(国网新疆电力公司电力科学研究院)
摘要：随着电力系统技术的不断发展，电网电压等级不断升高，对母线保护的快速性、灵敏性、可靠性、选择性的要求也越来越高。对于不同类型的故障、不同种类的元件以及不同作用的变电站，母线保护装置的动作方式各不相同，本文针对双侧有源的线路元件、对侧无源的线路元件、对侧无源的变压器元件、对侧有源的变压器元件、不带出口断路器的发变组元件进行逐一讨论，提出了母线保护出口方式的差异化。
关键词：母线保护、失灵、拒动、出口方式
1 概述
母线是电力系统中的重要设备，在整个输配电中起着非常重要的作用，一旦母线发生故障，较大的短路电流将直接影响母线连接的所有设备的安全可靠运行，导致大面积停电事故或设备的严重损坏，对于枢纽变电站，有可能会引起系统稳定性破坏，对整个电力系统的危害极大。因而母线保护需要迅速可靠动作，以切除故障带来的危害。对于不同的故障类型以及所连接元件的性质差异，母线保护的出口方式也应有所不同，从而保证故障能被迅速切除。
2 母线保护的原理
为了应对不同的故障类型，一般220kV母线保护装置设置母线差动保护、母联充电保护、母联死区保护、母联失灵保护、母联过流保护、断路器失灵保护等功能。对于常规的运行站，母线保护一般只投母线差动保护、断路器失灵保护、母联充电保护及母联死区保护，由于母联充电保护及母联死区保护动作原理较为简单，且出口方式与母差保护相同，不再进行分析。
2.1 母线差动保护
作为母线保护的主保护功能，也是母线保护最常用的基本保护原理，主要是依据基尔霍夫电流定律。如图1所示，将母线看作一个节点，当母线正常运行或发生区外故障时，流入的电流等于流出的电流即I1+I2=I3，差动保护不动作。故障发生在母线时，连接在母线上的有源支路都向短路点提供短路电流，此时流入母线的电流与流出的电流不再相等，当这个不平衡电流大于保护定值时（其他保护判据开放），差动保护动作，跳开相应故障母线上连接的所有设备。大差电流即两条母线的不平衡电流ID=I1+I2+I3，而母线M1与母线M2的差动电流分别为各条母线所挂支路以及母联支路ML的电流之和。
图 1
2.2 断路器失灵保护
当故障设备的继电保护装置动作并发出跳闸命令而断路器拒动，在没有配置失灵保护的情况下，将会导致设备在故障状态下长时间运行，对变压器、发电机等故障元件造成严重烧损。同时，相应故障元件的后备保护动作又会进一步扩大停电范围，造成很大的经济损失。由此可见，断路器失灵保护不仅可以避免造成发电机、变压器等故障元件的严重烧损，还能保证整个电网的稳定运行。
现今母线保护设备的断路器失灵保护一般由各连接元件的保护装置提供的保护跳闸节点起动，若判别该元件对应的相电流大于失灵相电流定值（或零序电流大于零序电流定值、或负序电流大于负序电流定值，零序、负序判据可整定投退），则经过失灵保护电压闭锁起动失灵保护，能够在较短的时限内切除失灵故障设备所在母线上的所有其他设备。对于变压器元件，还应联跳其他有源侧断路器。
3 各类母线保护的出口方式
对于不同类型的故障、不同种类的元件以及不同作用的变电站，母线保护装置的动作方式各不相同，为了便于分析，只对以下几种元件进行逐一讨论。
3.1 对侧无源的线路元件
当该线路所在母线发生故障时，由于该线路不会给故障点提供短路电流，因此只要断开母联开关，切除故障母线上的全部有源元件即可，不需要跳该线路元件的断路器。
当该线路发生故障，且本侧线路断路器拒动时，经跟跳延时再次跳本断路器，经跳母联延时跳母联开关，经失灵延时切除该线路所在母线上的全部元件。
通过分析不难看出，对于对侧无源的线路元件，母线保护装置的出口方式比较简单，只需将母线保护装置的跳闸节点接至该线路断路器操作箱的跳闸开入，且不启动重合闸即可满足要求。
3.2 双侧有源的线路元件
当该线路所在母线发生故障时，为了尽快切断故障电流，需要断开母联开关，切除故障母线上包括该线路的全部有源元件。
当该线路发生故障，且本侧线路断路器拒动时，经跟跳延时再次跳本断路器，经跳母联延时跳母联开关，经失灵延时切除该线路所在母线上的全部元件。考虑到母差保护动作跳本断路器而拒动的特殊情况，此跳闸开入应还能启动远跳功能跳开对侧开关。
因此，对于双侧有源的线路元件，母线保护装置的出口方式与对侧无源的线路元件略有不同，不但需要将母线保护装置的跳闸节点接至该线路断路器操作箱的跳闸开入，还应能够启动远跳且不启动重合闸。
