BP-2B微机母线保护装置技术说明书V1.02

1、-BP-2B 微机母线保护装置1概述.31.1应用范围.31.2保护配置.31.3主要特点.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主要技术指标 .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 .63.1.3（电流互感器）饱和检测元件8TA.3.1.4电压闭锁元件 .83.1.5故障母线选择逻辑 .93.1.6差动回路和出口回路的切换 .103.2母联（分段）失灵和死

2、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电压回路断线告警 .163.7母线运行方式的电流校验 .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母线分列运行的说明 .174整定方法与参数设置 .194.1参数设置的说明 .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 .21深圳南京自动化研究所深圳南瑞科技有限公司第1 页-BP-2B 微机母线保护装置

3、4.3整定方法.4.3.1母差保护定值整定方法.4.3.2断路器失灵保护出口定值整定方法.4.3.3母联失灵保护定值整定方法.4.3.4充电保护定值整定方法.4.3.5母联过流保护定值整定方法.4.3.6TA 断线定值整定方法.4.3.7失灵保护过流定值整定方法.5 装置硬件介绍.5.1硬件概述.5.2机箱结构与面板布置.5.3机箱背面布置和插件功能简介.5.3.1主机插件 BP320 .5.3.2管理机插件 BP321 .5.3.3保护单元插件 BP330 .5.3.4光耦输入、输出和电源检测插件 BP331 .5.3.5电压闭锁插件 BP332 .5.3.6出口信号、告警信号插件 BP33

4、3 .5.3.7辅助电流互感器插件BP310 .5.3.8辅助电压互感器插件BP311 .5.3.9电源模块插件 BP360、BP361 .5.4装置原理图.6 装置使用说明.6.1界面显示 .6.1.1主界面 .6.1.2一级界面 .6.1.3二级界面 .6.2装置调试与投运 .6.2.1调试资料准备 .6.2.2试验仪器 .6.2.3通电前检查 .6.2.4上电检查 .6.2.5预设 .6.2.6定值整定 .6.2.7整机调试 .6.2.8投入运行与操作 .6.3注意事项 .2222242525252525262626293131313132323232323234343435384040

5、4141414142424545深圳南京自动化研究所深圳南瑞科技有限公司第2 页-BP-2B 微机母线保护装置1 概述1.1应用范围BP-2B 微机母线保护装置，适用于500KV及以下电压等级，包括单母线、单母分段、双母线、双母分段以及1 接线在内的各种主接线方式，最大主接线规模为24 个间隔12（线路、元件和联络开关）。1.2保护配置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功能。1.3主要特点快速、高灵敏复式比率差动保护，整组动作时间小于12ms ；自适应全波饱和检测器，差动保护在区外饱和时有极强的抗饱和能

6、力，又能快速切除转换性故障，适用于任何按技术要求正确选型的保护电流互感器；允许 TA 型号、变比不同，TA 变比可以现场设定；母线运行方式自适应，电流校验自动纠正刀闸辅助接点的错误；超大的汉字液晶显示，查询、打印、校时等操作，不影响保护运行；完善的事件和运行报文记录，与 COMTRADE 兼容的故障录波，录波波形液晶即时显示；灵活的后台通讯方式，配有 RS-232 、 RS-422/RS-485 通讯接口，支持电力行业标准通讯规约 DL/T667-1999 （ IEC60870-5-103 ）；采用旋转机柜，插件强弱电分开的新型结构，装置电磁兼容特性满足就地布置运行的要求。2 技术参数2.1额

7、定参数直流电压：220V ，110V允许偏差： -20% +15%交流电压：100/ 3 V交流电流：5A ，1A频率： 50H Z打印机工作电压：交流220V深圳南京自动化研究所深圳南瑞科技有限公司第3 页-BP-2B 微机母线保护装置2.2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- 10S40In- 1S2.4输出接点容量允许长期通过电流

8、:5A允许短时通过电流:10A,1S2.5装置内电源工作电源 :+5V ( ± 3%)± 15V( ± 3% )出口电源 :+24V( ± 5%)2.6主要技术指标母差保护整组动作时间:< 12 ms (差流 Id 2 倍差流定值)1出口保持时间 : 200 ms ； 80 ms ( 用于1 2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:040 极限工作温度:-10 50贮存与运输 :-25 70深圳南京自动化研究所深圳南瑞科技有限公司第4 页-BP-2B 微机母线保护装置2.8电磁兼容

