基于DM5000E手持式繼保儀的220 kV智能化微機(jī)母線保護(hù)調(diào)試方法研究

金世鑫，張武洋，李 華

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110015）

基于DM5000E手持式繼保儀的220 kV智能化微機(jī)母線保護(hù)調(diào)試方法研究

金世鑫1，張武洋1，李 華2

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110015）

隨著智能變電站相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展以及IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，智能化微機(jī)保護(hù)裝置的應(yīng)用逐漸普及，其測(cè)試設(shè)備和方法也越來(lái)越多受到人們的關(guān)注，為了滿足智能化微機(jī)保護(hù)裝置的測(cè)試需要，目前各主流繼保儀生產(chǎn)廠家已經(jīng)研發(fā)出各種規(guī)格和樣式的數(shù)字式繼保儀。提出一種基于DM5000E手持式繼保儀的220 kV智能化母線保護(hù)調(diào)試方法，針對(duì)實(shí)際工程中BP－2C－D型智能化母線保護(hù)裝置的功能和邏輯，應(yīng)用該方法對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，為智能化母線保護(hù)的調(diào)試提供參考。

手持式繼保儀；SCD文件；比率制動(dòng)系數(shù)

1 智能化母線保護(hù)

1.1 220 kV智能化微機(jī)保護(hù)

傳統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)裝置核心部分一般由數(shù)字電路構(gòu)成，數(shù)字電路與外圍的接口部件相通信，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的采樣、邏輯處理及開關(guān)量輸入輸出的功能。典型的微機(jī)保護(hù)裝置由邏輯處理單元（CPU）、開關(guān)量I／O接口、模擬量采樣接口、人機(jī)交互界面（UI）和通信接口組成［1］。智能化微機(jī)保護(hù)不同于傳統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)集采樣、邏輯運(yùn)算、開入開出功能為一體，智能化保護(hù)采用分布式配置，保護(hù)裝置本體僅包含邏輯處理、信息通信、人機(jī)交互功能，互感器二次電壓及電流采樣部分在合并單元內(nèi)完成，開關(guān)量輸入輸出的功能在智能終端內(nèi)完成，合并單元與智能終端布置在開關(guān)匯控柜內(nèi)，與開關(guān)匯控柜二次側(cè)接線端子通過(guò)電纜相連，實(shí)現(xiàn)模擬量及開關(guān)量的接收和發(fā)送，合并單元與智能終端通過(guò)光纖與智能化微機(jī)保護(hù)裝置連接，智能化微機(jī)保護(hù)裝置通過(guò)“直采直跳”的方式實(shí)現(xiàn)合并單元SV報(bào)文的采集和智能終端GOOSE報(bào)文的接收與發(fā)送，對(duì)于220 kV智能化微機(jī)保護(hù)裝置的單體調(diào)試，可以撇開合并單元，利用數(shù)字繼保儀在保護(hù)裝置上直接加量測(cè)試。

1.2 智能變電站220 kV母線保護(hù)設(shè)計(jì)方法

智能變電站220 kV母線一次主接線方式一般為雙母線或雙母線分段接線，因此其保護(hù)一般按照雙母線或雙母線分段配置，母線保護(hù)的差動(dòng)回路包括Ⅰ、Ⅱ母線的小差回路及母線大差回路，某段母線的小差回路是指該段母線上所連接的所有元件和支路（包括母聯(lián)開關(guān)）電流所構(gòu)成的差動(dòng)回路，母線大差回路是指除分段開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)外所有支路電流（不包含母聯(lián)）所構(gòu)成的差動(dòng)回路。母線大差比率差動(dòng)電流作為啟動(dòng)判據(jù)，其作用是判別母線發(fā)生的故障是區(qū)外故障還是區(qū)內(nèi)故障。小差比率差動(dòng)電流用于選擇故障母線，判斷故障發(fā)生在Ⅰ母還是Ⅱ母，母聯(lián)電流僅在母線并列運(yùn)行（母聯(lián)開關(guān)合位并且分裂運(yùn)行控制字置0）時(shí)計(jì)入小差電流，分裂運(yùn)行時(shí)則不計(jì)入小差電流［2］。智能化母線保護(hù)以母線為對(duì)象，在母線主接線確定的基礎(chǔ)上，定義該母線上所有連接的支路和元件，構(gòu)成各段母線的小差回路及母線的大差回路。

