浅谈母线差动保护大差动作跳母联保护功能

张育勋

（广州市电力工程有限公司，广东 广州510260）

0 引言

在电力系统中，母线是变电站最重要的设备之一，起着汇集和分配电能的作用。通常母线长度只有短短的几十米或者上百米，其发生故障的几率相对于线路、主变来说要低得多，大概只有6%～7%。由于母线上的设备元件比较多，接线比较复杂，因而设备绝缘老化、污秽以及雷击等都会引起短路故障；同时由于操作频繁，值班人员的误操作也会引起人为三相故障（如带地线合闸、带负荷接刀闸等）。母线故障时电压降低会影响电力系统的供电质量和稳定性，因此，母线配置具有足够的灵敏性和可靠性，且能快速有选择地切除故障的保护非常重要。对于母线保护，要求其在各种正常运行方式或者异常状态下（如电压回路断线、电流回路断线、保护装置异常、母线外部故障等）均不应误动作。

目前，我国主流的母线保护装置主要有深圳南瑞科技有限公司生产的BP－2B型产品和南京南瑞继保电气有限公司的RCS－915系列微机保护装置，配置了母线差动保扩、母线死区保护、母联失灵保护、母联非全相保护、母联充电保护、母联过流保护、断路器失灵保护等。

1 大差动作跳母联原理和逻辑

母线差动保护是母线保护的主保护，其基本原理可以用基尔霍夫定律来解释，在集成电路中，任何时刻，对于任意节点，所有流出节点的支路电流的代数和恒为0。通俗一点来讲，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，正常运行时，进出电流的大小相等，相位相同。如果母线发生故障，这一平衡就会受到破坏。现今大多数母线差动保护采用比较电流是否平衡、相位是否一致来进行判别，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，有的保护会有选择地跳开母联开关和有故障母线的所有进出线路断路器，以缩小停电范围。

母线大差是指除母联和分段开关以外所有支路电流所构成的差动回路，大差不受母线运行方式的影响，主要用来判别母线是区内故障还是区外故障。母线小差是指母线上所有连接支路（包括母联和分段开关）所构成的差动回路，主要用于故障母线的选择。简单来说，就是“大差判母线故障，小差选故障母线”。

我们知道，在母线发生故障产生差流的同时，故障母线的电压也会降低，开放复压闭锁功能，母线差动保护才能够动作。但是存在这样一种情况，某段母线发生故障，小差能判定出故障的母线，但是复压闭锁却没有开放，或者某段母线的复压闭锁功能已开放，但却没有判别到这段母线有差流。类似这种情况，小差保护元件都无法正确动作。这时就需要大差保护动作来切除母联开关，让小差保护元件重新计算差动电流是否满足动作的条件。其动作逻辑如图1所示。

图1 大差动作跳母联逻辑框图

从逻辑图中可以看出，当差动电流的定值大于整定值时，大差比率差动动作，并且至少有一段母线差动复压闭锁功能开放，母线差动保护没有动作，母联失灵过流保护动作，在母联开关合位的条件下，大差动作切除母联开关。

2 大差动作跳母联案例

在广州某220kV变电站曾发生过这样一起母线故障。该站的220kV系统部分是双母线接线方式，220kV母线所连接都是常见的户外敞开式设备，所有220kV线路、母联、开关、刀闸和母线之间通过软母线连接。该站在母联开关和母联1 M母线刀闸间发生三相短路故障，故障点如图2中A点所示，由于故障电流太大，远远超过了母联开关与刀闸之间连接母线能承受的过流量，因此在母线差动保护还未动作前，开关与刀闸间的连接软母线瞬时融断，融断点如图2中B点所示。融断后，故障点A依然存在三相短路故障，而220kV 1M母线由于在B点已完全断开，所以脱离故障状态。

图2中，母联的电流互感器是装在220kV 2 M母线侧的。我们对2条母线的状态分别进行详细分析：由于1 M母线在B点融断后已经脱离故障状态，因此母线电压是正常的运行电压。但是1M母线小差电流计算中，加入了与一次设备已经没有联系的母联电流，打破了1 M母线的电流平衡，所以1 M母线有差动电流，但是1 M母线电压是正常的运行电压，有复压闭锁，所以1M母线小差保护无法动作。

图2 母线故障示意图

由图2可知，所有2 M母线上间隔设备的电流都流向母线，然后从母线流向母联，并经母联流向故障点A。流进2M母线的电流和流出2 M母线的电流相同，所以2M母线差动电流为0，2M母线小差保护不动作，判2 M母线在非故障状态。那么，这个时候正常逻辑下的母线差动保护就失去了作用，虽然有母联的失灵过流保护可以弥补，但由于母联失灵过流保护的定值远远大于母线差动保护的定值，因此无法满足速动性的要求。这时就可以通过大差动作跳母联保护来切除母联开关，保护母线运行的稳定性。

由于故障点A是在母联间隔内，大差肯定会判为区内故障，启动保护元件。而2M母线由于和故障点A相连，所以母线电压会降低，满足复压闭锁开放的要求。故障电流经过母联开关流向故障点A时，相应的母联失灵过流保护启动，再加上上述分析的2段小差保护无法动作，所以大差动作跳母联保护瞬间动作，切除母联开关，从而保证了2段母线的正常运行。

3 结语

随着我国电网改革的推行，电力系统不断发展壮大，我国的继电保护系统以及相关技术也取得了一定的发展和进步。母线差动保护作为母线设备的主保护，在微机保护的检测元件、动作逻辑、技术标准等方面都取得了很不错的成绩。当然，除了微机保护装置在不断进步外，变电二次设计、继保的相关规范也在不断完善。笔者根据自己的工作经验和专业知识，分析了母线故障中比较特殊也比较少见的一种类型，希望在相互学习的过程中不断得到提高，为我国的电网安全运行做出贡献。

［1］唐俊清，张斌.110kV母线差动保护小差越限故障原因分析［J］.北京电力高等专科学校学报：自然科学版，2010，27（7）