母线保护小知识

但是随着电网微机保护技术的普及和微机型母差保护的不断完善，以中阻抗比率差动保护为代表的传统型母差保护的局限性逐渐体现出来。从电流回路、出口选择的抗饱和能力等多方面，传统型的母差保护与微机母差保护相比已不可同日而语。尤其是随着变电站自动化程度的提高，各种设备的信息需上传到监控系统中进行远方监控，使传统型的母差保护无法满足现代变电站运行维护的需要。 

下面通过对微机母差保护在500 kV及以下系统应用的了解，依据多年现场安装、调试各类保护设备的经验，对微机母差保护与以中阻抗比率差动保护为代表的传统型母差保护的原理和二次回路进行对比分析。 

1微机母差保护与比率制动母差保护的比较 

1.1微机母差保护特点 

a. 数字采样，并用数学模型分析构成自适应阻抗加权抗TA饱和判据。 

b. 允许TA变比不同，具备调整系数可以整定，可适应以后扩建时的任何变比情况。 

c. 适应不同的母线运行方式。 

d. TA回路和跳闸出口回路无触点切换，增加动作的可靠性，避免因触点接触不可靠带来的一系列问题。 

e. 同一装置内用软件逻辑可实现母差保护、充电保护、死区保护、失灵保护等，结构紧凑，回路简单。 

f. 可进行不同的配置，满足主接线形式不同的需要。 

g. 人机对话友善，后台接口通讯方式灵活，与监控系统通信具备完善的装置状态报文。 

h. 支持电力行业标准IEC 608705103规约，兼容COMTRADE输出的故障录波数据格式。 

1.2基本原理的比较 

传统比率制动式母差保护的原理是采用被保护母线各支路(含母联)电流的矢量和作为动作量，以各分路电流的绝对值之和附以小于1的制动系数作为制动量。在区外故障时可靠不动，区内故障时则具有相当的灵敏度。算法简单但自适应能力差，二次负载大，易受回路的复杂程度的影响。 

但微机型母线差动保护由能够反映单相故障和相间故障的分相式比率差动元件构成。双母线接线差动回路包括母线大差回路和各段母线小差回路。大差是除母联开关和分段开关外所有支路电流所构成的差回路，某段母线的小差指该段所连接的包括母联和分段断路器的所有支路电流构成的差动回路。大差用于判别母线区内和区外故障，小差用于故障母线的选择。 

这两种原理在使用中最大的不同是微机母差引入大差的概念作为故障判据，反映出系统中母线节点和电流状态，用以判断是否真正发生母线故障，较传统比率制动式母差保护更可靠，可以最大限度地减少刀闸辅助接点位置不对应而造成的母差保护误动作。 

1.3对刀闸切换使用和监测的比较 

传统比率制动式母差保护用开关现场的刀闸辅助接点，控制切换继电器的动作与返回，电流回路和出口跳闸回路都依赖于刀闸辅助接点和切换继电器接点的可靠性，刀闸辅助接点和切换继电器的位置监测是保护屏上的位置指示灯，至于继电器接点好坏，在元件轻载的情况下无法知道。 

微机保护装置引入刀闸辅助触点只是用于判别母线上各元件的连接位置，母线上各元件的电流回路和出口跳闸回路都是通过电流变换器输入到装置中变成数字量，各回路的电流切换用软件来实现，避免了因接点不可靠引起电流回路开路的可能。 

另外，微机母差保护装置可以实时监视和自检刀闸辅助触点，如各支路元件TA中有电流而无刀闸位置；两母线刀闸并列；刀闸位置错位造成大差的差电流小于TA断线定值但小差的差电流大于TA断线定值时，均可以延时发出报警信号。微机母差保护装置是通过电流校验实现实时监视和自检刀闸辅助触点，并自动纠正刀闸辅助触点的错误的。运行人员如果发现刀闸辅助触点不可靠而影响母差保护运行时，可以通过保护屏上附加的刀闸模拟盘，用手动强制开关指定刀闸的现场状态。 

1.4对TA抗饱和能力的对比 

母线保护经常承受穿越性故障的考验，而且在严重故障情况下必定造成部分TA饱和，因此抗饱和能力对母线保护是一个重要的参数。 

1.4.1传统型母差保护 

a. 对于外部故障，完全饱和TA的二次回路可以只用它的全部直流回路的电阻等值表示，即忽略电抗。某一支路TA饱和后，大部分不平衡电流被饱和TA的二次阻抗所旁路，差动继电器可靠不动作。 

b. 对于内部故障，TA至少过1／4周波才会出现饱和，差动继电器可快速动作并保持。 

1.4.2微机型母差保护 

微机母差保护抛开了TA电抗的变化判据，使用数学模型判据来检测TA的饱和，效果更可靠。并且在TA饱和时自动降低制动的门槛值，保证差动元件的正确动作。TA饱和的检测元件有两个： 

