南瑞微机母线保护装置原理培训讲义(上)

1、南瑞微机母线保护装置原理培训讲义(上)南瑞微机母线保护装置原理培训讲义(上)BP-2B微机母线保护装置特点介绍复式比率差动原理母线的其他保护配置硬件概述主接线形式定值整定4/19/20223产品应用专业从事电力系统自动化产品的研发、生产、销售以及相关的工程设计与服务国内最先通过省部级鉴定的BP系列微机母线保护装置，在35KV500KV电压等级应用中具有最优异的运行业绩， BP系列微机母线保护装置应用5000余套ISA系列变电站综合自动化系统，是国内应用最早、最成熟的综自产品之一，并被列为全国城乡电网建设与改造重点推荐产品新产品PRS系列超高压成套变压器保护、成套线路保护汇集了国内目前最先进的控

2、制与通讯技术所有产品均拥有自主知识产权，先后通过了国家电力部、广东省组织的成果鉴定，多次获电力部科技进步奖 GO TOP4/19/20224研制背景oBP-2B型微机母线保护是深圳南瑞科技研制开型微机母线保护是深圳南瑞科技研制开发的，是发的，是BP-2A型微机母线保护的升级产品。型微机母线保护的升级产品。BP型微机母线保护在国内运行超过五千套。型微机母线保护在国内运行超过五千套。运行情况良好。运行情况良好。BP-2B型微机母线保护继承了型微机母线保护继承了原有的保护原理和运行经验，在装置硬件和机原有的保护原理和运行经验，在装置硬件和机柜结构上做了进一步的改进。柜结构上做了进一步的改进。GO T

3、OP4/19/20225适用范围nBP-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3/2接线在内的各种主接线方式，最大主接线规模为36个间隔 。n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、母联非全相以及断路器失灵保护出口等功能。GO TOP4/19/20226特点介绍n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。n复式比率差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很强的制动特性，在母线区内故障时无制动，因此能更明确的区分区外故障和区内故障。GO TOP4/19/2

4、0227特点介绍o差动元件差动元件n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。为有效减少负荷电流对差动保护灵敏度的影响，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，提高保护切除过渡电阻接地故障的能力，故障分量为当前电流采样值减一周波前的采样值。故障分量复式比率差动判据仅在故障启动后的第一周波内投入，并受低制动系数的复式比率差动判据闭锁。GO TOP4/19/20228特点介绍o母线运行方式的电流校验母线运行方式的电流校验n本装置引入隔离刀闸的辅助接点实现对母线运行方式的自适应。同时用各支路电流和电流分布来校验刀闸辅助接点的正确性。当发现刀闸辅助接点状态与实际不符，即发出“开

5、入异常”告警信号，在状态确定的情况下自动修正错误的刀闸接点。GO TOP4/19/20229特点介绍o抗抗TA饱和饱和n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。n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Id元件与Ir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

6、。 GO TOP4/19/202210特点介绍o母线分列运行的考虑母线分列运行的考虑n故障时有较大电流流出时，大差比率系数采用比率系数低值定值，提高差动保护的灵敏度。n封母联CT，以保证死区故障的速动性和可靠性。GO TOP4/19/202211特点介绍o装置硬件配置装置硬件配置n装置采用标准整体机箱，分三层固定，整体面板。n强电机箱后面连接。n弱电在机箱前面布置。n插件按母线上的元件设计，配置灵活，易于扩展。n插件互换性强，各主要插件可完全互换，调试及维护方便。n各电源模块完全独立。n独立的电压闭锁元件。GO TOP4/19/202212特点介绍o辅助功能辅助功能n液晶屏幕大，320240点

7、阵，显示内容丰富，可以显示菜单窗口、事件记录、主接线图、录波波形、自检信息等内容；n标配两个485，103规约；最多支持三个以太网，61850通讯；n提供GPS接点、差分方式校时接口。GO TOP4/19/202213技术参数o保护整组动作时间小于保护整组动作时间小于15ms。o介质强度实验介质强度实验，级级o冲击电压实验冲击电压实验 ，级级o辐射电磁场干扰辐射电磁场干扰，级级o快速瞬变干扰快速瞬变干扰 ，级级o脉冲群干扰实验脉冲群干扰实验，级级o静电放电实验静电放电实验，级级End of this ChapterGO TOP4/19/202214母线差动保护 各种类型的母线保护就其对母线接线

8、方式、电网运行方式、故障类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（以下称故障时由于电流互感器（以下称TATA）误差而产生的差动不平衡电）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。流，在高压电网中得到了较为

9、广泛的应用。BPBP系列母差保护以此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。率差动元件为主的一整套电流差动保护方案。GO TOP4/19/202215“和电流”与“差电流”o和电流和电流o差电流差电流GO TOP4/19/202216起动元件1、和电流突变量判据：2、差电流越限判据：3、起动元件返回判据：GO TOP4/19/202217差动元件o复式比率差动判据动作表达式：复式比率差动判据动作表达式：) 1 (IdsetId )2()(IdIrKrIdIdIr-Id

10、IdsetKr其中Id为母线上各元件的矢量和，即差电流。 Ir为母线上各元件的标量和，即和电流。 Idset为差电流门坎定值； Kr为复式比率系数（制动系数）若忽略CT误差和流出电流的影响，在区外故障时，Id = 0，0/Ir为0；在区内故障时，Id = Ir，Id/0为。由此可见，复式比率差动继电器能非常明确地区分区内和区外故障，Kr值的选取范围达到最大，即从0到 。GO TOP4/19/202218复式比率差动判据o若考虑区内故障时有若考虑区内故障时有Ext%Ext%的总故障电流流出母线，则此时的总故障电流流出母线，则此时的比率制动系数为：的比率制动系数为： Kr=Id / ( Kr=Id