2 DM5000E配置及試驗(yàn)接線

智能變電站保護(hù)的特點(diǎn)是通過(guò)光纖接收和發(fā)送報(bào)文，因此，測(cè)試時(shí)首先將全站SCD文件導(dǎo)入DM5000E，然后通過(guò)SCD文件進(jìn)行所有母線支路SV、GOOSE的配置，如在工程實(shí)際中對(duì)長(zhǎng)園深瑞生產(chǎn)的BP－2C－D型母線保護(hù)進(jìn)行調(diào)試，需要導(dǎo)入母線上的所有線路支路、主變間隔及母聯(lián)開關(guān)MU信息并對(duì)SV發(fā)送報(bào)文進(jìn)行配置，同時(shí)需要導(dǎo)入保護(hù)裝置的GOOSE輸出，將母線保護(hù)輸出的各支路的跳閘報(bào)文映射到繼保儀GOOSE輸入配置文件里的不同開入量中，以便監(jiān)視GOOSE的變位信息和切換狀態(tài)，完成文件配置后，將繼保儀的SV報(bào)文輸出光口定義為光口1，GOOSE報(bào)文接收與發(fā)送光口定義為光口2，將光口1與光口2分別與保護(hù)裝置的SV及GOOSE接收光口相連，如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)接線

3 保護(hù)邏輯理論分析

為了避免母線發(fā)生區(qū)外故障時(shí)由于電流互感器的誤差產(chǎn)生的差動(dòng)回路不平衡電流，特別是區(qū)外故障時(shí)流過(guò)最大短路電流支路的電流互感器發(fā)生飽和產(chǎn)生的不平衡電流，導(dǎo)致母線保護(hù)誤動(dòng)作，目前微機(jī)母線差動(dòng)保護(hù)普遍采用帶比率制動(dòng)特性的動(dòng)作判據(jù)。BP－2C－D型母線保護(hù)裝置配備的比率差動(dòng)元件包括工頻變化量比率差動(dòng)元件和常規(guī)比率差動(dòng)元件，兩者動(dòng)作判據(jù)類似，區(qū)別是前者所有判斷量均為電流的工頻變化量，后者則為計(jì)算時(shí)刻的實(shí)際電流有銘值。同時(shí)，母聯(lián)死區(qū)保護(hù)和母聯(lián)失靈保護(hù)的動(dòng)作邏輯均與比率差動(dòng)元件有關(guān)，更加凸顯了比率差動(dòng)元件在整個(gè)母線保護(hù)中的重要性，因此在智能化微機(jī)母線保護(hù)裝置調(diào)試過(guò)程中需要對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)試，需要測(cè)試在母線的各種運(yùn)行方式下母線的比率制動(dòng)特性是否準(zhǔn)確［3］。BP－2C－D型母線保護(hù)比率差動(dòng)元件的動(dòng)作判據(jù)如下：

式中：Icdzd為差動(dòng)電流起動(dòng)定值；Ir為制動(dòng)電流，是母線上所有構(gòu)成該差動(dòng)回路的連接支路電流絕對(duì)值之和；Id為差動(dòng)電流，是母線上所有構(gòu)成該差動(dòng)回路的連接支路電流矢量和的絕對(duì)值；K為比率制動(dòng)系數(shù)。通過(guò)式（2）、式（3）可以計(jì)算出Ir和Id：

式中：Ij為連接在母線上的第j個(gè)支路的電流；n為母線上構(gòu)成該差動(dòng)回路的支路數(shù)。

4 智能化母線保護(hù)調(diào)試方法

4.1 母線保護(hù)差流計(jì)算對(duì)母聯(lián)及支路極性的要求

BP－2C－D型母線保護(hù)差動(dòng)保護(hù)同時(shí)會(huì)計(jì)算大差電流Id及2條母線的小差電流Id1和Id2，保護(hù)通過(guò)大差電流啟動(dòng)，通過(guò)小差電流判別故障發(fā)生在I母還是Ⅱ母，目的是為防止由于隔離開關(guān)位置接錯(cuò)導(dǎo)致母線保護(hù)誤動(dòng)作［4］。BP－2C－D型母線保護(hù)在進(jìn)行差流計(jì)算時(shí)，保護(hù)裝置邏輯規(guī)定母聯(lián)電流極性指向Ⅱ母，如圖2所示，母聯(lián)TA的P2指向Ⅱ母，而支路則是P1指向Ⅱ母，因此，母聯(lián)與支路TA二次側(cè)應(yīng)為反極性接線，當(dāng)母線并列運(yùn)行時(shí)，小差電流的計(jì)算需要計(jì)及母聯(lián)電流，母聯(lián)電流在I母小差中作差，在Ⅱ母小差中作和，如式：