a. 采用新型的自适应阻抗加权抗饱和方法，即利用电压工频变化量差动元件和工频变化量阻抗元件（前者）与工频变化量电压元件（后者）相对动作时序进行比较，区内故障时，同时动作，区外故障时，前者滞后于后者。根据此动作的特点，组成了自适应的阻抗加权判据。由于此判据充分利用了区外故障发生TA饱和时差流不同于区内故障时差流的特点，具有极强的抗TA饱和能力，而且区内故障和一般转换型故障(故障由母线区外转至区内)时的动作速度很快。 

b. 用谐波制动原理检测TA饱和。这种原理利用了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饱和。该元件抗饱和能力很强，而且在区外故障TA饱和后发生同名相转换性故障的极端情况下仍能快速切除故障母线。 

从原理上分析，微机型母差保护的先进性是显而易见的。传统型的母差判据受元件质量影响很大，在元件老化的情况下，存在误动的可能。微机母差的软件算法判据具备完善的装置自检功能，大大降低了装置误动的可能。 

1.5TA二次负担方面的比较 

比率制动母差保护和微机母差保护都是将TA二次直接用电缆引到控制室母差保护屏端子排上，二者在电缆的使用上没有差别，但因为两者的电缆末端所带设备不同，微机母差是电流变换器，电流变换器二次带的小电阻，经压频转换变成数字信号；而传统中阻抗的比率制动式母差保护，变流器二次接的是165～301 Ω的电阻，因此这两种母差保护二次所带的负载有很大的不同，对于微机母差保护而言，一次TA的母差保护线圈所带负担很小，这极大地改善了TA的工况。 

2差动元件动作特性分析与对比 

2.1比率差动元件工作原理的对比 

常规比率差动元件与微机母差保护工作原理上没有本质的不同，只是两者的制动电流不同。前者由本母线上各元件(含母联)的电流绝对值的和作为制动量，后者将母线上除母联、分段电流以外的各元件电流绝对值的和作为制动量，差动元件动作量都是本母线上各元件电流矢量和绝对值。  

常规比率差动元件的动作判据为： 

式中Id——母线上各支路二次电流的矢量； 

Idset——差电流定值； 

K、Kr——比率制动系数。 

比较上述两判据，当K=Kr／(1＋Kr)，亦即Kr=K／(1－K) 时，常规比率差动和微机母差的复式比率差动特性是一致的。 

2.2区内故障的灵敏性 

考虑区内故障，假设总故障电流为1，流出母线电流的百分比为Ext，即流入母线的电流为1＋Ext。则Id=1,Ir=1＋2Ext,分别带入式（1）和式（3）中。对于常规比率差动元件，由Id≥KIr得：1≥K（1＋2Ext），故： 

综上所述，母线发生区内故障时，即使有故障电流流出母线，汲出电流满足式（4）和式（5）的条件，常规比率差动元件和微机母差的复式比率差动元件仍能可靠动作。 

2.3区外故障的稳定性 

假设穿越故障电流为I，故障支路的TA误差达到δ，则Id=δ，Ir=2±δ。 

对于常规比率差动元件： 

由Id  

综上所述，母线发生区外故障时，常规比率差动和复式比率差动分别允许故障支路TA有式(6)和 式(7)的误差。正误差取前半部分，负误差取后半部分。值得注意的是，在比率制动系数一定的情况下，区外故障允许故障支路TA的正偏差比负偏差大，因为该正偏差使得制动量增大，负偏差使得制动量减小。在实际系统中，母线发生区外故障，故障支路TA饱和时，电流会发生负偏差，因此，正偏差无实际意义。 

据式（4）至式（7）可得出制动系数与允许汲出电流和TA误差关系，详见表1。 

从表1可以看出，常规比率差动元件K=0.6时，对应复式比率差动元件是Kr=1.5，区内故障允许有33％的汲出电流，区外故障允许故障支路TA有75％的负偏差，可见微机母差保护区外故障的稳定性较好。