9、实验项目耐受值辐射电磁场干扰10v/m实验(25-1000)快速瞬变干扰4kv实验1MH Z 和 100KH Z2.5kv脉冲群干扰实验静电放电实验8kvMH Z参照标准GB14598.9，级IEC255-22-3GB14598.10 ，级IEC255-22-4GB14598.13 ，级IEC255-22-1GB14598.14 ，级IEC255-22-22.9绝缘与耐压实验项目耐受值参照标准介质强度2kv （有效值）交流，GB14598.11，级实验1 分钟IEC255-22-1冲击电压5kv, 1.2/50 s, 0.5JGB14598.12，级实验标准雷电波IEC255-22-22.10

10、通讯两个 RS-232/422/485串行通讯接口通讯规约：电力行业标准DL/T667-1999（ IEC60870-5-103）2.11机械性能工作条件 : 振动响应、冲击响应严酷等级为I 级运输条件 : 振动耐久、冲击耐久及碰撞检验严酷等级为I 级3 装置原理3.1母线差动保护各种类型的母线保护就其对母线接线方式、电网运行方式、故障类型以及故障点过渡电阻等方面的适应性来说，仍以按电流差动原理构成的母线保护为最佳。带制动特性的差动继电器（亦即比率差动继电器），采用一次的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（以下称 TA ）误差而产生的差动不平衡电流，在高压电网中得到了较为广泛

11、的应用。 BP 系列母差保护以此为基础，结合微机数字处理的特点，发展出以分相瞬时值复式比率差动元件为主的一整套电流差动保护方案。下述各元件判据除非特别说明，都是分相计算，分相判别。深圳南京自动化研究所深圳南瑞科技有限公司第5 页-BP-2B 微机母线保护装置起动元件母线差动保护的起动元件由和电流突变量和差电流越限两个判据组成。和电流是指母线上所有连接元件电流的绝对值之和mmIrIj ；差电流是指所有j 1连接元件电流和的绝对值IdIj ， Ij 为母线上第j 个连接元件的电流。与传统差j 1动保护不同，微机保护的差电流与和电流不是从模拟电流回路中直接获得，而是通过电流采样值的数值计算求得。起动

12、元件分相起动，分相返回。1） 和电流突变量判据，当任一相的和电流突变量大于突变量门坎时，该相起动元件动作。其表达式为：i rI d s e t其中i r 为和电流瞬时值比前一周波的突变量；Idset 为突变量门坎定值。2）差电流越限判据，当任一相的差电流大于差电流门坎定值时，该相起动元件动作。其表达式为：IdI d s et其中 Id 为分相大差动电流；Idset 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 ，再根据起动元件返回判据决定该元件何时返回。当任一相差电流小于差电流门坎定值的75% 时，该相起动元件返回。其表达式为：Id0.75Idset差动元件母线保

13、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：Id I d s e t(1)IdKr(IrId )(2)其中 Idset 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传统的比率制动判据，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有极强的制动特性，在母线区内故障时无制动，因此能更明确地区分区外故障和区内故障，图3.1 表示复式比率差动元件的动作特性。深圳南京自动化研究所深圳南瑞科技有限公司第6 页-BP-2B 微机母线保护装置IdKrIdsetIr-Id图 3.1复式比率差动元件动作特性可以参考下表确

14、定复式比率系数Kr 的取值，表中Ext 为母线区内故障时流出母线的电流占总故障电流的百分比，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的误差（其余支路电流互感器的误差忽略不计），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的推导所得。KrExt （ %） （ %）140672208031585412882) 故障分量复式比率差动判据根据叠加原理，故障分量电流有以下特点：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（即使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，母线内部故障时故障分量电流的相位关系不会改变。为有效减少负荷电流对

15、差动保护灵敏度的影响，为进一步减少故障前系统电源功角关系对保护动作特性的影响，提高保护切除经过渡电阻接地故障的能力，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。故障分量的提取有多种方案，本保护采用的数字算法如下：i (k )i( k)i ( kN )式中i (k ) 为当前电流采样值；i( kN ) 为一个周波前的的采样值。在故障发生后的一个周波内，其输出能较为准确地反映包括各种谐波分量在内的故障分量。mm故障分量差电流 IdIj ；故障分量和电流 IrIjj 1j 1动作表达式为：深圳南京自动化研究所深圳南瑞科技有限公司第7 页-BP-2B 微机母线保护装置IdI d se t(1)

16、IdKr( IrId )( 2)IdI d s e t(3)Id0.5 ( IrId )(4)其中Ij 为第 j 个连接元件的电流故障分量，Idset 为故障分量差电流门坎，由 Idset 推得； Kr 为复式比率系数（制动系数）。由于电流故障分量的暂态特性，故障分量复式比率差动判据仅在和电流突变起动后的第一个周波投入，并受使用低制动系数（0.5 ）的复式比率差动判据闭锁。保护将母线上所有连接元件的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的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，是根据各连

