WMH-800微机母线保护
1 概述
母线是发电厂和变电站的重要组成部分。在母线上连接着发电厂和变电站的发电机、变压器、输电线路、配电线路和调相设备等，母线工作的可靠性将直接影响发电厂和变电站工作的可靠性。此外，变电站的高压母线也是电力系统的中枢部分，如果母线的短路故障不能迅速地被切除，将会引起事故扩大，破坏电力系统的稳定运行，造成电力系统瓦解事故。因此，母线方式和母线保护的选择和运行，是保证电力系统安全运行的重要环节之一。 1.1电力系统母线的主接线形式和可能发生的故障
发电厂和变电站母线方式的选用应根据该发电厂或变电站在电力系统中所处的地位、母线工作电压、连接元件的数量和设备投资等条件来确定。国内常用的母线方式有：
(1) 单母线和单母分段接线，如图a和b。单母线的接线简单，占地少，投资少，但在母线检修
或发生短路时将使全厂站停电。分段单母线在检修或发生短路时，仍可使大约一半的连接元件继续运行。
(2) 双母线、双母线带旁路专用母联及专用旁路断路器方式、双母线带旁路母联兼旁路断路器方
式，如图c、d和e。双母线的操作和运行比较灵活可靠，目前国内110~220kV母线大部分采用这种接线方式。很多情况下将双母线作为分段的单母线方式运行，当一组母线发生短路时，另一组母线仍可继续工作。
(3) 一个半断路器母线，如图f。这种母线方式的可靠性高，一次回路操作灵活，任一组母线发
生短路故障时不影响变电站的安全运行。但该母线方式所需的一次设备多，造价高，主要在超高压变电站中应用。
(4) 多分段母线（双母单分段及双母双分段母线），如图g和h。这种母线方式可把短路故障时的
停电范围限制在更小的范围内，但一次设备投资多，继电保护配置复杂。
与暴露在野外的输电线路相比，母线发生故障的几率较小。但是与其他电气设备相同，母线
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WMH-800微机母线保护 及其绝缘子也存在着由于绝缘老化、污秽和雷击等引起的短路故障，此外还可能发生由于人员误操作而引起的人为故障。母线上发生的短路故障可能是各种类型的接地和相间短路故障。大部分故障是由绝缘子对地放电所引起，母线故障开始阶段大多数表现为单相接地故障，而随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路。在母线上直接连接着断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器和绝缘子等电气设备，各电气设备的损坏也都有可能导致母线故障，统计表明，由断路器、隔离开关、互感器三者故障引起母线故障的几率达65%以上。 1.2 对母线保护的基本要求
对母线保护有如下基本要求：
(1) 装置应能在母线区内发生各种故障时正确动作。 (2) 在各种类型区外故障时，装置不应发生误动作。 (3) 装置应能正确切除由区外转区内的故障。 (4) 动作速度快。
1.3 WMH-800微机母线保护简介
WMH-800微机母线保护适用于500kV及500kV以下各种主接线形式的母线，作为发电厂、变电站母线的成套保护装置。保护采用32位DSP芯片，16位AD。所保护的母线规模不超过24个连接元件，一面柜完成成套保护。
保护的主要功能配置包含：具有比率制动特性的分相瞬时值电流差动保护、复合电压闭锁、母联（分段）充电保护、母联过流保护（可选）、母联非全相保护（可选）、断路器失灵保护（可选）、母联失灵及死区保护、CT断线闭锁及告警和PT断线告警等。
2 母线差动保护的基本原理及要考虑的特殊问题
2.1 母差保护应符合的要求
成套的母差保护装置除需满足1.2节的基本要求外，还应符合以下要求： (1) 装置不应受电流互感器暂态饱和的影响而发生不正确动作。
(2) 装置应能适应被保护母线的各种运行方式，并应保证其原有的选择性与快速性。
装置用于保护双母线时，其交流电流回路及跳闸回路应能随母线连接元件的运行位置的改变而自动切换。
在双母线同时或相继故障时装置应瞬时切除母线全部连接元件。 在母线连接元件倒闸操作的过程中装置应能正确判断并瞬时切除故障。 在母线充电时装置应正确判断并瞬时切除故障。
在母联断路器或分段断路器兼旁路断路器用于代路时应保证选择性。母线故障时母联断路器或分段断路器应不迟于其他母线连接元件的断路器跳闸。
对构成环路的各类母线，装置不应因母线故障时有流出母线的短路电流而拒绝动作。 装置应能在母线解列或分段运行时正确判断并瞬时切除故障。
(3) 装置应能使用于电流互感器变比不一致的场合。应内含补偿措施，并应调整方便且准确。 (4) 装置应能通过失灵保护或后备保护，在母联或分段断路器拒绝动作或当母联及分段断路器与
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电流互感器之间故障时，带时限切除另一段母线。