装置的主保护采用分相式快速虚拟比相式电流突变量保护和比率制动式电流差动保护原理。

快速虚拟比相式电流突变量保护仅在故障开始时投入，然后改用比率制动式电流差动保护。两种

原理保护均设有大差启动元件、小差选择元件和电压闭锁元件。大差启动元件和小差选择元件中

有反映任意一相电流突变或电压突变的启动量，它和差动动作判据一起在每个采样中断中实时进

行判断，以确保内部故障时电流保护正确动作，在同时满足电压闭锁开放条件时跳开故障母线上

所有断路器。其出口逻辑如图4-1 所示。

比率制动式电流差动保护基于电流采样值构建，采取持续多点满足动作条件才开放母线保护

电流元件方式实现。下面的原理分析对于每一个采样时刻均成立，因此在部分公式中省去了采样

时刻标识。

4.2.1 比率制动式电流差动保护原理

装置的稳态判据采用常规比率制动原理。母线在正常工作或其保护范围外部故障时所有流入

及流出母线的电流之和为零（差动电流为零），而在内部故障情况下所有流入及流出母线的电流

之和不再为零（差动电流不为零）。基于这种前提，差动保护可以正确地区分母线内部和外部故

障。

比率制动式电流差动保护的基本判据为：

i1+i2 +Λ + in ≥ I 0 （4.1.1）

I 母电压闭锁开放

I 母小差选择元件动作

大差启动元件动作

II 母小差选择元件动作

II 母电压闭锁开放

& 跳I 母

& 跳II 母

图4-1 双母线方式的保护出口逻辑图

CSC-150 数字式母线保护装置 说明书

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i1+i2 + Λ + in ≥ K ⋅(i1 + i2 +Λ+ in) （4.1.2）

式中i1 、i2 、…、in 为支路电流， K 为制动系数， I 0 为差动电流门坎值。

（4.1.1）式的动作条件是由不平衡差动电流决定的，而（4.1.2）式的动作条件是由母线所有

元件的差动电流和制动电流的比率决定的。在外部故障短路电流很大时，不平衡差动电流较大，

（4.1.1）式易于满足，但不平衡差动电流占制动电流的比率很小，因而（4.1.2）式不会满足，装

置的动作条件由上述两判据“与”门输出，提高了差动保护的可靠性，所以当外部故障短路电流

较大时，由于（4.1.2）式使得保护不误动，而内部故障时，（4.1.2）式易于满足，只要同时满足

（4.1.1）式提供的差动电流动作门槛，保护就能正确动作，这样提高了差动保护的可靠性。比率

制动式电流差动保护动作曲线如图4-2 所示。图中id=i1 + i2 +Λ+ in 为差动电流，

i f = i1 + i2 +Λ + in 为制动电流， K 为制动系数。

4.2.2 虚拟比相式电流突变量保护原理

为了加快差动保护的动作速度，提高重负荷、高阻接地及系统功角摆开时常规比率制动式差

动保护的灵敏度，装置采用了快速虚拟比相式电流突变量保护，该保护和制动系数为0.3 的高灵

敏度常规比率制动原理配合使用。

假设t 时刻母线系统故障，各支路电流为i1t ，i2t ，…，int ，突变量为Δi1t ，Δi2t ，…，Δint ，

前一周正常负荷电流为i1(t−T ) ， i2(t −T ) ， … ， in(t−T ) ， 母线t 时刻的故障电流为

= Σ = Σ( + Δ )= Σ + Σ Δ = Σ Δ = Σ Δ − Σ Δ

=

−

=

+

= = =

−

=

−

=

n

j

jt

n

j

jt

n

j

jt

n

j

jt

n

j

j t T

n

j

j t T jt

n

j

idt i jt i i i i i i i

1 1 1 1 1

( )

1

( )

