BP-2B微機型母線差動保護(hù)校驗

鄒三紅，劉 敦，張青立，方 曉

（1. 廣東電網(wǎng)公司廣州供電局，廣州 510180；2.蘇州供電公司，蘇州 215000；3. 廣州地下鐵道總公司，廣州 510310）

1 前言

作為電力系統(tǒng)中的一個重要組成元件，母線是電能集中和供應(yīng)的樞紐。在電力系統(tǒng)樞紐變電站的母線上發(fā)生故障時，故障處理不當(dāng)或不及時將會引起事故的擴大，破壞電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。母線保護(hù)裝置能及時檢測到母線故障，并快速有選擇性地切除故障母線，將故障點從系統(tǒng)隔離，裝置運行的可靠性關(guān)系到系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，因此，對裝置進(jìn)行正確有效的校驗工作具有重要的意義。BP-2B微機母線保護(hù)裝置，適用于500kV及以下電壓等級，包括單母線、單母分段、雙母線、雙母分段以及3/2接線在內(nèi)的各種主接線方式，是國內(nèi)應(yīng)用較多的微機母線保護(hù)產(chǎn)品。它采用首創(chuàng)的復(fù)式比率差動原理，整組動作時間小于12ms，允許TA型號及變比不同，母線運行方式自適應(yīng)，可靠性高，運行穩(wěn)定。由于母線所連接的電氣元件較多，對母線保護(hù)裝置進(jìn)行現(xiàn)場校驗的方法相對比較復(fù)雜。本文從BP-2B微機母線保護(hù)裝置的復(fù)式比率差動判據(jù)出發(fā)，通過推導(dǎo)分析，提出了一種新的復(fù)式比率差動校驗在線運行時的校驗方法，并通過現(xiàn)場驗證，能有效提高現(xiàn)場工作效率。

2 微機母線保護(hù)常用原理

為滿足速動性、選擇性的要求，母線保護(hù)從實現(xiàn)原理來說，包含電流差動原理、電流相位比較原理以及母聯(lián)電流相位比較等。隨著計算機技術(shù)和通訊技術(shù)的快速發(fā)展，微機母線保護(hù)也得到快速發(fā)展。目前應(yīng)用廣泛的微機母線差動保護(hù)主要采用電流差動保護(hù)原理，主要原因在于由電流差動原理構(gòu)成的母線保護(hù)，在不同的母線接線方式、發(fā)生故障的類型、故障點過渡電阻等方面都具有較強的適應(yīng)性，區(qū)外故障時能可靠不動作，區(qū)內(nèi)故障時能可靠動作。

根據(jù)基爾霍夫電流定律，把母線視為一個節(jié)點，如圖1所示，系統(tǒng)正常運行或母線外部（如k2點）發(fā)生故障時，流入母線電流之和為0，即=0，當(dāng)母線內(nèi)部（如k1點）發(fā)生故障時，母線上所有連接支路的電流相量和應(yīng)等于短路點的電流相量，即

。實際運行中，由于電流互感器存在誤差，在系統(tǒng)正常運行或外部短路時都會存在不平衡電流，因此差動保護(hù)的啟動電流必須多過最大不平衡電流。

圖1 母線區(qū)內(nèi)區(qū)外故障示意圖

對于雙母線或單母線分段接線形式的系統(tǒng)，分為大差和小差。大差是將Ⅰ、Ⅱ母線上所有連接支路（不包括母聯(lián)和分段）電流相量相加，根據(jù)其是否為零，可判斷Ⅰ、Ⅱ母線范圍內(nèi)（包括母聯(lián)和分段）是否有故障發(fā)生。Ⅰ段小差是將Ⅰ母上所有連接支路電流相量相加，判斷Ⅰ母上是否有故障發(fā)生。Ⅱ段小差是將Ⅱ母上所有連接支路電流相量相加，判斷Ⅱ母上是否有故障發(fā)生。微機母線保護(hù)中，通過對刀閘輔助接點的判斷來確定本單元的電流處于哪一差動回路及支路是否處在故障母線。在雙母線中，母聯(lián)是特殊單元，需要通過約定母聯(lián)電流互感器的極性來實際計算小差。

