一、装设母线保护基本原则（一）母线的短路故障母线是电力系统中的重要的一次设备，母线的作用是集中和分配电能。

母线上接有高压线路、变压器、高压电动机、分段和母线联络断路器等设备。

若母线发生故障，将使接于母线上的所有设备断路器动作，使其上的全部设备被迫停电，造成大面积停电，危及设备安全，甚至使电力系统稳定性遭到破坏，导致电力系统崩溃瓦解。

常见的母线故障有母线绝缘子和断路器套管的闪络或损坏、母线电压互感器、母线与断路器之间的电流互感器的故障、运行人员的误操作等。

母线所表现出的故障类型有各种类型的接地短路和相间短路。

（二）、母线故障的保护方式母线保护的方式有两种：一是利用供电元件的保护兼作母线保护；另一种是采用专用母线保护。

1.供电元件保护兼作母线保护（1）图1-1为一降压变电所，其低压侧采用单母线分段接线，正常运行时QF5断开，则母线K点的故障就可以由变压器T1的过电流保护使QF1及QF2跳闸切除故障。

变压器T1的过电流保护兼作母线保护。

图1-1 变压器过电流保护兼作低压母线故障保护图 1-2 发电机过电流保护兼作母线故障保护（2）图1-2为一单母线接线的发电厂，其母线K点故障可以由发电机过电流保护使QF1及QF2跳闸切除故障。

发电机过电流保护兼作母线保护。

（3）图1-3为双侧电源辐射性电网，在B母线上发生故障时，可以利用线路断路器QF1及QF4所对应的保护的第Ⅱ段将故障切除。

图1-3 双侧电源辐射性电网线路保护兼作母线故障保护2.专用母线保护当利用供电元件的保护装置兼作母线保护来切除母线故障时，故障切除的时间较长，而且当母线为单母线或双母线接线时，上述保护不能有选择性的切除故障母线。

因此应装设专用母线保护。

根据《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，在下列情况下应装设专用母线保护：（1）110kV及以上双母线或分段母线，为了保证有选择性地切除任一条母线故障。

（2）110kV单母线、重要发电厂35kV母线或110kV及以上的重要降压变电所的35kV母线，按照电力系统稳定性和保证母线电压等要求，需要快速切除母线上故障时。

为满足速动性和选择性的要求，母线保护都是按照差动原理构成。

即不管母线上有多少电气元件，都可以利用各元件电流之和（即公式）在正常运行或外部故障时为零，在内部故障时为短路点总电流。

对于重要的220～500kv的超高压变电站按照要求应当装设母线保护以保证系统稳定性，而对于500kv和重要的220kv变电站配置双重化的母线保护。

另对于母线故障要求有选择性切除故障及快速切除母线故障的变电站也可装设专用母线保护。

对于低压母线当在母线发生故障时如无专用母线保护则只能靠变压器后备保护及相邻的其它保护切除母线故障。

（三）、母线保护类型母线保护一般采用差动原理构成，包括完全电流母差保护、不完全电流母差保护及电流相位比较式母差保护。

大多数母差保护采用完全电流母差保护，在中低压母差保护当负荷支路很多时则可采用不完全电流母差保护，对于电流相位比较式母差保护则极少采用了。

母差保护按差动回路中的电阻大小分类可分为低阻抗型、中阻抗型和高阻抗型母线差动保护。

传统的母线差动保护及微机型母线保护大多是低阻抗型。

接于差流回路的电流继电器阻抗很小，在内部短路时，电流互感器(1A)的负担小，二次电压低，因而饱和度小，误差小。

需要解决区外故障不平衡电流问题、饱和问题及非周期分量问题。

高阻抗型母线差动保护由于易引起内部高压已不用。

中阻抗型母线差动保护的差电流回路电阻介于高阻抗型和低阻抗型之间，其差动回路总电阻约有200欧姆左右，因而也可大大减小外部短路时进入继电器的不平衡电流，并与制动回路相配合，可以保证保护动作的选择性。

