鄒三紅，劉 敦，張青立，方 曉

（1. 廣東電網(wǎng)公司廣州供電局，廣州 510180；2.蘇州供電公司，蘇州 215000；3. 廣州地下鐵道總公司，廣州 510310）

1 前言

作為電力系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成元件，母線是電能集中和供應(yīng)的樞紐。在電力系統(tǒng)樞紐變電站的母線上發(fā)生故障時(shí)，故障處理不當(dāng)或不及時(shí)將會(huì)引起事故的擴(kuò)大，破壞電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。母線保護(hù)裝置能及時(shí)檢測(cè)到母線故障，并快速有選擇性地切除故障母線，將故障點(diǎn)從系統(tǒng)隔離，裝置運(yùn)行的可靠性關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，因此，對(duì)裝置進(jìn)行正確有效的校驗(yàn)工作具有重要的意義。BP-2B微機(jī)母線保護(hù)裝置，適用于500kV及以下電壓等級(jí)，包括單母線、單母分段、雙母線、雙母分段以及3/2接線在內(nèi)的各種主接線方式，是國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的微機(jī)母線保護(hù)產(chǎn)品。它采用首創(chuàng)的復(fù)式比率差動(dòng)原理，整組動(dòng)作時(shí)間小于12ms，允許TA型號(hào)及變比不同，母線運(yùn)行方式自適應(yīng)，可靠性高，運(yùn)行穩(wěn)定。由于母線所連接的電氣元件較多，對(duì)母線保護(hù)裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的方法相對(duì)比較復(fù)雜。本文從BP-2B微機(jī)母線保護(hù)裝置的復(fù)式比率差動(dòng)判據(jù)出發(fā)，通過(guò)推導(dǎo)分析，提出了一種新的復(fù)式比率差動(dòng)校驗(yàn)在線運(yùn)行時(shí)的校驗(yàn)方法，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，能有效提高現(xiàn)場(chǎng)工作效率。

2 微機(jī)母線保護(hù)常用原理

為滿足速動(dòng)性、選擇性的要求，母線保護(hù)從實(shí)現(xiàn)原理來(lái)說(shuō)，包含電流差動(dòng)原理、電流相位比較原理以及母聯(lián)電流相位比較等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的快速發(fā)展，微機(jī)母線保護(hù)也得到快速發(fā)展。目前應(yīng)用廣泛的微機(jī)母線差動(dòng)保護(hù)主要采用電流差動(dòng)保護(hù)原理，主要原因在于由電流差動(dòng)原理構(gòu)成的母線保護(hù)，在不同的母線接線方式、發(fā)生故障的類型、故障點(diǎn)過(guò)渡電阻等方面都具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，區(qū)外故障時(shí)能可靠不動(dòng)作，區(qū)內(nèi)故障時(shí)能可靠動(dòng)作。

根據(jù)基爾霍夫電流定律，把母線視為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖1所示，系統(tǒng)正常運(yùn)行或母線外部（如k2點(diǎn)）發(fā)生故障時(shí)，流入母線電流之和為0，即=0，當(dāng)母線內(nèi)部（如k1點(diǎn)）發(fā)生故障時(shí)，母線上所有連接支路的電流相量和應(yīng)等于短路點(diǎn)的電流相量，即

。實(shí)際運(yùn)行中，由于電流互感器存在誤差，在系統(tǒng)正常運(yùn)行或外部短路時(shí)都會(huì)存在不平衡電流，因此差動(dòng)保護(hù)的啟動(dòng)電流必須多過(guò)最大不平衡電流。

圖1 母線區(qū)內(nèi)區(qū)外故障示意圖

對(duì)于雙母線或單母線分段接線形式的系統(tǒng)，分為大差和小差。大差是將Ⅰ、Ⅱ母線上所有連接支路（不包括母聯(lián)和分段）電流相量相加，根據(jù)其是否為零，可判斷Ⅰ、Ⅱ母線范圍內(nèi)（包括母聯(lián)和分段）是否有故障發(fā)生。Ⅰ段小差是將Ⅰ母上所有連接支路電流相量相加，判斷Ⅰ母上是否有故障發(fā)生。Ⅱ段小差是將Ⅱ母上所有連接支路電流相量相加，判斷Ⅱ母上是否有故障發(fā)生。微機(jī)母線保護(hù)中，通過(guò)對(duì)刀閘輔助接點(diǎn)的判斷來(lái)確定本單元的電流處于哪一差動(dòng)回路及支路是否處在故障母線。在雙母線中，母聯(lián)是特殊單元，需要通過(guò)約定母聯(lián)電流互感器的極性來(lái)實(shí)際計(jì)算小差。

