BP-2B母差保護(hù)調(diào)試方法研究

王海洋，張錦標(biāo)

(錦州供電公司繼電保護(hù)所，遼寧錦州121000)

近幾年，微機(jī)母差保護(hù)在國內(nèi)各電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，母線差動保護(hù)由母線大差動和幾個(gè)各段母線的小差動組成.母線大差動是由除母聯(lián)斷路器和分段斷路器以外的母線所有其余支路的電流構(gòu)成的大差動元件，其作用是區(qū)分母線內(nèi)還是母線外短路，但它不能區(qū)分是哪一條母線發(fā)生故障.某條母線小差動是由與該母線相連的各支路電流構(gòu)成的差動元件，其中包括與該母線相關(guān)聯(lián)的母聯(lián)斷路器和分段斷路器支路的電流，其作用是可以區(qū)分該條母線內(nèi)還是該條母線外故障，所以可以作為故障母線的選擇元件.對于雙母線、母線分段等形式的母線保護(hù)，如果大差動元件和某條母線小差動元件同時(shí)動作，則將該條母線切除，也就是“大差判母線故障，小差選故障母線”.母差保護(hù)保護(hù)原理邏輯框圖如圖1所示.

圖1 母差保護(hù)邏輯

1 母線差動保護(hù)的基本原理

針對采用完全電流母線的差動保護(hù)，將連接到母線上的所有支路的電流相量和的絕對值Icd作為動作判據(jù).理論上正常運(yùn)行及區(qū)外故障時(shí)Icd等于0，內(nèi)部故障時(shí)Icd增大，差動繼電器動作，為避免區(qū)外故障及由于TA的各種誤差及飽和等原因造成的不平衡電流增大所導(dǎo)致的差動繼電器誤動，所以應(yīng)采用帶制動特性的差動繼電器.深圳南瑞B(yǎng)P-2B母差保護(hù)采用復(fù)式比率原理.復(fù)式比率差動元件的動作判據(jù):

式中:Id為母線上各元件電流的相量和，即差動電流;Ir為母線上各元件電流的標(biāo)量和，即電流的絕對值和;Id.set為差電流門坎定值;Kr為復(fù)式比率系數(shù)(又稱制動系數(shù)).BP-2B母差比率制動特性曲線如圖2所示.斜線的斜率為Kr，Kr=Id/Ir－Id.工作點(diǎn)在雙折線的上方陰影區(qū)，差動元件動作.

若忽略TA誤差和流出電流的影響，在區(qū)外故障時(shí)，Id=0，Id/(Ir－Id)=0/Ir=0;在區(qū)內(nèi)故障時(shí)，Id=Ir，Id/Ir－Id=Id/0=∞.由此可見，復(fù)式比率差動繼電器Kr值的選取范圍很大，可以從0到∞，即能非常明確地區(qū)分區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障.復(fù)式比率差動判據(jù)與常規(guī)的比率差動判據(jù)相比，由于在制動量的計(jì)算中引入了差電流，使其在母線區(qū)外故障時(shí)由于Kr值可選得大于1而有很強(qiáng)的制動特性，而在母線區(qū)內(nèi)故障時(shí)又無制動作用，因此能更明確的區(qū)分區(qū)外故障和區(qū)內(nèi)故障.

圖2 復(fù)式比率差動元件動作特性

2 BP-2B母線保護(hù)的調(diào)試方法

1)區(qū)外故障.Ⅰ母元件和母聯(lián)同相，與Ⅱ母元件反相.對于一母區(qū)外和二母區(qū)外都適合.

2)一母故障.Ⅰ母和Ⅱ母元件同相，與母聯(lián)反相.

3)二母故障.Ⅰ母和Ⅱ母元件同相，與母聯(lián)同相.

4)大差比率制動系數(shù)校驗(yàn)(母聯(lián)合位校高值，母聯(lián)分位校低值).

在Ⅰ母通入大小相等，方向相反的兩路電流L3，L5，用來提供制動電流，這2條線路電流大小相等，方向相反，不提供差流.在Ⅱ母上通入L2，此時(shí)，IR=L3+L5+L2，ID=L2，IR－ID=L3+L5，橫坐標(biāo)固定.

當(dāng)L3+L5=5A時(shí)，求得ID=2.5 A;L3+L5=6 A時(shí)，求得ID=3.0 A

試驗(yàn)方法:IA=L3，IB=L5，IC=L2，L3和L5置I母，L2置Ⅱ母.

