母线保护研究综述

姚晓哲

【摘 要】在发电厂和变电站中，母线起到了汇集、分配和传送电能的作用，是十分重要的一次设备。电力系统中母线保护是主要保护之一，对电力系统的稳定运行起着至关重要的作用，智能電网的发展，对母线保护的可靠性也提出了越来越高的要求。当母线上发生故障时，故障被迅速地识别和切除显得十分重要，为防止母线故障可能引起的严重后果，需设置专门的母线保护。保护装置应及时、正确地中断所有母线短路电流，这就需要母线保护在可靠性、灵敏性和快速性上达到保护要求。本文就母线保护展开探讨。

【关键词】母线保护;差动;保护

引言

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，这就不可避免地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，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。

1母线保护的应用现状及技术要求

（1）为了保障大量用户的正常供电和供电稳定性，需要切除一段或一组母线上的故障时，需要增加母线保护装置;（2）一般情况下，系统发生故障需要通过过流后备保护来切除一部分母线，但由于切除不能快速完成，往往需要等过流后备保护动作，而整个动作需要耗费1.2～2s这就导致设备大面积损坏，因此，这种情况下需要增加母线保护措施。安装母线保护装置需要满足以下技术要求：（1）需要具有高的可靠性，不允许误动和拒动。相对而言，对拒动的要求没有比误动高，因为拒动的发生可以通过过流后备保护动作，选择性的切除一段母线组成，该结果与不安装母线保护装置的效果是一样的。但一旦发生误动，则会引起大面积的用电问题，降低了用电的可靠性和稳定性，因此，要采取积极的保护措施来解决该问题。（2）保护装置的安装需要简单可行，不能够大范围改变整体结构和外部电缆的施工，同时要适应开关柜的运行条件。（3）保护装置不能受到系统运行的影响，需要及时适应母线工作状态的改变，例如电源进线切换到开关的运行，各种设备调试及维修等状况。

2母差保护投入前检查项目

（1）母差装置供电正常，所有硬压板全在“断开”位置并确认所有跳闸硬压板出口无电压，并且所有接线正确。（2）根据定值表核对参数，检查大、小差流一般在50mA以下。（3）如大差差流平衡，而两小差差流均不平衡，工作人员需对刀闸位置进行核对，查看刀闸位置是否与实际对应，如果不对应，需进行强制对位，保证刀闸位置和实际运行一致，母差“强制互联投入”灯亮，大、小差电流在规定范围。若大、小差流都不平衡且未超50mA，工作人员要检查“强制互联”是否自动投入，如未投入，在检查二次回路无误后，需将“强制互联”手动投入。如果大、小差均超50mA，需对其进行二次接线检查。

3电流型工频量母线保护

通过计算母线差动电流采样值的绝对值与制动电流之间的相关度信息，设置相关度制动系数建立母线保护判据。进一步分析了TA饱和引起的传变误差，确定了判据中相关度制动系数取值的范围，具有一定的抗TA饱和能力。根据母线外部故障时母线电流变化量差动电流为母线分布电容的突变量电流，母线内部故障时流入故障母线的电流在故障点和流经穿越性电流支路之间分配的特点辨别母线区内、外故障。结合差动电流变化量和制动电流变化量之间的比率制动系数建立相应的保护判据。利用TA饱和瞬时电流过零时存在的线性传变区，研究瞬时制动电流与瞬时差动电流的关系特征，可以在诊断母线故障的同时实现支路TA饱和的判别。但该保护原理受谐波和非周期分量影响较大，抗干扰能力弱且存在动作模糊区。将母线区内外故障时方向相同的各支路故障分量电流采样值合并等效成两个虚拟电流，通过分析虚拟电流波形特征计算两个之间的波形相关度来识别母线区内外故障。该保护原理利用了滚动积分法处理采样值数据，能避免高频分量的影响，有效抑制干扰。

4行波幅值比较型母线保护

母线故障时，初始行波波头在线路两端都有巨大的瞬时振幅;而线路故障时，故障线路测量到的初始行波瞬时振幅远大于非故障线路初始行波的瞬时振幅。因此，通过分析检测到的线路行波瞬时振幅可识别母线区内、外故障，但在检测行波瞬时振幅时，其抗干扰能力还有待提高。分析故障时母线各关联线路电流行波特征，定义电流行波动作量与制动量，利用动作量与制动量之间的关系特征建立具有比率制动特性的母线保护。根据母比率与门槛值的大小关系判别故障区域。采用一种相对比较方案，对不同故障下的电流行波差动量值与对应该故障条件下的浮动门槛值进行比较，具有一定的自适应性，提高了在微弱行波信号下保护的可靠性与灵敏性。利用小波包对故障暂态分量差电流与和电流进行变换得到各自的小波包系数，然后利用小波包系数分别计算和电流与差电流在1～5尺度下的谱能量值，得到在不同尺度下的故障暂态分量差电流谱能量平方和与和电流的谱能量平方和。以差电流的谱能量平方和作为动作量，以和电流谱能量平方和作为制动量建立相应的母线保护判据。因谱能量中包含有频段相对较低的能量值，当电压过零时仍会有较大的输出，提高了判据的可靠性。

5新型10kV母线保护的设想方案

（1）图1展示了基于数字网络技术的10kV母线保护方案设计图，核心思想是由母线上的综合保护装置和保护专用网络构成，同时增加数字通讯接口和服务程序，进行母线保护。目前，利用数字网络技术保护母线装置已经十分成熟，常用的有CAN网、LONWORK等等。该方案的核心是母线保护管理单元，主要包括馈线单元、电容器单元、电动机单元、变压器单元以及母联分段单元。该管理单元安装在进线断路器开关柜上，能够收集各种信息，同时提供保护。（2）基于电弧光传感技术的母线保护装置的主要原理是：由于母线发生故障会产生电弧光，根据电弧光可以判断母线发生故障的原因。利用这一原理设计的电弧光母线保护装置具有以下特点：①通过电弧光传感器使得整个设计结构十分简单，电弧光的光信号装换成电信号传送给母线保护单元，过程很快，易于保护装置发挥作用;②该保护装置采用了双判断的模式，即使电弧光传感器发生误传，也不会引起母线故障，具有较强的可靠性;③整个保护装置是靠光传播，反应速度快，一般只需要5～7ms;④该装置造价低，易实施，具有很大的优势。以上两种保护方案在国外许多地方已经得到了应用，并且取得了不错的效果，实践证明，该方案比传统的母线保护方案具有更强的可靠性，能够为中低压变电器中的母线保护提供有效的保障。由于该方案的优势，可以预计这两种方案会在国内变电站10kV母线保护问题上得到广泛推广。

结语

随着我国“坚强智能电网”概念的提出，电网发展以实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全为目标。未来电网势必向着高自动化、高智能化方向发展，现阶段已成熟的母线保护理论如何与智能化相对接是电力行业面对的新问题，母线保护新理论的提出也应考虑与“坚强智能电网”相匹配的问题。

参考文献：

[1]邓旭阳.基于综合阻抗的母线保护新原理[J].电力系统保护与控制，2016，38（18）：1-7.

[2]张华中.基于电流变化量的自适应母线保护[J].电力系统自动化，2015.

[3]徐雯.电力系统继电保护中母线保护配置分析[J].电源技术应用，2018.

[4]丁强强.对双母线微机母线差动保护装置的分析与故障处理[J].中国新技术新产品，2016.

（作者单位：深圳供电局有限公司变电管理一所）