母线保护的应用及发展前景

章毅

摘要：阐述母线保护的基本概念，并分析了母线保护在电力系统中的重要作用，提出了未来母线保护的发展方向，并对母线 保护的应用现状加以陈述。

关键词：母线保护；原理；作用；应用

中图分类号：TB30 文献标识码：A 文章编号：2095-3178（2018）06-0315-01

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。因此，设置动作可靠、性能良好的母线保护，使之能迅 速检测出母线故障所在，并及时有选择性的切除故障是非常必要的。

母线故障是电力系统最严重故障之一。南于母线故障，连接在 该母线上的所有设备必然被切除，势必造成较大面积的停电。枢纽 变电站的母线故障若不能及时切除，还有可能引发电力系统稳定破 坏的事故。由于母线位于变电站内部，定期的检查与维护降低了母 线故障的概率，即便如此，母线故障并不能完全避免，需要配置性 能完善的保护，以便在母线故障时，及时切除故障，保证电力系统 的安全稳定运行。

1 母线保护的类型及其特点

目前国内电网中使用的母线保护类型较多，从元器件构成上大

致可分为 LXB 整流型母线差动保护、中阻抗型集成电路母差保护和 微机型母线差动保护。从电网的发展来看，LXB 型母差保护无论是 从性能上还是运行维护等方面都已经越来越难以满足要求，将逐渐 被替换。JCMZ 系列中阻抗型集成电路母差保护具有下列特点：动作 速度快：故障检测时间<3ms，保护整组动作时间< 10ms。在穿越性外 部故障时，即使 CT 饱和也不会误动；母线内部故障时，由于检测速 度极快，在CT 完全没有饱和之前就动作，对 CT饱和特性要求不高。 采用辅助 CT调整总变比，可适应不同变比的CT。允许 CT二次回路 的环路阻抗较大，易满足要求；主回路简单可靠。

2 母线保护的发展方向

制造厂相继推出的微机母线保护装置，最主要的特点是充分利

用计算机进行数字计算的能力，方便地实现带比率制动特性的电流 瞬时值差动原理、复式比率差动原理等。微机母差对CT 饱和具有独 特的检测方法，抗CT 饱和能力强，国外的几个厂家采用波形判别或 补偿法来消除 CT 饱和的影响，即利用 1/4 周期前 CT 线性传变的采 样点，用一定的算法进行波形处理或判别，以保证保护的选择性。 国内的做法，多用同步识别法来克服 CT饱和的影响，通过判别差动 动作与故障发生是否同步来识别饱和情况。具有自适应能力，可识 别母线运行方式，从理论上可省略引入隔离刀闸辅助触点的麻烦（对 双母线接线而言）。同时微机母差保护具有自检功能，可靠性进一步 得到提高。更重要的是，微机母差具有通信接口，可方便地与监控 系统互联、完成信息的远传与远控，实现自动化。当然，微机母差 保护具有调试整定

方便的优点是不言而喻的。因此，母线保护同线路保护一样， 采用微机型的保护是发展趋势和方向。对于采用分层分布式自动化 系统的变电站，分散式的微机母差保护更能与其结构相适应。应该 指出的是，目前微机母差保护动作速度尚不如中阻抗母差保护快， 区外故障转区内故障时动作时间较长，这些都有待进一步提高。在 解决这些问题之前，将中阻抗母差保护的逻辑回路、信号回路微机 化，既发挥了中阻抗保护的优点，又具有微机保护自检、通信接口 的优势，不失为目前一种较理想的选择，然而在短路水平高的地方 不宜使用中阻抗保护，这是其先天性缺陷。

随着数字技术和通信技术的发展，母线保护在其他一些方面也 取得了进一步的发展，如正序阻抗母线保护、负序阻抗母线保护、 中阻抗母线保护、神经网络在母线保护上的应用，分布式微机母线 保护、自适应技术在母线保护中应用等，并提出了一些新的基于采 样值算法的数字母线保护。

3 应用现状

3.1电流相位比较式母线保护

电流相位比较式母线保护的原理是利用总差动电流判别是否为

母线上发生故障。在判别为母线故障的情况下，以差动电流为参考 量，用母联电流相位判别故障母线。这种保护可以省略交流切换回 路，简化二次接线，适应一次系统的倒闸操作，它不受母线上元件 连接方式的影响。

20世纪七八十年代曾在我国出现的LXB型母差保护就是基于这 种原理的典型产品。从电网的要求看，这种保护无论在性能还是运 行维修方面都难以适应，将逐步被淘汰。

3.2中阻抗型母线保护

中阻抗型母线电流差动保护充分掌握并利用了电流互感器饱和

的暂态特性，较好地解决了区外故障电流互感器饱和不误动，区内 故障正确快速动作。该种保护对电流互感器无特殊要求，电流互感 器变比可以不一致。其最突出的优点是原理先进而电路和结构都十 分简单，它们在 220kV 及以下电网中广泛采用，取得了较成功的运 行业绩。

它的原理是把高阻抗特性和比率制动特性结合起来的一种保护。 由于电流互感器饱和时的特性即励磁阻抗变得非常小，励磁电流随 之变得非常大，电流互感器二次回路分得的电流也就很小。在母线 外部故障时，差动回路的差动电流变大，因此在差动回路中巧妙地 串人一个阻值较大的电阻 Red，当外部发生故障致使故障支路电流 互感器完全饱和时，故障支路的二次阻抗可近似为其全部直流回路 电阻与导线电阻之和，远小于差动回路中的电阻值，从而使流过所 有非故障元件的二次电流之和（等于故障电流）被强制通过故障元 件电流互感器的二次绕组构成的通路，使流过差动回路上的电流大 大减小，加在继电器上的电压是数值不大的不平衡电压。当母线内 部发生故障时，流过差动回路的电流（总故障电流的二次电流）很 大，加在差动继电器上的电压升高，使继电器动作。这种方法有效 地解决了外部故障时因电流互感器饱和带来的保护误动问题，保证 母线保护可靠、正确、快速动作，且装置原理及实现等方面优于微 机母线保护。此外，由于国内外微机装置刚刚出现，运行经验缺乏， 因此今后几年内中阻抗母线保护装置仍将发挥重要作用。

3.3高阻抗型母线保护

高阻抗母差保护的原理与中阻抗母差保护相近。为防止区外故

障母差保护误动作，中阻抗母差保护在差电流回路接人了中阻抗， 为确保区外故障母差保护的可靠性，还必须校验从母差保护向电流 互感器方向看整个二次回路的电阻是否满足要求。这在二次回路电 缆较长、比率制动系数较大的情况下是困难的。高阻抗母差保护在 这方面性能要好得多。高阻抗母差保護也称电压型母差保护，差动 回路电阻一般为几千欧姆。与中阻抗母差保护类似，高阻抗母差保 护对于区内故障也采用电流互感器饱和前快速动作的方式，区内故 障动作速度快。高阻抗母差保护灵敏度高，二次回路接线简单，调 试方便，主要技术问题是过电压问题。这在一定程度上限制了它在 国内电网的应用。

结束语

随着科学技术手段日新月异的发展和我国电力供应事业的不断

进步，变电站管理工作和母线保护工作正发挥着越来越重要的作用。 作为煤矿变电站有关管理人员应当予以母线保护工作应有的重视， 学习和引进国内外的先进母线保护理念和手段，为煤矿的电力供应 事业发展提供有力保障。