11、 / ( Id+Ext%Id+Ext%IdId+Ext%Id+Ext%Id-Id )=1/(2Ext%)-Id )=1/(2Ext%) IdExt%IdId+Ext%IdGO TOP4/19/202219复式比率差动判据o若考虑区外故障时故障支路的若考虑区外故障时故障支路的CTCT误差达到误差达到，而其余支路的而其余支路的CTCT误差忽略不计，则此时的比率制动系数为误差忽略不计，则此时的比率制动系数为: Kr=/(: Kr=/(1+1-1+1-)=/(2-2)-)=/(2-2) 若令总流入电流为1，则 总流出电流为1， 差电流为 1-1GO TOP4/19/202220复式比率差动判据o复式比

12、率系数复式比率系数KrKr和故障支路误差和故障支路误差、区内故障时流出母线电流占总故障、区内故障时流出母线电流占总故障电流的比例电流的比例Ext%Ext%之间的关系表：之间的关系表： KrExt%14067220803158541288该表含义是，Kr与Ext成反比，即Kr选值越大在区内故障时允许流出母线的电流占总故障电流的份额越小；Kr选值越大在区外故障时允许故障支路的最大CT误差越大。当Kr整定为2时，在区外故障时允许故障支路的最大CT误差为80%而母差不会误动，在区内故障时允许20%以下的总故障电流流出母线而母差不会拒动。其余类推。GO TOP4/19/202221TA(电流互感器)饱和

13、检测元件 o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。o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Id元件与Ir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。 GO TOP4/19/202222电压闭锁元件式中Uab、Ubc、Uca为母线线电压，3U0为母线三倍零

14、序电压，U2为母线负序电压，Uset、U0set、U2set分别为各电压闭锁定值。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复合电压元件动作。本元件瞬时动作，动作后自动展宽40ms再返回。差动元件与失灵元件动作出口经相应母线段的相关复合电压元件闭锁。 GO TOP4/19/202223故障母线选择逻辑 o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。o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o母线互联运行：小差比率差动元件自动退出保护不进行故障母线的选择，一旦发生故障同时切除两段母线。F&

15、Q：互联运行方式下，母线保护复合电压闭锁取哪一段母线：互联运行方式下，母线保护复合电压闭锁取哪一段母线电压？电压？GO TOP4/19/202224故障母线选择逻辑与与与或与与 全波饱和检测或I母差动复合电压动作与 I母出口KzKr 5 . 0KrzKKr15 . 01KrIdsetIrIdsetId KzKr zKKr1Ir：和电流突变量Id：差电流突变量Id：差电流起动元件Ir：和电流突变起动元件Kr：大差突变量比率差动元件Kr：大差复式比率差动元件Kr1：I母突变量比率差动元件Kr1：I母复式比率差动元件Kz：大差比率制动系数Kz：小差比率制动系数故障分量复式比率差动复式比率差动起动元件

16、仅在和电流突变起动后的第一个周波投入GO TOP4/19/202225差回路的构成o差动回路是由一个母线大差动和几个各段母线小差动所组成的；差动回路是由一个母线大差动和几个各段母线小差动所组成的；o大差动是指除母联开关和分段开关以外的母线上所有其余支路电流大差动是指除母联开关和分段开关以外的母线上所有其余支路电流所构成的差动回路；所构成的差动回路；o某某段母线小差动是指与该段母线相连接的各支路电流构成的差动回路，其中包段母线小差动是指与该段母线相连接的各支路电流构成的差动回路，其中包括了与该段母线相关联的母联开关和分段开关；括了与该段母线相关联的母联开关和分段开关；o母线上所有元件极性相同，母

17、联母线上所有元件极性相同，母联CTCT极性同极性同IIII母线上元件极性；母线上元件极性；o大差动判别母线故障，小差动判别故障母线。大差动判别母线故障，小差动判别故障母线。GO TOP4/19/202226差回路的构成o并列运行时倒闸操作：并列运行时倒闸操作：n可预先投互联压板；n可预先设定保护控制字中的“强制母线互联”软压板，强制母线互联；n依靠刀闸辅助接点自适应倒闸操作；n此时差动回路改为一个母线大差动。GO TOP4/19/202227差回路的构成o母线分列运行时：母线分列运行时：n可分列运行后投分列压板强制（注意预合母联开关前，应将压板退出）；n依靠母联开关接点自适应分列运行操作（仅常

18、闭接点合，常开接点断，装置认为母联开关断开）；n此时母联电流退出小差动回路；n大差比率制动系数降为低值；GO TOP4/19/202228母线分列运行的说明 (1)o如图所示，母线分列运行时，母故障，母上的负荷电流仍然可能流出母线。特别是在、母线分别接大，小电源或者母线上有近距离双回线时，电流流出母线的现象特别严重。此时，大差灵敏度下降。因此，装置的大差比率元件采用2个定值，母线并列运行时，用比率系数高值；母线分列运行时，用比率系数低值。装置根据母线运行状态自动切换定值。 GO TOP4/19/202229母线分列运行的说明 (2)o母线分列运行时，死区故障，故障点位于母联的开关和TA之间。此时，按差电流回路，母差动动作，然后启动母联失灵跳母，如果两母线的复合电压闭锁均开放，则造成母线完全退出运行。如果故障时母复合电压闭锁不开放（故障点在母），母复合电压闭锁开放，会造成保护拒动。因此，在母线分列运行时，装置封母联TA，若发生图所示故障时，差动保护直接出口跳母。n装置通过自动和手动两种方式判别母线是并列运行还是分列运行。自动方式是将母联（分断）开关的常开和常闭辅助接点引入装置的端子，若开关的常开和常闭接点不对应，