摘 要：電力是我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、人民生活水平提高的重要保障，發(fā)電廠又是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。主要針對(duì)發(fā)電廠的母線故障的原因與危害，探討了母線差動(dòng)保護(hù)在發(fā)電廠的重要性，介紹了微機(jī)母線保護(hù)的優(yōu)越性，分析了雙母線同時(shí)運(yùn)行時(shí)的母線差動(dòng)保護(hù)和微機(jī)母線差動(dòng)保護(hù)。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；母線故障；微機(jī)母線保護(hù)；母線差動(dòng)保護(hù)

引言

母線是將發(fā)電廠中的發(fā)電機(jī)、變壓器以及各種電氣設(shè)備連接起來的導(dǎo)線，是電能集中和供應(yīng)的樞紐，是電力系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成元件。運(yùn)行時(shí)，由于母線熱效應(yīng)影響，絕緣不斷老化，相間短路故障和單相接地故障時(shí)有發(fā)生，因此不僅要根據(jù)現(xiàn)場要求選用合理的母線材料、橫截面積，而且還要裝設(shè)相應(yīng)的母線保護(hù)裝置。

1 發(fā)電廠的母線故障

1.1 母線故障的原因與危害

造成母線故障的原因如下：母線絕緣裝置發(fā)生閃絡(luò)或者損壞，閃絡(luò)達(dá)到一定條件時(shí)將絕緣擊穿；母線電流互感器二次側(cè)斷線引起的斷路器誤動(dòng)；母線型號(hào)或橫截面選擇不符合要求，熱效應(yīng)加速絕緣老化，長期運(yùn)行必定會(huì)造成絕緣擊穿；人為的誤碰和誤操作，導(dǎo)致母線保護(hù)誤動(dòng)，擴(kuò)大了停電面積。母線發(fā)生故障，使故障母線連接的所有斷路器都將動(dòng)作，所有支路被迫停電或連接到無故障母線恢復(fù)供電。與此同時(shí)，母線故障嚴(yán)重時(shí)，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性，有可能擴(kuò)大停電面積，危及電氣設(shè)備安全，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，因此，必須采取行之有效的措施預(yù)防母線故障和減小故障所造成的損失。

1.2 母線故障的解決方法

（1）利用相鄰電氣設(shè)備的保護(hù)裝置切除母線故障：由于母線保護(hù)線路繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦人為的誤碰、誤操作都極容易使與母線保護(hù)相連的線路被切除，造成大面積停電和經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)于保護(hù)速動(dòng)性要求不嚴(yán)格的場合可以不設(shè)專門的母線保護(hù)，而是利用母線相鄰元件的保護(hù)將故障切除。（2）裝設(shè)專門的母線保護(hù)：利用母線相鄰元件的保護(hù)切除母線故障雖有一定效果，但繼電器動(dòng)作時(shí)間較長，速動(dòng)性較差，電壓下降比較嚴(yán)重，有可能導(dǎo)致電壓崩潰，破壞了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因此當(dāng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和供電可靠性無法保障時(shí)，需要裝設(shè)專門的母線保護(hù)。為了滿足繼電保護(hù)的選擇性和速動(dòng)性要求，雙母線和分段單母線都應(yīng)分別裝設(shè)母線保護(hù)裝置，快速有選擇性地切除故障母線。對(duì)速動(dòng)性有嚴(yán)格要求的發(fā)電廠也要裝設(shè)相應(yīng)地母線保護(hù)裝置。

2 母線差動(dòng)保護(hù)

