BP-2B母差保护调试方法研究

王海洋，张锦标

(锦州供电公司继电保护所，辽宁锦州121000)

近几年，微机母差保护在国内各电力系统中得到了广泛应用，母线差动保护由母线大差动和几个各段母线的小差动组成.母线大差动是由除母联断路器和分段断路器以外的母线所有其余支路的电流构成的大差动元件，其作用是区分母线内还是母线外短路，但它不能区分是哪一条母线发生故障.某条母线小差动是由与该母线相连的各支路电流构成的差动元件，其中包括与该母线相关联的母联断路器和分段断路器支路的电流，其作用是可以区分该条母线内还是该条母线外故障，所以可以作为故障母线的选择元件.对于双母线、母线分段等形式的母线保护，如果大差动元件和某条母线小差动元件同时动作，则将该条母线切除，也就是“大差判母线故障，小差选故障母线”.母差保护保护原理逻辑框图如图1所示.

图1 母差保护逻辑

1 母线差动保护的基本原理

针对采用完全电流母线的差动保护，将连接到母线上的所有支路的电流相量和的绝对值Icd作为动作判据.理论上正常运行及区外故障时Icd等于0，内部故障时Icd增大，差动继电器动作，为避免区外故障及由于TA的各种误差及饱和等原因造成的不平衡电流增大所导致的差动继电器误动，所以应采用带制动特性的差动继电器.深圳南瑞BP-2B母差保护采用复式比率原理.复式比率差动元件的动作判据:

式中:Id为母线上各元件电流的相量和，即差动电流;Ir为母线上各元件电流的标量和，即电流的绝对值和;Id.set为差电流门坎定值;Kr为复式比率系数(又称制动系数).BP-2B母差比率制动特性曲线如图2所示.斜线的斜率为Kr，Kr=Id/Ir－Id.工作点在双折线的上方阴影区，差动元件动作.

若忽略TA误差和流出电流的影响，在区外故障时，Id=0，Id/(Ir－Id)=0/Ir=0;在区内故障时，Id=Ir，Id/Ir－Id=Id/0=∞.由此可见，复式比率差动继电器Kr值的选取范围很大，可以从0到∞，即能非常明确地区分区内和区外故障.复式比率差动判据与常规的比率差动判据相比，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由于Kr值可选得大于1而有很强的制动特性，而在母线区内故障时又无制动作用，因此能更明确的区分区外故障和区内故障.

图2 复式比率差动元件动作特性

2 BP-2B母线保护的调试方法

1)区外故障.Ⅰ母元件和母联同相，与Ⅱ母元件反相.对于一母区外和二母区外都适合.

2)一母故障.Ⅰ母和Ⅱ母元件同相，与母联反相.

3)二母故障.Ⅰ母和Ⅱ母元件同相，与母联同相.

4)大差比率制动系数校验(母联合位校高值，母联分位校低值).

在Ⅰ母通入大小相等，方向相反的两路电流L3，L5，用来提供制动电流，这2条线路电流大小相等，方向相反，不提供差流.在Ⅱ母上通入L2，此时，IR=L3+L5+L2，ID=L2，IR－ID=L3+L5，横坐标固定.

当L3+L5=5A时，求得ID=2.5 A;L3+L5=6 A时，求得ID=3.0 A

试验方法:IA=L3，IB=L5，IC=L2，L3和L5置I母，L2置Ⅱ母.

①L3=L5=2.5，反相;L2预设2.0 A，上升至2.5 A左右，Ⅱ母差动保护;

②L3=L5=3.0，反相;L2预设2.5 A，上升至3.0 A左右，Ⅱ母差动保护;

计算K值，与整定K值相符.

小差比率制动系数校验只有高值，试验方法与大差比率制动系数(高值)校验方法相同.

5)TA断线闭锁差动逻辑(控制字投入)

定值设置:差动保护定值2.0 A，TA断线定值2.0 A

试验接线:IA=母联，IB=I母元件，IC=Ⅱ母元件，电压加至I母电压通道，模拟非母联元件TA断线.

初始状态:UA=57 V，0°，IA=0.5A，180°，UB=57 V，－120°，IB=0.5A，0°.

