说明书南自母差.doc
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1、国电南自 SG B 750 系列数字式母线保护装置 技术说明(V1.01)国电南京自动化股份有限公司GUODIAN NANJING AUTOMATION CO.,LTD.1 概述针对110kV-750kV电力系统的特点,结合二十数年来在各电压等级母线保护领域内的理论研究成果、成功的现场运营实践经验,我公司在全新的EDP-01嵌入式系统平台基础上开发研制成SG B750系列数字式母线保护装置,提出一整套合用于多电压等级的可靠、快速、灵敏、准确的母线保护新判据,采用不依赖电压判据的工频变化量和常规电流相结合的全电流判别方式,以差电流动态追忆法和轨迹扫描法等方式准确地区别区内区外故障,具有发生区外故
2、障时,抗御2ms及以上TA饱和的能力,区外故障TA饱和母线保护不误动,区内故障TA饱和母线保护快速动作。保护装置技术性能优异,抗干扰能力强,功能齐全,界面和谐,使用方便,合用于750kV及以下各电压等级各种接线方式的母线。2 装置重要功能及特点2.1 原理特点a) 采用电流变化量差流和常规差流自适应双启动原理,对系统发生的金属性或非金属性故障、短路容量的差异所产生的不同故障特性,均可以在极短的时间内启动,并进入下一级保护判别,启动灵敏度高,自适应能力强。有效地解决了不同容量的系统在不同负荷条件下发生故障时,母线保护启动灵敏度不能完全适应的问题;b) 电流变化量差动保护,采用差电流动态追忆法,以
3、系统故障时刻的短路容量为基础,追忆工频变化量差流的形成过程,快速准确地辨认区内、区外故障。在TA产生2ms及以上严重饱和的情况下,差电流动态追忆法可以快速准确地辨认区内、区外故障,抗御TA饱和的能力强。区外故障TA饱和母线保护可靠不动作,区内故障TA饱和母线保护仍能迅速动作;c) 长期投入的常规电流差动保护,采用差流轨迹扫描法,对差电流轨迹进行不间断的扫描监视,可以快速准确地辨认区内、区外故障,同样具有发生区外故障时,抗御2ms及以上TA饱和的能力,区外故障转区内故障时,迅速动作于出口,区外故障TA饱和可靠不动作;d) 不同电压等级的电力系统具有不同的特点,线路的感抗、容抗、阻抗角不同,非周期
4、分量和谐波分量衰减的时间常数也不同,SG B750系列母线保护考虑了110kV750kV各电压等级中最严重的情况,采用各种有效措施加以克服,抗御系统非周期分量和谐波分量的能力很强,因而对各电压等级的母线具有最广泛的适应性;e) 对于也许导致母线保护装置误动的小概率因素,例如,由于接入母线保护的各单元TA的特性不一致,在区外故障切除、不对称冲击负荷、系统解合环、并网、投切负荷等导致的不平衡差电流; TA断线导致的差电流;区外故障TA在2个周波以后再饱和导致的差电流等情况,SG B750系列母线保护从多方位采用防止为主的有效措施,保证母线保护装置不误动,整套装置的安全性很高。f) 设有两级TA断线
5、报警功能,采用“差电流低值报警、高值闭锁差动保护”的方式,差电流判别精度高,对系统中较轻负荷单元的TA断线也能及时发现告警;TA回路断线的事故报告详尽,能反映出TA断线的时刻及断线的单元和相别,方便现场事故分析,查找因素。2.2 辅助功能及结构特点a) 采用大屏幕彩色触摸式液晶,显示系统主接线图及实时潮流分布,信息清楚分明、信息量大;b) 设立有全面完善的系统硬件及软件检测功能,自动报警,防患于未然;c) 详尽的故障数据录波、强大的故障分析功能,以人为本,处处为方便着想; d) 提供RS485/RS422/RS232、以太网等通信接口,支持IEC 60870-5-103通讯规约;e) 采用整面
