何剑波
（中国能源建设集团广东火电工程有限公司）
摘要：母线保护是发电厂和变电所保护的重要元件，母线保护装置是正确迅速切除母线故障的重要设施，母线工作的可靠性直接影响着发电厂和变电所工作的可靠性，同时，变电所或发电厂的高压母线也是电力系统的中枢部分，若母线故障不能迅速切除，将会造成或扩大事故。本文阐述了母线差动保护的原理，对几种母线差动保护的方法进行阐述和比较。
关键词：母线保护；原理；差动；方法
引言
母线保护是保证电网安全稳定运行的重要系统设备，它的安全性、可靠性、灵敏性和快速性对保证整个区域电网的安全具有决定性的意义。迄今为止，在电网中广泛常用的有固定连接的母线差动保护、母联电流比相式差动保护、电流相位比较式差动保护、比率制动式差动保护。
一、母线差动保护的原理和分类
为了满足继电保护的可靠性、选择性、灵敏性、速动性要求，母线保护多采用差动保护原理。电流差动保护原理还是非常简单和实用可靠的，母线差动保护装置原理我们一般可以分成两类：1.全电流差动保护；2.电流相位差动保护。差动保护的基本原理，用通俗的比喻，就是按照收、支平衡的原理进行判断和动作的。因为母线上只有进出线路，正常运行情况，进出电流的大小相等，相位相同。如果母线发生故障，这一平衡就会破坏。有的保护采用比较电流是否平衡，有的保护采用比较电流相位是否一致，有的二者兼有，一旦判别出母线故障，立即启动保护动作元件，跳开母线上的所有断路器。如果是双母线并列运行，母线差动保护装置会通过比较大差电流及小差电流的大小来判定发生故障的母线，跳开母联开关及有故障母线上运行的所有断路器，有效的防止事故的进一步扩大。
大差电流指的是母线上连接的所有元件的电流的相量和（不计算母联及分段电流），大差电流是判断母线是否有故障的依据，有大差电流说明母线是存在故障的；小差电流指的是某一段母线的差动电流，以双母线带专用母联开关的接线方式为例，IM母线的小差电流是指挂在IM母线上的所有元件的电流的相量和（这时母联电流要计算在内，当作是其中的一个支路对待），若IM母线存在小差电流，则可判定故障母线是IM，保护应跳开母联及IM母线上的所有开关，小差电流是判断故障母线的依据。为防止CT断线导致母线差动保护的误动，引入了一个复合电压闭锁条件，必须当复合电压条件及差动电流都满足要求的情况下保护装置才能出口动作。
二、母线保护在变电站的应用
母线是变电站至关重要的元件，承担着交换负荷，转接潮流的作用，几乎所有同一电压等级的元件都要挂在母线上，一旦母线发生故障，如果母线保护不能正确及时的动作，将会导致非常严重的后果。因为当母线发生故障的时候，以线路元件为例，本站的线路保护将会判断为区外故障，所以本站的线路保护本身是不会动作的，这时如果母线保护不动作，就只有等待线路对侧的保护的III段保护来动作，时间很长，有可能对设备造成不可修复的损坏，考虑到挂在母线上的元件众多，其风险呈几何级的上升，一旦有一个或几个后备保护没有正确动作，轻则造成大面积的长时间的停电，重则有可能影响电网的稳定性。所以在变电站里，220千伏及以上电压等级的母线保护都是双重配置，保证可以可靠的判断故障，及时动作，保证母线的安全。
从以上分析我们知道，当母线发生故障的时候，母线保护会判断故障母线，并切除故障母线上的所有元件，这就不可避免的切除了很多运行线路或主变，停电范围涉及很广。那么有什么方法可以避免或者说是减少因母线故障受影响的运行设备呢？一个目前常用的做法是尽量减少挂在同一段母线上的运行设备数量，换言之就是将母线尽量切割成尽量多的小块，这样挂在同一段母线上的设备就更少，母线保护切除的设备也就更少，受影响的运行设备也就少了。所以这几年很多500千伏站的220千伏母线都在进行双母双分段的改造，就是将原来双母线带母联开关的双母线接线方式改为双母线带两个分段断路器的接线方式，从原来的两段母线该为四段母线，虽然成本增加了，但是可靠性安全性大大增加。这种做法在GIS设备上尤其重要，近年来，由于GIS设备的制造质量问题及安装质量问题，GIS设备故障率大大增加，发生了不少运行中的GIS设备突然炸裂的事故，一旦此类事故发生，几乎都会导致母线保护的动作，这时小段的母线就可以大大减少事故的影响范围。
二、母线保护动作的原因