雙母線接線的母線保護(hù)一旦動(dòng)作，切斷支路多，影響范圍大，為了提高母線保護(hù)動(dòng)作的可靠性，防止由于差動(dòng)保護(hù)或開(kāi)關(guān)失靈保護(hù)出口回路被誤碰或出口繼電器損壞等導(dǎo)致母線保護(hù)誤動(dòng)作，雙母線接線的母差保護(hù)一般應(yīng)經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖。

雙母線或單母線分段的母線差動(dòng)保護(hù)邏輯框圖如圖2所示。

圖2 雙母或單母分段母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作邏輯框圖

當(dāng)母線大差動(dòng)作，某段母線小差動(dòng)作，相應(yīng)段母線的復(fù)合電壓閉鎖元件開(kāi)放，且無(wú)電流互感器TA飽和判定的條件下跳相應(yīng)段母線的各支路斷路器。當(dāng)母線大差動(dòng)作，且母線任一小差元件動(dòng)作，以及任一母線段的復(fù)合電壓閉鎖元件開(kāi)放時(shí)，跳開(kāi)母聯(lián)斷路器。

微機(jī)型母線差動(dòng)保護(hù)將母線上所有單元的三相電流，通過(guò)電流互感器變成數(shù)值較小的模擬量，再通過(guò)微機(jī)保護(hù)模塊中的數(shù)據(jù)采集單元及A/D變換單元形成相應(yīng)的數(shù)字量，再按程序中實(shí)現(xiàn)的邏輯計(jì)算方法進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)分相式微機(jī)母線差動(dòng)保護(hù)。各支路電流互感器變比如不一致，可在微機(jī)程序中通過(guò)TA調(diào)整系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，系統(tǒng)運(yùn)行方式也可由裝置進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別。微機(jī)型母線保護(hù)裝置在制動(dòng)特性、電流互感器飽和檢測(cè)等方面表現(xiàn)出優(yōu)良性能。

3 南瑞B(yǎng)P-2B母線復(fù)式比率差動(dòng)元件

能否有效地克服區(qū)外故障時(shí)由于電流互感器誤差產(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)最大短路電流的TA發(fā)生飽和而產(chǎn)生的最大不平衡電流是差動(dòng)保護(hù)性能的決定因素。普通比率制動(dòng)特性的母線差動(dòng)保護(hù)采用一次穿越電流作為制動(dòng)電流，以克服差流回路不平衡電流的影響，防止在外部短路時(shí)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。但是在母線區(qū)外故障時(shí)，若電流互感器飽和，產(chǎn)生較大的不平衡電流，保護(hù)仍難免要失去選擇性；在母線內(nèi)部故障時(shí)，若有電流流出母線，保護(hù)的靈敏度會(huì)降低。

BP-2B母線復(fù)式比率差動(dòng)元件在制動(dòng)量的計(jì)算中引入了差電流，這是其與普通比率制動(dòng)特性母差保護(hù)的明顯不同之處。這一特性使其在母線區(qū)外故障時(shí)具有極強(qiáng)的制動(dòng)特性，在母線區(qū)內(nèi)故障時(shí)無(wú)制動(dòng)，能更明確地區(qū)分區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障，且在區(qū)內(nèi)故障時(shí)若有電流流出母線，保護(hù)的靈敏度較高。復(fù)式比率差動(dòng)判據(jù)如下：

其中，Idset為差電流門檻定值，Kr為復(fù)式比率系數(shù)，Id為差電流，等于母線上所有連接元件的電流相量和的絕對(duì)值，計(jì)算公式為：

Ir為和電流，等于母線上所有連接元件的電流絕對(duì)值的和，計(jì)算公式為：

Ii為連接在母線上的第i個(gè)元件的電流，m為母線上連接的元件數(shù)目。由于BP-2B微機(jī)母線保護(hù)裝置采用分相計(jì)算、分相判別的方法，以上各公式中都是分相判據(jù)。為敘述及分析方便，如無(wú)特別說(shuō)明，以下各數(shù)據(jù)及判據(jù)采用的都是a相數(shù)據(jù)，分析過(guò)程和結(jié)果同樣適用于b、c相。