1

。我们把同一时刻

动

作

区

图4-2 比率制动式电流差动保护动作曲线

id = i f

id = K ⋅ i f

I 0

i f

id

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所有电流正突变量之和Σ Δ

=

+

n

j

i jt

1

虚拟成流入电流，所有电流负突变量之和Σ Δ

=

−

n

j

i jt

1

虚拟成流出电

流，当母线发生区外故障时每一时刻均满足0

1 1

= Σ Δ − Σ Δ =

=

−

=

+

n

j

jt

n

j

idt i jt i ，虚拟流入电流等于虚拟

流出电流，即1

1

1 =

Σ Δ

Σ Δ

=

−

=

+

n

j

jt

n

j

jt

i

i

，此时虚拟流入电流和虚拟流出电流的对应关系如图4-3 所示；当母

线发生区内故障时0

1 1

= Σ Δ − Σ Δ ≠

=

−

=

+

n

j

jt

n

j

idt i jt i ， 虚拟流入电流不等于虚拟流出电流， 即

1

1

1 ≠

Σ Δ

Σ Δ

=

−

=

+

n

j

jt

n

j

jt

i

i

，若各支路系统参数一致则满足= ∞

Σ Δ

Σ Δ

=

−

=

+

n

j

jt

n

j

jt

i

i

1

1

或0

1

1 =

Σ Δ

Σ Δ

=

−

=

+

n

j

jt

n

j

jt

i

i

，若考虑各支路系统

参数之间的差异，则1

1

1 >

Σ Δ

Σ Δ

=

−

=

+

N

j

jt

N

j

jt

i

i

或1

1

1 <

Σ Δ

Σ Δ

=

−

=

+

N

j

jt

N

j

jt

i

i

，此时虚拟流入电流和虚拟流出电流的对应关

系如图4-4 所示。因此快速虚拟比相式电流突变量保护的主要判据如下：

K

i

i

n

j

jt

n

j

jt

≥

Σ Δ

Σ Δ

=

−

=

+

1

1

或

n K

j

jt

n

j

jt

i

i 1

1

1 ≤

Δ

Δ

Σ

Σ

=

−

=

+

其中K 为大于1 的常数，该常数根据系统结构和短路容量确定。

虚拟流出电流

图4-4 母线区内故障时虚拟流入电流和虚拟流出电流对照图

虚拟流入电流

虚拟流出电流

图4-3 母线区外故障时虚拟流入电流和虚拟流出电流对照图

虚拟流入电流

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4.2.3 TA 变比的自动调整

母线保护因所连接的支路负载情况不同，所选TA 也不尽相同。本装置根据用户整定的一次

TA 变比自动进行换算，使得二次电流满足基尔霍夫定理。假设支路1 的TA 变比为TA1，支路2

的TA 变比为TA2 ，支路n 的TA 变比为TAn 等等，装置选取最大变比或指定变比作为基准变比

TAbase ，选择完基准变比后，TA 变比的归算方法如下：

TA

TA TA

base

r

1

1 =

TA

TA TA

base

r

2

2 =

Μ

TA

TA TA

base

n

nr =

差动电流和制动电流是基于变换后的TA 二次相对变比而得的。TA1r 、TA2r 、Κ 、TAnr 为

折算系数。

4.2.4 电压闭锁

装置电压闭锁采用的是复合电压闭锁，它由低电压、零序电压和负序电压判据组成，其中任

一判据满足动作条件即开放该段母线的电压闭锁元件。当用在大接地系统时，低电压闭锁判据采

用的是相电压。当用在小接地电流系统时，低电压闭锁判据采用线电压，并且取消零序电压判据。

电压闭锁开放逻辑图如图4-5。

母线TV 断线时开放对应母线段的电压闭锁元件，但双母线（分段母线）接线型式在通过母

联/分段断路器或其他支路刀闸双跨互联运行时，若某段母线TV 断线，电压闭锁元件自动切换使

用正常母线段电压决定是否开放电压闭锁。

+

对应母线电

压闭锁开放

大接地电流系统

U2>U2zd

UcUbUa3U0>U0zd

+

U2>U2zd

UcaUbcUab小接地电流系统

对应母线电

压闭锁开放

图4-5 电压闭锁开放逻辑图

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4.2.5 母线运行方式字的识别

双母线运行的一个特点是操作灵活、多变，但是运行的灵活却给保护的配置带来了一定的困

难，常规保护中通过引入隔离开关辅助触点的方法来动态跟踪现场的运行工况，如图4-6 所示。

L 为连接在双母线上的一条支路，G1、G2 是L 的隔离开关，将G1、G2 辅助触点的状态送到母线

保护的开关量输入端子，若用高电平“1”表示开关合上，低电平“0”表示开关断开，则保护可

将L 的运行状态表述如表4-1。

表4-1

G1 G2 说 明

0 0 L 停运

0 1 L 运行在Ⅱ母

1 0 L 运行在Ⅰ母

1 1 L 同时运行在Ⅰ、Ⅱ母（倒闸操作）

微机母线保护通过其开关量输入读取各支路状态，形成Ⅰ母运行方式字和Ⅱ母运行方式字，