母线一旦发生故障，常见的表现形式主要有单相接地故障、两相短路故障、三相短路故障等，造成母线保护动作的原因是多种多样的，具体如下。
（1）设备自身问题。比如当母线本身有质量问题，或者当连接母线的设备本身有质量问题，容易造成母线、断路器、电压互感器、电流互感器、避雷器等长期运行后，由于材料老化导致爆炸事故，造成母线保护动作[2]。比如所选的设备不匹配时，例如所选的电流互感器磁滞饱和曲线不合格，当短路电流很大时，二次电流不合格，容易使母差保护误动。对于GIS母线，比如当导体部分接触不良、母线表面有毛刺和突出的尖角、绝缘子表面有气泡或裂纹、筒内有导电微粒等，很容易造成电场强度不均匀，导致在过电压冲击下造成击穿故障，进而引发母线保护动作。
（2）自然环境因素。恶劣自然天气容易造成母线保护动作，比如大风容易引起母线设备变形，造成母线短路；也容易把漂浮物刮到母线上，造成母线短路。比如连续阴雨天气容易造成雨水进入电流互感器，造成电流互感器内部故障，也容易引起户外端子箱、机构箱受潮和凝露，造成二次回路故障，引起母差动作。比如雷电容易造成电流互感器端子箱电缆绝缘击穿，引起母差保护电流回路两点接地，使电流产生分流，造成母线保护动作。比如工业污染和雾霭，容易造成母线的支撑绝缘子和断路器套管发生闪络，造成母线保护动作。
（3）日常运维不到位。由于运维人员技术不熟练，再加上安全意识也比较淡薄，在日常运维工作中，容易造成不能及时发现设备缺陷，给母线保护动作埋下隐患。除此之外，就算运维人员发现缺陷后，也容易因为粗心大意造成消缺工作不彻底，还容易将工具误落在母差保护回路上，导致母线检修后送电时再次跳闸。
（4）现场违章施工作业。现场施工时也容易造成母线保护动作，由于施工人员水平参差不齐，执行安规时不彻底，容易导致工具误碰母线，造成母线绝缘损坏，也容易造成连接在母线上的隔离开关、断路器、避雷器、互感器、支持绝缘子损坏，当母线送电时，造成母线发生接地或短路故障，引起母线保护动作。
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（5）误操作误整定。误操作误整定也是造成母线保护动作的一个原因，如果运行人员误投切压板，或者工作人员不了解现场接线方式，违规使用五防解锁钥匙，擅自操作设备，合上断路器、隔离开关、接地刀闸等，会造成母线故障。除此之外，当保护人员误整定时，也容易造成母线差动保护动作。
（6）越级跳闸。当下级线路发生故障，断路器拒动时，造成越级跳闸，引起母差保护误动。除此之外，当上下级开关的保护定值配合不合理时，也会越级跳闸，造成母差保护动作。
三、母线保护动作的处理方法
当母线保护装置暂时停止使用时或者保护装置失灵时，母线及其连接的设备上发生故障时，母线保护不会动作，而由对侧开关跳闸造成母线失压时，应该联系调度，等待对侧对母线恢复供电。
当安装有母线差动保护且保护装置正常运行，当母线保护动作时，现场工作人员应根据仪表指示、故障录波、事件打印，继电保护动作状况及设备外观，及时判断出故障发生的原因及地点，特别要认真检查母差保护范围内的设备，有无爆炸、击穿、起火、冒烟、异物等。如果经判断是母线本身故障所引起的，对于非GIS设备，应将故障母线上的所有开关和刀闸拉开，将故障母线上元件倒至备用的母线上恢复送电，然后联系调度送电。如果经判断是连接在该母线上的元件故障所造成的，首先要把故障元件进行隔离，然后才能恢复对该母线送电。
考虑到母线故障时，由于故障电流很大，故障录波装置必然启动，如果经查看，故障录波装置上没有明显的故障电流电压波形，微机打印报告也无明显的故障电流电压波形，可以认为是母差保护误动。如果母差保护动作信号能够复归，此时运行人员可暂时停用母差保护，然后请示调度后，对母线试送电，然后再对各个馈线逐一送电。如果母差保护动作信号不能复归，此时运行人员应检查母差保护装置有无异常、直流母线绝缘是否良好等[3]。
当母线差动保护动作时，如果站内未发现任何问题，当能够确定是由于下级开关拒动引起母线越级跳闸时，应立即切除拒动的回路，然后恢复对母线恢复送电。在这个过程中，对单电源供电的母线，经调度同意后，可以强送一次；对于一用一备电源供电的母线，可以用备用电源对母线供电；对两个或多个电源供电的母线，应立即拉开母线上的所有开关，联系调度后，由检修人员进行处理[4]。
