复式比率母差保护原理及试验方法分析

孟清波

摘要：母线是变电站中非常重要的部分， 母线在电力的传输过程中起到了汇聚以及分配的功能。如果变电站中的母线上出现了故障， 将给点了系统带来非常严重的故障， 给与母线相连的设备造成损坏以及停运， 将导致大面积的停电事故。

母线保护要求很高的快速性、灵敏性、选择性以及灵敏性， 对于220 k V变电站的母线保护， 一般采用差动保护的原理， 为保证保护动作的可靠性， 采取了TA断线闭锁以及复压闭锁两种方式[1，2]。母线保护通过电流互感器检测电流， 确认是否发生母线故障并定位故障点的位置， 使故障母线上的所有线路上的断路器断开， 使得停电范围得以最大程度的减少， 降低负荷损失。

1 微机母线保护的原理

微机母线保护能够利用整定调整系数对TA系数进行设置， 构成母线保护中与TA相关的判据。微机母线保护具有多种接口， 能够使用不同的通信方式与变电站的后台相连接， 使后台能够实现母线相关的遥控与遥信。微机保护将電流的瞬时值精心精确测量以及计算， 实现母线保护的比率差动制动特性。

根据差动保护原理， 在正常情况下， 流入母线的电流与流出母线的电流的向量和为零， 若母线上发生了短路故障， 该向量和等于故障电流[3，4]。保护装置检测到故障电流后， 选择性地将故障切除， 其保护范围包括母线上连接的所有电力设备。

现有110 k V及以上电压等级的系统通常采用双母线方式， 其相应的母线保护采用大差回路以及小差回路共同组成母线保护， 能够反映母线的单向故障以及相间故障。母线的差动判据一般包括大差判据以及小差判据。大差判据是通过检测母线上除母联断路器和分段断路器之外的所有线路的电流之和， 小差判据是通过检测母线上包括母联断路器和分段断路器在内的所有支路电流之和。大差判据能够区别故障的范围是区内还是区外， 通常被用于作为启动元件;小差判据能够判断故障具体是出现在哪条母线上， 通常被用于作为选择元件。

如果是小差保护动作， 则保护最先断开母联断路器， 随后将与故障相连的母线上所有线路的断路器全部断开。如果是大差保护动作， 则是在第一时间将母线上所有的断路器全部跳开， 而不去判断故障是出在哪条母线上。因此从减小停电范围的角度出发， 母线保护通常是将小差保护投入， 利用小差保护作出故障母线的选择。而只有在倒母的时候才将母差保护设置为大差保护， 用以防止刀闸并列的时候出现环流导致保护误动作。

母线保护装置通常包括逻辑处理部分、复压闭锁部分以及管理部分。逻辑处理部分通过采集系统中母线相关的开关量以及模拟量， 通过相关数据的逻辑处理后做出判断， 再输出相应信号以断开故障点。复压闭锁部分通过检测母线的电压信号， 根据相关数据判断是否满足闭锁母线保护的条件， 并相应控制母线保护闭锁继电器。管理部分则完成人机交互、数据记录、与后台的通讯等功能。

2 母线差动保护试验方法

根据基尔霍夫定律， 正常状况下母线上所有支路的电流向量和为零， 当出现故障时， 电流的向量和不为零[5，6]。以BP-2B母线保护装置为例， 为防止电流互感器饱和时出现的不平衡电流导致误动作， 采取了复式比率差动原理， 通过引入差电流， 使得在发生母线外故障时具有较强的制动特性。BP-2B母线保护装置的复式比率差动判据如下式所示。

式中， Idset为差电流整定值， Kr为比率系数， Ir为母线上所有支路电流的绝对值之和， Id为母线上所有支路的电流向量和的绝对值。

在现场校验母线保护装置时， 选择接入保护装置中的几组间隔进行试验。在现场做好安全措施后， 根据图纸确定出各个线路对应的电流回路。通过查看相关资料确定各个间隔相应母差保护所用的CT变比， 得出CT调整系数K， 再根据定值单找到差流门槛值Idser、小差制动系数Kr1以及大差制动系数Kr2。再利用继保仪向保护装置输入相应电流量， 使得大差、小差电流为零。之后逐步加大某条支路 （如I母上间隔1） 的电流， 直到保护动作， 记录各个输入保护装置的电流大小以及相位， 验证保护装置的选择性以及制动系数的正确性。