①L3=L5=2.5，反相;L2預(yù)設(shè)2.0 A，上升至2.5 A左右，Ⅱ母差動保護(hù);

②L3=L5=3.0，反相;L2預(yù)設(shè)2.5 A，上升至3.0 A左右，Ⅱ母差動保護(hù);

計(jì)算K值，與整定K值相符.

小差比率制動系數(shù)校驗(yàn)只有高值，試驗(yàn)方法與大差比率制動系數(shù)(高值)校驗(yàn)方法相同.

5)TA斷線閉鎖差動邏輯(控制字投入)

定值設(shè)置:差動保護(hù)定值2.0 A，TA斷線定值2.0 A

試驗(yàn)接線:IA=母聯(lián)，IB=I母元件，IC=Ⅱ母元件，電壓加至I母電壓通道，模擬非母聯(lián)元件TA斷線.

初始狀態(tài):UA=57 V，0°，IA=0.5A，180°，UB=57 V，－120°，IB=0.5A，0°.

緩慢升三相電流至2.1 A，延時(shí)9 s后“TA斷線”燈亮(因?yàn)樵囼?yàn)儀三相電流分別通入不同的三個(gè)間隔的同一相內(nèi)，另兩相均不電流，所以延時(shí)9 s后會報(bào)TA斷線)。此時(shí)再降電壓，I母差動元件不動作。說明，元件TA斷線閉鎖差動保護(hù)有效。

母聯(lián)TA斷線:不受“TA斷線閉鎖差動”控制字影響.僅在母聯(lián)支路任一相加2.1 A電流，裝置馬上報(bào)“互聯(lián)”，此時(shí)大差為0，Ⅰ母小差和Ⅱ母小差都是2.1 A，即不封母聯(lián)CT.此時(shí)再在任一母線元件加2.1 A電流，只要滿足大差就跳兩母.

6)母聯(lián)失靈保護(hù)邏輯

定值設(shè)置:差動定值2.0 A，母聯(lián)失靈過流定值3.0 A，母聯(lián)失靈延時(shí)2.0 s

試驗(yàn)接線:IA=母聯(lián)，IB=I母，IC=Ⅱ母.母聯(lián)開關(guān)始終置合位.開入A接Ⅱ母動作接點(diǎn)，開入B接I母動作接點(diǎn).

狀態(tài)1:IA=IB=IC=1.05 A同相位;模擬Ⅱ母區(qū)內(nèi)故障，由開入A翻轉(zhuǎn)進(jìn)入下一狀態(tài).

狀態(tài)2:IA=IB=IC=3.5 A同相位，繼續(xù)通入故障，由開入B結(jié)束本狀態(tài).此狀態(tài)，IB電流必須大于差動定值，因?yàn)槟嘎?lián)開關(guān)始終在合位，Ⅱ母動作后母聯(lián)CT已封，I母小差只能由IB提供.

試驗(yàn)儀時(shí)間:開入A，45ms;開入B:2 047ms

TB-TA=2 047－45=2 002ms，為母聯(lián)失靈延時(shí).

7)母聯(lián)合位死區(qū)邏輯

定值設(shè)置:差動電流定值2.0 A.IA=母聯(lián)，IB=Ⅰ母，IC=Ⅱ母，開入A=Ⅱ母元件跳閘接點(diǎn)，開入B=I母元件跳閘接點(diǎn)，母聯(lián)跳閘接點(diǎn)給母聯(lián)跳位開入.試驗(yàn)前，母聯(lián)跳合位開入均斷開，裝置報(bào)“開入異?！?，但無影響，裝置默認(rèn)母聯(lián)開關(guān)在合位，不影響試驗(yàn).試驗(yàn)時(shí)，Ⅱ母差動先動作，由母聯(lián)跳閘接點(diǎn)給母聯(lián)跳位開入，繼續(xù)通入故障電流，此時(shí)，滿足封母聯(lián)CT條件，只要Ⅰ母元件電流大于差動定值，死區(qū)保護(hù)動作，Ⅰ母就可以跳閘.

狀態(tài)1:IA=IB=IC=1.2 A，同相位;模擬Ⅱ母區(qū)內(nèi)故障，開入A翻轉(zhuǎn)進(jìn)入下一狀態(tài).

