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浅谈微机母线保护原理
摘要:随着微机保护技术的不断更新,微机式母线保护也越来越完善,保护运行也愈加可靠.本文以国电南瑞科技NSR-371型母线保护装置和深瑞继保BP-2CA/D-G型母线保护装置为例,主要探讨母线差动保护、启动失灵保护及母联分段死区保护的原理,以及如何防止CT饱和造成差动保护误动等。
关键字：母线差动保护原理CT饱和
引言:母线是电力系统的重要设备，在整个输配电中起着非常重要的作用。母线故障时是电力系统中非常严重的故障，它直接影响到母线上所连接的所有设备，并可能导致大面积的事故停电及设备的严重损坏，对于整个电力系统危害极大。因此对于母线保护的快速性、灵敏性、可靠性及选择性也要求的越来越高，当母线出现故障时，母线保护正确动作对电力系统稳定起着重要作用。
1母线差动保护原理
母线差动保护的基本原理是依据基尔霍夫电流定律。把母线视作一个节点（如图一），当系统正常运行或发生区外故障时，流入母线的和电流为零，即I1+I2+I3+I4+……+Ij=0，此时差动电流为零，而当发生区内故障时，差动电流为流入故障点的电流，当故障电流达到母线差动保护动作值，则母线保护将动作出口。
图一
（1）NSR-371型母线差动保护主要由大差元件、小差元件、CT饱和检测元件、电压闭锁元件、运行方式识别元构成。单母线主接线属于固定连接方式的主接线，差动保护主要由大差元件、CT饱和检测元件、电压闭锁元件构成，大差元件既是区内故障判别元件，也是故障母线选择元件。差动保护根据母线上所有连接元件（母联和分段除外）电流采样值计算出大差电流，构成大差比率差动元件，用以区分母线区内和区外故障。由各段母线上所有连接元件（包括母联和分段）电流采样值计算出各段母线的小差电流值，构成小差比率差动元件，用以选择故障母线。其常规比率差动元件判据为：
cdzd
其中Ij为第j个连接支路的电流，Icdzd为差电流起动定值，k为常规比率制动系数。本装置比例制动系数由程序固化，3/2 断路器接线差动比例制动系
数固定为0.4，双母线、双母双分段、双母单分段接线小差比例制动系数固定为0.5，大差比例制动系数固定为0.3。
（2）BP-2CA/D-G型母线差动保护采用的是复试比率差动判据，其动作方程如下:
d dset
d r -d
式中 dset 为差动保护启动电流值，Kr 为复式比率系数， d 。
复式比率差动判据相对于传统的比率制动判据，由于在制动量的计算中引入了差电流，使其在母线区外故障时有极强的制动特性，在母线区内故障时无制动，因此能更明确地区分区外故障和区内故障。
2母线区外近端发生故障时防止CT饱和造成误动的问题
当母线区外近端发生故障时，该母线的各支路中，故障线路的电流是所有非故障支路的电流总和。因此故障线路的电流可能会非常大，并导致CT严重饱和，电流采样出现很大的偏差，此时差动保护的不平衡电流很大，极易造成差动保护误动。因此母线保护装置的抗CT饱和性能也很重要。
CT饱和后的特点：1.在发生区外故障时，无论故障电流有多大，CT在故障最初瞬间不会饱和，在1/4~2/4周波后才会进入饱和区，励磁阻抗迅速减小，励磁电流大大增加，导致CT二次电流急剧下降，差动电流随之迅速上升，此时差流变化率很大。2.CT饱和后有大量的谐波分量，使波形畸变。3.在CT饱和的情况下，在每个周期一次电流过零点附近都存在一个不饱和时段，在此时段内CT仍可无畸变地传变一次电流，此时差流较小。
NSR-371型母线保护装置利用故障发生时突变量差流和突变量制动电流产生的时序关系决定区内外故障，并检测饱和时差流、支路电流的波形特征，实时检测CT是否发生饱和。确保区外故障CT严重饱和时，差动保护不动作，在区外故障CT饱和后发生同名相转换区内故障能够快速的切除故障。