對(duì)于單母線分段或雙母線的情況，為保證母線保護(hù)的選擇性，BP-2B母線復(fù)式比率差動(dòng)包括母線大差和各段母線小差，母線大差用于判別母線區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障，母線小差用于故障母線的選擇。BP-2B母線差動(dòng)保護(hù)具有復(fù)合電壓閉鎖功能，只有在復(fù)式比率差動(dòng)和復(fù)合電壓同時(shí)滿足的條件下，才能出口跳閘。

對(duì)于雙母線接線形式的系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式的需要，經(jīng)常需要將各連接支路在兩條母線間切換，正確識(shí)別母線運(yùn)行方式是母線保護(hù)裝置正確、可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。BP-2B母線保護(hù)裝置引入所有連接支路的隔離開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)的位置信號(hào)，并結(jié)合內(nèi)部判據(jù)邏輯，來(lái)判別母線運(yùn)行方式，自適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變換。

4 南瑞B(yǎng)P-2B母差保護(hù)校驗(yàn)理論分析

對(duì)母差保護(hù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)時(shí)，為了校驗(yàn)裝置在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)動(dòng)作的正確性，需要對(duì)實(shí)際運(yùn)行的線路進(jìn)行試驗(yàn)。但由于實(shí)際條件限制，并出于對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性的考慮，將母線上所接的所有母線全部停電對(duì)裝置進(jìn)行校驗(yàn)是不合實(shí)際的。為此，可以考慮選取接入母差裝置的運(yùn)行間隔中的幾組或備用間隔進(jìn)行試驗(yàn)，即每次選取一組間隔（設(shè)為間隔G）作為試驗(yàn)間隔，保持母線上其他連接元件電流接入回路不變，對(duì)裝置的動(dòng)作正確性進(jìn)行檢驗(yàn)。

設(shè)用儀器加入的L間隔a相電流為 ，在實(shí)際過(guò)程中，根據(jù)公式（3）、（4）知，隨著L間隔電流 的改變，差電流Id與和電流Ir都在實(shí)時(shí)變化，要使裝置動(dòng)作，加入的電流須滿足公式（1）、（2），計(jì)算比較麻煩，影響現(xiàn)場(chǎng)工作效率。如下對(duì)應(yīng)加入電流 需滿足的條件在理論上做進(jìn)一步推導(dǎo)。

設(shè)短接G間隔接入保護(hù)裝置的CT回路且未用試驗(yàn)儀加入電流前，大差差電流相量、和電流分別為

、Ir大，G間隔所在母線小差差電流相量、和電流分別為IrI、 ，G間隔電流互感器（簡(jiǎn)稱CT）TA調(diào)整系數(shù)為KCTG，由公式（3）、（4），有：

試驗(yàn)儀加入的電流為 時(shí)，大差差電流相量和電流分別為 、I’r大，G間隔所在母線小差差電流相量、和電流分別為 、I’rI， 由公式（3）、（4）及以上分析，有：

要使差動(dòng)動(dòng)作，需大差和G間隔所在母線小差同時(shí)滿足式（1）、（2），結(jié)合（5）、（6）對(duì)于大差判據(jù)有：

對(duì)于G間隔所在母線小差判據(jù)，應(yīng)有：

其中，Kr大、KrI分別為大差、小差的制動(dòng)系數(shù)。

綜合（9）～（10），有

（11）式即為要使差動(dòng)動(dòng)作所加入電流需滿足的條件，且該條件適用于選取備用間隔或運(yùn)行間隔或裝置單獨(dú)調(diào)試的情況。式中，Idset、Kr大、KrI可由定值單得到，KCTG及其他各支路的TA調(diào)整系數(shù)可分別由對(duì)應(yīng)間隔的CT變比除以母線上所接間隔中最大的CT變比得到。Ir大由試驗(yàn)儀加電流前母線上接入的所有間隔（母聯(lián)、間隔G除外）的電流讀數(shù)的標(biāo)量和得到，如（12）式所示。IrI由試驗(yàn)儀加電流前I母母線上接入的所有間隔（包括母聯(lián)，間隔G除外）的電流讀數(shù)的標(biāo)量和得到，如（13）式所示。由這些已知的數(shù)據(jù)，結(jié)合式（11），可以計(jì)算出使I母母差動(dòng)作時(shí)的 的大小。

