī)母差 保護(hù)具有調(diào)試整定

方便的優(yōu)點(diǎn)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(jī)型的保護(hù)是發(fā)展趨勢(shì)和方向。對(duì)于采用分層分布式自動(dòng)化 系統(tǒng)的變電站，分散式的微機(jī)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(jī)母差保護(hù)動(dòng)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(shí)動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)，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(hào)回路微機(jī) 化，既發(fā)揮了中阻抗保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，又具有微機(jī)保護(hù)自檢、通信接口 的優(yōu)勢(shì)，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(jī)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(dòng)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(dòng)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(jiǎn)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(guó)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(yùn) 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(dòng)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(dòng)，區(qū)內(nèi) 故障正確快速動(dòng)作。該種保護(hù)對(duì)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(diǎn)是原理先進(jìn)而電路和結(jié)構(gòu)都十 分簡(jiǎn)單，它們?cè)?220kV 及以下電網(wǎng)中廣泛采用，取得了較成功的運(yùn) 行業(yè)績(jī)。

它的原理是把高阻抗特性和比率制動(dòng)特性結(jié)合起來的一種保護(hù)。 由于電流互感器飽和時(shí)的特性即勵(lì)磁阻抗變得非常小，勵(lì)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(shí)，差動(dòng)回路的差動(dòng)電流變大，因此在差動(dòng)回路中巧妙地 串人一個(gè)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(shí)，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(dòng)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(qiáng)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(dòng)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(shí)，流過差動(dòng)回路的電流（總故障電流的二次電流）很 大，加在差動(dòng)繼電器上的電壓升高，使繼電器動(dòng)作。這種方法有效 地解決了外部故障時(shí)因電流互感器飽和帶來的保護(hù)誤動(dòng)問題，保證 母線保護(hù)可靠、正確、快速動(dòng)作，且裝置原理及實(shí)現(xiàn)等方面優(yōu)于微 機(jī)母線保護(hù)。此外，由于國(guó)內(nèi)外微機(jī)裝置剛剛出現(xiàn)，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)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(dòng)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(yàn)從母差保護(hù)向電流 互感器方向看整個(gè)二次回路的電阻是否滿足要求。這在二次回路電 纜較長(zhǎng)、比率制動(dòng)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(dòng) 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(duì)于區(qū)內(nèi)故障也采用電流互感器飽和前快速動(dòng)作的方式，區(qū)內(nèi)故 障動(dòng)作速度快。高阻抗母差保護(hù)靈敏度高，二次回路接線簡(jiǎn)單，調(diào) 試方便，主要技術(shù)問題是過電壓?jiǎn)栴}。這在一定程度上限制了它在 國(guó)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(guó)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(guó)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。