3.3 对侧无源的变压器元件
当该变压器所在母线发生故障时，由于该变压器不会给故障点提供短路电流，因此只要断开母联开关，切除故障母线上的全部有源元件即可，不需要跳该变压器元件的断路器。
当该变压器发生故障，且本侧断路器拒动时，经跟跳延时再次跳本断路器，经跳母联延时跳母联开关，经失灵延时切除该变压器所在母线上的全部元件。
因此，对于对侧无源的变压器元件，母线保护装置的出口方式与线路类似，只需将母线保护装置的跳闸节点接至该变压器断路器操作箱的跳闸开入即可。
3.4 对侧有源的变压器元件
当该变压器所在母线发生故障时，为了尽快切断故障电流，需要断开母联开关，切除故障母线上包括该变压器的全部有源元件。因此，要将母线保护装置的跳闸节点接至该变压器断路器操作箱的跳闸开入即可。
当该变压器发生故障，且本侧断路器拒动时，经跟跳延时再次跳本断路器，经跳母联延时跳母联开关，经失灵延时切除该变压器所在母线上的全部元件。为了保证无主保护（变压器差动保护）或主保护拒动运行的变压器也能够快速切除此类故障，失灵保护动作的同时，应能够联跳变压器对侧开关。《国家电网公司十八项电网重大反事故措施（修订版）》（国家电网生[2012]352号）第15.2.11.3也明确指出“变压器的断路器失灵时，除应跳开失灵断路器相邻的全部断路器外，还应跳开本变压器连接其他电源侧的断路器”。考虑到母差保护动作跳本断路器而拒动的特殊情况，母线保护给断路器操作箱的跳闸开入应能启动失灵。
对于对侧有源的变压器元件，母线保护装置的出口方式除了需要将母线保护装置的跳闸节点接至该变压器断路器操作箱的跳闸开入，且这个开入能够启动失灵及解除复压闭锁，还需要将失灵联跳其他有源侧断路器的跳闸节点接至相关断路器操作箱的跳闸开入或作为非电量开入进行跳闸。
3.5 不带出口断路器的发变组元件
当该元件所在母线发生故障时，发变组向短路点提供非常大的短路电流，为了尽快切除故障电流，同样需要断开母联开关，切除故障母线上包括该发变组的全部有源元件。国家能源局发布的《防止电力生产事故的二十五项重点要求》（国能安全[2014]161号）第8.1.6要求“机组停机时，应先将发电机有功、无功功率减至零，检查确认有功功率到零，电能表停转或逆转以后，再将发电机与系统解列，或采用汽轮机手动打闸或锅炉手动主燃料跳闸联跳汽轮机，发电机逆功率保护动作解列。严禁带负荷解列。”因此，对于未配置相应保护措施的机组，只跳开发变组断路器不能满足规程要求。为了防止带负荷解列而导致汽轮机超速，需要将母线保护装置的跳闸节点接至发变组保护装置的非电量开入，作用于机组全停。而对于已配置其他保护措施防止带负荷解列的机组，跳闸节点直接接至断路器操作箱的跳闸开入即可。
当该发变组元件内部发生故障，且高压侧断路器拒动时，经跟跳延时再次跳本断路器，经跳母联延时跳母联开关，经失灵延时切除该发变组所在母线上的全部元件。对于已配置其他保护措施防止带负荷解列的机组，如采用断路器断开节点联停机组时，除了将跳闸节点直接接至断路器操作箱的跳闸开入外，还需要配置失灵联跳回路来全停机组。如采取上述母差出口作为发变组保护装置的非电量开入，作用于机组全停或机组配有零功率保护时，则不需要另设回路。考虑到母差保护动作跳本断路器而拒动的特殊情况，母线保护给断路器操作箱的跳闸开入应能启动失灵并解除复压闭锁。
相比线路及变压器元件，此类元件母线保护装置的出口方式不能单由故障类型确定，还需要根据发变组配置防止带负荷解列的保护措施来制定。
4 结语
随着我国社会经济发展对电力系统安全性和稳定性要求的提高，发生母线故障或断路器拒动时，如何保证在最短的时间、最小的范围内切除故障显得尤为重要。本文介绍了母差保护及断路器失灵保护的基本原理，针对不同类型的元件，对母线保护的出口方式逐一进行分析，对实际工程具有一定的借鉴意义。
参考文献
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论文作者:谭金龙,王廷旺,熊嘉城
论文发表刊物:《电力设备》2016年第16期
论文发表时间:2016/11/7
标签：母线论文; 断路器论文; 元件论文; 故障论文; 变压器论文; 电流论文; 线路论文; 《电力设备》2016年第16期论文;