狀態(tài)2:IA=IB=IC=2.1 A，同相位;封母聯(lián)CT，IB＞2.0 A，死區(qū)保護(hù)動作跳I母，開入B停止本狀態(tài).

試驗(yàn)儀時(shí)間:開入A，19ms;開入B，97 ms時(shí)差大于50ms死區(qū)延時(shí).

需要注意的是，如果可以實(shí)際傳動母聯(lián)開關(guān)，則不用母聯(lián)跳閘接點(diǎn)給母聯(lián)跳位開入，試驗(yàn)前將母聯(lián)開關(guān)合上，投入母聯(lián)跳閘壓板，其他試驗(yàn)事宜相同.上述試驗(yàn)方法是模擬I母死區(qū)(TA靠近一母，開關(guān)靠近二母)，如果模擬Ⅱ母死區(qū)，兩個(gè)狀態(tài)中母聯(lián)極性與兩元件的極性相反即可.母聯(lián)失靈和母聯(lián)合位死區(qū)的區(qū)別:僅是封母聯(lián)CT的邏輯不同.母聯(lián)失靈時(shí)，Ⅱ母動作后，母聯(lián)開關(guān)在合位、有流，經(jīng)失靈延時(shí)封CT后I母動作;母聯(lián)合位死區(qū)時(shí)，Ⅱ母動作后，母聯(lián)開關(guān)在跳位、有流，經(jīng)50 ms延時(shí)封CT后I母動作.

8)母聯(lián)分位死區(qū)邏輯

邏輯說明:投入“分列運(yùn)行”壓板后，直接封母聯(lián)CT，此時(shí)非母聯(lián)元件電流只要大于差動定值就可以動作.

試驗(yàn)接線:IA=母聯(lián);IB=I母;開入A=I母跳閘接點(diǎn).試驗(yàn)前投入分列運(yùn)行壓板，不能用實(shí)際跳位.

狀態(tài)1:IA=IB=2.5 A，同相位，開入A停止故障.

顯示:I母差動動作，開入A:20～40 ms(差動動作固定時(shí)間)

在I母和母聯(lián)加同相位電流，模擬I母死區(qū);在Ⅱ母和母聯(lián)加反相位電流，模擬Ⅱ母死區(qū).

9)充電保護(hù)動作后母聯(lián)失靈保護(hù)動作邏輯(充電200 ms期間閉鎖母差)

由I母通過母聯(lián)向Ⅱ母充電，充電定值1 A，充電延時(shí)0.01 s，差動定值2 A，母聯(lián)失靈電流定值3.0 A，母聯(lián)失靈延時(shí)2 s，充電時(shí)閉鎖母差保護(hù).IA=母聯(lián)，IB=I母元件，開出A=母聯(lián)合位(X9－1，132)，開出B=母聯(lián)跳位(X9－2，130)，公共端短接在X11－1(開入正電)，開入A=母聯(lián)跳閘接點(diǎn)，開入B=Ⅱ母跳閘接點(diǎn)，開入C=I母跳閘接點(diǎn).

狀態(tài)1:IA=IB=0，開出A斷開，開出B閉合，狀態(tài)保持時(shí)間和接點(diǎn)保持時(shí)間都是3 s;

(此狀態(tài)給母聯(lián)實(shí)際跳位開入3 s的充電前狀態(tài)，可復(fù)歸開入異常信號)

狀態(tài)2:IA=IB=3.0 A，同相位.開出A閉合，開出B斷開，狀態(tài)保持時(shí)間和接點(diǎn)保持時(shí)間都是3 s.開入A、B、C都選擇，或門.開入量翻轉(zhuǎn)判別條件以上一個(gè)狀態(tài)為參考.試驗(yàn)儀返回時(shí)間:開入A，13 ms(母聯(lián)充電時(shí)間);開入B，210 ms(Ⅱ母差動時(shí)間);開入C，2 013 ms(母差動時(shí)間)

此狀態(tài)邏輯動作行為:母聯(lián)由分到合瞬間，充電保護(hù)動作.0時(shí)刻到200 ms之間閉鎖母差.200 ms后開放母差，大差I(lǐng)D=3.0A，Ⅱ母小差僅為母聯(lián)電流也滿足，所以Ⅱ母差動瞬時(shí)動作.充電動作后延時(shí)2 s后，封母聯(lián)CT，Ⅰ母動作.