式中：m和n分別為掛接在Ⅰ母和Ⅱ母上的支路數(shù)，Iml為母聯(lián)電流，試驗(yàn)時(shí)，將Icdzd設(shè)置為0.5 A，選擇母聯(lián)、支路1、支路2作為試驗(yàn)對(duì)象，支路1掛Ⅰ母運(yùn)行，支路2掛Ⅱ母運(yùn)行，母聯(lián)合位，模擬4種類型故障，①Ⅰ母區(qū)內(nèi)故障，②Ⅱ母區(qū)內(nèi)故障，③Ⅰ母區(qū)外故障，④Ⅱ母區(qū)外故障，如圖2所示。試驗(yàn)時(shí)，將支路1電流映射到I1，將支路2電流映射到I2，將母聯(lián)電流映射到I3，同時(shí)加入三側(cè)電流，若為第①種情況，令I(lǐng)1＝1∠180°A，I2＝1∠180°A，I3＝1∠0°A，此時(shí)Id＝2.001 A，Id1＝2.001 A，Id2＝0 A，若為第②種情況，令I(lǐng)1＝1∠180°A，I2＝1∠180°A，I3＝1∠180°A，此時(shí)Id＝2.001 A，Id1＝0 A，Id2＝2.001 A，若為第③種情況，令I(lǐng)1＝1∠0°A，I2＝1∠180°A，I3＝1∠0°A，此時(shí)Id＝0 A，Id1＝0 A，Id2＝0 A，若為第④種情況，令I(lǐng)1＝1∠180°A，I2＝1∠0°A，I3＝1∠180°A，此時(shí)Id＝0 A，Id1＝0 A，Id2＝0 A，通過(guò)以上4種情況故障的模擬即可驗(yàn)證母線保護(hù)差流計(jì)算對(duì)支路及母聯(lián)TA極性的要求。

4.2 比率制動(dòng)系數(shù)測(cè)試

為防止母聯(lián)開關(guān)斷開的情況下，由于弱電源側(cè)母線發(fā)生故障時(shí)大差比率元件的靈敏度不夠，造成比率差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)，大差比率差動(dòng)元件的比率制動(dòng)系數(shù)通常設(shè)有高、低2個(gè)值。當(dāng)母線分裂運(yùn)行時(shí)大差比率差動(dòng)元件采用比率制動(dòng)系數(shù)低值，BP－2CD型母線保護(hù)固定取0.3。而當(dāng)母線隔離開關(guān)雙跨或母聯(lián)開關(guān)處于合閘位置（并列運(yùn)行）時(shí)，大差比率差動(dòng)元件則自動(dòng)轉(zhuǎn)用比率制動(dòng)系數(shù)高值，保護(hù)裝置固定取1；小差比率差動(dòng)元件則固定取比率制動(dòng)系數(shù)高值。試驗(yàn)時(shí)，將Icdzd設(shè)置為0.5 A，選擇母聯(lián)、支路1、支路2作為試驗(yàn)對(duì)象，模擬I母區(qū)內(nèi)故障。試驗(yàn)條件：投入差動(dòng)保護(hù)功能壓板，支路1掛Ⅰ母運(yùn)行，支路2掛Ⅱ母運(yùn)行，母聯(lián)開關(guān)在合位，如圖2所示。

圖2 母線保護(hù)故障圖

試驗(yàn)時(shí)，將支路1電流映射到I1，將支路2電流映射到I2，①驗(yàn)證大差比率制動(dòng)系數(shù)高值，試驗(yàn)條件：支路1掛Ⅰ母運(yùn)行，支路2掛Ⅱ母運(yùn)行，母聯(lián)開關(guān)在合位，加入兩側(cè)相反的電流，I1＝1∠0° A，I2＝1∠180°A，逐漸增加I2電流直至保護(hù)動(dòng)作，此時(shí)I2＝3.05∠180°A，由式（1）、式（2）、式（3）計(jì)算K＝1.025；②驗(yàn)證大差比率制動(dòng)系數(shù)低值，試驗(yàn)條件：支路1掛Ⅰ母運(yùn)行，支路2掛Ⅱ母運(yùn)行，母聯(lián)開關(guān)在分位，加入兩側(cè)相反的電流，I1＝1∠0°A，I2＝1∠180°A，逐漸增加I2電流直至保護(hù)動(dòng)作，此時(shí)I2＝1.65∠180°A，計(jì)算K＝0.325；③驗(yàn)證小差比率制動(dòng)系數(shù)，試驗(yàn)條件：支路1、支路2同時(shí)掛I母（或Ⅱ母）運(yùn)行，加入兩側(cè)相反的電流，I1＝1∠0°A，I2＝1∠180°A，逐漸增加I2電流直至保護(hù)動(dòng)作，此時(shí)I2＝3.03∠180°A，計(jì)算K＝1.015，實(shí)測(cè)值與定值間誤差滿足精度要求。