同时辅以电流校验，实时跟踪母线运行方式。装置配备了母线运行方式显示屏，对应于某种运行

方式，在电流不平衡时会出现告警，提醒用户进行干预。用户可以根据现场的运行方式选择自动、

强合、强分来干预显示屏上每个隔离开关辅助触点，使得运行方式识别准确可靠。装置在支路有

电流但其刀闸辅助触点信号因故消失时可以通过记忆保持正常状态。另外针对因隔离刀闸辅助触

点工作电源丢失而导致的所有刀闸位置都为0 的情况，装置能够记忆掉电前的刀闸位置和母线运

行方式字直到开入电源恢复正常为止，使得母线保护在该状态下仍可以正确跳闸。

下面简单介绍双母线不同运行方式下差动电流、制动电流的处理方法，正、负电流突变量之

和处理类同。

4.2.5.1 双母线专用母联方式

双母线专用母联接线图如图4-7 所示。在此种接线型式下所有支路的Ⅰ母刀、Ⅱ母刀均应作

为确定母线运行方式字的输入量，大差差动电流和制动电流均不计及母联电流，各段小差差动电

流和制动电流均应根据母联刀闸辅助触点的状态、母联断路器跳位和母联TA 的极性计及母联电

I

II

G2 G1

L

图4-6 双母线运行方式示意图

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流。N 单元双母线专用母联差动电流和制动电流表述如下：

id=Kml ⋅ iml + K1 ⋅ i1 +Λ+ KN−1 ⋅ iN −1

i f=Kml ⋅ iml + K1 ⋅ i1 +Λ+ KN −1 ⋅ iN−1

其中Kml 为母联支路系数， K1 ，…， KN −1 为非母联支路系数， iml ， i1 ，…， iN−1 为经过

换算后的一次电流或二次电流。计算大差差动电流和制动电流时Kml = 0 ，K1 = Λ = KN −1 = 1；

计算Ⅰ母差动电流和制动电流时K1 ，…， KN −1根据对应支路运行于Ⅰ母取1，不运行于Ⅰ母取

0，当母联投入运行时，若母联TA 极性与Ⅰ母一致则Kml = 1，若母联TA 极性与Ⅱ母一致则

Kml = −1，当母联退出运行时Kml = 0 。而计算Ⅱ母差动电流和制动电流时K1 ，…，KN−1根据

对应支路运行于Ⅱ母取1，不运行于Ⅱ母取0，当母联投入运行时，若母联TA 极性与Ⅰ母一致则

Kml = −1，若母联TA 极性与Ⅱ母一致则Kml = 1，当母联退出运行时Kml = 0 。

4.2.5.2 双母线专用母联专用旁路方式

双母线专用母联专用旁路接线图如图4-8 所示。在这种接线型式下，所有支路的Ⅰ母刀、Ⅱ

母刀均应作为确定母线运行方式字的输入量，旁路按非母联支路处理，其电流参与大、小差差动

电流和制动电流计算，处理方法同双母线专用母联方式。

I 母

II 母

图4-8 双母线专用母联专用旁路接线图

旁母

母联

旁路

图4-7 双母线专用母联接线

I 母

II 母

母联

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4.2.5.3 双母线母联兼旁路方式

双母线母联兼旁路方式分Ⅰ母带旁路和Ⅱ母带旁路两种，在此种接线型式下，应根据“母联

旁路运行”压板状态和各元件Ⅰ母刀、Ⅱ母刀状态来确定母线运行方式字。

1) Ⅰ母带旁路

双母线母联兼旁路（Ⅰ母带旁路）接线图如图4-9 所示。母联兼旁路支路作母联时该支路旁

母刀断开，“母联旁路运行”压板退出，电流处理如同双母线专用母联。作旁路时母联兼旁路支

路Ⅰ母刀和旁母刀合上，Ⅱ母刀断开，“母联旁路运行”压板投入，此时计算大差和Ⅰ母差动电

流和制动电流时应计及该支路电流，计算Ⅱ母差动电流和制动电流时不需计及该支路电流。假设

该支路编号为1，其余支路编号为2，…，N，则作旁路时差动电流和制动电流表述如下：

id=K1 ⋅ i1 + K2 ⋅ i2 +Λ+ KN ⋅ iN

i f=K1 ⋅ i1 + K2 ⋅ i2 +Λ+ KN ⋅ iN

其中K1 ， K2 ，…， KN 为支路系数， i1 ， i2 ，…， iN 为经过换算后的一次电流或二次电

流。若母联兼旁路TA 极性与Ⅰ 母一致， 则计算大差差动电流和制动电流时

K1 = K2 = Λ = KN = 1，计算Ⅰ母差动电流和制动电流时K1 = 1，K2 ，…，KN 根据对应支路

运行于Ⅰ母取1，不运行于Ⅰ母取0，而计算Ⅱ母差动电流和制动电流时K1 = 0，K2 ，…，KN

根据对应支路运行于Ⅱ母取1，不运行于Ⅱ母取0；若母联TA 极性与Ⅱ母一致，则计算大差差动

电流和制动电流时K1 = −1， K2 = Λ = KN = 1，计算Ⅰ母差动电流和制动电流时K1 = −1，

K2 ，…，KN 根据对应支路运行于Ⅰ母取1，不运行于Ⅰ母取0，而计算Ⅱ母差动电流和制动电

流时K1 = 0 ， K2 ，…， KN 根据对应支路运行于Ⅱ母取1，不运行于Ⅱ母取0。

2)Ⅱ母带旁路

双母线母联兼旁路（Ⅱ母带旁路）接线图如图4-10 所示。母联兼旁路支路作母联时该支路

Ⅰ母

旁母

图4-9 双母线母联兼旁路（Ⅰ母带旁路）接线图

Ⅱ母

旁母刀

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旁母刀断开，“母联旁路运行”压板退出，电流处理如同双母线专用母联。作旁路时母联兼旁路