(5) 装置应具有在线自检功能，并应有闭锁元件或其他措施以防止装置在交流电流回路断线或装
置单一功能异常时的误动，并且发出告警信号。
(6) 装置应具有硬件闭锁回路，只有在电力系统发生故障保护装置起动时，才允许开放跳闸回路
（一个半母线方式除外）。
(7) 装置应设有自复位电路，在因干扰或进行电气干扰试验而造成程序走死时，应能通过自复位
电路自动恢复正常工作。
(8) 装置应具有通信接口，并能通过接口向远动设备或后台机传递保护动作顺序、动作时间、故
障类型、故障前后各模拟量的采样数据。
(9) 装置应设有当地信息输出接口，与当地信息输出设备连接，输出保护动作顺序、动作时间、
故障类型、故障前后各模拟量的采样数据。 (10) 装置宜具备故障录波功能。
(11) 装置的实时时钟信号及其他主要动作信号在失去直流电源的情况下不能丢失，在电源恢复正
常后应能重新正确显示并输出。
(12) 根据需要，装置应能实现母联过流保护、母联非全相保护以及断路器失灵保护。 2.2 母差保护的基本原理
母差保护的基本原理是基于电工学的基本定律——基尔霍夫（kirchhoff）定律。母线在电力系统的拓扑结构中其实就是一个节点。连接于同一节点的所有支路的电流的矢量和等于零。如果发生故障，则该矢量和等于故障电流。
差动保护设置大差及各段母线小差，大差作为小差的起动元件，用以区分母线区内外故障，小差为故障母线的选择元件。大差，小差均采用具有比率制动特性的瞬时值电流差动算法，其动作方程为：
Id?IddId?KIfnnId??Ii?1iIf??Ii?1i式中 Id 为某一时刻差动电流瞬时值，If为同一时刻制动电流瞬时值，K为比率制动系数，Idd为差动电流整定门坎。
注：大差不包括母联电流，每段母线小差只包括各自所有连接单元电流。制动电流也如此。 差动保护动作曲线如下图所示：
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图1 差动保护动作曲线
如满足上式的动作方程，判为母线内部故障，母线保护动作，跳开联接于故障母线的所有断路器。大差及小差各自的保护范围如下图所示：
大差母小差II母小差 图2 大小差的保护范围
对单母线（一个半断路器）接线方式，不存在大差小差之分。对单母分段接线方式，大差小差的概念及意义是与双母线一致的。 2.3 母差保护需考虑的特殊问题 2.3.1 CT饱和的影响及防范措施
当母线外部发生故障特别是母线近端发生外部故障时，由于直流分量的影响，CT 可能发生饱和，使CT 的二次电流发生畸变，不能真实反映系统的一次电流，在差动回路中有差电流存在，对母线差动保护产生不利影响，若不采取必要的闭锁措施，差动保护就会误动，因此，在各种类型的母线差动保护中必须对CT饱和采取相应的闭锁措施。
根据分析，即使CT严重饱和时，在故障发生的初始阶段和线路电流过零点附近CT存在一个线性传变区，在线性传变区内差动保护不会误动作。根据这一特性，利用CT饱和时差动保护动作时间滞后于故障发生时刻的特点，首先判断故障的发生时刻，若此时差动保护不动即判为母线外部故障，先闭锁差动保护，然后利用波形识别法来开放差动保护，以确保母线区外转区内故障时，差动保护能可靠动作。
2.3.2 母线故障时CT误差和可能的电流流出对差动灵敏度的影响及对策
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母线内部故障时，可能有电流流出母线，差动保护的灵敏度降低。假设流出母线的电流与总故障电流的比值为δ，如图3所示。(图中电流为二次电流值)
图3 母线内部故障示意图
要保证差动保护可靠动作，则有：
1??1???k?Id????k???If?外部故障时，故障支路CT可能产生较大的误差而引起不平衡电流，假设故障支路CT误差为δ，如图4所示。(图中电流为二次电流值)
图4 母线外部故障示意图
若保证差动保护不误动，则有：
?2???k?Id????k?If??? 由此可以看出给定比率制动系数K，要保证差动保护正常工作，内部故障时流出母线的电流和总电流的比值以及外部故障时允许故障支路CT误差值都有一极限值。对应关系如下表：
制动系数 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 流出母线的电流比例δ（%） 53.8 42.8 33.3 25 17.6 11.1 允许CT误差δ（%） 46.2 57.2 66.7 75 82.4 88.9 由上表可知，母线内部故障有电流流出母线时差动保护的灵敏度有所降低，外部故障CT误差较大时对差动保护产生不利影响，但是，根据具体的系统可选取适当的比率制动系数，可确保差动保护的可靠安全运行，不会影响保护的整体性能。
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