6、板、背插式机箱结构型式,强弱电完全分开,装置抗电磁干扰能力强。 3 保护配置及技术参数3.1 保护配置各项保护功能为模块化设计,根据系统接线规定可选择配置。a) 分相式电流差动保护(含电流变化量差动保护和常规电流差动保护)b) 断路器失灵保护c) 母联失灵和死区保护d) 母联充电保护e) 母联过流保护f) 母联非全相保护g) 复合式电压闭锁3.2 技术参数3.2.1 额定参数 直流电源: 220V或110V (允许波动范围:80%110% ) 交流电压: 100V/或100V 额定电流: 5A或1A 额定频率: 50Hz或60Hz交流电源: 单相220V (允许波动范围:85%110%)3.2
7、.2 整组动作时间 差动保护整组动作时间:(含继电器动作时间) 15ms (1.5倍整定值时测量)定值误差: 3%3.2.3正常工作大气条件环境温度:-10+45;相对湿度:595(产品内部既不应凝露,也不应结冰);大气压力:86kPa106kPa(66kPa110kPa)。3.2.4贮存、运送的极限环境温度-40+703.2.5过载能力a) 交流电流回路:2倍额定电流,连续工作;10倍额定电流,允许10s;40 倍额定电流,允许1s ;b) 交流电压回路:1.2倍额定电压,连续工作; 1.5倍额定电压,允许30s; c) 直流电源回路:80%110%额定电压,连续工作;3.2.6电磁兼容性3
8、.2.6.1静电放电抗扰度装置应能承受GB/T17626.2-1998规定的实验严酷等级为4级的静电放电抗扰度实验,施加干扰期间,装置应无误动或拒动现象。实验后装置性能仍应符合规定。3.2.6.2射频电磁场抗扰度装置应能承受GB/T17626.3-1998规定的实验严酷等级为3级的射频电磁场抗扰度实验,施加干扰期间,装置应无误动或拒动现象。实验后装置性能仍应符合规定。3.2.6.3电快速瞬变脉冲群抗扰度装置应能承受GB/T17626.4-1998规定的实验严酷等级为4级的电快速瞬变脉冲群抗扰度实验,施加干扰期间,装置应无误动或拒动现象。实验后装置性能仍应符合规定。3.2.6.4浪涌(冲击)抗扰
9、度装置应能承受GB/T17626.5-1998规定的实验严酷等级为4级的浪涌(冲击)抗扰度实验,施加干扰期间,装置应无误动或拒动现象。实验后装置性能仍应符合规定。3.2.6.5射频场感应的传导抗扰度装置应能承受GB/T17626.6-1998规定的实验严酷等级为3级的射频场感应的传导抗扰度实验,施加干扰期间,装置应无误动或拒动现象。实验后装置性能仍应符合规定。3.2.6.6工频磁场抗扰度装置应能承受GB/T17626.8-1998规定的实验严酷等级为5级的工频磁场抗扰度实验,施加干扰期间,装置应无误动或拒动现象。实验后装置性能仍应符合规定。3.2.6.7脉冲磁场抗扰度装置应能承受GB/T176
10、26.9-1998规定的实验严酷等级为5级的脉冲磁场抗扰度实验,施加干扰期间,装置应无误动或拒动现象。实验后装置性能仍应符合规定。3.2.6.8阻尼振荡磁场抗扰度装置应能承受GB/T17626.10-1998规定的实验严酷等级为5级的阻尼振荡磁场抗扰度实验,施加干扰期间,装置应无误动或拒动现象。实验后装置性能仍应符合规定。3.2.6.9振荡波抗扰度装置应能承受GB/T17626.12-1998规定的实验严酷等级为4级的振荡波抗扰度实验,施加干扰期间,装置应无误动或拒动现象。实验后装置性能仍应符合规定。3.2.6.10辐射发射限制装置应能通过GB9254-1998规定的辐射发射限值A类实验。4