4.3 死區(qū)保護(hù)測(cè)試

如圖2所示，由于母聯(lián)開關(guān)僅在I母?jìng)?cè)配置了TA，所以，母聯(lián)開關(guān)與TA之間存在死區(qū)，BP－2B－C型母線保護(hù)死區(qū)動(dòng)作時(shí)間定值固定為150 ms，試驗(yàn)時(shí)，將Icdzd設(shè)置為0.5 A，選擇母聯(lián)開關(guān)、支路1、支路2為研究對(duì)象，支路1掛Ⅰ母運(yùn)行，支路2掛Ⅱ母運(yùn)行［5］。將支路1電流映射到I1，支路2電流映射到I2，母聯(lián)電流映射到I3，在繼保儀的GOOSE接收中配置母線保護(hù)跳閘出口，同時(shí)加入3側(cè)電流，令I(lǐng)1＝1∠180°A，I2＝1∠180°A，I3＝1∠180°A，模擬死區(qū)故障，①若母聯(lián)為分位，則母聯(lián)電流不計(jì)入小差，此時(shí)Id＝2.002 A，Id1＝1.001 A，Id2＝1.001 A，Ⅰ、Ⅱ母差動(dòng)保護(hù)同時(shí)動(dòng)作，②若母聯(lián)為合位，則Id＝2.002 A，Id1＝0 A，Id2＝2.002 A，Ⅱ母差動(dòng)動(dòng)作跳母聯(lián)及支路2，記錄繼保儀接收到母聯(lián)跳閘出口時(shí)間T1＝20 ms，收到保護(hù)跳閘GOOSE后將繼保儀發(fā)出的故障電流切換狀態(tài)，令I(lǐng)1＝1∠180°A，I2＝0 A，I3＝1∠180°A，此時(shí)Id1＝0 A，Id2＝0 A，保護(hù)裝置判母聯(lián)跳位有流，經(jīng)死區(qū)固有延時(shí)后死區(qū)保護(hù)動(dòng)作封母聯(lián)電流（令母聯(lián)電流不計(jì)入母線小差），此時(shí)Id1＝1.001 A，Id2＝0 A，Ⅰ母差動(dòng)動(dòng)作跳母聯(lián)及支路1，記錄繼保儀接收到母聯(lián)跳閘出口時(shí)間T2＝175 ms，死區(qū)動(dòng)作時(shí)間T＝T2－T1＝155 ms，由此可證明死區(qū)保護(hù)動(dòng)作邏輯及延時(shí)正確。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種基于DM5000E手持式繼保儀的220 kV智能化母線保護(hù)調(diào)試方法，應(yīng)用該方法對(duì)長(zhǎng)園深瑞的BP－2C－D型智能化母線保護(hù)裝置進(jìn)行測(cè)試，針對(duì)母線保護(hù)裝置的各種邏輯和功能，以某220 kV智能變電站的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試為例來(lái)說(shuō)明母線保護(hù)裝置調(diào)試方法。通過(guò)調(diào)試，對(duì)智能化母線保護(hù)的邏輯功能及測(cè)試方法有了更深入的認(rèn)識(shí)和理解，也為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員提供一定參考。

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Study on Debugging Method of 220 kV Intelligent Bus Protection Based on Handheld Relay Protection Tester DM5000E

JIN Shi?xin1，ZHANG Wu?yang1，LI Hua2
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Economy Technical Research Institute of Liaoning Electric Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110015，China）

With the rapid development of related technology of intelligent substation and the IEC 61850 standard application，the ap?plication of intelligent protection device is widely used.Test equipment and the debug method of intelligent protection device attracts more and more attention.In order to meet the need of intelligent protection device test，the mainstream of relay protection instruments manufacturers have developed a variety of specifications and styles of digital relay protection tester.This paper presents a method of 220 kV intelligent bus protection debugging based on DM5000E handheld relay protection tester，test the device by this method according to BP?2C?D type in actual engineering intelligent bus protection device and the logic function，providing some guidance and reference for the debugging of intelligent bus protection.

Handheld relay protection tester；SCD file；Ratio brake coefficient

TM773

A

1004－7913（2015）05－0005－03

金世鑫（1985—），男，碩士，工程師，從事繼電保護(hù)與智能電網(wǎng)研究工作。

2015－01－12）