母线连接发电机、变压器、整流器和输电线路,是电力系统中最重要的元件之一,母线保护拒动或误动都会对电力系统造成巨大危害。电网建设的飞速发展对母线保护的快速性、选择性、灵敏性和可靠性提出了更高要求。电力系统广泛采用的基于电流差动的保护原理易受电流互感器饱和与变比不匹配的影响,研究新型母线保护原理对克服现有母线差动保护原理存在的不足,提高母线保护的快速性和可靠性具有重要意义。目前提出的新型母线保护原理多数只是提出了保护方案,没有形成实际保护装置,所提原理的性能无法得到实际验证。开发基于新型母线保护原理的继保装置对电力系统具有现实意义。为此,本论文基于新型方向比较式快速母线保护原理进行硬件开发和软件实现,并对所开发保护样机进行测试。论文所做工作如下：(1)根据不同故障位置产生的前、反行波故障特征,提出了一种方向比较式故障方向识别原理。该原理利用故障发生后特定时间段内前行波和反行波的幅值大小关系,判定线路故障方向,综合母线所连各线路的方向识别结果确定是否发生母线故障。针对所提方向比较式母线保护原理,设计了一整套母线保护方案,对保护方案主要组成元件进行详细分析并给出应用于工程实际的算法公式。(2)开发出基于所提方向比较式母线保护原理的母线保护样机。给出保护样机硬件设计框图并对主要组成部分,如高速采样单元、快速数据处理单元、中央处理单元以及开入开出单元等,进行功能说明。给出实际硬件电路接线图,详细说明硬件电路的主要组成模块及工作流程,分析了AD7606芯片以及uPP通信的工作机理。设计了母线保护软件流程并协调控制各任务和中断程序之间的通信同步使得母线保护任务能够被优先完成,根据软件流程和所提母线保护方案,给出母线保护算法流程图,编写母线保护算法程序。(3)对母线保护样机进行动模测试分析。利用动模实验室搭建单母线结构物理模型,将母线所连三条支路的电压电流量接入保护样机,利用动模故障录波系统监测保护样机在不同故障情况下的动作情况。为了全面测试保护样机性能,针对故障位置、故障类型、电流互感器饱和、转换性故障和开关操作等故障影响因素进行了大量动模测试。此外,利用matlab对动模实验数据进行分析研究。(4)对母线保护样机进行RTDS闭环测试分析。根据实际500kV变电站参数,在RTDS实验室搭建3/2接线母线模型,设计仿真模型控制逻辑,利用RTDS输入输出模块构建RTDS闭环测试系统。利用RTDS闭环测试平台全面测试所开发的母线保护装置,针对可能影响测试结果的故障条件,如故障初始角、故障类型、接地电阻等进行大量仿真测试,利用matlab分析处理RTDS实验数据。理论分析和测试结果表明所提母线保护原理动作快速、具有很高的灵敏度和可靠性,能够正确识别开关操作,基本不受故障初始角、过渡电阻、电流互感器饱和等故障因素的影响。保护装置性能稳定可靠,在母线区外故障时可靠不动作,区内故障时动作快速,保护出口时间在4ms左右。