支路Ⅱ母刀和旁母刀合上，Ⅰ母刀断开，“母联旁路运行”压板投入，此时计算大差和Ⅱ母差动

电流和制动电流时应计及该支路电流，计算Ⅰ母差动电流和制动电流时不需计及该支路电流。假

设该支路编号为1，其余支路编号为2，…，N，则作旁路时差动电流和制动电流表述如下：

id=K1 ⋅ i1 + K2 ⋅ i2 +Λ+ KN ⋅ iN

i f=K1 ⋅ i1 + K2 ⋅ i2 +Λ+ KN ⋅ iN

其中K1 ， K2 ，…， KN 为支路系数， i1 ， i2 ，…， iN 为经过换算后的一次电流或二次电

流。若母联兼旁路TA 极性与Ⅰ母一致，则计算大差差动电流和制动电流时K1 = −1 ，

K2 = Λ = KN = 1，计算Ⅰ母差动电流和制动电流时K1 = 0， K2 ，…， KN 根据对应支路运行

于Ⅰ母取1，不运行于Ⅰ母取0，而计算Ⅱ母差动电流和制动电流时K1 = −1， K2 ，…， KN 根

据对应支路运行于Ⅱ母取1，不运行于Ⅱ母取0；若母联TA 极性与Ⅱ母一致，则计算大差差动电

流和制动电流时K1 = K2 = Λ = KN = 1，计算Ⅰ母差动电流和制动电流时K1 = 0 ，K2 ，…，KN

根据对应支路运行于Ⅰ母取1，不运行于Ⅰ母取0，而计算Ⅱ母差动电流和制动电流时K1 = 1，

K2 ，…， KN 根据对应支路运行于Ⅱ母取1，不运行于Ⅱ母取0。

4.2.5.4 双母线旁路兼母联方式

双母线旁路兼母联方式分旁路至Ⅰ母有跨条和旁路至Ⅱ母有跨条两种。在此种接线型式下，

应根据“母联旁路运行”压板状态和各元件Ⅰ母刀、Ⅱ母刀状态来确定母线运行方式字。

1) 旁路至Ⅰ母有跨条

双母线旁路兼母联（旁路至Ⅰ母有跨条）接线图如图4-11 所示。旁路兼母联支路作旁路时

跨条刀断开，“母联旁路运行”压板投入，该支路电流处理同双母线专用旁路方式。作母联时旁

路兼母联支路Ⅰ母刀和旁母刀断开，Ⅱ母刀和跨条刀合上，“母联旁路运行”压板退出，此时差

Ⅰ母

Ⅱ母

旁母

图4-10 双母线母联兼旁路（Ⅱ母兼旁路）接线图

旁母刀

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动电流和制动电流处理同双母线专用母联方式。

2) 旁路至Ⅱ母有跨条

双母线旁路兼母联（旁路至Ⅱ母有跨条）接线图如图4-12 所示。旁路兼母联支路作旁路时

跨条刀断开，“母联旁路运行”压板投入，该支路电流处理同双母线专用旁路方式。作母联时旁

路兼母联支路Ⅱ母刀和旁母刀断开，Ⅰ母刀和跨条刀合上，“母联旁路运行”压板退出，此时差

动电流和制动电流处理同双母线专用母联方式。

4.2.5.5 母线兼旁母方式

母线兼旁母方式就是以线路跨条代替旁母的运行方式，其接线图如图4-13 所示。假设跨条

连接于Ⅰ母，合跨条刀前应将所有支路倒闸操作到Ⅱ母上，然后断开除母联支路外其他支路的Ⅰ

母刀，再合上跨条刀，最后拉开需检修的开关和它的Ⅱ母刀。在整个倒闸操作过程中，跨条未合

上按双母线专用母联处理电流，跨条合上后母联支路作为普通支路，按单母线运行方式处理，此

时在处理母联电流时应注意母联TA 的极性，因此跨条刀的状态影响母线的运行方式，应作为确

定运行方式的输入量。跨条刀合上后差动电流和制动电流表述如下：

id = i1 + Λ + iN −1 + Kml ⋅ iml

Ⅰ母

Ⅱ母

旁母

图4-12 双母线旁路兼母联（旁路至Ⅱ母有跨条）接线图

跨条刀

Ⅰ母

Ⅱ母

旁母

图4-11 双母线旁路兼母联（旁路至Ⅰ母有跨条）接线

跨条刀

旁母刀

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i f = i1 + Λ + iN −1 + iml