对母线保护要求：a．母线保护应当能正确区分母线区内和区外故障，区内故障应快速动作。

b．母线保护应当有抗饱和措施以防止区外由于饱和而误动，且当由区外转到区内时应当能够正确动作。

c．母线保护应具有规定的灵敏度，且对构成环路的各类母线(如一个半断路器接线、双母线分段接线等)，保护不应因母线故障时流出母线的短路电流影响而拒动d．母线保护应当有很高的可靠性，对双母线的母线应通过复压闭锁。

e．微机性母线保护应当能自动适应运行方式的变化，包括双母线接线对故障母线的选择，刀闸切换时位置元件切换及母线充电合闸于有故障母线等情况。

f．母线保护可允许不同变比的TA一起使用。

g．当交流电流回路不正常或断线时应闭锁母线差动保护，并发出告警信号，对一个半断路器接线可以只发告警信号不闭锁母线差动保护。

二、母线保护配置2.1 220kv母线保护配置220kv母线保护功能一般包括母线差动保护，母联相关的保护（母联失灵保护、母联死区保护、母联过流保护、母联充电保护等），断路器失灵保护。

对重要的220kv母线应当实现双重化，配置两套母线保护。

2.2 500kv母线保护配置500kv母线往往采用3/2接线，相当于单母线接线，因此其母线保护相对简单，一般仅配置母线差动保护，断路器失灵保护往往置于断路器保护中。

3/2接线的母线其据动的危害性远大于误动，所以母线保护实现双重化甚至三重化。

三、母线差动保护3.1 整体构成母线差动保护一般由启动元件、差动元件、抗饱和元件等构成。

启动元件一般有和电流突变量启动元件、差电流启动、工频变化量突变量启动等。

3.2母线差动保护差动元件母线差动保护的主要元件是差动继电器，其基本原理是利用差动原理。

母线正常运行时：母线发生故障时：对采用完全电流母线差动保护来讲，将连接到母线上的所有支路的电流相量和的绝对值Icd作为动作判据。

理论上正常运行及区外故障时Icd等于0，内部故障时Icd增大差动继电器动作，实际构成时为防止区外故障时由于TA的各种误差及饱和等原因造成的不平衡电流增大使差动继电器误动采用各种带制动特性的差动继电器。

常见的母线差动元件有常规比率母差元件、工频变化量比率差动、复式比率差动等。

这些差动元件的差动电流均相同，制动电流选取有差异，因而在区外故障及区内故障时制动能力和动作灵敏度均有差异，但作用都是在区外故障时让动作电流随制动电流增大而增大使之能躲过区外短路产生的不平衡电流，而在区内故障时则希望差动继电器有足够的灵敏度。

对于母线分段等形式的母线保护，为了能有选择性的仅切除故障母线采用多个差动元件来满足要求，即设置一个大差动元件和每段母线的小差动元件。

大差动元件将所有母线的支路的电流（不包括分段或母联）加入差动继电器，即将所有母线作为一个整体来保护，其作用是区分是否在母线上发生故障，各段母线的小差动元件则仅将该段所有支路电流（包括与该段相联的分段及母联）接入，即仅将该段作为保护对象，用于区分是否在该段母线上发生故障，当在该段母线发生故障时，大差动和该段差动同时动作时仅将该段母线切除。

简而概之，“大差判故障，小差选母线“。

在差动回路中应注意TA极性的问题，一般各支路TA极性为母线侧；母联断路器可在I母侧（如RCS915）或Ⅱ母侧(BP-2B)。

如果TA极性不满足装置的规定则将可能导致母差保护误动或拒动，因此应重视。

3.2.1 常规比率差动元件常规比率差动元件的制动电流选为所有支路电流的绝对值相加，其动作判据如下：（1）（2）其中：为比率制动系数；为第j个连接元件的电流；为差动电流起动定值。

