浙江省BP2b技术说明书V103.docx

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浙江省BP2b技术说明书V103

1概述

1.1应用范围

BP-2B微机母线保护装置，适用于500kV及以下电压等级，包括单母线、单母分段、双母线、双母分段以及

接线在内的各种主接线方式，最大主接线规模为24个间隔（线路、元件和联络开关）。

1.2保护配置

BP-2B微机母线保护装置可以实现母线差动保护、母联充电保护、母联过流保护、母联失灵（或死区）保护、以及断路器失灵保护出口等功能。

1.3主要特点

●快速、高灵敏复式比率差动保护，整组动作时间小于15ms；

●自适应全波饱和检测器，差动保护在区外饱和时有极强的抗饱和能力，又能快速切除转换性故障，适用于任何按技术要求正确选型的保护电流互感器；

●允许TA型号、变比不同，TA变比可以现场设定；

●母线运行方式自适应，电流校验自动纠正刀闸辅助接点的错误；

●超大的汉字液晶显示，查询、打印、校时等操作，不影响保护运行；

●完善的事件和运行报文记录，与COMTRADE兼容的故障录波，录波波形液晶即时显示；

●灵活的后台通讯方式，配有RS-232、RS-485通讯接口，支持电力行业标准通讯规约DL/T667-1999（IEC60870-5-103）；

●采用插件强弱电分开的新型结构，装置电磁兼容特性满足就地布置运行的要求。

2技术参数

2.1额定参数

直流电压：

220V，110V允许偏差：

-20%~+15%

交流电压：

100/

V

交流电流：

5A，1A

频率：

50Hz

打印机工作电压：

交流220V

2.2功耗

直流电源回路：

<50W（常态）

<75W（保护动作瞬间）

交流电压回路：

<0.5VA/相

交流电流回路：

<1VA/相（In=5A）

<0.5VA/相（In=1A）

2.3交流回路过载能力

交流电压：

2Un-持续工作

交流电流：

2In-持续工作

30In-10s

40In-1s

2.4输出接点容量

允许长期通过电流:

5A

允许短时通过电流:

10A,1s

2.5装置内电源

工作电源:

+5V（±3%）

±15V（±3%）

出口电源:

+24V（±5%）

2.6主要技术指标

母差保护整组动作时间:

<15ms（差流Id≧2倍差流定值）

返回时间:

<40ms

定值误差:

<±5%

2.7环境条件

正常工作温度:

-5℃~＋40℃

极限工作温度:

-10℃~＋55℃

贮存与运输:

-25℃~＋70℃

相对湿度：

5%~95%

大气压力：

70kPa~106kPa

2.8电磁兼容

实验项目

耐受值

参照标准

辐射电磁场干扰

实验

10V/m

（25-1000）MHZ

GB14598.9，Ⅲ级

IEC255-22-3

快速瞬变干扰

实验

4kV

GB14598.10，Ⅳ级

IEC255-22-4

1MHZ和100KHZ

脉冲群干扰实验

2.5kV

GB14598.13，Ⅲ级

IEC255-22-1

静电放电实验

8kV

GB14598.14，Ⅲ级

IEC255-22-2

2.9绝缘与耐压

实验项目

耐受值

参照标准

介质强度

实验

2kV（有效值）交流，1分钟

GB14598.11，Ⅲ级

IEC255-22-1

冲击电压

实验

5kV,1.2/50μs,0.5J

标准雷电波

GB14598.12，Ⅲ级

IEC255-22-2

2.10通讯

两个RS-232/485串行通讯接口

通讯规约：

电力行业标准DL/T667-1999（IEC60870-5-103）

2.11机械性能

工作条件:

振动响应、冲击响应严酷等级为I级

运输条件:

振动耐久、冲击耐久及碰撞检验严酷等级为I级

3装置原理

3.1母线差动保护

各种类型的母线保护就其对母线接线方式、电网运行方式、故障类型以及故障点过渡电阻等方面的适应性来说，仍以按电流差动原理构成的母线保护为最佳。

带制动特性的差动继电器（亦即比率差动继电器），采用一次的穿越电流作为制动电流，以克服区外故障时由于电流互感器（以下称TA）误差而产生的差动不平衡电流，在高压电网中得到了较为广泛的应用。

