[科普中国]-中阻抗型母线差动保护

中阻抗式母线差动保护就是在母线保护的差动回路中串联一个阻抗元件，使差动回路的总阻抗介于高阻抗式（减少不平衡电流）和低阻抗式（提高灵敏度）之间（约200Ω左右），既可以大大减小不平衡电流提高动作的选择性，又保证保护的灵敏性，同时，因差动回路的总阻抗主要是有效电阻，动作速度也很快。

简介中阻抗母线差动保护在上世纪八十年代中期通过国家部级鉴定，在当时的历史条件下，其技术指标达到国际水平。该套保护在原理及使用方面有其先进性，在国内的使用数量也较多。

供电公司从1995年开始使用中阻抗母线差动保护，该保护在原理及使用方面比比相式母线差动保护均有较大提高。公司现有的3套中阻抗母线差动保护累计经受了数十次区外故障，二次区内故障考验，正确动作率为100%。在广东省某变电站的110 kV线路发生短路故障，导致该站中阻抗母线差动保护误动，从事故调查的报告来看，主要原因是整流回路中的大功率二极管被反向击穿造成的，省中调针对这个事故开展了中阻抗母线差动保护中的整流二极管进行测试及更换的反措。在这里，结合保护原理定性地分析这次反措的必要性1。

中阻抗母线差动保护原理中阻抗母线差动保护装置采用电流瞬时值测量、比较为基础，区内故障时差动元件、启动元件抢先于电流互感器饱和前动作，故障测量时间短，其核心是带比率制动特性的中阻抗型电流差动继电器。整组动作时间都很短，保护整组动作时间小于10 ms，有利于电力系统的稳定运行。

下面对中阻抗母线差动原理进行简介，中阻抗母线差动保护原理基于以下准则：

1)在电流互感器不发生饱和现象时，测量回路测量到的各单元电流之和在正常运行及母线外部发生故障时为零；在母线内部发生故障时为各短路电流之和。

2)电流互感器因暂态分量中的直流分量或很大的短路电流造成饱和时，其二次回路阻抗将下降；

全饱和时二次输出电流为零，此时，电流互感器二次回路的总阻抗可以用一个总的直流电阻来代替（主要为主变流器二次绕组电阻及电缆电阻）。

3)对母线内部故障而言，空载线路的电流互感器二次回路阻抗可以用相当大的励磁电抗来代替。

4)无论一次流过多大电流，线路电流互感器在故障的最初瞬间不会发生饱和，在1/4-1/2周波内能正确传变一次电流2。

误动原因分析下面就运行中间隔的整流二极管发生反向击穿，中阻抗母线差动保护的动作情况进行分析：

发生区外穿越性短路故障时，当整流回路中相对应的一对二极管动反向击穿后，该回路等同电阻为零的导线，制动电阻两端电势相等，此时制动电压U= 0V。短路电流大部分被该对二极管损坏的回路所短路，小部分流过差动回路，形成差流，两者之间的大小关系除了与装置本身各回路的阻抗特性有关，主要还与故障时各运行线路的等值阻抗大小有关，具体的数学公式由于缺乏有关参数无法进行定量分析。此时，相当于母差保护失去制动特性，一旦差动电流大于动作门槛，母差保护就可以动作。

对于整流回路中的一只二极管击穿后，制动电压为流经上半个制动电阻所产生的压降，制动电压U、的方向与差动电压的方向相同，制动电压反而对差动元件产生动作助增的作用，比上一种情况更加容易使保护误动。

整流回路二极管发生反向击穿的危害：

1)使正常的二极管承受的反向电压增大一倍。

2)使正常的二极管承受的正向导通电流增大一倍。

3)使整套保护失去制动特性，区外故障时，差动保护可能误动。差动保护动作特性曲线变为一条平行直线，差流与外部故障电流的大小及当时运行方式有关。

厂家基于对整流回路中二极管选型考虑了较高的裕度，认为整流回路中的二极管击穿的可能性较低，在调试大纲中对母线差动保护的制动特性不要求用户测试，可以说，整流回路中二极管的正常与否，是保证母线差动保护制动特性的前提条件。

在此次中阻抗母线差动保护误动后开展的反措的过程中，供电公司其中一套保护的差流整流回路中的二极管发生接近软击穿现象，用500V摇表测量，仅5MΩ。根据故障时短路电流在整流回路中的分配情况，在短路电流较大的枢纽变电站，某只二极管将承受所有的故障电流的总和，在短路电流较大时，会导致二极管损坏，并造成其他二极管工作条件恶劣，二极管元器件损坏的情况增加，使事故扩大。

所以此次中阻抗母线差动保护整流回路中二极管开展的反措是很有必要的，而且在执行反措的过程中，还对差电流整流回路、引导二极管等相关回路进行了检查，因为这些二极管的作用同样很重要。

但由于中阻抗母线差动保护整流回路的二极管存在老化损坏的可能，而且在运行中无法进行实时监测，为了防止类似的事故发生，建议在今后安排更换为微机型母差保护2。

总结由于晶体管保护元件的不可靠性造成了保护的误动，除了继续改进硬件回路、增强继电保护人员的水平外，使用先进可靠的保护，才能避免事故的再次发生3。

本词条内容贡献者为:

邱学农 - 副教授 - 济南大学