由下圖清晰可見:

圖4 母聯(lián)開關(guān)合位校驗(yàn)比率制動系數(shù)接線

0～t1:充電保護(hù)動作延時(shí)，由開入A返回，13 ms;

0～t2:充電保護(hù)固定展寬，200 ms，在此期間內(nèi)，閉鎖差動;

t2～t3:開放差動，母聯(lián)CT仍計(jì)入小差，所以Ⅱ母母差動作.

t1～t4:充電保護(hù)動作、母聯(lián)開關(guān)合位、有流，走母聯(lián)失靈延時(shí)后，封母聯(lián)CT，Ⅰ母差動動作.

10)母聯(lián)始終置跳位時(shí)，校驗(yàn)充電保護(hù)閉鎖母差邏輯

定值設(shè)置:充電定值1.0 A，充電延時(shí)0.1 s，差動定值2.0 A，IA=母聯(lián)，IB=Ⅱ母元件，母聯(lián)開關(guān)始終跳位.

試驗(yàn):IA=3.0 A，IB=3.0 A，同相位，故障保持時(shí)間200 ms.

充電退母差:充電保護(hù)0.1 s動作.

充電投母差:0～50 ms內(nèi)，充電預(yù)合，大差3.0 A，Ⅰ母小差(僅母聯(lián)電流)3.0 A，

Ⅱ母小差6.0 A，所以Ⅰ、Ⅱ母差動和充電保護(hù)都動作.

邏輯說明:在0～50 ms之間，裝置自動將母聯(lián)置合位，此時(shí)母聯(lián)CT計(jì)入小差，所以上述情況差動保護(hù)能動作.過了50 ms之后，按母聯(lián)實(shí)際位置判別.

11)復(fù)壓閉鎖元件定值校驗(yàn)(手動方式)

定值設(shè)置:低電壓70 V(線電壓)，負(fù)序電壓10 V(相電壓)

校驗(yàn)UBC低電壓定值(要求不能同時(shí)滿足負(fù)序開放條件)

兩相短路時(shí)，UBCmM+2U2線=100 V.見下圖:

圖5 兩相短路時(shí)電壓向量

由圖:UMBC+2U2線=100 V，且不輸出3U0，推導(dǎo)過程如下:

UB101=UC101=UC101=UKA=UMA=U1MA+U2MA(絕對值和);

UMB=U1MB+U2MB(矢量和);UMC=U1MC+U2MC(矢量和)

3U0=UMA+UMB+UMC=UKA+UKB+IbZ+UKC+IcZ=UKA+UKB+UKC+IbZ－IbZ=0.

定值U2相=10 V，得U2線=17.32 V;U線=70 V.

可取UMBC=68 V，此時(shí)U2線=(100－68)/2=16＜17.32，可保證只開放低電壓，負(fù)序、零序不開放.

由UMBC=68V，UKB=UKC=57.7/2，設(shè)UMA角度為0，可求得UMB和UMC的幅值和角度.

狀態(tài)1:輸入正常三相電壓，復(fù)壓元件不開放.

狀態(tài)2:輸入上述計(jì)算電壓，低電壓元件開關(guān).

校驗(yàn)低電壓1.05倍和負(fù)序電壓開放條件計(jì)算方法同上.

3 結(jié)語

隨著各種微機(jī)保護(hù)裝置快速發(fā)展，微機(jī)保護(hù)以其特有的“智能”，能更準(zhǔn)確地捕捉電力系統(tǒng)故障，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的保護(hù)功能.對于微機(jī)保護(hù)的試驗(yàn)，對于普通的現(xiàn)場保護(hù)調(diào)試人員來說具有一定的難度.一方面要求調(diào)試人員對保護(hù)原理及測試方法非常清楚，另一方面要求其十分熟悉微機(jī)測試裝置操作要領(lǐng).通過反復(fù)試驗(yàn)，終于掌握了BP-2B母差保護(hù)調(diào)試方法，改進(jìn)了試驗(yàn)方法、實(shí)現(xiàn)手段、試驗(yàn)過程，簡化了繼電保護(hù)調(diào)試工作，提高了測試效率，這對今后現(xiàn)場調(diào)試工作是有幫助的.

［1］ 劉建軍.電工基礎(chǔ)實(shí)用教程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2012.

［2］ 國家電力調(diào)度通信中心.國家電網(wǎng)公司繼斷保護(hù)培訓(xùn)教材［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［3］ 國家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問答［M］.第2版.北京:中國電力出版社，2000.