BP系列母差保护以此为基础，结合微机数字处理的特点，发展出以分相瞬时值复式比率差动元件为主的一整套电流差动保护方案。

下述各元件判据除非特别说明，都是分相计算，分相判别。

3.1.1起动元件

母线差动保护的起动元件由‘和电流突变量’和‘差电流越限’两个判据组成。

‘和电流’是指母线上所有连接元件电流的绝对值之和

；‘差电流’是指所有连接元件电流和的绝对值

，Ij为母线上第j个连接元件的电流。

与传统差动保护不同，微机保护的‘差电流’与‘和电流’不是从模拟电流回路中直接获得，而是通过电流采样值的数值计算求得。

起动元件分相起动，分相返回。

1）和电流突变量判据，当任一相的和电流突变量大于突变量门坎时，该相起动元件动作。

其表达式为：

其中

为和电流瞬时值比前一周波的突变量；

为突变量门坎定值。

2）差电流越限判据，当任一相的差电流大于差电流高门坎定值时，该相起动元件动作，动作后，差电流门坎自动降为低定值。

其表达式为：

其中

为分相大差动电流；

为差电流门坎定值。

3）起动元件返回判据，起动元件一旦动作后自动展宽40ms，再根据起动元件返回判据决定该元件何时返回。

当任一相差电流小于差电流低门坎定值的75%时，该相起动元件返回。

其表达式为：

min

3.1.2差动元件

母线保护差动元件由分相复式比率差动判据和分相突变量复式比率差动判据构成。

1）复式比率差动判据

动作表达式为：

其中

为差电流门坎定值，设有高、低两个定值，差动保护先按高值动作后，门坎自动降为低值。

Kr为复式比率系数（制动系数）。

复式比率差动判据相对于传统的比率制动判据，由于在制动量的计算中引入了差电流，使其在母线区外故障时有极强的制动特性，在母线区内故障时无制动，因此能更明确地区分区外故障和区内故障，图3.1表示复式比率差动元件的动作特性。

Kr

Id

Ir-Id

Idset

图3.1　复式比率差动元件动作特性

可以参考下表确定复式比率系数Kr的取值，表中Ext为母线区内故障时流出母线的电流占总故障电流的百分比，此时判据应可靠动作；δ为母线区外故障时故障支路电流互感器的误差（其余支路电流互感器的误差忽略不计），此时判据应可靠不动作。

注意，该表数据是仅就复式比率判据的推导所得。

Kr

Ext（%）

δ（%）

1

40

67

2

20

80

3

15

85

4

12

88

2）故障分量复式比率差动判据

根据叠加原理，故障分量电流有以下特点：

a.母线内部故障时，母线各支路同名相故障分量电流在相位上接近相等（即使故障前系统电源功角摆开）。

b.理论上，只要故障点过渡电阻不是∞，母线内部故障时故障分量电流的相位关系不会改变。

为有效减少负荷电流对差动保护灵敏度的影响，为进一步减少故障前系统电源功角关系对保护动作特性的影响，提高保护切除经过渡电阻接地故障的能力，本装置采用电流故障分量分相差动构成复式比率差动判据。

故障分量的提取有多种方案，本保护采用的数字算法如下：

式中

为当前电流采样值；

为一个周波前的的采样值。

在故障发生后的一个周波内，其输出能较为准确地反映包括各种谐波分量在内的故障分量。

‘故障分量差电流’

；‘故障分量和电流’

动作表达式为：

其中

为第j个连接元件的电流故障分量，

为故障分量差电流门坎，由

推得；

为复式比率系数（制动系数）。

由于电流故障分量的暂态特性，故障分量复式比率差动判据仅在和电流突变起动后的第一个周波投入，并受使用低制动系数（0.5）的复式比率差动判据闭锁。

保护将母线上所有连接元件的电流采样值输入上述两个差动判据，即构成大差（总差）比率差动元件；对于分段母线，将每一段母线所连接元件的电流采样值输入上述差动判据，即构成小差（分差）比率差动元件。

各元件连接在哪一段母线上，是根据各连接元件的刀闸（隔离开关）位置来决定。

3.1.3TA（电流互感器）饱和检测元件

为防止母线差动保护在母线近端发生区外故障时，由于TA严重饱和出现差电流的情况下误动作，本装置根据TA饱和发生的机理、以及TA饱和后二次电流波形的特点设置了TA饱和检测元件，用来判别差电流的产生是否由区外故障TA饱和引起。

