微机式母线保护装置的设计

摘 要：本文主要论述了适用于35kV及以上电压等级的母线保护系统，包括单母线、双母线、单母线分段、双母线单分段分段及一个半断路器等多种接线型式的母线保护原理和设计思路，并简单阐述了当前电力系统母线保护的主要特征。

关键词：母线保护；微机数字式保护；硬件设计

中图分类号：TM77 文献标识码：A

1 引言

母线是分配、传送和汇集电能的电气设备，是构成电力系统中不可缺少的重要部分，近年来，随着无人值班的变电站和变电站自动化技术的迅速发展，为满足速动性、选择性的要求，因此对于母线保护装置的合理有效设计是非常重要的。要适用于Q/GDW 175-2013《变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范》和Q/GDW 767-2014《10kV～110kV元件保护及辅助装置标准化设计规范》所要求的母线保护技术规范。

2 概述

微机数字式母线保护具有高性能的通用硬件平台、模块化软件设计、友好的人机界面、谐波监测、负荷录波、运行过程准确记录、完善的装置结构、超强电磁兼容能超强电磁兼容能力、强大通信功能、满足灵活多变的保护配置。装置基于IEC61850标准开发，支持常规互感器接入方式，支持直接出口跳闸方式；支持IEC61850协议的站控层接入、间隔层的GOOSE闭锁互联和过程层的电子式互感器数字信号接入；可灵活地用于部分或全部采用智能一次设备的变电站，可适用于过程层直采直跳或各种组网方式。现以我公司WMH-500数字母线保护装置为例，对母线保护装置的软硬件构成做简要的介绍。

3 硬件设计

装置采用最新一代的软硬件平台，具有可靠性高、抗干扰能力强、智能化、网络化等特点。各种保护装置的交流输入、开入/开出、通信接口、人机接口、数据处理、通信处理等原理相同。只需稍加改变输入输出，就可实现不同的保护装置。对于母线连接单元较少的方式，采用集中式（不配置子机）；对于连接单元较多的采用分布式（配置子机）。装置采用功能模块化设计思想，配置灵活通用等特性。装置可直接与当地监控通信，装置具有多个以太网口。通信规约采用IEC61850、IEC60870-5-103等。

3.1 保护原理设计

3.1.1 母线差动保护。本装置的母差的起动元件包括电压工频变化量、差流变化量和支路电流变化量元件，常规比率差动元件和工频变化量比率差动元件，根据TA饱和波形特点设置了两个TA饱和检测元件，采用首半波同步识别法和谐波制动闭锁法。相电压、三倍零序电压、负序电压闭锁元件，当保护条件满足并延时达到整定值，保护动作。

3.1.2 断路器失灵保护。当母线所连接的线路单元或变压器单元上发生故障，保护动作，而该连接单元断路器拒动时，作为近后备保护向母联（或分段）断路器及同一母线上的所有断路器发送跳闸命令，切除故障。当失灵开入有效，失灵电流元件和失灵电压均开放时，断路器失灵保护：经失灵保护时限1延时后失灵条件仍满足，则跳开母联分段断路器；经失灵保护时限2延时后失灵条件仍满足，则跳开母线上的所有各支路断路器。对于变压器间隔要同时启动变压器间隔跳三侧的功能。

3.1.3 母联（分段）死区保护。母线分为并列运行（联络开关合位）及分列运行考虑。并列运行（联络开关合位）时，差动保护动作跳开一段母线及母联开关，装置检测到母联开关处于分位后经延时确认分列状态，由差动保护切除母联死区故障。分列运行时母联（分段）开关与母联（分段）CT之间发生故障，由于母联开关已分位，故障母线满足条件，直接断开故障母线，避免了故障范围的扩大。

3.1.4 母联（分段）失灵保护。在双母线运行方式下，当保护向母联发送跳闸命令后，经延时母联电流还大于母联分段失灵电流定值时，母联失灵保护经两母线电压闭锁后断开两母线上各元件。只有母联开关作为联络开关时，才启动母联失灵保护。当装置差动保护动作后、断路器失灵保护动作后、母联保护动作或外部启动母联失灵开入有效时均起动母联失灵保护。

3.1.5 自动识别充电状态功能。正常运行状态下，母差进行充电预备状态监测：差动启动时，追溯一个周波（20ms）前的两段母线电压、母联CT电流，当检测到仅有一段母线运行并且母联无流，且手合节点有效（“0”变为“1”后的1s内），装置自动识别为母联断路器对空母线充电（展宽300ms）。300ms内闭锁母差保护。

3.1.6 母联（分段）充电过流保护。任一母线检修再次投入使用之前，利用母联（分段）断路器对该母线进行充电试验时可投入母联（分段）充电过流保护，被试验母线有故障时，充电过流保护切断故障。工程中未独立配置独立的母联保护装置时，可投入母联（分段）充电过流保护，用于母线充电保护或作为线路的临时保护使用。母联充电过流保护为两段式保护，两段保护的电流定值、时间定值可独立整定。

3.1.7 母联非全相保护。当母联（分段）断路器某相断开，母联（分段）非全相运行时，可由非全相保护延时跳开三相。母联（分段）非全相保护投入，且母联（分段）非全相位置开入合，当母联零序电流或母联负序电流大于非全相零序（或负序）电流定值，经延时跳开母联断路器。

3.2 母线运行方式识别。装置通过开入隔离刀闸位置判别母线的运行方式，自动识别运行方式并跟踪倒闸操作，同时对刀闸位置进行自检。刀闸变位发告警信号。

3.3 互联状态。两段母线看做一段母线，单母线运行方式，母线保护只有大差功能。这样，无论任意段母线发生故障，大差将动作于切除两段母线上所有连接单元。互联状态除自动进入外，硬压板和软压板进入。装置会自动发“互联”信号，提示运行人员。

3.4 交流电压断线监视。母线负序电压、三相电压幅值之和或任一线电压为判据，发母线PT断线告警。对于双母线/双母双分段接线，双母单分段接线保护装置，PT断线发告警信号，但不闭锁保护。

3.5 交流电流断线监视。本装置的CT断线判别分为两段：告警段和闭锁段，大差电流大于CT异常电流定值时，发CT断线告警信号，闭锁母线差动保护。

结语

微机式母线保护具有高性能的通用硬件平台、模块化软件设计、友好的人机界面、谐波监测、负荷录波、运行过程准确记录、完善的装置结构、超强电磁兼容能超强电磁兼容能力、强大通信功能、满足灵活多变的保护配置，具有强大的市场竞争力，前景非常广阔。

参考文献

[1] 贺家李，宋从矩，等。电力系统继电保护原理第二版[M].北京：北京水利出版社，1985.