雙母線接線的母線保護(hù)一旦動作，切斷支路多，影響范圍大，為了提高母線保護(hù)動作的可靠性，防止由于差動保護(hù)或開關(guān)失靈保護(hù)出口回路被誤碰或出口繼電器損壞等導(dǎo)致母線保護(hù)誤動作，雙母線接線的母差保護(hù)一般應(yīng)經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖。

雙母線或單母線分段的母線差動保護(hù)邏輯框圖如圖2所示。

圖2 雙母或單母分段母線差動保護(hù)動作邏輯框圖

當(dāng)母線大差動作，某段母線小差動作，相應(yīng)段母線的復(fù)合電壓閉鎖元件開放，且無電流互感器TA飽和判定的條件下跳相應(yīng)段母線的各支路斷路器。當(dāng)母線大差動作，且母線任一小差元件動作，以及任一母線段的復(fù)合電壓閉鎖元件開放時，跳開母聯(lián)斷路器。

微機型母線差動保護(hù)將母線上所有單元的三相電流，通過電流互感器變成數(shù)值較小的模擬量，再通過微機保護(hù)模塊中的數(shù)據(jù)采集單元及A/D變換單元形成相應(yīng)的數(shù)字量，再按程序中實現(xiàn)的邏輯計算方法進(jìn)行判斷，實現(xiàn)分相式微機母線差動保護(hù)。各支路電流互感器變比如不一致，可在微機程序中通過TA調(diào)整系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，系統(tǒng)運行方式也可由裝置進(jìn)行自動識別。微機型母線保護(hù)裝置在制動特性、電流互感器飽和檢測等方面表現(xiàn)出優(yōu)良性能。

3 南瑞B(yǎng)P-2B母線復(fù)式比率差動元件

能否有效地克服區(qū)外故障時由于電流互感器誤差產(chǎn)生的差動回路不平衡電流，特別是區(qū)外故障時流過最大短路電流的TA發(fā)生飽和而產(chǎn)生的最大不平衡電流是差動保護(hù)性能的決定因素。普通比率制動特性的母線差動保護(hù)采用一次穿越電流作為制動電流，以克服差流回路不平衡電流的影響，防止在外部短路時差動保護(hù)誤動作。但是在母線區(qū)外故障時，若電流互感器飽和，產(chǎn)生較大的不平衡電流，保護(hù)仍難免要失去選擇性；在母線內(nèi)部故障時，若有電流流出母線，保護(hù)的靈敏度會降低。

BP-2B母線復(fù)式比率差動元件在制動量的計算中引入了差電流，這是其與普通比率制動特性母差保護(hù)的明顯不同之處。這一特性使其在母線區(qū)外故障時具有極強的制動特性，在母線區(qū)內(nèi)故障時無制動，能更明確地區(qū)分區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障，且在區(qū)內(nèi)故障時若有電流流出母線，保護(hù)的靈敏度較高。復(fù)式比率差動判據(jù)如下：

其中，Idset為差電流門檻定值，Kr為復(fù)式比率系數(shù)，Id為差電流，等于母線上所有連接元件的電流相量和的絕對值，計算公式為：

Ir為和電流，等于母線上所有連接元件的電流絕對值的和，計算公式為：

Ii為連接在母線上的第i個元件的電流，m為母線上連接的元件數(shù)目。由于BP-2B微機母線保護(hù)裝置采用分相計算、分相判別的方法，以上各公式中都是分相判據(jù)。為敘述及分析方便，如無特別說明，以下各數(shù)據(jù)及判據(jù)采用的都是a相數(shù)據(jù)，分析過程和結(jié)果同樣適用于b、c相。