BP-2CA/D-G型母线保护装置根据CT饱和发生的机理、以及CT饱和后二次电流波形的特点设置了CT饱和检测元件，用来判别差电流的产生是否由区外故障CT饱和引起。在母线区内故障情况下和母线区外故障CT饱和情况下∆Id元件与∆Ir元件的动作时序截然不同，并且CT饱和时虽然差电流波形畸变，但每周波都存在线形传变区，且暂态饱和波形中存在丰富的谐波分量，可以准确检测出CT饱和发生时刻，并实时调整差动相关算法，具有极强的抗CT饱和能力。
3启动失灵保护
断路器失灵保护是指故障电气设备的继电保护动作发出跳闸指令而断路器拒动时，利用故障设备的保护动作信息与拒动断路器的电流判别，以及复合电压闭锁等判别构成对断路器失灵保护的判别逻辑。能够以较短的时限切除同一母线相关支路的断路器，使停电范围限制在最小，从而保证整个电网的稳定运行。
为解决变压器或发变组断路器失灵保护电压灵敏度不足问题，对于变压器或发变组支路，设置“主变失灵解闭锁”的开入。当该支路“主变失灵解闭锁”条件满足时，解除该支路失灵保护电压闭锁，保证失灵保护可靠动作。
当保护向母联（分段）断路器发出跳闸命令后，经过整定延时后，母联（分段）电流大于母联（分段）失灵电流整定值时，母联（分段）失灵保护经过差动复合电压闭锁开放后切除相关母线上的所有连接元件。母联（分段）失灵保护功能是固定投入的。只有母联（分段）开关作为联络开关时，才启动母联（分段）失灵保护，
4母联分段死区保护
当故障发生在母联（分段）开关与母联（分段）CT之间时（如图一），在差动保护发出母线跳闸命令且母联断路器已跳开，但母联（分段）CT仍然有电流，且大差元件及断路器侧小差元件不返回的情况下，经一定延时后判定为死区故障，母联（分段）CT退出小差计算，母联（分段）死区保护经母线差动复合电压闭锁后切除相关母线。
图二
如图二，在I母及II母并列运行时发生母联死区故障，母线差动保护动作切除I母线及母联开关，装置检测母联开关处于分位后经150ms延时确认分列状态，母联电流不计入小差电流，以打破II母小差平衡，最终母差保护动作切除母联死区故障。母线分列运行时母联（分段）开关与母联（分段）CT之间发生故障，由于母联（分段）开关分位已确认，母联（分段）电流本就不计入小差电流，母联故障母线差动保护满足动作条件，直接切除故障母线，避免了故障切除范围的扩大。
5母联（分段）充电于死区保护
国网标准化设计规范要求，“母线保护应能自动识别母联（分段）的充电状态，合闸于死区故障时，应瞬时跳母联（分段），不应误切除运行母线”。对于以往常规的母线保护逻辑，若母联充电至死区故障（母联CT靠近无源母线），因没有故障电流流过母联CT，无法通过启动充电保护来闭锁差动保护并切除母联开关，差动保护将切除运行母线。
为适应国网标准化的要求，南瑞科技NSR-371型母线保装置和深瑞BP-2CA/D-G型母线保护装置的母联充电于死区故障保护逻辑大致相同，逻辑如下：（1）正常运行状态下，母差进行充电预备状态监测；差动启动时，检测到TWJ为“1”（或返回小于1000ms），且手合接点有效（“0”->“1”后展宽1000ms），则闭锁母线启动充电至死区保护。（2）充电至死区保护一旦启动后，展宽300ms，展宽结束后，或者手合接点有效、母联（分段）无流的两者中任一条件不满足，充电至死区保护退出，同时开放母线差动保护出口。（3）充电至死区保护投入期间，若大差判据满足则出口跳母联。6CT断线及PT断线对母差保护的影响
当线路、变压器支路发生CT断线时，为了防止母差保护误动，当任一相大差电流大于