该饱和检测元件可以称之为自适应全波暂态监视器。

该监视器判别区内故障情况下截然不同于区外故障发生TA饱和情况下

元件与

元件的动作时序，以及利用了TA饱和时差电流波形畸变和每周波都存在线形传变区等特点，可以准确检测出饱和发生的时刻，具有极强的抗TA饱和能力。

3.1.4电压闭锁元件

以电流判据为主的差动元件，可以用电压闭锁元件来配合，提高保护整体的可靠性。

电压闭锁元件的动作表达式为：

式中

为母线线电压（相间电压），

为母线三倍零序电压，

为母线负序电压（相电压），

、

、

分别为各序电压闭锁定值。

因为判据中用到了低电压、零序和负序电压，所以称之为复合电压闭锁。

三个判据中的任何一个被满足，该段母线的电压闭锁元件就会动作，称为复合电压元件动作。

如母线电压正常，则闭锁元件返回。

本元件瞬时动作，动作后自动展宽40ms再返回。

差动元件动作出口，必须相应母线段的母线差动复合电压元件动作（与失灵复合电压元件相区分）。

3.1.5故障母线选择逻辑

3.1.2节中提及的大差比率差动元件与小差比率差动元件各有特点。

大差比率差动元件的差动保护范围涵盖各段母线，大多数情况下不受运行方式的控制；小差比率差动元件受当时的运行方式控制，但差动保护范围只是相应的一段母线，具有选择性。

对于固定连接式分段母线，如单母分段、

断路器等主接线，由于各个元件固定连接在一段母线上，不在母线段之间切换，因此大差电流只作为起动条件之一，各段母线的小差比率差动元件既是区内故障判别元件，也是故障母线选择元件。

对于存在倒闸操作的双母线、双母分段等主接线，差动保护使用大差比率差动元件作为区内故障判别元件；使用小差比率差动元件作为故障母线选择元件。

即由大差比率元件是否动作，区分母线区外故障与母线区内故障；当大差比率元件动作时，由小差比率元件是否动作决定故障发生在哪一段母线。

这样可以最大限度的减少由于刀闸辅助接点位置不对应造成的母差保护误动作。

考虑到分段母线的联络开关断开的情况下发生区内故障，非故障母线段有电流流出母线，影响大差比率元件的灵敏度，大差比率差动元件的比率制动系数可以自动调整。

联络开关处于合位时（母线并列运行），大差比率制动系数与小差比率制动系数相同（可整定）；当联络开关处于分位时（母线分列运行），大差比率差动元件自动转用比率制动系数低值（也可整定）。

母线上的连接元件倒闸过程中，两条母线经刀闸相连时（母线互联），装置自动转入‘母线互联方式’（‘非选择方式’）——不进行故障母线的选择，一旦发生故障同时切除两段母线。

当运行方式需要时，如母联操作回路失电，也可以投“互联压板”或设定保护控制字中的‘强制母线互联’软压板，强制保护进入互联方式。

综上所述，以双母线其中的I段为例，差动保护的整个逻辑关系如图：

与

与

与

或

与

I母出口

I母差动

复合电压动作

或

与

与

全波饱和检测

线形传变区

：

和电流突变量

：

差电流突变量

：

差电流起动元件

：

和电流突变起动元件

：

大差突变量比率差动元件

：

大差复式比率差动元件

：

I母突变量比率差动元件

：

I母复式比率差动元件

：

大差比率制动系数

：

小差比率制动系数

图3.2　母差保护逻辑框图

3.1.6差动回路和出口回路的切换

以上几节全面阐述了本装置的母线差动保护方案，包括起动、差动判据、饱和检测、电压闭锁、故障母线选择在内的各个环节及相互之间逻辑关系。

下面将举例详细说明差动回路和出口回路的形成。

其实这里所说的‘差动回路’和‘出口回路’只是借用传统保护的概念，微机母线差动保护装置中并不存在这样的硬件回路，各连接元件三相电流和刀闸位置全部都已转换成为数字量，由程序流程来实现切换。