對于單母線分段或雙母線的情況，為保證母線保護(hù)的選擇性，BP-2B母線復(fù)式比率差動包括母線大差和各段母線小差，母線大差用于判別母線區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障，母線小差用于故障母線的選擇。BP-2B母線差動保護(hù)具有復(fù)合電壓閉鎖功能，只有在復(fù)式比率差動和復(fù)合電壓同時滿足的條件下，才能出口跳閘。

對于雙母線接線形式的系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)運行方式的需要，經(jīng)常需要將各連接支路在兩條母線間切換，正確識別母線運行方式是母線保護(hù)裝置正確、可靠運行的基礎(chǔ)。BP-2B母線保護(hù)裝置引入所有連接支路的隔離開關(guān)輔助觸點的位置信號，并結(jié)合內(nèi)部判據(jù)邏輯，來判別母線運行方式，自適應(yīng)系統(tǒng)運行方式的變換。

4 南瑞B(yǎng)P-2B母差保護(hù)校驗理論分析

對母差保護(hù)進(jìn)行現(xiàn)場校驗時，為了校驗裝置在系統(tǒng)發(fā)生故障時動作的正確性，需要對實際運行的線路進(jìn)行試驗。但由于實際條件限制，并出于對系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和安全性的考慮，將母線上所接的所有母線全部停電對裝置進(jìn)行校驗是不合實際的。為此，可以考慮選取接入母差裝置的運行間隔中的幾組或備用間隔進(jìn)行試驗，即每次選取一組間隔（設(shè)為間隔G）作為試驗間隔，保持母線上其他連接元件電流接入回路不變，對裝置的動作正確性進(jìn)行檢驗。

設(shè)用儀器加入的L間隔a相電流為 ，在實際過程中，根據(jù)公式（3）、（4）知，隨著L間隔電流 的改變，差電流Id與和電流Ir都在實時變化，要使裝置動作，加入的電流須滿足公式（1）、（2），計算比較麻煩，影響現(xiàn)場工作效率。如下對應(yīng)加入電流 需滿足的條件在理論上做進(jìn)一步推導(dǎo)。

設(shè)短接G間隔接入保護(hù)裝置的CT回路且未用試驗儀加入電流前，大差差電流相量、和電流分別為

、Ir大，G間隔所在母線小差差電流相量、和電流分別為IrI、 ，G間隔電流互感器（簡稱CT）TA調(diào)整系數(shù)為KCTG，由公式（3）、（4），有：

試驗儀加入的電流為 時，大差差電流相量和電流分別為 、I’r大，G間隔所在母線小差差電流相量、和電流分別為 、I’rI， 由公式（3）、（4）及以上分析，有：

要使差動動作，需大差和G間隔所在母線小差同時滿足式（1）、（2），結(jié)合（5）、（6）對于大差判據(jù)有：

對于G間隔所在母線小差判據(jù)，應(yīng)有：

其中，Kr大、KrI分別為大差、小差的制動系數(shù)。

綜合（9）～（10），有

（11）式即為要使差動動作所加入電流需滿足的條件，且該條件適用于選取備用間隔或運行間隔或裝置單獨調(diào)試的情況。式中，Idset、Kr大、KrI可由定值單得到，KCTG及其他各支路的TA調(diào)整系數(shù)可分別由對應(yīng)間隔的CT變比除以母線上所接間隔中最大的CT變比得到。Ir大由試驗儀加電流前母線上接入的所有間隔（母聯(lián)、間隔G除外）的電流讀數(shù)的標(biāo)量和得到，如（12）式所示。IrI由試驗儀加電流前I母母線上接入的所有間隔（包括母聯(lián)，間隔G除外）的電流讀數(shù)的標(biāo)量和得到，如（13）式所示。由這些已知的數(shù)據(jù)，結(jié)合式（11），可以計算出使I母母差動作時的 的大小。