Ir大為接在I、II母上各間隔（不包括母聯(lián)和間隔G）的a相電流標(biāo)量和，KCTj為間隔j的TA調(diào)整系數(shù)。

IrI為接在G間隔所在母線上各間隔（包括母聯(lián)，不包括間隔G）的a相電流標(biāo)量和。

5 應(yīng)用注意事項(xiàng)

（一）當(dāng)對(duì)變電站運(yùn)行中母差保護(hù)裝置進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)：

（1）如果選取備用間隔，保持其他運(yùn)行間隔接入裝置的電流回路不變的情況下，則（11）式中、都為0，該式變?yōu)椋?/p>

（2）如果選取運(yùn)行中間隔G進(jìn)行校驗(yàn)，將所選取的間隔接入裝置的實(shí)際電流回路短接，取代用儀器加入電流，設(shè)所選取間隔實(shí)際電流（11）式中的該式變?yōu)椋?/p>

除上式外，還需滿足所加電流 與 相角相同的條件。可見(jiàn)，母差動(dòng)作所需要的輸入電流值隨著選取間隔及系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行方式、潮流狀態(tài)的不同而不同。

實(shí)際進(jìn)行校驗(yàn)過(guò)程中，為了滿足復(fù)壓閉鎖的條件，一般將保護(hù)屏上二次電壓空開(kāi)拉掉。此時(shí)支路電流失去參考相量，因此從裝置中可以看到，各支路電流相角一直處于變化的狀態(tài)，且變化很大。這種情況下需注意：直接用加電流的方式，雖然所加電流值滿足（15）式，但差動(dòng)也可能不動(dòng)，是因?yàn)橄嘟菬o(wú)法滿足要求，而差流是各支路電流的相量和的絕對(duì)值。這種情況下，需用儀器模擬裝置二次電壓的方法來(lái)保證相角要求。

以上一、二種情況下，實(shí)際使差動(dòng)動(dòng)作所需的電流可能不嚴(yán)格滿足式（14）、（15），而是有因?yàn)橄到y(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，支路電流變化可能引起和電流變化。

（二）當(dāng)對(duì)裝置進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試時(shí)，直接運(yùn)用（11）式計(jì)算即可。

（三）現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)步驟如下所述：

（1）試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況做好安全措施；

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)接線及圖紙，找出各間隔相應(yīng)的電流回路；

（3）查看參數(shù)，確定各間隔的母差保護(hù)所用的CT變比，計(jì)算出各間隔的TA調(diào)整系數(shù)KCTj；根據(jù)定值單，確定差流門檻定值Idset、小差制動(dòng)系數(shù)KrI，結(jié)合母聯(lián)運(yùn)行方式，確定大差制動(dòng)系數(shù)Kr大。

（4）記錄各間隔接入BP-2B裝置的電流大小及相角，任意選取一條母線上的間隔（如I母上的間隔G）或備用間隔，計(jì)算不包括間隔G時(shí)的大差、I母小差的和電流Ir大、IrI。由式子（7）～（8）計(jì)算間隔G應(yīng)加入的電流 的大小，相角與間隔G正常運(yùn)行時(shí)一致。

（5）將試驗(yàn)儀輸出電流輸出到所選間隔對(duì)應(yīng)的電流端子排，試驗(yàn)儀輸出電流使大差、小差差電流均應(yīng)為零，驗(yàn)證接線正確性。

（6）步驟四中計(jì)算出的 為基礎(chǔ)，逐步增大所加電流，直到保護(hù)動(dòng)作，記錄數(shù)值，驗(yàn)證制動(dòng)系數(shù)及裝置運(yùn)行的正確性。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文基于母線保護(hù)的一般原理和簡(jiǎn)化的變電站母線模型，分析了BP-2B復(fù)式比率差動(dòng)保護(hù)的判據(jù)，推導(dǎo)出了一種新的復(fù)式比率差動(dòng)調(diào)試方法，并通過(guò)廣州供電局某變電站的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)驗(yàn)證了推導(dǎo)結(jié)果的適用性，實(shí)踐證明，推導(dǎo)結(jié)果正確且可有效簡(jiǎn)化調(diào)試過(guò)程中的分析計(jì)算，可有效提高現(xiàn)場(chǎng)工作效率。

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