11、保护原理说明4.1 母线差动保护母线保护采用电流变化量和常规电流分相式电流差动保护原理,针对不同容量的电力系统不同故障类型的故障特性,设立“差电流快速突变启动”及“差电流慢速积分启动”等双启动方案;快速启动,判别迅速准确;慢速启动,保证动作灵敏度。4.1.1 保护双启动判据快速启动重要判据为:Ires Iop1; Kres K1其中:Ires 为电流变化量差电流Iop1 为电流变化量差电流起动值Kres 为电流变化量差电流与电流变化量制动电流的比值 K1 为电流变化量制动系数定值。Ires =If,TKres = If,T / If,T 慢速启动重要判据为:|Id| Iop2; Kres K2
12、其中:|Id| 为常规差电流积分Iop2 为常规差电流起动值Kres 为常规差电流与制动电流的比值 K2 为常规制动系数定值。4.1.2 电流变化量差动保护电流变化量差动保护不受负荷电流和各有源支路电势角差的影响,因而具有可靠、快速、灵敏的特点,为提高差动保护的安全性,采用电流变化量差动判据,与常规电流差动判据相结合的方式,其重要动作判据如下:4.1.2.1 抗TA饱和的“差流动态追忆法”快速启动元件动作后,采用“差流动态追忆法”,对出现的电流变化量差电流的形成和发展过程进行追忆判别,以确认发生的故障类型,区外故障TA饱和母线保护可靠不动作,而区内故障则快速动作,不受TA饱和的影响。“差流动态
13、追忆法”运用装置采样的原始电流数据,取其电流变化量,并计算出电流变化量差电流和制动电流。电流变化量差流和制动电流不同于常规差流及制动电流,由于常规差流或制动电流都是故障分量和非故障分量的叠加,而电流变化量差流及电流变化量制动电流则只反映故障分量,消除了非故障分量的影响,相比之下,电流变化量更反映了母线故障的特性。假设快速启动时刻的采样计算点为T点,往后延续的相应采样计算点为T+1,T+2,T+n。计算到T+n点的差流突变系数计算公式为:Xn= If,(T+n) / If,(T+n) 差动电流/制动电流电流变化量差流动态追忆法以电流变化量差流产生时刻的短路水平为依据,追忆、分析电流变化量差流的形
14、成和发展过程,快速对的判别区内故障或区外故障TA饱和。电流变化量差流动态追忆法重要由下列三个判据组成:a) 电流变化量差流形成判据若 X1+X2A 判为区外故障、TA饱和,反之则判为区内故障。b) TA饱和拐点判据若 X2/X1C判为区内故障。判据a)和b)对电流变化量差流的形成过程及突变系数进行定量分析。当故障点(T点)及追忆到故障前后的几个采样计算点均有足够大的故障电流增量,则判为区内故障,否则判为区外故障、TA饱和。判据c)检查差流的连续性特性,作为母线区内故障时保护动作判别的必要条件。判据d)对由于某些强干扰导致的采样坏数据具有抗干扰能力。图1 电流变化量差流动态追忆法结构框图 X 拐
15、点 1 区内故障图形 0.7 0.5 区外故障图形 T (T-2) (T-1) T T (T+1) (T+2) (T+3) X1 X2 X3 X4 X5图2 差电流特性计算示意图4.1.2.2 电流变化量差动保护跳闸逻辑满足以下条件,允许电流变化量差动保护跳闸:A. 抗御TA饱和的“差流动态追忆法”确认为区内故障B. 常规电流大差IfT / If T 0.3C. 常规电流小差IfT / If T 0.3D. 大差电流大于用户定值:If IOPZDE. 电压闭锁满足动作条件F.无TA断线信号&“差流动态追忆法”确认为区内故障 相应相大差 If / If 0.3相应相小差 If / If 0.3
16、相应相大差If IOPZD 电流变化量差动保护跳闸 电压闭锁判椐成立或TV断线信号 相应相TA断线信号 O 4.1.3 常规电流差动保护4.1.3.1 抗TA饱和的“轨迹扫描法”“轨迹扫描法”是基于常规差电流的一种新型判别方法,其理论依据是:1) 母线发生区外故障,只有很小的不平衡差电流,不平衡差电流不会大于差电流动作门槛,同时也不会超过比率制动的制动量,电流差动保护不会动作。2) 母线发生区内故障,不管是否有个别支路的TA饱和,差电流连续而无间断点,同时,差电流大于动作门槛,也会超过比率制动的制动量,电流差动保护动作。3) 母线发生区外故障而导致TA饱和,当TA饱和很严重时,以积分方式计算的