Ir大為接在I、II母上各間隔（不包括母聯(lián)和間隔G）的a相電流標(biāo)量和，KCTj為間隔j的TA調(diào)整系數(shù)。

IrI為接在G間隔所在母線上各間隔（包括母聯(lián)，不包括間隔G）的a相電流標(biāo)量和。

5 應(yīng)用注意事項

（一）當(dāng)對變電站運行中母差保護(hù)裝置進(jìn)行校驗時：

（1）如果選取備用間隔，保持其他運行間隔接入裝置的電流回路不變的情況下，則（11）式中、都為0，該式變?yōu)椋?/p>

（2）如果選取運行中間隔G進(jìn)行校驗，將所選取的間隔接入裝置的實際電流回路短接，取代用儀器加入電流，設(shè)所選取間隔實際電流（11）式中的該式變?yōu)椋?/p>

除上式外，還需滿足所加電流 與 相角相同的條件。可見，母差動作所需要的輸入電流值隨著選取間隔及系統(tǒng)實際運行方式、潮流狀態(tài)的不同而不同。

實際進(jìn)行校驗過程中，為了滿足復(fù)壓閉鎖的條件，一般將保護(hù)屏上二次電壓空開拉掉。此時支路電流失去參考相量，因此從裝置中可以看到，各支路電流相角一直處于變化的狀態(tài)，且變化很大。這種情況下需注意：直接用加電流的方式，雖然所加電流值滿足（15）式，但差動也可能不動，是因為相角無法滿足要求，而差流是各支路電流的相量和的絕對值。這種情況下，需用儀器模擬裝置二次電壓的方法來保證相角要求。

以上一、二種情況下，實際使差動動作所需的電流可能不嚴(yán)格滿足式（14）、（15），而是有因為系統(tǒng)實際運行過程中，支路電流變化可能引起和電流變化。

（二）當(dāng)對裝置進(jìn)行單獨調(diào)試時，直接運用（11）式計算即可。

（三）現(xiàn)場校驗步驟如下所述：

（1）試驗前準(zhǔn)備工作，根據(jù)系統(tǒng)實際運行情況做好安全措施；

（2）根據(jù)現(xiàn)場接線及圖紙，找出各間隔相應(yīng)的電流回路；

（3）查看參數(shù)，確定各間隔的母差保護(hù)所用的CT變比，計算出各間隔的TA調(diào)整系數(shù)KCTj；根據(jù)定值單，確定差流門檻定值Idset、小差制動系數(shù)KrI，結(jié)合母聯(lián)運行方式，確定大差制動系數(shù)Kr大。

（4）記錄各間隔接入BP-2B裝置的電流大小及相角，任意選取一條母線上的間隔（如I母上的間隔G）或備用間隔，計算不包括間隔G時的大差、I母小差的和電流Ir大、IrI。由式子（7）～（8）計算間隔G應(yīng)加入的電流 的大小，相角與間隔G正常運行時一致。

（5）將試驗儀輸出電流輸出到所選間隔對應(yīng)的電流端子排，試驗儀輸出電流使大差、小差差電流均應(yīng)為零，驗證接線正確性。

（6）步驟四中計算出的 為基礎(chǔ)，逐步增大所加電流，直到保護(hù)動作，記錄數(shù)值，驗證制動系數(shù)及裝置運行的正確性。

6 結(jié)束語

本文基于母線保護(hù)的一般原理和簡化的變電站母線模型，分析了BP-2B復(fù)式比率差動保護(hù)的判據(jù)，推導(dǎo)出了一種新的復(fù)式比率差動調(diào)試方法，并通過廣州供電局某變電站的現(xiàn)場校驗驗證了推導(dǎo)結(jié)果的適用性，實踐證明，推導(dǎo)結(jié)果正確且可有效簡化調(diào)試過程中的分析計算，可有效提高現(xiàn)場工作效率。

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