基于DM5000E手持式继保仪的220 kV智能化微机母线保护调试方法研究

金世鑫，张武洋，李 华

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，辽宁 沈阳 110015）

基于DM5000E手持式继保仪的220 kV智能化微机母线保护调试方法研究

金世鑫1，张武洋1，李 华2

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，辽宁 沈阳 110015）

随着智能变电站相关技术的迅速发展以及IEC 61850标准的应用，智能化微机保护装置的应用逐渐普及，其测试设备和方法也越来越多受到人们的关注，为了满足智能化微机保护装置的测试需要，目前各主流继保仪生产厂家已经研发出各种规格和样式的数字式继保仪。提出一种基于DM5000E手持式继保仪的220 kV智能化母线保护调试方法，针对实际工程中BP－2C－D型智能化母线保护装置的功能和逻辑，应用该方法对其进行测试，为智能化母线保护的调试提供参考。

手持式继保仪；SCD文件；比率制动系数

1 智能化母线保护

1.1 220 kV智能化微机保护

传统的微机保护装置核心部分一般由数字电路构成，数字电路与外围的接口部件相通信，实现保护装置的采样、逻辑处理及开关量输入输出的功能。典型的微机保护装置由逻辑处理单元（CPU）、开关量I／O接口、模拟量采样接口、人机交互界面（UI）和通信接口组成［1］。智能化微机保护不同于传统的微机保护集采样、逻辑运算、开入开出功能为一体，智能化保护采用分布式配置，保护装置本体仅包含逻辑处理、信息通信、人机交互功能，互感器二次电压及电流采样部分在合并单元内完成，开关量输入输出的功能在智能终端内完成，合并单元与智能终端布置在开关汇控柜内，与开关汇控柜二次侧接线端子通过电缆相连，实现模拟量及开关量的接收和发送，合并单元与智能终端通过光纤与智能化微机保护装置连接，智能化微机保护装置通过“直采直跳”的方式实现合并单元SV报文的采集和智能终端GOOSE报文的接收与发送，对于220 kV智能化微机保护装置的单体调试，可以撇开合并单元，利用数字继保仪在保护装置上直接加量测试。

1.2 智能变电站220 kV母线保护设计方法

智能变电站220 kV母线一次主接线方式一般为双母线或双母线分段接线，因此其保护一般按照双母线或双母线分段配置，母线保护的差动回路包括Ⅰ、Ⅱ母线的小差回路及母线大差回路，某段母线的小差回路是指该段母线上所连接的所有元件和支路（包括母联开关）电流所构成的差动回路，母线大差回路是指除分段开关和母联开关外所有支路电流（不包含母联）所构成的差动回路。母线大差比率差动电流作为启动判据，其作用是判别母线发生的故障是区外故障还是区内故障。小差比率差动电流用于选择故障母线，判断故障发生在Ⅰ母还是Ⅱ母，母联电流仅在母线并列运行（母联开关合位并且分裂运行控制字置0）时计入小差电流，分裂运行时则不计入小差电流［2］。智能化母线保护以母线为对象，在母线主接线确定的基础上，定义该母线上所有连接的支路和元件，构成各段母线的小差回路及母线的大差回路。

2 DM5000E配置及试验接线

智能变电站保护的特点是通过光纤接收和发送报文，因此，测试时首先将全站SCD文件导入DM5000E，然后通过SCD文件进行所有母线支路SV、GOOSE的配置，如在工程实际中对长园深瑞生产的BP－2C－D型母线保护进行调试，需要导入母线上的所有线路支路、主变间隔及母联开关MU信息并对SV发送报文进行配置，同时需要导入保护装置的GOOSE输出，将母线保护输出的各支路的跳闸报文映射到继保仪GOOSE输入配置文件里的不同开入量中，以便监视GOOSE的变位信息和切换状态，完成文件配置后，将继保仪的SV报文输出光口定义为光口1，GOOSE报文接收与发送光口定义为光口2，将光口1与光口2分别与保护装置的SV及GOOSE接收光口相连，如图1所示。

