提高西門子數(shù)字式母線保護(hù)對(duì)CT變比的匹配性的研究

卿子龍 孔慶香

摘要：首先簡(jiǎn)要闡述了西門子7SS60集中式數(shù)字母線保護(hù)系統(tǒng)的成套構(gòu)成原理，經(jīng)過仔細(xì)分析研究和匹配計(jì)算，發(fā)現(xiàn)通過改變綜合變流器的接線方式可以提高7SS60母線保護(hù)系統(tǒng)對(duì)CT變比的匹配性，電流變比的匹配變流器并不是必需的。通過一系列的工程應(yīng)用實(shí)踐，確認(rèn)這種新穎的設(shè)計(jì)方法不但可以簡(jiǎn)化工程設(shè)計(jì)，降低工程成本，而且減少了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)的工作量，大大提高了成套保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，具有重要的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：集中式數(shù)字母線保護(hù);綜合變流器;匹配變流器;CT變比

0 引言

隨著數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，母線保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用水平得以迅速提高，國(guó)內(nèi)外許多繼電保護(hù)廠商相繼推出了各種原理和實(shí)施方案的數(shù)字式母線保護(hù)，其中最具代表性的就是集中式數(shù)字母線保護(hù)和分布式數(shù)字母線保護(hù)。與分布式數(shù)字母線保護(hù)相比，集中式數(shù)字母線保護(hù)能夠節(jié)省投資成本，因而備受廣大用戶的青睞。

本文從西門子7SS60集中式數(shù)字母線保護(hù)系統(tǒng)的成套構(gòu)成原理[1]入手，深入分析和研究了7SS60集中式數(shù)字母線保護(hù)系統(tǒng)對(duì)電流互感器的CT變比匹配性問題，希望能為7SS60集中式數(shù)字母線保護(hù)系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用找到更加經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便且運(yùn)行可靠的設(shè)計(jì)方法。

1 7SS60集中式數(shù)字母線保護(hù)的成套構(gòu)成原理及存在的問題

7SS60集中式數(shù)字母線保護(hù)系統(tǒng)是一種保護(hù)裝置非常簡(jiǎn)單而所需外圍電路又特別復(fù)雜的數(shù)字式差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)。7SS601保護(hù)裝置是一種配置非常簡(jiǎn)單的數(shù)字式差動(dòng)保護(hù)裝置，僅接入一個(gè)差電流和一個(gè)制動(dòng)電流，數(shù)據(jù)處理能力特別低。要適用于各種電壓等級(jí)母線，根據(jù)不同的母線連接方式需要，構(gòu)成不同的成套保護(hù)方案，就需要構(gòu)建不同的外部數(shù)據(jù)采集電路。同時(shí)，7SS601保護(hù)裝置只有3個(gè)開關(guān)量輸入、5個(gè)開關(guān)量輸出，輸入、輸出口非常少，需要大量的外部模塊進(jìn)行輸入、輸出口擴(kuò)展。因此，要構(gòu)成一套完整的母線保護(hù)系統(tǒng)，就需大量的綜合電流互感器4AM5120、電流匹配互感器4AM5272-3AA和各種外圍模塊，如制動(dòng)電流與出口擴(kuò)展板件7TM70、雙母線的雙位置切換板件7TR71、出口擴(kuò)展板件7TS72，以及安裝機(jī)箱7XP204（1個(gè)機(jī)箱可裝4塊外圍模塊）。

不同的工程規(guī)模，所需的外圍模塊和設(shè)備數(shù)目也不同。母線上電氣間隔越多，母線接線方式越復(fù)雜，所需的外圍部件就越多，實(shí)施的保護(hù)方案也越復(fù)雜。但其外部輔件過多，工程造價(jià)高;而且設(shè)計(jì)電路復(fù)雜，調(diào)試煩瑣;現(xiàn)場(chǎng)接線復(fù)雜，維護(hù)不便，運(yùn)行可靠性也不高。