2.1 母線差動(dòng)保護(hù)的原理和分類

為了滿足繼電保護(hù)的可靠性、選擇性、靈敏性、速動(dòng)性要求，母線保護(hù)多采用差動(dòng)保護(hù)原理。差動(dòng)保護(hù)的原則是：正常運(yùn)行和母線區(qū)外故障時(shí)，流入差動(dòng)繼電器和流出差動(dòng)繼電器的電流相等；母線故障時(shí)，母線所連接的支路向短路點(diǎn)輸送短路電流，支路電流為零；正常故障和母線區(qū)域外故障時(shí)，至少有一條支路電流和其他支路電流相反，母線故障時(shí)，電流都是流向故障點(diǎn)，相位相同。母線差動(dòng)保護(hù)分為母線電流差動(dòng)保護(hù)和電流相位比較式差動(dòng)保護(hù)。母線電流差動(dòng)保護(hù)按照保護(hù)范圍分為完全差動(dòng)和不完全差動(dòng)，完全差動(dòng)保護(hù)其動(dòng)作電流按照躲開短路故障時(shí)的最大不平衡電流整定，由于母線差動(dòng)保護(hù)電流回路線路繁多，因此電流互感器二次側(cè)斷線幾率較大，動(dòng)作電流還應(yīng)該躲開最大負(fù)荷電流。不完全差動(dòng)保護(hù)是將有源支路和無源支路區(qū)分對(duì)待，只將連接在母線的有源電路的電流接入差流回路，無源支路的電流不接入差流回路，故無源支路故障是母線差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)的故障，其動(dòng)作值整定有特殊要求，動(dòng)作值大于最大負(fù)荷電流之和時(shí)，這樣保護(hù)才不會(huì)誤動(dòng)。

2.2 雙母線同時(shí)運(yùn)行時(shí)的母線差動(dòng)保護(hù)

當(dāng)供電系統(tǒng)單母線運(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)生故障所有支路無法向負(fù)荷正常供電，或者全部轉(zhuǎn)接到其他母線恢復(fù)供電。為了保證負(fù)荷的連續(xù)運(yùn)作，重要的發(fā)電廠都采用雙母線方式運(yùn)行，母線斷路器處于投入狀態(tài)。雙母線差動(dòng)保護(hù)包括：雙母線固定連接方式的完全電流差動(dòng)保護(hù)和母線電流相位比較式差動(dòng)保護(hù)。雙母線固定連接方式的完全電流差動(dòng)保護(hù)按照運(yùn)行時(shí)的要求，兩條母線各自承擔(dān)一半的電源和負(fù)荷，工作原理是其由三組差動(dòng)保護(hù)組成，每一組由電流互感器和差動(dòng)繼電器組成，每一組的電流互感器和差動(dòng)繼電器負(fù)責(zé)相應(yīng)地故障，通過判斷二次故障電流和不平衡電流進(jìn)行動(dòng)作，單獨(dú)反映一條母線故障的差動(dòng)稱之為小差動(dòng)，同時(shí)反映兩條母線故障的差動(dòng)稱之為大差動(dòng)。雙母線固定連接方式的完全電流差動(dòng)保護(hù)原理簡單，接線方便，其具有不錯(cuò)的選擇性，但其靈活性受一定限制。母聯(lián)電流相位比較式差動(dòng)保護(hù)在靈活性上是對(duì)雙母線固定連接方式的完全電流差動(dòng)保護(hù)的更好的完善，因此得到了廣泛的應(yīng)用，尤其適合應(yīng)用在雙母線連接支路運(yùn)行方式經(jīng)常改變的母線上。母聯(lián)相位差動(dòng)保護(hù)的核心是總電流差動(dòng)繼電器，電力系統(tǒng)正常運(yùn)行保護(hù)外故障時(shí)，其不會(huì)啟動(dòng)，不發(fā)出跳閘信號(hào)，母聯(lián)保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)，流過總電流差動(dòng)繼電器的電流相位不隨母線故障而變化，但母線故障決定了電流流過母聯(lián)的方向，因此故障線路可以根據(jù)流過總差流繼電器和母聯(lián)上的電流相位而判斷。母聯(lián)相位差動(dòng)保護(hù)母線上的支路連接方式靈活多變，克服了靈活性不足的缺點(diǎn)。

