微机母线保护装置关键技术说明指导书.doc
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1、1概述31.1应用范畴31.2保护配备31.3重要特点32技术参数32.1额定参数32.2功耗42.3交流回路过载能力42.4输出接点容量42.5装置内电源42.6重要技术指标42.7环境条件42.8电磁兼容52.9绝缘与耐压52.10通讯52.11机械性能53装置原理53.1母线差动保护53.1.1起动元件63.1.2差动元件63.1.3TA(电流互感器)饱和检测元件83.1.4电压闭锁元件83.1.5故障母线选取逻辑93.1.6差动回路和出口回路切换103.2母联(分段)失灵和死区保护123.3母联(分段)充电保护133.4母联(分段)过流保护143.5电流回路断线闭锁153.6电压回路断
2、线告警163.7母线运营方式电流校验163.8断路器失灵保护出口163.8.1与失灵起动装置配合方式163.8.2自带电流检测元件方式173.8.3失灵电压闭锁元件173.8.4母线分列运营阐明174整定办法与参数设立194.1参数设立阐明194.1.1装置固化参数194.1.2装置系统参数194.1.3装置使用参数204.2整定值清单214.3整定办法224.3.1母差保护定值整定办法224.3.2断路器失灵保护出口定值整定办法244.3.3母联失灵保护定值整定办法254.3.4充电保护定值整定办法254.3.5母联过流保护定值整定办法254.3.6TA断线定值整定办法254.3.7失灵保护
3、过流定值整定办法255装置硬件简介265.1硬件概述265.2机箱构造与面板布置265.3机箱背面布置和插件功能简介295.3.1主机插件 BP320315.3.2管理机插件 BP321315.3.3保护单元插件 BP330315.3.4光耦输入、输出和电源检测插件 BP331315.3.5电压闭锁插件 BP332325.3.6出口信号、告警信号插件 BP333325.3.7辅助电流互感器插件 BP310325.3.8辅助电压互感器插件 BP311325.3.9电源模块插件 BP360、BP361325.4装置原理图326装置使用阐明346.1界面显示346.1.1主界面346.1.2一级界面
4、356.1.3二级界面386.2装置调试与投运406.2.1调试资料准备406.2.2实验仪器416.2.3通电前检查416.2.4上电检查416.2.5预设416.2.6定值整定426.2.7整机调试426.2.8投入运营与操作456.3注意事项451 概述1.1 应用范畴 BP-2B微机母线保护装置,合用于500KV及如下电压级别,涉及单母线、单母分段、双母线、双母分段以及 接线在内各种主接线方式,最大主接线规模为24个间隔(线路、元件和联系开关)。1.2 保护配备 BP-2B微机母线保护装置可以实现母线差动保护、母联充电保护、母联过流保护、母联失灵(或死区)保护、以及断路器失灵保护出口等
5、功能。1.3 重要特点l 迅速、高敏捷复式比率差动保护,整组动作时间不大于12ms;l 自适应全波饱和检测器,差动保护在区外饱和时有极强抗饱和能力,又能迅速切除转换性故障,合用于任何按技术规定对的选型保护电流互感器;l 容许TA型号、变比不同,TA变比可以现场设定;l 母线运营方式自适应,电流校验自动纠正刀闸辅助接点错误;l 超大中文液晶显示,查询、打印、校时等操作,不影响保护运营;l 完善事件和运营报文记录,与COMTRADE兼容故障录波,录波波形液晶即时显示;l 灵活后台通讯方式,配有RS-232、RS-422/RS-485通讯接口,支持电力行业原则通讯规约DL/T667-1999(IEC
6、60870-5-103);l 采用旋转机柜,插件强弱电分开新型构造,装置电磁兼容特性满足就地布置运营规定。2 技术参数2.1 额定参数直流电压: 220V ,110V 容许偏差:-20% +15%交流电压: 100/3 V交流电流: 5A ,1A频率:50HZ打印机工作电压:交流220V2.2 功耗直流电源回路: 50W (常态) 75W (保护动作瞬间)交流电压回路: 0.5VA/相交流电流回路: 1 VA/相 (In=5A) 0.5VA/相 (In=1A)2.3 交流回路过载能力交流电压: 2Un - 持续工作交流电流: 2In - 持续工作 30In - 10S 40In - 1S 2.