如果母线保护动作后，经查找是运行人员误动误投切压板引起的，此时应立即停止手头的操作，经调度同意后，把保护回路和压板恢复到操作前的运行状态。
对于GIS设备，考虑到GIS设备的特殊性，当母差保护动作时，一般都是永久性故障造成的，而且也无法快速查找出故障点，此时，为了避免处理母线故障时扩大停电范围，在进行倒闸操作时，应将故障母线上所有的馈电线路退出运行，禁止通过母联开关对故障母线充电，这是因为当充电到故障点上时，对GIS设备冲击太大，容易损坏设备。除此之外，当母线发生故障时，还应对母差保护范围内的气隔用化学检测法进行测试，根据测得的SF6气体的分解情况，从而判断出到底是哪个气隔发生了故障，将故障气隔隔离后，把其它间隔倒至备用的母线运行。3 减小母线保护动作发生的措施
要使母线保持安全运行，就要采取相应的措施，为了减少母线保护动作发生的概率，我以为应该采用下列措施。
（1）严格把关设备质量。一定要严把设备质量关，对于哪些不合格的设备，应禁止设备入网，对于设备制造安装过程中存在的问题，在投运前应进行试验，试验合格后才能送电，对于设备使用过程中存在的问题，应结合检修间隙进行消除，对那些不合格的设备应进行更换，确保不会因为设备质量问题造成母线故障。
（2）强化日常运维。运维人员应认真做好巡视工作，缩短巡视周期，提高巡视质量，白天巡视时，应认真观察设备有无放电声、有无渗漏油、有无膨胀现象等；夜间巡视时，应熄灯巡视，观察设备有无放电声、有无连接部位烧红现象等，碰到恶劣自然天气，还应做好特巡工作。除了做好巡视外，也要确保检修质量，比如确保母线连接部位连接可靠和接触面达到要求等。对于GIS设备，由于其特殊性，要做好红外测温外，还要做好SF6气体分解物测试、微水测试、局部放电测试等，并且通过和以前的数据进行对比，看看是否发生了故障，如果发生了轻微故障，要尽早消除，一定要避免因运维不到位引起的母线保护动作。
（3）加强反违章力度。针对施工队违章施工现象，除了要求施工队按照安全生产规章制度进行施工，做好各种防护措施防止误伤设备外，还应派一个运维人员作为现场监督负责人，在项目开工、项目施工、项目完工阶段全程跟踪，确保施工人员能够严格够按规章制度要求施工。针对运维人员违章操作的情况，应对防误闭锁解锁钥匙严格管理，使用解锁钥匙一定要经过防误专责批准，并且要有登记制度，在进行解锁时，现场还要有人监护。
（4）做好安全生产预控。为做到事故防患于未然，以及出现事故后能快速恢复母线供电，应树立安全第一的理念，认真执行安全规章制度，针对母线运行中的危险因素，做好事故预想，并加强事故事故预想的可操作性，要通过演练，加强生产现场人员事故处理的反应能力，使生产现场人员对危险点及处理措施有全面的认识，迅速恢复母线供电。
（5）加强培训力度。随着母线及其相连的设备技术越来越先进，生产人员的技术水平和管理水平如果跟不上，稍有不慎可能造成严重的事故。特别是GIS设备，由于处于封闭金属壳内，一旦出现故障，生产人员根本无法按照常规的方式查找故障点。为了保证生产人员能掌握这些新设备，能在母线发生故障时，做出正确的判断，就必须加强培训，提高员工的岗位技能，减少工作中的盲目性。在进行培训时，要请厂家进行讲解，培训时要将理论与实际故障查找结合起来，这样不但可以提高生产人员的理论知识，而且可以使员工进一步熟悉设备内部结构，提升他们的操作水平和故障处理能力。
结束语：
由于各种主观、客观原因，母线故障随时有可能不可避免地发生。通过积累运行经验，掌握科学合理的母线保护技术，将能最大限度地控制母线故障造成的影响，实现电力系统的安全可靠不间断供电。
参考文献：
[1]刘学军.继电保护原理.中国电力出版社，2015.
[2]王年兵.浅谈常见的几种微机母线保护.科技创新导报，2016.
[3]叶滨、施祖铭.分布式母线保护及其应用.上海电机学院学报，2014.
论文作者:何剑波
论文发表刊物:《河南电力》2018年10期
论文发表时间:2018/11/16
标签：母线论文; 故障论文; 设备论文; 动作论文; 电流论文; 差动论文; 发生论文; 《河南电力》2018年10期论文;