图1 试验接线

3 保护逻辑理论分析

为了避免母线发生区外故障时由于电流互感器的误差产生的差动回路不平衡电流，特别是区外故障时流过最大短路电流支路的电流互感器发生饱和产生的不平衡电流，导致母线保护误动作，目前微机母线差动保护普遍采用带比率制动特性的动作判据。BP－2C－D型母线保护装置配备的比率差动元件包括工频变化量比率差动元件和常规比率差动元件，两者动作判据类似，区别是前者所有判断量均为电流的工频变化量，后者则为计算时刻的实际电流有铭值。同时，母联死区保护和母联失灵保护的动作逻辑均与比率差动元件有关，更加凸显了比率差动元件在整个母线保护中的重要性，因此在智能化微机母线保护装置调试过程中需要对其进行重点调试，需要测试在母线的各种运行方式下母线的比率制动特性是否准确［3］。BP－2C－D型母线保护比率差动元件的动作判据如下：

式中：Icdzd为差动电流起动定值；Ir为制动电流，是母线上所有构成该差动回路的连接支路电流绝对值之和；Id为差动电流，是母线上所有构成该差动回路的连接支路电流矢量和的绝对值；K为比率制动系数。通过式（2）、式（3）可以计算出Ir和Id：

式中：Ij为连接在母线上的第j个支路的电流；n为母线上构成该差动回路的支路数。

4 智能化母线保护调试方法

4.1 母线保护差流计算对母联及支路极性的要求

BP－2C－D型母线保护差动保护同时会计算大差电流Id及2条母线的小差电流Id1和Id2，保护通过大差电流启动，通过小差电流判别故障发生在I母还是Ⅱ母，目的是为防止由于隔离开关位置接错导致母线保护误动作［4］。BP－2C－D型母线保护在进行差流计算时，保护装置逻辑规定母联电流极性指向Ⅱ母，如图2所示，母联TA的P2指向Ⅱ母，而支路则是P1指向Ⅱ母，因此，母联与支路TA二次侧应为反极性接线，当母线并列运行时，小差电流的计算需要计及母联电流，母联电流在I母小差中作差，在Ⅱ母小差中作和，如式：

式中：m和n分别为挂接在Ⅰ母和Ⅱ母上的支路数，Iml为母联电流，试验时，将Icdzd设置为0.5 A，选择母联、支路1、支路2作为试验对象，支路1挂Ⅰ母运行，支路2挂Ⅱ母运行，母联合位，模拟4种类型故障，①Ⅰ母区内故障，②Ⅱ母区内故障，③Ⅰ母区外故障，④Ⅱ母区外故障，如图2所示。试验时，将支路1电流映射到I1，将支路2电流映射到I2，将母联电流映射到I3，同时加入三侧电流，若为第①种情况，令I1＝1∠180°A，I2＝1∠180°A，I3＝1∠0°A，此时Id＝2.001 A，Id1＝2.001 A，Id2＝0 A，若为第②种情况，令I1＝1∠180°A，I2＝1∠180°A，I3＝1∠180°A，此时Id＝2.001 A，Id1＝0 A，Id2＝2.001 A，若为第③种情况，令I1＝1∠0°A，I2＝1∠180°A，I3＝1∠0°A，此时Id＝0 A，Id1＝0 A，Id2＝0 A，若为第④种情况，令I1＝1∠180°A，I2＝1∠0°A，I3＝1∠180°A，此时Id＝0 A，Id1＝0 A，Id2＝0 A，通过以上4种情况故障的模拟即可验证母线保护差流计算对支路及母联TA极性的要求。

4.2 比率制动系数测试

为防止母联开关断开的情况下，由于弱电源侧母线发生故障时大差比率元件的灵敏度不够，造成比率差动保护拒动，大差比率差动元件的比率制动系数通常设有高、低2个值。当母线分裂运行时大差比率差动元件采用比率制动系数低值，BP－2CD型母线保护固定取0.3。而当母线隔离开关双跨或母联开关处于合闸位置（并列运行）时，大差比率差动元件则自动转用比率制动系数高值，保护装置固定取1；小差比率差动元件则固定取比率制动系数高值。试验时，将Icdzd设置为0.5 A，选择母联、支路1、支路2作为试验对象，模拟I母区内故障。试验条件：投入差动保护功能压板，支路1挂Ⅰ母运行，支路2挂Ⅱ母运行，母联开关在合位，如图2所示。