7、4 输出接点容量容许长期通过电流: 5A容许短时通过电流: 10A ,1S2.5 装置内电源工作电源: +5V (3%)15V(3% )出口电源: +24V(5%) 2.6 重要技术指标母差保护整组动作时间: 12 ms ( 差流Id2倍差流定值 )出口保持时间: 200 ms ;80 ms ( 用于 接线时 )返回时间: 40 ms定值误差: 5%2.7 环境条件 正常工作温度: 0 40 极限工作温度: -10 50 贮存与运送: -25 702.8 电磁兼容 实验项目耐受值参照原则辐射电磁场干扰实验 10v/m(25-1000)MHZGB14598.9,级IEC255-22-3迅速瞬变干
8、扰实验 4kvGB14598.10,级IEC255-22-41MHZ和100KHZ脉冲群干扰实验 2.5kvGB14598.13,级IEC255-22-1静电放电实验 8kv GB14598.14,级IEC255-22-22.9 绝缘与耐压实验项目耐受值参照原则介质强度实验 2kv(有效值)交流,1分钟GB14598.11,级IEC255-22-1冲击电压实验5kv,1.2/50s,0.5J原则雷电波GB14598.12,级IEC255-22-22.10 通讯两个RS-232/422/485串行通讯接口通讯规约: 电力行业原则DL/T667-1999(IEC60870-5-103) 2.11
9、机械性能工作条件:振动响应、冲击响应严酷级别为 I级 运送条件:振动耐久、冲击耐久及碰撞检查严酷级别为 I级 3 装置原理3.1 母线差动保护各种类型母线保护就其对母线接线方式、电网运营方式、故障类型以及故障点过渡电阻等方面适应性来说,仍以按电流差动原理构成母线保护为最佳。带制动特性差动继电器(亦即比率差动继电器),采用一次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(如下称TA)误差而产生差动不平衡电流,在高压电网中得到了较为广泛应用。BP系列母差保护以此为基本,结合微机数字解决特点,发展出以分相瞬时值复式比率差动元件为主一整套电流差动保护方案。下述各元件判据除非特别阐明,都是分相计
10、算,分相鉴别。3.1.1 起动元件母线差动保护起动元件由和电流突变量和差电流越限两个判据构成。和电流是指母线上所有连接元件电流绝对值之和 ;差电流是指所有连接元件电流和绝对值 ,Ij为母线上第j个连接元件电流。与老式差动保护不同,微机保护差电流与和电流不是从模仿电流回路中直接获得,而是通过电流采样值数值计算求得。起动元件分相起动,分相返回。 1) 和电流突变量判据,当任一相和电流突变量不不大于突变量门坎时,该相起动元件动作。 其表达式为: 其中为和电流瞬时值比前一周波突变量;为突变量门坎定值。2)差电流越限判据,当任一相差电流不不大于差电流门坎定值时,该相起动元件动作。其表达式为: 其中为分相
11、大差动电流; 为差电流门坎定值。3)起动元件返回判据,起动元件一旦动作后自动展宽40ms,再依照起动元件返回判据决定该元件何时返回。当任一相差电流不大于差电流门坎定值75%时,该相起动元件返回。其表达式为: 3.1.2 差动元件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。 1) 复式比率差动判据动作表达式为: 其中为差电流门坎定值,Kr为复式比率系数(制动系数)。 复式比率差动判据相对于老式比率制动判据,由于在制动量计算中引入了差电流,使其在母线区外故障时有极强制动特性,在母线区内故障时无制动,因而能更明确地区别区外故障和区内故障,图3.1表达复式比率差动元件动作特
12、性。KrIdIr-IdIdset图3.1复式比率差动元件动作特性 可以参照下表拟定复式比率系数Kr取值,表中Ext为母线区内故障时流出母线电流占总故障电流比例,此时判据应可靠动作;为母线区外故障时故障支路电流互感器误差(别的支路电流互感器误差忽视不计),此时判据应可靠不动作。注意,该表数据是仅就复式比率判据推导所得。KrExt(%)(%)14067220803158541288 2) 故障分量复式比率差动判据依照叠加原理,故障分量电流有如下特点:a. 母线内部故障时,母线各支路同名相故障分量电流在相位上接近相等(虽然故障前系统电源功角摆开)。b. 理论上,只要故障点过渡电阻不是,母线内部故障时
13、故障分量电流相位关系不会变化。为有效减少负荷电流对差动保护敏捷度影响,为进一步减少故障前系统电源功角关系对保护动作特性影响,提高保护切除通过渡电阻接地故障能力,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。故障分量提取有各种方案,本保护采用数字算法如下: 式中 为当前电流采样值;为一种周波前采样值。在故障发生后一种周波内,其输出能较为精确地反映涉及各种谐波分量在内故障分量。 故障分量差电流 ;故障分量和电流动作表达式为: 其中为第j个连接元件电流故障分量,为故障分量差电流门坎,由推得;为复式比率系数(制动系数)。由于电流故障分量暂态特性,故障分量复式比率差动判据仅在和电流突变起动后第一种