2.3 微機(jī)母線差動(dòng)保護(hù)

微機(jī)保護(hù)作為最前沿的繼電保護(hù)，憑借其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力，處理能力，存儲(chǔ)能力得到了飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。微機(jī)保護(hù)的核心是微處理器，當(dāng)前微處理器主要包括單片機(jī)和DSP，單片機(jī)優(yōu)越性體現(xiàn)在體積小、功耗低、控制能力強(qiáng)；DSP有點(diǎn)是具有強(qiáng)大的計(jì)算量力和超快的運(yùn)算速度。兩者的結(jié)合是微處理器主流的發(fā)展趨勢。微機(jī)保護(hù)的軟件部分包括主程序和中斷服務(wù)程序，主程序包括初始化、全面自檢、開放及等待中斷程序；中斷服務(wù)程序包括數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)以及動(dòng)作的判定。母線保護(hù)中也采用微機(jī)母線差動(dòng)保護(hù)，其原理是通過采集母線上的三相電流，再經(jīng)過各自模擬量輸入接口、數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)字量輸出接口，最后按照主程序的設(shè)定完成各自的母線保護(hù)功能。微機(jī)母線差動(dòng)保護(hù)采用比率制動(dòng)特性的母線電流差動(dòng)保護(hù)，動(dòng)作值躲開母線外部故障時(shí)電流互感器引起的不平衡電流，同時(shí)保障內(nèi)部故障時(shí)的動(dòng)作的靈敏性。220kV以上的微機(jī)母線保護(hù)采用雙重化配置，110kV的微機(jī)保護(hù)一般配置一套保護(hù)裝置，35kV以下的不配置微機(jī)母線保護(hù)。

微機(jī)母線差動(dòng)保護(hù)也有很多急需解決的問題：電流互感器飽和的檢測，故障母線外部發(fā)生故障時(shí)，由于故障電流較大，電流互感器二次側(cè)發(fā)生飽和現(xiàn)象，導(dǎo)致差動(dòng)回路的電流不為零使保護(hù)誤動(dòng)，為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，需在電流互感器二次側(cè)裝設(shè)電流互感器飽和檢測元件；復(fù)合電壓閉鎖元件，當(dāng)人為誤碰差動(dòng)保護(hù)或者開關(guān)失靈保護(hù)出口回路時(shí)，會(huì)導(dǎo)致母線保護(hù)誤動(dòng)，為防止母線保護(hù)誤動(dòng)，每一段母線須裝設(shè)復(fù)合電壓閉鎖元件，只有滿足母線差動(dòng)保護(hù)判斷出故障母線和復(fù)合電壓閉鎖元件動(dòng)作條件時(shí)，斷路器才將故障母線切除；母線運(yùn)行方式的切換和自動(dòng)識(shí)別，根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的需要，母線以雙母線運(yùn)行時(shí)，其所連接的所有支路需要在兩條母線之間進(jìn)行切換，為了保障母線差動(dòng)保護(hù)的可靠性，必須能正確識(shí)別母線的運(yùn)行方式，微機(jī)母線差動(dòng)保護(hù)利用自檢和邏輯處理功能，使隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)的位置信號(hào)正確反映母線的運(yùn)行方式。

3 結(jié)論與展望

綜上所述，為了保證電廠的安全高效生產(chǎn)，保障電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和供電的可靠性，母線保護(hù)必不可少，同時(shí)微機(jī)母線保護(hù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢得到了廣泛的應(yīng)用，但也存在不少急需解決的問題，因此，要想完全解決母線保護(hù)的不足仍任重而道遠(yuǎn)。

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作者簡介：屈志和（1988，3-），男，漢族，籍貫：河南省鄧州市，現(xiàn)供職單位全稱及職稱：陽城國際發(fā)電有限責(zé)任公司，助理工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向：發(fā)電廠繼電保護(hù)。