图2 母线保护故障图

试验时，将支路1电流映射到I1，将支路2电流映射到I2，①验证大差比率制动系数高值，试验条件：支路1挂Ⅰ母运行，支路2挂Ⅱ母运行，母联开关在合位，加入两侧相反的电流，I1＝1∠0° A，I2＝1∠180°A，逐渐增加I2电流直至保护动作，此时I2＝3.05∠180°A，由式（1）、式（2）、式（3）计算K＝1.025；②验证大差比率制动系数低值，试验条件：支路1挂Ⅰ母运行，支路2挂Ⅱ母运行，母联开关在分位，加入两侧相反的电流，I1＝1∠0°A，I2＝1∠180°A，逐渐增加I2电流直至保护动作，此时I2＝1.65∠180°A，计算K＝0.325；③验证小差比率制动系数，试验条件：支路1、支路2同时挂I母（或Ⅱ母）运行，加入两侧相反的电流，I1＝1∠0°A，I2＝1∠180°A，逐渐增加I2电流直至保护动作，此时I2＝3.03∠180°A，计算K＝1.015，实测值与定值间误差满足精度要求。

4.3 死区保护测试

如图2所示，由于母联开关仅在I母侧配置了TA，所以，母联开关与TA之间存在死区，BP－2B－C型母线保护死区动作时间定值固定为150 ms，试验时，将Icdzd设置为0.5 A，选择母联开关、支路1、支路2为研究对象，支路1挂Ⅰ母运行，支路2挂Ⅱ母运行［5］。将支路1电流映射到I1，支路2电流映射到I2，母联电流映射到I3，在继保仪的GOOSE接收中配置母线保护跳闸出口，同时加入3侧电流，令I1＝1∠180°A，I2＝1∠180°A，I3＝1∠180°A，模拟死区故障，①若母联为分位，则母联电流不计入小差，此时Id＝2.002 A，Id1＝1.001 A，Id2＝1.001 A，Ⅰ、Ⅱ母差动保护同时动作，②若母联为合位，则Id＝2.002 A，Id1＝0 A，Id2＝2.002 A，Ⅱ母差动动作跳母联及支路2，记录继保仪接收到母联跳闸出口时间T1＝20 ms，收到保护跳闸GOOSE后将继保仪发出的故障电流切换状态，令I1＝1∠180°A，I2＝0 A，I3＝1∠180°A，此时Id1＝0 A，Id2＝0 A，保护装置判母联跳位有流，经死区固有延时后死区保护动作封母联电流（令母联电流不计入母线小差），此时Id1＝1.001 A，Id2＝0 A，Ⅰ母差动动作跳母联及支路1，记录继保仪接收到母联跳闸出口时间T2＝175 ms，死区动作时间T＝T2－T1＝155 ms，由此可证明死区保护动作逻辑及延时正确。

5 结束语

本文提出了一种基于DM5000E手持式继保仪的220 kV智能化母线保护调试方法，应用该方法对长园深瑞的BP－2C－D型智能化母线保护装置进行测试，针对母线保护装置的各种逻辑和功能，以某220 kV智能变电站的现场调试为例来说明母线保护装置调试方法。通过调试，对智能化母线保护的逻辑功能及测试方法有了更深入的认识和理解，也为现场调试人员提供一定参考。

［1］ 王 征.数字式母线保护的性能分析［J］.东北电力技术，2002，23（5）：41－44.

［2］ 钱 海，张 曾.“六统一”母线保护装置在实际应用中遇到的问题及解决措施［J］.东北电力技术，2013，34（7）：30－33.

［3］ 张连斌，曹国臣，金东基，等.微机式母线保护方案的研究［J］.东北电力技术，1996，17（12）：21－23.

［4］ 付振强，候明辰.母线充电时投入母差保护的必要性分析［J］.东北电力技术，2013，34（6）：35－39.

［5］ 王长春.母线死区保护的完善［J］.东北电力技术，2008，29（12）：13－14，17.

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，硕士，工程师，从事继电保护与智能电网研究工作。

2015－01－12）