以最簡(jiǎn)單的單母線三相電流綜合差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)為例，如圖1所示，該系統(tǒng)由1臺(tái)測(cè)量保護(hù)裝置7SS601、綜合電流互感器4AM5120（每個(gè)電氣間隔需1臺(tái)）、制動(dòng)電流與出口板件7TM70（每4個(gè)電氣間隔需1塊）及其安裝機(jī)箱7XP204等構(gòu)成。

如圖2所示，在上述三相電流綜合差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)方案中，保護(hù)系統(tǒng)將每個(gè)間隔的IA、IB、IC三相電流，通過外部綜合變流器4AM5120-3DA/-4DA（對(duì)應(yīng)于1 A/5 A），按照一定的比例（綜合電流變換器的繞組變比為n1：n2：n3=2：1：3，電流變比為IA：IB：IC=5：3：4）合成，獲得該間隔的一個(gè)綜合單相電流。

在母線上所有電氣間隔的CT變比不一致的情況下，通常增加匹配變流器4AM5272-3AA來進(jìn)行CT變比的匹配，如圖3所示。增加設(shè)備后，外部電路變復(fù)雜了，可靠性就降低了。

從上述非常簡(jiǎn)單的單母線三相電流綜合差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成方案就可以看到數(shù)據(jù)采集電路的復(fù)雜性。如果要構(gòu)建單母線的三相電流分相差動(dòng)保護(hù)方案，就需3臺(tái)7SS60，而且每個(gè)電氣間隔需要3臺(tái)單相電流匹配器4AM5120-1DA/-2DA，那數(shù)據(jù)采集電路就會(huì)更加復(fù)雜。對(duì)于更為復(fù)雜的母線連接運(yùn)行方式如雙母線，其數(shù)據(jù)采集電路的復(fù)雜程度就可想而知了。

況且，還有母線運(yùn)行狀態(tài)信息的采集、保護(hù)動(dòng)作與信號(hào)出口問題以及雙位置的電流切換和出口切換等問題，都需要構(gòu)建不同的外部適用電路。

上述的每一個(gè)需求，都會(huì)使整套母線保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得更為復(fù)雜，不但造價(jià)更高，而且可靠性也更低。因此，設(shè)計(jì)方案的簡(jiǎn)單化，是母線安全可靠運(yùn)行的有力保證。

為使本文易于理解，不過分復(fù)雜化，本文僅討論三相電流綜合差動(dòng)保護(hù)方案的CT變比匹配問題，暫時(shí)不討論三相電流分相差動(dòng)保護(hù)方案的CT變比匹配問題，也不討論復(fù)雜母線運(yùn)行方式下相關(guān)的切換等問題。

2 工程應(yīng)用實(shí)例一

某發(fā)電企業(yè)的電廠母線，為單母線接線，共6個(gè)電氣連接間隔，主CT變比有500/1、600/1、800/1三種。按常規(guī)方法設(shè)計(jì)母線保護(hù)系統(tǒng)，由于各個(gè)電氣連接間隔的主CT變比不一致，就需要匹配變流器4AM5272-3AA來進(jìn)行CT變比匹配，外圍接線回路就變復(fù)雜了。

在仔細(xì)研究如圖4所示的綜合變流器4AM5120-3DA端子接線圖后，通過分析計(jì)算，最終找到了一種新穎的設(shè)計(jì)方法，這種適應(yīng)性設(shè)計(jì)方法如圖4所示。

第一步，分析用戶一次CT的變比，用戶的CT變比為500/1、600/1、800/1，這些CT變比的最大公因子為100/1。

第二步，針對(duì)不同變比的CT，為該間隔的綜合變流器4AM5120-3DA尋找出適應(yīng)的接線方式。

對(duì)于變比500/1，500/1=5×100/1，接線方式為：A相→C、K（D、J連接），B相→B、H（A、G連接），C相→E、M（F、L連接）。

對(duì)于變比600/1，600/1=6×100/1，接線方式為：A相→A、K（B、E連接，F(xiàn)、J連接），B相→G、H，C相→M、O（L、N連接）。

對(duì)于變比800/1，800/1=8×100/1，接線方式為：A相→A、M（B、E連接，F(xiàn)、L連接），B相→J、K，C相→H、O（G、N連接）。

照上述方法，該工程就不再需要電流匹配器4AM5272-