3.3.2 工频变化量差动元件该元件的差动电流和制动电流均用短路时的工频故障量构成，其余的动作构成同常规比率差动，由于采用了故障分量不反应负荷电流，所以在区内故障时动作灵敏度较高。

动作判据如下：（1）（2）其中为工频变化量比例制动系数；△Ij为第j个连接元件的工频变化量电流；△DIT 为差动电流起动浮动门坎；DIcdzd为差流起动的固定门坎,由Icdzd得出。

3.2.3 复式比率差动元件复式比率差动元件的特点在于其制动量引入了差动电流，即制动电流选为常规比率差动元件的制动电流与差动电流之差，这样在理论上区外故障有较强的制动，区内故障无制动，因此能更明确地区分区外故障和区内故障及提高区内故障时的灵敏度。

实际运用中，复式比率制动和常规差动保护特性可相互对应。

动作表达式为：其中Id为母线上各元件的矢量和，即差电流。

Ir为母线上各元件的标量和，即和电流。

Idset为差电流门坎定值；Kr为复式比率系数（制动系数）3.3 母线差动保护复压闭锁元件为了防止在正常情况下由于TA回路异常及其它原因造成的差动元件误启动，对于除3/2接线的其它母线差动保护均需复压元件闭锁，在复压闭锁元件开放时允许差动元件出口。

复压闭锁元件由低电压、零序过压、复压元件构成，其判据为：Uφ≤Ubs；3U0≥U0bs；U2≥U2bs其中Uφ为相电压，3U0为三倍零序电压、U2为负序相电压，Ubs 为相电压闭锁值，U0bs和U2bs分别为零序、负序电压闭锁值。

以上三个判据任一个动作时，电压闭锁元件开放。

低电压判据也可以采用线电压进行判断，如BP2B；RCS915采用相电压。

在整定时应保证在母线发生各种故障（包括高阻接地）时能有足够的灵敏度。

3.4 母线差动保护的抗饱和元件在母线近端发生区外故障时，有可能因为TA饱和而导致出现很大的不平衡电流（差流）而使母线差动保护误动。

比率制动的母差保护其制动系数K直接影响到其抗TA饱和能力，为提高抗饱和能力必须提高K值，而提高K值势必降低保护在区内故障时的灵敏度，尤其在重负荷下故障或经过渡电阻故障时矛盾更为突出。

因此为了防止区外故障TA严重饱和导致母差误动，需配置抗饱和元件来解决，当发现差动元件的差流是由于区外饱和引起的则闭锁差动元件，否则开发差动元件。

抗饱和元件的关键是如何正确识别TA饱和以及区外转到区内时能够快速开放差动保护。

大多数的抗饱和元件的方法是所谓的同步识别法，即根据TA在线性传变区时能正确输出一段时间，此时差动元件不会动作，在饱和后才会有差流使差动元件动作，因此饱和时差动动作慢，而电压元件动作快，二者动作不同步；区内故障时，则电压元件和差动元件几乎同时快速动作，二者同步。

常见的饱和识别元件有：a.谐波制动原理检测饱和：利用TA 饱和时差流波形畸变和每周波存在线性传变区等特点，根据差流中谐波分量的波形特征检测TA是否发生饱和。

b.自适应阻抗加权原理：利用工频变化量差动元件△BLCD，工频变化量阻抗元件△Z和工频变化量电压元件△U在区内外动作速度差异进行识别。

当发生母线区内故障时，△BLCD 和△Z 与△U 基本同时动作；而发生母线区外故障时，由于故障起始TA 尚未进入饱和，△BLCD 元件和△Z 元件的动作滞后于△U。

c.自适应全波暂态监视器：通过判别区内故障情况下截然不同于区外故障发生TA饱和情况下元件与元件的动作时序，以及利用了TA饱和时差电流波形畸变和每周波都存在线形传变区等特点，可以准确检测出饱和发生的时刻，具有极强的抗TA饱和能力。