17、差电流会大于动作门槛,同时也会超过比率制动的制动量,但由于饱和TA存在2ms及以上对的传变的时间,所以差电流是不连续而有间断点的,此时,由“轨迹扫描法”检测到的“差电流间断点”可以有效地防止电流差动保护误动。“轨迹扫描法”对常规差电流的变化轨迹不间断地扫描监视,采用数学方法逐点整形解决,寻找“差流间断点”,判断是否区内故障,“轨迹扫描法”本质上并不判别TA是否饱和,所以,TA饱和(2ms及以上)对“轨迹扫描法”的判别并无影响,具有判别准确可靠的优点。判别差流波形中的间断点采用差电流制动系数多点积分法和快速谐波制动计算法。A. 差电流制动系数多点积分法的重要判据为: KT=(If T+If (T
18、1) +If (Tn) / (IfT +If(T1) +If(Tn) )式中,KT为T时刻某相差电流的制动系数, If T为T时刻某相差电流值,IfT 为T时刻某相制动电流值B. 快速谐波制动一种数学解析方法,在5ms的时间内滤掉直流和基波分量,快速反映差电流的各次谐波分量水平DT:DT0(直流分量)+ 0SIN(t)+1.0SIN(2t)+2.2SIN(3t)+3.1SIN(4t) + 3.2SIN(5t) + 2.5SIN(6t)+ 1.2SIN(7t) +0.19SIN(8t)设J T为T时刻的差电流间断点,D T为T时刻的谐波分量水平,t为判别时间区间,则J TF(K T, D T,
19、t), 该式表达“间断点J T”是制动系数K T, 谐波分量水平D,判别时间区间t 的函数,其重要含义为:如 T点满足如下3个条件:1) F(K T) K1 . K T为T点的制动系数,K1为设定门槛。2) F( D T) D1 D T 为T点的谐波分量水平,D1为设定门槛。3)TT T (TT + t)则T点判为差电流“间断点J T ”。当检测到差电流波形中无“间断点J T”,则判断为发生区内故障,程序转入“出口跳闸判据”;当检测到差电流波形中有“间断点J T”,则判断为区外故障TA饱和,保护装置将反复上述“差电流轨迹法” 扫描监视,直至差电流消失。4.2 电压闭锁除一个半断路器接线外,其它
20、母线型式的母线保护装置一般必须配置电压闭锁。SG B750数字式母线保护装置采用复合式电压判据,包含相电压突变、相低电压、负序电压及零序电压等判据,任一判据成立即开放保护出口。复合式电压动作判据:保护装置不间断地监视各段母线的三相电压,判别TV是否断线,TV断线判据成立,瞬时作用于自动电压切换逻辑回路,并延续10s后,发“TV断线”信号。对双母线或单母分段保护,分别接入各段母线的三相电压量。在母联并列运营时,各段母线电压判据分别进行计算,当任一段母线电压动作,则开放母线所有联接单元的出口回路。当其中一组母线TV断线判据成立时,自动转为用健全母线的电压计算判别结果作为两段母线的总电压闭锁判据,无
21、须加装电压切换开关,TV断线信号延时发出。在母联开关分列运营状态下,各段母线的跳闸回路必须经相应母线段的电压元件闭锁。对于750kV、500kV等特高压、超高压系统,3/2断路器接线的母线系统,其母线保护出口一般不经电压闭锁。4.3 TA回路断线的判别和解决431 TA断线概述TA二次回路若发生断线或接触不可靠现象,将引起不平衡电流,严重时导致差动保护的误判。装置对各相差电流及每单元电流进行计算,可以实时检测出TA断线,并提醒断线线路和相别。为防止故障情况下误判TA断线,假如制动电流(电流绝对值之和)有增幅的突变,或者电压从正常到动作,则认为是故障,15秒之内停止TA断线的检测。TA断线的检测
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