假设跨条连接于Ⅰ母，若母联TA 极性与Ⅰ母一致，则在计算差动电流时Kml = −1，若母

联TA 极性与Ⅱ母一致，则在计算差动电流时Kml = 1；假设跨条连接于Ⅱ母，若母联TA 极性与

Ⅰ母一致，则在计算差动电流时Kml = 1 ，若母联TA 极性与Ⅱ母一致，则在计算差动电流时

Kml = −1。

4.2.5.6 双母单分段

双母单分段接线图如图4-14 所示。在此种接线型式下所有支路的隔离刀闸辅助触点均应作

为确定母线运行方式字的输入量，大差差动电流和制动电流均不计及母联电流和分段电流，各段

小差差动电流和制动电流均应根据母联/分段刀闸辅助触点的状态、母联/分段断路器跳位和母联/

分段TA 的极性计及母联或分段电流。N 单元双母单分段差动电流和制动电流表述如下：

id=Kml1 ⋅ iml1 + Kml 2 ⋅ iml 2 + K fd ⋅ i fd + K1 ⋅ i1 +Λ+ KN−3 ⋅ iN −3

i f=Kml1 ⋅ iml1 + Kml 2 ⋅ iml 2 + K fd ⋅ i fd + K1 ⋅ i1 +Λ+ KN−3 ⋅ iN −3

其中Kml1 、Kml 2 为母联支路系数，K fd 为分段支路系数，K1 ，…，KN−3 为非母联/分段支

路系数， iml1 ， iml2 ， i fd ， i1 ，…， iN−3 为经过换算后的一次电流或二次电流。计算大差差动电

流和制动电流时Kml1 = 0，Kml 2 = 0 ，K fd = 0 ，K1 = Λ = KN−3 = 1；固定母联1TA 极性与Ⅰ

母一致，母联2TA 极性与Ⅲ母一致，分段TA 极性与Ⅰ母一致，计算Ⅰ母差动电流和制动电流时，

K1 ，…， KN−3 根据对应支路运行于Ⅰ母取1，不运行于Ⅰ母取0，当母联1 的Ⅰ母刀或Ⅱ母刀

状态为1 且母联1 跳位无效时Kml1 = 1，否则Kml1 = 0，当分段的Ⅰ母刀或Ⅲ母刀状态为1 且分

段跳位无效时K fd = 1，否则K fd = 0 ；计算Ⅱ母差动电流和制动电流时， K1 ，…，KN−3 根据

Ⅰ母

Ⅱ母

图4-13 母线兼旁母接线图

跨条刀 跨条刀

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对应支路运行于Ⅱ母取1，不运行于Ⅱ母取0，当母联1 的Ⅰ母刀或Ⅱ母刀状态为1 且母联1 跳

位无效时Kml1 = −1，否则Kml1 = 0，当母联2 的Ⅱ母刀或Ⅲ母刀状态为1 且母联2 跳位无效时

Kml 2 = −1，否则Kml 2 = 0 ；计算Ⅲ母差动电流和制动电流时， K1 ，…， KN−3 根据对应支路

运行于Ⅲ母取1，不运行于Ⅲ母取0，当分段的Ⅰ母刀或Ⅲ母刀状态为1 且分段跳位无效时

K fd = −1，否则K fd = 0 ，当母联2 的Ⅱ母刀或Ⅲ母刀状态为1 且母联2 跳位无效时Kml 2 = 1，

否则Kml 2 = 0 。

4.2.5.7 双母双分段

双母双分段接线如图4-15 所示。在此种接线型式下按两个双母线系统配置两套母线保护。

每套母线保护均应把两个分段回路视为两个非母联单元对待，这两个单元为固定连接，不可倒闸。

综合分段失灵和死区保护，我们建议每套保护将母联设为元件1，分段Ⅰ设为元件2，分段Ⅱ设

为元件3。

4.2.5.8 单母分段带旁母

图4-14 双母单分段接线图

Ⅱ母

Ⅰ母 Ⅲ母

ML1 ML2

ML3(FD)

母

联

母

联

图4-15 双母双分段接线图

Ⅰ母

Ⅱ母 Ⅱ母

分段Ⅱ

I 母

分段I

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单母分段带旁母接线图如图4-16 所示。在此种接线型式下除分段断路器外均为固定连接方