因此装置的差动回路和出口回路可以说是实时地无触点地（非继电器）切换。

3.1.6.1双母线接线

以I1，I2，---，In表示各元件电流数字量；

以Ilk表示母联电流数字量；

以S11，S12，---，S1n表示各元件I母刀闸位置，0表示刀闸分，1表示刀闸合；

以S21，S22，---，S2n表示各元件II母刀闸位置；

以Slk表示母线并列运行状态，0表示分列运行，1表示并列运行；

各元件TA的极性端必须一致；一般母联只有一侧有TA，装置默认母联TA的极性与II母上的元件一致。

则差流计算公式为：

大差电流Id=I1+I2+---+In

I母小差电流Id1=I1*S11+I2*S12+---+In*S1n—Ilk*Slk

II母小差电流Id2=I1*S21+I2*S22+---+In*S2n+Ilk*Slk

以T1，T2，---，Tn表示差动动作于各元件逻辑，0表示不动作，1表示动作；

以Tlk表示差动动作于母联逻辑；

以F1，F2分别表示I母、II母故障，0表示无故障，1表示故障。

则出口逻辑计算公式为：

T1=F1*S11+F2*S21

T2=F1*S12+F2*S22

……

Tn=F1*S1n+F2*S2n

Tlk=F1+F2

3.1.6.2母联兼旁路形式的双母线接线

此时装置需引入母联到旁母的刀闸位置，以SPL表示。

该刀闸断开时（SPL=0），断路器作母联用，回路切换3.1.6.1。

若以II母带旁路，要求母联TA装于I母侧。

断路器无论作母联用还是作旁路用，TA的极性与II母上的元件都是一致的。

母联的旁母刀闸和II母刀闸处于合位时，该元件作旁路用，回路切换成：

Id=I1+I2+---+In+Ilk

Id1=I1*S11+I2*S12+---+In*S1n

Id2=I1*S21+I2*S22+---+In*S2n+Ilk

Tlk=F2

若以I母带旁路，要求母联TA装于II母侧。

由于已经定义断路器作母联用时，TA的极性与II母上的元件一致；那么断路器作旁路用时，TA的极性与I母上的元件相反。

母联的旁母刀闸和I母刀闸处于合位时，该元件作旁路用，回路切换成：

Id=I1+I2+---+In—Ilk

Id1=I1*S11+I2*S12+---+In*S1n—Ilk

Id2=I1*S21+I2*S22+---+In*S2n

Tlk=F1

若I、II母都可能带旁路，建议母联断路器两侧都要装设TA。

3.1.6.3旁路代母联形式的双母线接线

定义第4单元为旁路单元，旁母到I母（或II母）有跨条，装置引入跨条刀闸位置，以SKT表示。

若跨条接于I母，当跨条刀闸和旁路单元的II母刀闸处于合位时，即SKT=1且S2m=1，旁路单元作为母联用，回路切换成：

Id=I1+I2+---+I4+---+In—I4

Id1=I1*S11+I2*S12+---—I4+---+In*S1n

Id2=I1*S21+I2*S22+---+I4+---+In*S2n

Tm=F1+F2

若跨条接于II母，当跨条刀闸和旁路单元的I母刀闸处于合位时，即SKT=1且S1m=1，旁路单元作为母联用，回路切换成：

Id=I1+I2+---+I4+---+In—I4

Id1=I1*S11+I2*S12+---+I4+---+In*S1n

Id2=I1*S21+I2*S22+---—I4+---+In*S2n

Tm=F1+F2

3.1.6.4母线兼旁母形式的双母线接线

回路切换与母联兼旁路时相类似。

当然不再有旁母，没有母联到旁母刀闸，而是取决于出线到母线的跨条刀闸SK1、SK2。

如图：

SK1SK2

I

II

图3.3　母线兼旁母接线示意图

若母线的跨条刀闸（SK2）合，则装置将II母做为旁母，将母联做为旁路。

此时，母差保护范围为I母（延伸至旁路的CT）。

II母不在母差保护的范围内。

3.1.6.5其他形式的主接线

以上是以双母线接线为例，其他主接线方式的回路切换类推可知。

这里只提一下要点：

a.单母分段，除分段单元外的元件都是固定连接；分段单元的处理同母联单元。

b.双母单分段，三段母线分别形成小差回路，装置默认母联LK1的TA极性同II母上的元件，母联LK2的TA极性同III母上的元件，分段LN的TA极性同II母上的元件。

I

LK1LK2

IIIII

LN

图3.4　双母分段接线示意图

c.双母线双分段，一般考虑用两套BP-2B装置配合实现各段母线的保护。

一套装置保护分段开关‘左’侧的两段母线；另一套装置保护分段开关‘右’侧的两段母线；两套装置的保护范围在分段开关处交叠。

在差动逻辑中，将分段做为该段母线上的一个元件。

3.2母联（分段）失灵和死区保护

母线并列运行，当保护向母联（分段）开关发出跳令后，经整定延时若大差电流元件不返回，母联（分段）流互中仍然有电流，则母联（分段）失灵保护应经母线差动复合电压闭锁后切除相关母线各元件。

只有母联（分段）开关作为联络开关时，才起动母联（分段）失灵保护，因此母差保护和母联（分段）充电保护起动母联（分段）失灵保护。

母线并列运行，当故障发生在母联（分段）开关与母联（分段）流互之间时，断路器侧母线段跳闸出口无法切除该故障，而流互侧母线段的小差元件不会动作，这种情况称之为死区故障。

