双母线同时运行时，母线保护的实现方法

8.1.4　双母线同时运行时，母线保护的实现方法

对于双母线经常以一组母线运行的方式，在母线上发生故障后，将造成全部停电，需把所连接的元件倒换至另一组母线上才能恢复供电，这是一个很大的缺点。为此，在发电厂以及重要变电所的高压母线上，一般都采用双母线同时运行（母线联络断路器经常投入），而每组母线上连接一部分（大约1／2）供电和受电元件的方式，这样当任一组母线上故障后，就只影响到一半的负荷供电，而另一组母线上的连接元件则仍可以继续运行，这就大大的提高了供电的可靠性。此时就必须要求母线保护具有选择故障母线的能力，现就几种实现方法分析说明如下。

1）双母线同时运行时，元件固定连接的电流差动保护

（1）双母线同时运行时，元件固定连接的电流差动保护的主要部分由三组差动保护组成。如图8.11（a）所示，第一组由电流互感器1、2、5和差动继电器CJ₁组成，用以选择第Ⅰ组母线上的故障；第二组由电流互感器3、4、6和差动继电器CJ₂组成，用以选择第Ⅱ组母线上的故障；第三组实际上是由电流互感器1、2、3、4和差动继电器CJ₃组成的一个完全电流差动保护，当任一组母线上发生故障时，它都启动，而当母线外部故障时，它不动作，在正常运行方式下，它作为整个保护的启动元件，当固定连接方式破坏并保护范围外部故障时，可防止保护的非选择性动作。

图8.11　双母线同时运行时，元件固定连接的电流差动保护单相原理接线图

（2）图8.12所示的是当正常运行及母线外部（d点）短路时，流经继电器CJ₁、CJ₂和CJ₃的电流均为不平衡电流，保护装置已从定值上躲开，不会误动作。

（3）图8.13所示的是当第Ⅰ组母线上（d点）短路时，由电流的分布情况可见，继电器CJ₁和CJ₃中流入全部故障电流，而继电器CJ₂中为不平衡电流，于是CJ₁和CJ₃启动。由图8.11（b）可见，CJ₃动作后启动ZJ₃，即可使母线联络断路器DL₅跳闸。CJ₁动作后启动ZJ₁，随即使DL₁和DL₂跳闸，并发出相应的信号。这样就把发生故障的第Ⅰ组母线从电力系统中切除了，而没有故障的第Ⅱ组母线仍可继续运行。同理可以分析当第Ⅱ组母线上某点短路时，只有CJ₂和CJ₃动作，最后使DL₃、DL₄和DL ₅跳闸切除故障。

图8.12　按正常连接方式运行时，保护范围外部故障的电流分布

图8.13　按正常连接方式运行时，第I组母线上故障的电流分布

在固定连接方式破坏时，保护装置的动作情况将发生变化。例如当线路1自母线Ⅰ切换到母线Ⅱ上工作时，由于差动保护的二次回路不能随着切换，因此，按原有接线工作的Ⅰ、Ⅱ两组母线的差动保护都不能正确反映母线上实际连接元件的∑I（应等于零）之值，因而在CJ₁和CJ₂中将出现差电流。在这种情况下保护的动作将无法选择在哪一组母线上发生了故障。

综上所述，当母线按照固定连接方式运行时，保护装置可以保证有选择地只切除发生故障的一组母线，而另一组母线可继续运行；当固定连接方式破坏时，任一母线上的故障都将导致切除两组母线。因此，从保护的角度来看，就希望尽量保证固定连接的运行方式不被破坏，这就必然限制了电力系统运行调度的灵活性，这是该保护的主要缺点。

2）双母线同时运行的母联相位差动保护

这种保护是在具有固定连接元件的母线电流差动保护的基础上，改进的成果，它基本上克服了上述保护缺乏灵活性的缺点，使之更适于作母线连接元件运行方式常常改变的母线保护。

保护装置的原理接线如图8.14所示，它利用比较母联中电流与总差电流的相位作为故障母线的选择元件。这是因为当第Ⅰ组母线上故障时，流过母联的电流是由母线Ⅱ流向母线Ⅰ，而当第Ⅱ组母线上故障时，则流过母联的电流是由母线Ⅰ流向母线Ⅱ。在这两种故障情况下，母联电流的相位变化了180°，而总差电流是反应母线故障的总电流，其相位是不变的。因此，利用这两个电流的相位比较，就可以选择出故障母线。基于这种原理，当母线上故障时，不管母线上的元件如何连接，只要母联中有电流流过，则选择元件就能够正确动作，因此，对母线上的元件就无需提出固定连接的要求，这是它的主要优点。其工作原理如下：