14、周波投入,并受使用低制动系数(0.5)复式比率差动判据闭锁。保护将母线上所有连接元件电流采样值输入上述两个差动判据,即构成大差(总差)比率差动元件;对于分段母线,将每一段母线所连接元件电流采样值输入上述差动判据,即构成小差(分差)比率差动元件。各元件连接在哪一段母线上,是依照各连接元件刀闸(隔离开关)位置来决定。3.1.3 TA(电流互感器)饱和检测元件 为防止母线差动保护在母线近端发生区外故障时,由于TA严重饱和浮现差电流状况下误动作,本装置依照TA饱和发生机理、以及TA饱和后二次电流波形特点设立了TA饱和检测元件,用来鉴别差电流产生与否由区外故障TA饱和引起。 该饱和检测元件可以称之为自适
15、应全波暂态监视器。该监视器鉴别区内故障状况下截然不同于区外故障发生TA饱和状况下元件与元件动作时序,以及运用了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,可以精确检测出饱和发生时刻,具备极强抗TA饱和能力。 3.1.4 电压闭锁元件 以电流判据为主差动元件,可以用电压闭锁元件来配合,提高保护整体可靠性。电压闭锁元件动作表达式为: 式中为母线线电压(相间电压),为母线三倍零序电压,为母线负序电压,、分别为各序电压闭锁定值。由于判据中用到了低电压、零序和负序电压,因此称之为复合电压闭锁。三个判据中任何一种被满足,该段母线电压闭锁元件就会动作,称为复合电压元件动作。如母线电压正常,则闭锁
16、元件返回。本元件瞬时动作,动作后自动展宽40ms再返回。差动元件动作出口,必要相应母线段母线差动复合电压元件动作(与失灵复合电压元件相区别)。3.1.5 故障母线选取逻辑 3.1.2节中提及大差比率差动元件与小差比率差动元件各有特点。大差比率差动元件差动保护范畴涵盖各段母线,大多数状况下不受运营方式控制;小差比率差动元件受当时运营方式控制,但差动保护范畴只是相应一段母线,具备选取性。 对于固定连接式分段母线,如单母分段、断路器等主接线,由于各个元件固定连接在一段母线上,不在母线段之间切换,因而大差电流只作为起动条件之一,各段母线小差比率差动元件既是区内故障鉴别元件,也是故障母线选取元件。 对于
17、存在倒闸操作双母线、双母分段等主接线,差动保护使用大差比率差动元件作为区内故障鉴别元件;使用小差比率差动元件作为故障母线选取元件。即由大差比率元件与否动作,区别母线区外故障与母线区内故障;当大差比率元件动作时,由小差比率元件与否动作决定故障发生在哪一段母线。这样可以最大限度减少由于刀闸辅助接点位置不相应导致母差保护误动作。 考虑到分段母线联系开关断开状况下发生区内故障,非故障母线段有电流流出母线,影响大差比率元件敏捷度,大差比率差动元件比率制动系数可以自动调节。联系开关处在合位时(母线并列运营),大差比率制动系数与小差比率制动系数相似(可整定);当联系开关处在分位时(母线分列运营),大差比率差
18、动元件自动转用比率制动系数低值(也可整定)。 母线上连接元件倒闸过程中,两条母线经刀闸相连时(母线互联),装置自动转入母线互联方式(非选取方式)不进行故障母线选取,一旦发生故障同步切除两段母线。当运营方式需要时,如母联操作回路失电,也可以设定保护控制字中强制母线互联软压板,强制保护进入互联方式。 综上所述,以双母线其中I段为例,差动保护整个逻辑关系如图:与与与或与 I母出口I母差动复合电压动作或与与 全波饱和检测线形传变区: 和电流突变量: 差电流突变量 : 差电流起动元件 : 和电流突变起动元件 : 大差突变量比率差动元件 : 大差复式比率差动元件 : I母突变量比率差动元件 : I母复式比
19、率差动元件 : 大差比率制动系数 : 小差比率制动系数 图3.2母差保护逻辑框图3.1.6 差动回路和出口回路切换以上几节全面阐述了本装置母线差动保护方案,涉及起动、差动判据、饱和检测、电压闭锁、故障母线选取在内各个环节及互相之间逻辑关系。下面将举例详细阐明差动回路和出口回路形成。其实这里所说差动回路和出口回路只是借用老式保护概念,微机母线差动保护装置中并不存在这样硬件回路,各连接元件三相电流和刀闸位置所有都已转换成为数字量,由程序流程来实现切换。因而装置差动回路和出口回路可以说是实时地无触点地(非继电器)切换。3.1.6.1 双母线接线以 I1,I2,-,In 表达各元件电流数字量;以 Il
20、k 表达母联电流数字量;以S11,S12,-,S1n表达各元件I母刀闸位置,0表达刀闸分,1表达刀闸合;以S21,S22,-,S2n表达各元件II母刀闸位置;以Slk 表达母线并列运营状态,0表达分列运营,1表达并列运营; 各元件TA极性端必要一致;普通母联只有一侧有TA,装置默认母联TA极性与II母上元件一致。则差流计算公式为:大差电流Id = I1 + I2 + - + InI母小差电流Id1 = I1 * S11+ I2* S12 + - + In* S1n Ilk * Slk II母小差电流Id2 = I1 * S21+ I2* S22 + - + In* S2n + Ilk * Sl
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