缓慢升三相电流至2.1 A，延时9 s后“TA断线”灯亮(因为试验仪三相电流分别通入不同的三个间隔的同一相内，另两相均不电流，所以延时9 s后会报TA断线)。此时再降电压，I母差动元件不动作。说明，元件TA断线闭锁差动保护有效。

母联TA断线:不受“TA断线闭锁差动”控制字影响.仅在母联支路任一相加2.1 A电流，装置马上报“互联”，此时大差为0，Ⅰ母小差和Ⅱ母小差都是2.1 A，即不封母联CT.此时再在任一母线元件加2.1 A电流，只要满足大差就跳两母.

6)母联失灵保护逻辑

定值设置:差动定值2.0 A，母联失灵过流定值3.0 A，母联失灵延时2.0 s

试验接线:IA=母联，IB=I母，IC=Ⅱ母.母联开关始终置合位.开入A接Ⅱ母动作接点，开入B接I母动作接点.

状态1:IA=IB=IC=1.05 A同相位;模拟Ⅱ母区内故障，由开入A翻转进入下一状态.

状态2:IA=IB=IC=3.5 A同相位，继续通入故障，由开入B结束本状态.此状态，IB电流必须大于差动定值，因为母联开关始终在合位，Ⅱ母动作后母联CT已封，I母小差只能由IB提供.

试验仪时间:开入A，45ms;开入B:2 047ms

TB-TA=2 047－45=2 002ms，为母联失灵延时.

7)母联合位死区逻辑

定值设置:差动电流定值2.0 A.IA=母联，IB=Ⅰ母，IC=Ⅱ母，开入A=Ⅱ母元件跳闸接点，开入B=I母元件跳闸接点，母联跳闸接点给母联跳位开入.试验前，母联跳合位开入均断开，装置报“开入异常”，但无影响，装置默认母联开关在合位，不影响试验.试验时，Ⅱ母差动先动作，由母联跳闸接点给母联跳位开入，继续通入故障电流，此时，满足封母联CT条件，只要Ⅰ母元件电流大于差动定值，死区保护动作，Ⅰ母就可以跳闸.

状态1:IA=IB=IC=1.2 A，同相位;模拟Ⅱ母区内故障，开入A翻转进入下一状态.

状态2:IA=IB=IC=2.1 A，同相位;封母联CT，IB＞2.0 A，死区保护动作跳I母，开入B停止本状态.

试验仪时间:开入A，19ms;开入B，97 ms时差大于50ms死区延时.

需要注意的是，如果可以实际传动母联开关，则不用母联跳闸接点给母联跳位开入，试验前将母联开关合上，投入母联跳闸压板，其他试验事宜相同.上述试验方法是模拟I母死区(TA靠近一母，开关靠近二母)，如果模拟Ⅱ母死区，两个状态中母联极性与两元件的极性相反即可.母联失灵和母联合位死区的区别:仅是封母联CT的逻辑不同.母联失灵时，Ⅱ母动作后，母联开关在合位、有流，经失灵延时封CT后I母动作;母联合位死区时，Ⅱ母动作后，母联开关在跳位、有流，经50 ms延时封CT后I母动作.

8)母联分位死区逻辑

逻辑说明:投入“分列运行”压板后，直接封母联CT，此时非母联元件电流只要大于差动定值就可以动作.

试验接线:IA=母联;IB=I母;开入A=I母跳闸接点.试验前投入分列运行压板，不能用实际跳位.

状态1:IA=IB=2.5 A，同相位，开入A停止故障.

显示:I母差动动作，开入A:20～40 ms(差动动作固定时间)

在I母和母联加同相位电流，模拟I母死区;在Ⅱ母和母联加反相位电流，模拟Ⅱ母死区.

9)充电保护动作后母联失灵保护动作逻辑(充电200 ms期间闭锁母差)

由I母通过母联向Ⅱ母充电，充电定值1 A，充电延时0.01 s，差动定值2 A，母联失灵电流定值3.0 A，母联失灵延时2 s，充电时闭锁母差保护.IA=母联，IB=I母元件，开出A=母联合位(X9－1，132)，开出B=母联跳位(X9－2，130)，公共端短接在X11－1(开入正电)，开入A=母联跳闸接点，开入B=Ⅱ母跳闸接点，开入C=I母跳闸接点.