此时，母差保护已动作于一段母线，大差电流元件不返回，母联（分段）开关已跳开而母联（分段）流互仍有电流，死区保护应经母线差动复合电压闭锁后切除相关母线。

上述两个保护有共同之处，即故障点在母线上，跳母联开关经延时后，大差元件不返回且母联流互仍有电流，跳两段母线。

因此可以共用一个保护逻辑，如图：

母联死区延时

或

封母联TA

充电动作

差动动作

II母出口

I母出口

II母小差复式比率动作

II母差动复合电压

与

大差复式比率动作

与

与

与

I母差动复合电压

I母小差复式比率动作

母联开关分位

或

母联失灵过流

母联失灵延时

图3.5　母联失灵保护、死区故障保护实现逻辑框图

由于故障点在母线上，装置根据母联断路器的状态封母联TA后——即母联电流不计入小差比率元件，差动元件即可动作隔离故障点。

对母联开关失灵而言，需经过长于母联断路器灭弧时间并留有适当裕度的延时（母联失灵延时，可整定）才能封母联TA；对于母线并列运行（联络开关合位）发生死区故障而言，母联开关接点一旦处于分位（可以通过开关辅接点DL，或TWJ、HWJ接点读入），再考虑主接点与辅助接点之间的先后时序（可整定的死区延时），即可封母联TA，这样可以提高切除死区故障的动作速度。

母线分列运行时，死区点如发生故障，由于母联TA已被封闭，所以保护可以直接跳故障母线，避免了故障切除范围的扩大。

由于母联开关状态的正确读入对本保护的重要性，所以我们建议将DL的常开接点（或HWJ）和常闭接点（TWJ）同时引入装置，以便相互校验。

对分相断路器，要求将三相常开接点并联，将三相常闭接点串联。

3.3母联（分段）充电保护

分段母线其中一段母线停电检修后，可以通过母联（分段）开关对检修母线充电以恢复双母运行。

此时投入母联（分段）充电保护，当检修母线有故障时，跳开母联（分段）开关，切除故障。

母联（分段）充电保护的起动需同时满足三个条件：

⑴母联（分段）充电保护压板投入；⑵母联电流从无到有；⑶记忆母联电流从无到有前20ms内，母线已失压，且母联（分段）开关已断开。

充电保护一旦投入自动展宽200ms后退出。

充电保护投入后，当母联任一相电流大于充电电流定值，经可整定延时跳开母联开关，不经复合电压闭锁。

注1：

充电保护投入期间是否闭锁差动保护可设置保护控制字相关项进行选择。

注2：

检修母线充电之前必须退出母差的“母线分列运行”压板。

Ika由无至有

Ikb由无至有

Ikc由无至有

或

闭锁母差

与

充电闭锁母差

与

充电保护退出

差动恢复

展宽200ms

充电保护投入

一段母线失压

母分开关已断

充电保护压板合

充电保护投入

或

与

充电出口延时

跳母联

有流门坎为

：

母联A相电流

：

母联B相电流

：

母联C相电流

：

充电保护电流定值

图3.6　充电保护逻辑框图

3.4母联（分段）过流保护

母联（分段）过流保护可以作为母线解列保护，也可以作为线路（变压器）的临时应急保护。

母联（分段）过流保护压板投入后，当母联任一相电流大于母联过流定值，或母联零序电流大于母联零序过流定值时，经可整延时跳开母联开关，不经复合电压闭锁。

母联过流保护投入

跳母联

母联过流出口延时

或

与

：

母联A相电流

：

母联C相电流

：

母联零序电流

：

母联过流定值

：

母联零序过流定值

图3.7　母联过流保护逻辑框图

3.5电流回路断线闭锁

差电流大于TA断线定值，延时9秒发TA断线告警信号，同时闭锁母差保护。

电流回路正常后，0.9秒自动恢复正常运行。

或

延时9S

闭锁母差

TA断线信号

：

A相大差电流

：

B相大差电流

：

C相大差电流

：

TA断线定值

图3.9　TA断线逻辑框图

母联（分段）电流回路断线，并不会影响保护对区内、区外故障的判别，只是会失去对故障母线的选择性。

因此，联络开关电流回路断线不需闭锁差动保护，只需转入母线互联（单母方式）即可。

母联（分段）电流回路正常后，需手动复归恢复正常运行。

由于联络开关的电流不计入大差，母联（分段）电流回路断线时上一判据并不会满足。

而此时与该联络开关相连的两段母线小差电流都会越限，且大小相等、方向相反。

大差不起动

与

母线强制互联