17、接元件的刀闸（隔离开关）位置来决定。（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 严重饱和出现差电流的情况下误动作，本装置根据TA 饱和发生的机理、以及TA 饱和后二次电流波形的特点设置了TA 饱和检测元件，用来判别差电流的产生是否由区外故障TA 饱和引起。该饱和检测元件可以称之为自适应全波暂态监视器。该监视器判别区内故障情况下截然不同于区外故障发生TA 饱和情况下Id 元件与Ir 元件的动作时序，以及利用了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，可以准确检测出饱和发生的时刻，具有极强的抗TA 饱和能力。电压闭锁元件以电流判据为主的差动元件，可

18、以用电压闭锁元件来配合，提高保护整体的可靠性。电压闭锁元件的动作表达式为：UabUset3U 0U 0setU 2U 2set式中 Uab 为母线线电压（相间电压）， 3U 0为母线三倍零序电压，U 2 为母线负序电压， Uset 、 U 0set 、 U 2set 分别为各序电压闭锁定值。因为判据中用到了低电压、零序和负序电压，所以称之为复合电压闭锁。三个判据中的任何一个被满足，该段母线的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，必须相应母线段的母线差动复合电压元件动作（与失灵复合电压元件相

19、区分）。深圳南京自动化研究所深圳南瑞科技有限公司第8 页-BP-2B 微机母线保护装置故障母线选择逻辑节中提及的大差比率差动元件与小差比率差动元件各有特点。大差比率差动元件的差动保护范围涵盖各段母线，大多数情况下不受运行方式的控制；小差比率差动元件受当时的运行方式控制，但差动保护范围只是相应的一段母线，具有选择性。对于固定连接式分段母线，如单母分段、1 断路器等主接线，由于各个元件固定12连接在一段母线上，不在母线段之间切换，因此大差电流只作为起动条件之一，各段母线的小差比率差动元件既是区内故障判别元件，也是故障母线选择元件。对于存在倒闸操作的双母线、双母分段等主接线，差动保护使用大差比率差动

20、元件作为区内故障判别元件；使用小差比率差动元件作为故障母线选择元件。即由大差比率元件是否动作，区分母线区外故障与母线区内故障；当大差比率元件动作时，由小差比率元件是否动作决定故障发生在哪一段母线。这样可以最大限度的减少由于刀闸辅助接点位置不对应造成的母差保护误动作。考虑到分段母线的联络开关断开的情况下发生区内故障，非故障母线段有电流流出母线，影响大差比率元件的灵敏度，大差比率差动元件的比率制动系数可以自动调整。联络开关处于合位时（母线并列运行） ，大差比率制动系数与小差比率制动系数相同（可整定）；当联络开关处于分位时（母线分列运行），大差比率差动元件自动转用比率制动系数低值（也可整定）。母线上

21、的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 （非选择方式）不进行故障母线的选择，一旦发生故障同时切除两段母线。 当运行方式需要时，如母联操作回路失电，也可以设定 保护控制字中的强制母线互联软压板，强制保护进入互联方式。综上所述，以双母线其中的I 段为例，差动保护的整个逻辑关系如图：KrKzKr0.5Kr1KzKr 10.5IrIdKrKzKr1Kz与与与或与I 母出口或I 母差动复合电压动作与与全波饱和检测线形传变区深圳南京自动化研究所深圳南瑞科技有限公司第9 页-BP-2B 微机母线保护装置IrIdIdIrKr： 和电流突变量： 差电流突变量： 差电流

22、起动元件： 和电流突变起动元件： 大差突变量比率差动元件Kr： 大差复式比率差动元件Kr 1： I 母突变量比率差动元件Kr 1： I 母复式比率差动元件Kz ： 大差比率制动系数Kz ： 小差比率制动系数图 3.2母差保护逻辑框图差动回路和出口回路的切换以上几节全面阐述了本装置的母线差动保护方案，包括起动、差动判据、饱和检测、电压闭锁、故障母线选择在内的各个环节及相互之间逻辑关系。下面将举例详细说明差动回路和出口回路的形成。其实这里所说的差动回路和出口回路只是借用传统保护的概念，微机母线差动保护装置中并不存在这样的硬件回路，各连接元件三相电流和刀闸位置全部都已转换成为数字量，由程序流程来实现切换。因此装置的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。双母线接线以 I1， I2， - ， In 表示各元件电流数字量；以 Ilk 表示母联电流数字量；以 S 11， S12 ， - ， S1n 表示各元件 I 母刀闸位置， 0 表示刀闸分， 1 表示刀闸合；以 S 21， S22 ， - ， S2n 表示各元件 II 母刀闸位置；以 S lk 表示母线并列运行状态，0 表示分列运行， 1 表示并列运行；各元件 TA 的极性端必须一致；一