状态1:IA=IB=0，开出A断开，开出B闭合，状态保持时间和接点保持时间都是3 s;

(此状态给母联实际跳位开入3 s的充电前状态，可复归开入异常信号)

状态2:IA=IB=3.0 A，同相位.开出A闭合，开出B断开，状态保持时间和接点保持时间都是3 s.开入A、B、C都选择，或门.开入量翻转判别条件以上一个状态为参考.试验仪返回时间:开入A，13 ms(母联充电时间);开入B，210 ms(Ⅱ母差动时间);开入C，2 013 ms(母差动时间)

此状态逻辑动作行为:母联由分到合瞬间，充电保护动作.0时刻到200 ms之间闭锁母差.200 ms后开放母差，大差ID=3.0A，Ⅱ母小差仅为母联电流也满足，所以Ⅱ母差动瞬时动作.充电动作后延时2 s后，封母联CT，Ⅰ母动作.

由下图清晰可见:

图4 母联开关合位校验比率制动系数接线

0～t1:充电保护动作延时，由开入A返回，13 ms;

0～t2:充电保护固定展宽，200 ms，在此期间内，闭锁差动;

t2～t3:开放差动，母联CT仍计入小差，所以Ⅱ母母差动作.

t1～t4:充电保护动作、母联开关合位、有流，走母联失灵延时后，封母联CT，Ⅰ母差动动作.

10)母联始终置跳位时，校验充电保护闭锁母差逻辑

定值设置:充电定值1.0 A，充电延时0.1 s，差动定值2.0 A，IA=母联，IB=Ⅱ母元件，母联开关始终跳位.

试验:IA=3.0 A，IB=3.0 A，同相位，故障保持时间200 ms.

充电退母差:充电保护0.1 s动作.

充电投母差:0～50 ms内，充电预合，大差3.0 A，Ⅰ母小差(仅母联电流)3.0 A，

Ⅱ母小差6.0 A，所以Ⅰ、Ⅱ母差动和充电保护都动作.

逻辑说明:在0～50 ms之间，装置自动将母联置合位，此时母联CT计入小差，所以上述情况差动保护能动作.过了50 ms之后，按母联实际位置判别.

11)复压闭锁元件定值校验(手动方式)

定值设置:低电压70 V(线电压)，负序电压10 V(相电压)

校验UBC低电压定值(要求不能同时满足负序开放条件)

两相短路时，UBCmM+2U2线=100 V.见下图:

图5 两相短路时电压向量

由图:UMBC+2U2线=100 V，且不输出3U0，推导过程如下:

UB101=UC101=UC101=UKA=UMA=U1MA+U2MA(绝对值和);

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线=17.32 V;U线=70 V.

可取UMBC=68 V，此时U2线=(100－68)/2=16＜17.32，可保证只开放低电压，负序、零序不开放.

由UMBC=68V，UKB=UKC=57.7/2，设UMA角度为0，可求得UMB和UMC的幅值和角度.

状态1:输入正常三相电压，复压元件不开放.

状态2:输入上述计算电压，低电压元件开关.

校验低电压1.05倍和负序电压开放条件计算方法同上.

3 结语

随着各种微机保护装置快速发展，微机保护以其特有的“智能”，能更准确地捕捉电力系统故障，实现各种复杂的保护功能.对于微机保护的试验，对于普通的现场保护调试人员来说具有一定的难度.一方面要求调试人员对保护原理及测试方法非常清楚，另一方面要求其十分熟悉微机测试装置操作要领.通过反复试验，终于掌握了BP-2B母差保护调试方法，改进了试验方法、实现手段、试验过程，简化了继电保护调试工作，提高了测试效率，这对今后现场调试工作是有帮助的.

［1］ 刘建军.电工基础实用教程［M］.北京:清华大学出版社，2012.

［2］ 国家电力调度通信中心.国家电网公司继断保护培训教材［M］.北京:中国电力出版社，2009.

［3］ 国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答［M］.第2版.北京:中国电力出版社，2000.