3  复式比率制动系数试验

以图 1 的模拟主接线为例，其中支路 1、支路 2、支路 3 及母联 CT 变比一致，保护装置为 BP-2C 型，复式比率制动系数试验方法如下。

3.1验证大差 Kr 高值

尽可能降低复式比率母差保护启动电流定值（假设启动电流定值为 0.2In）并开放复压闭锁条件，模拟支路 1 的Ⅰ M 刀闸合位接点、支路 3 的Ⅰ M 刀闸合位接点、支路 2 的Ⅱ M 刀闸合位接点和母联开关合位接点在闭合状态。在支路 1、支路 3 分别加入大小相同、方向相反的 A 相电流 I1（大于 0.2In），在支路 2 加入A 相电流 I2（小于 0.2In）。将支路 1、支路 3 电流 I1 固定，缓慢增大支路 2 电流 I2，使Ⅱ M 差动保护动作，记下保护刚好动作时的两个电流值，计算此时 Id 与的 Ir 值，由复式比率母差保护动作判据可验证大差 Kr 高值。

3.2验证大差 Kr 低值

尽可能降低复式比率母差保护启动电流定值（假设启动电流定值为 0.2In）并开放复压闭锁条件，模拟支路 1 的Ⅰ M 刀闸合位接点、支路 3 的Ⅰ M 刀闸合位接点、支路 2 的Ⅱ M 刀闸合位接点和母联开关分位接点在闭合状态。在支路 1、支路 3 分别加入大小相同、方向相反的 A 相电流 I1（大于 0.2In），在支路 2 加入A 相电流 I2（小于 0.2In）。将支路 1、支路 3 电流 I1 固定，缓慢增大支路 2 电流 I2，使Ⅱ M 差动保护动作，记下保护刚好动作时的两个电流值，计算此时Id与Ir值，由复式比率母差保护动作判据可验证大差 Kr 低值。

3.3 验证小差 Kr 值

尽可能降低复式比率母差保护启动电流定值（假设启动电流定值为 0.2In）并开放复压闭锁条件，模拟支路 1 的Ⅰ M 刀闸合位接点和支路 3 的Ⅰ M 刀闸合位接点在闭合状态。在支路1加入A相电流I（大于 1 0.2In），在支路 3 加入 A 相电流 I2，注意 I1 与 I2 方向相反，大小相同。将支路 1 电流 I1 固定，缓慢增大支路 3 电流I2，使Ⅰ M 差动保护动作，记下保护刚好动作时的两个电流值，计算此时 Id 与 Ir 值，由复式比率母差保护动作判据可验证小差 Kr 值。

4 结论

母线故障是变电站内最严重的故障之一， 对变电站的安全运行具有重要影响。为了降低电力设备运行时出现严重后果的概率， 220 k V及以上电压等级的变电站通产采用了母线保护装置。在母线保护装置的运行维护过程中， 相关专业人员应当熟悉母线保护的根本原理， 并正确调试母线保护装置， 才能使母线保护装置的作用得以发挥， 提高电力系统运行的安全性。

参考文献

[1]林岿.优化RCS-915AB型母差保护检验方法的讨论[J].继电器， 2007 （14） .

[2]刘巍， 王军.传统比率制动式母差保护同微机型母差保护的应用比较[J].电力建设， 2006 （04） .

[3]罗娟， 霍兵兵， 贠保记.XBB-220自适应母线保护装置[J].继电器， 2007 （16） .

[4]马晋辉， 黄静.双母线双分段微机型母差保护双重化设计的探讨[J].电力建设， 2007 （05） .

[5]马政， 王增平.适用于微机母线保护的电流互感器饱和的检测方法[J].电力科学与工程， 2008 （08） .

[6]林伟华， 刘浩明， 田伟.变电站母差保护技术改造方案探讨[J].电力自动化设备， 2006 （09） .