（1）保护装置的主要部分由总差动电流回路、相位比较回路和相应的继电器组成。

总差动电流回路由母线上连接元件（不包括母联断路器）的电流互感器的二次回路组成，母联断路器的电流互感器的二次回路单独引出，以便接入相位比较回路。

图8.14　母联相位差动保护的原理接线图

在总差动回路中接有保护装置的启动元件LJ，其作用与固定连接式母线保护中的CJ₃相同，只当母线范围内部故障时它才动作。选择元件是电流相位比较式继电器。电流相位比较式继电器是由中间变流器ZLH、整流滤波回路B₁、C₁和B₂、C₂以及极化继电器JJ₁和JJ₂组成，并由相位比较式继电器比较总差电流的相位。电流相位比较式继电器按幅值比较的方式构成，可以双方向动作。如将比较相位的两个电流转化为比较幅值的两个量，则比较幅值的两个量应为为此采用了中间变流器ZLH以进行磁通的综合。如图8.14（a）所示，在ZLH右侧边柱上，磁通为因此，在二次线圈W₂中的输出电压而在左侧边柱上，磁通为因此，在W3中的输出电压整流滤波之后，即可得到比较幅值的两个电压。

相位比较继电器的执行元件是两个极化继电器JJ₁和JJ₂，内部接线如图8.14（b）所示。U ₂整流后接于JJ₁的工作线圈和JJ₂的制动线圈上，而U ₃整流后则接于JJ₂的工作线圈和JJ₁的制动线圈上。这样接线以后，当第Ⅰ组母线上故障时同相位，因此，中的工作电流大于制动电流，而JJ₂中的制动电流大于工作电流，结果JJ₁动作，JJ₂不动作；反之，当第Ⅱ组母线上故障时，相位相差，因此，同上分析则JJ₂动作，JJ₁不动作。

为提高选择元件工作的可靠性，在正常运行情况下，JJ₁和JJ₂的两组线圈中通过电阻R₃和启动元件LJ的常闭触点，都加入一个附加的制动电流，使它处于闭锁状态，仅当母线发生故障，LJ动作以后，此附加制动电流才取消，JJ₁和JJ₂将根据相位比较的结果而动作。

（2）母线外部故障时，差动回路中仅有不平衡电流，启动元件LJ不动作，同时，选择元件因启动元件不动作亦继续处于闭锁状态，因此保护装置不可能动作。

（3）母线内部故障时，差动回路电流I_cd永远反应故障点的总电流，与故障母线的组别无关。此时LJ动作，其常开触点启动母联断路器DL₅的跳闸继电器5ZJ，并为启动1ZJ～4ZJ跳闸继电器的回路准备好正电源，其常闭触点则解除对JJ₁和JJ₂的制动。

当第Ⅰ组母线上故障时，根据以上分析，选择元件JJ₁动作，如图8.14（c）所示，其触点经电压闭锁继电器的触点YJ₁而启动该母线上连接元件的跳闸继电器1ZJ和2ZJ。

当第Ⅱ组母线上故障时，根据以上分析，选择元件JJ₂动作，其触点经电压闭锁继电器的触点YJ₂而启动该母线上连接元件的跳闸继电器3ZJ和4ZJ。

（4）保护装置的电压闭锁元件为两组低电压继电器，如图8.14（c）中的YJ₁和YJ₂，分别接到两组母线的电压互感器二次侧线电压上，能反映母线上各种类型的故障，其作用有以下几点：

①在正常运行情况下，低电压继电器YJ₁和YJ₂均不启动，因此将保护闭锁，可以防止各种原因引起的保护误动作；

②当母联断路器因故退出运行时，由于I_m＝0，则选择元件将无法工作，此时可以投入刀闸G，解除JJ₁和JJ₂的作用。在这种情况下，可用电压闭锁元件作为保护装置的选择元件，以选出发生故障的母线。这是因为，当母联断开运行时，一组母线上发生故障后，在一般情况下，故障母线上的电压很低，而非故障的母线上电压较高，因此利用低电压继电器并经过适当的整定以后，就可能选出故障的母线；

③根据选择性的要求，当任一组母线上故障时，保护装置应动作切除该母线上的全部连接元件，又根据系统运行方式的需要，每个连接元件都有可能运行在第Ⅰ组或第Ⅱ组母线上，因此，在各连接元件断路器的跳闸回路中均装设了切换连接片QK，如图8.14（d）所示。根据连接片切换位置的不同，可分别由任一母线跳闸继电器断开某元件的断路器。

3）电流比相式母线保护的应用

当前面所讲的电流比相式母线保护应用于双母线上时，应在每组母线上装设一套电流比相式保护，此时，可通过切换装置（见图8.6）使保护装置二次回路的工作与一次系统连接的方式相适应，以保证动作的选择性，同时也能克服元件固定连接时母线差动保护的缺点。