式，所以只需考虑分段断路器两侧的隔离刀闸位置和旁母刀闸状态来决定分段TA 电流的计算范

围，分段支路的Ia 母刀、Ib 母刀、旁路刀3G、4G 均应作为确定分段支路运行状态的输入量。

大差差动电流和制动电流均不计及分段电流，各段小差差动电流和制动电流均应根据分段刀闸辅

助触点的状态、旁母刀状态和分段TA 的极性计及分段电流。假设N 单元单母分段系统有N1 条

支路运行于Ia 母，N2 条支路运行于Ib 母，则差动电流和制动电流表述如下：

i K i K i K fd i fd

N

j

j

N

j

d = ⋅ Σ j + ⋅ Σ + ⋅

= =

2

1

2

1

1

1

i K i K i K fd i fd

N

j

j

N

j

f = ⋅ Σ j + ⋅ Σ + ⋅

= =

2

1

2

1

1

1

其中K fd 为分段支路系数，K1 为Ia 母系数，K2 为Ib 母系数。计算大差差动电流和制动电

流时K1 = K2 = 1；计算Ia 母差动电流和制动电流时， K1 = 1， K2 = 0 ；计算Ib 母差动电流和

制动电流时，K1 = 0 ，K2 = 1；分段电流根据分段运行状态及TA 极性分别计入大差、Ia、Ib 的

差动电流和制动电流。当运行于分段状态（3G、4G 分），计算大差差动电流和制动电流时K fd = 0 ；

计算Ia 母差动电流和制动电流时，分段跳位有效K fd = 0 ，分段断路器跳位无效，若分段TA 极

性与Ia 一致时 K fd = 1，与Ib 一致时K fd = −1；计算Ib 母差动电流和制动电流时，分段跳位

有效时K fd = 0 ，分段断路器跳位无效，若分段TA 极性与Ia 一致时 K fd = −1，与Ib 一致时

K fd = 1。当运行于旁路状态，Ia 母带路时（1G、4G 合而2G、3G 分），在计算大差和Ia 母差动

电流和制动电流时若分段TA 极性与Ia 母一致则K fd = 1，否则K fd = −1，计算Ib 母差动电流

和制动电流时K fd = 0 ；Ib 母带路时（2G、3G 合而1G、4G 分），在计算Ia 母差动电流和制动电

流时K fd = 0 ，计算大差和Ib 母差动电流和制动电流时，若分段TA 极性与Ib 母一致则K fd = 1，

否则K fd = −1。

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4.2.6 TA 饱和判别

为防止母线保护在母线近端发生区外故障时，由于TA 严重饱和形成的差动电流而引起母线

保护误动作，根据TA 饱和发生后二次电流波形的特点，装置设置了TA 饱和检测元件，用来区

分区外TA 饱和与母线区内故障。

区外故障TA 饱和虽然产生差动电流，但即使最严重的TA 饱和，在电流的过零点和故障初

始阶段，仍存在线性传变区。在该传变区内差动电流为零，过了该区就会产生差动电流。TA 饱

和检测元件就是利用该特点，通过实时处理线性传变区内的各种变量关系，包括电压突变量、差

动电流、制动电流突变量、差动电流变化率、制动电流变化率等，形成几个并行的TA 饱和判据，

根据不同判据的特点，赋予不同的同步因子。通过同步因子和时间变量的关系来准确地鉴别TA

饱和发生的时刻，加上差动电流谐波量的谐波分析，使得该TA 饱和检测元件具有极强的抗TA

饱和能力，能够鉴别2msTA 饱和。对于饱和相区外转区内故障，由于采用波形识别技术，可以

快速切除故障。

4.2.7 TA 断线判别

装置的TA 断线判别分为两段：告警段和闭锁段。告警段差动电流越限定值低于闭锁段差动

电流越限定值，用户可以根据需要，通过设置控制字进行各段功能投退。告警段和闭锁段均经固

定延时10s 发信号，在闭锁段投入时判断TA 断线后按相按段闭锁装置，TA 断线消失后，自动解

除闭锁。母联TA 断线后，只告警不闭锁装置。TA 断线逻辑图如图4-17 和图4-18 所示。

图4-16 单母分段带旁母接线图

旁母

Ia 母 Ib 母

FD

1G 2G

3G 4G

CSC-150 数字式母线保护装置 说明书__Ⅰ母小差差动电流大于告警段定值

大差差动电流大于告警段定值

Ⅱ母小差差动电流大于告警段定值

延时10s 告警Ⅰ母TA 断线

告警Ⅰ母TA 断线并闭

锁Ⅰ母对应相差动保

护

延时10s 告警Ⅱ母TA 断线

告警Ⅱ母TA 断线并闭

锁Ⅱ母对应相差动保

护

图4-17 TA 断线逻辑图

告警投入

告警投入

Ⅰ母小差差动电流大于闭锁段定值

大差差动电流大于闭锁段定值

Ⅱ母小差差动电流大于闭锁段定值

延时10s

延时10s 闭锁投入

闭锁投入

大差差动电流平衡

Ⅰ母小差差动电流不平衡

Ⅱ母小差差动电流不平衡

Ⅰ、Ⅱ母小差差动电流之和平衡

&

母联TA

断线

图4-18 母联TA 断线逻辑图

延时10s

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4.2.9 刀闸双跨

在线路倒闸操作出现刀闸双跨时，装置采取将两段母线合并为一段母线，其实现方法完全等

同于大差，此时小差失去选择性。在母线发生区外故障时差动保护可靠不动作，发生区内故障时

跳开所有连接在母线上的断路器。

4.2.10 差动保护补跳功能

在双母线运行方式下，装置的动作跳闸逻辑如下：（1）差动保护动作速动跳开运行于故障母

线上的所有支路；（2）差动保护动作跳闸后经母联失灵延时判别大差差动电流是否平衡，若不平

衡则补跳无刀闸引入（既不在Ⅰ母也不在Ⅱ母上）的其他支路。差动保护补跳逻辑如图4-19 所示。