BP-2B母差原理课件

保护原理简介--功能概述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3/2接线在内的各种主接线方式，3相CT最大主接线规模为24个间隔,2相CT最大主接线规模为36个间隔。实现母线差动保护、母联充电保护、母联过流保护、母联失灵保护、母联死区保护、母联非全相以及断路器失灵保护等功能。GOTOP1BP-2B母差原理保护原理简介--差动保护综述GOTOP2综述

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，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。BP-2B母差原理保护原理简介—差动起动元件GOTOP3和电流及差电流定义和电流:是指母线上所有连接元件电流的绝对值之和

,公式如下:差电流:是指所有连接元件电流和的绝对值

,公式如下:‘差电流’与‘和电流’计算特点:计算与刀闸开入无关，但需考虑CT变比折算。分相计算。

BP-2B母差原理保护原理简介—差动起动元件GOTOP4起动判据和电流突变量判据: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,表达式如下: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,表达式如下:起动元件返回判据: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。注意事项:起动元件分相起动，分相返回。任一起动判据满足条件,差动起动条件满足,另一起动判据不再判断.和电流起动返回仍需判差流.

BP-2B母差原理保护原理简介—差动动作元件GOTOP5

复式比率差动判据动作表达式：IdIr-IdIdsetKr注意事项:比率制动斜率过原点。差动2个判据同时满足认为动作条件满足。任一起动条件满足进入此逻辑判断。BP-2B母差原理保护原理简介—差动动作元件GOTOP6

故障分量复式比率差动判据：

作用:有效减少负荷电流对差动保护灵敏度的影响,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.表达式

判据说明:故障分量为当前电流采样值减一周波前的采样值。

故障分量复式比率差动判据仅在和电流突变起动后投入。由于电流故障分量的暂态特性,投入时间仅为起动后一个周波。BP-2B母差原理保护原理简介—差动动作元件GOTOP7

影响KR值的2个因素：理想状态区内故障计算:Id=常量；Ir=Id;Id>Kr*(Ir–Id)区内无制动。理想状态区外故障计算:Id=0；Ir=常量;Id<Kr*(Ir–Id)区外可靠制动。考虑区内故障时有电流流出母线Id/(Id+Ext%Id+Ext%Id-Id)=1/(2Ext%)>kr

例：母线分列运行或故障电流经近距离双回线流出。IdExt%IdId+Ext%IdBP-2B母差原理保护原理简介—差动动作元件GOTOP8

影响KR值的2个因素：

考虑区外故障时故障支路一次与二次的传变误差

故障支路的CT误差达到δ，而其余支路的CT误差忽略不计

δ/(1+1-δ-δ)=δ/(2-2δ)<kr

若令总流入电流为1，则总流出电流为1-δ，差电流为δ

1-δ1BP-2B母差原理保护原理简介—差动动作元件GOTOP9

差回路构成：差动回路是由大差动和几个各段母线小差动所组成的；大差比率差动元件作为区内故障判别元件；小差比率差动元件作为故障母线选择元件；大差与小差区别大差比率差动’差电流’与’和电流’计算与刀闸无关.大差比率差动’差电流’与’和电流’计算不计母联电流.大差复式比率动作I母小差复式比率动作I母差动复合电压与II母小差复式比率动作II母差动复合电压与与与I母出口II母出口BP-2B母差原理保护原理简介—差动动作元件GOTOP10

故障母线选择逻辑：与与与或与与

全波饱和检测或I母差动复合电压动作与I母出口故障分量复式比率差动ΔIr： 和电流突变量ΔId： 差电流突变量Id： 差电流起动元件ΔIr： 和电流突变起动元件ΔKr： 大差突变量比率差动元件Kr： 大差复式比率差动元件ΔKr1： I母突变量比率差动元件Kr1： I母复式比率差动元件Kz： 大差比率制动系数Kz’： 小差比率制动系数复式比率差动起动元件BP-2B母差原理保护原理简介—差动动作元件全波饱和检测：在区外故障时，流过最大穿越性电流的CT可能会严重饱和。但是，在故障发生的初始和线路电流过零点附近存在一个线性传交区，在这线性传变区内，差动保护不会动作。这说明，差动保护动作与实际故障在时间上是不同步的，差动保护动作滞后一个时间。区外故障TA饱和：区外故障发生TA饱和情况下元件与元件的动作时序截然不同于区内故障，通过判断差动动作与故障发生是否同步就可识别饱和情况。区外故障转区内故障，考虑到CT饱和后，在每周波中存在至少一个线性传交区，因此对饱和的闭锁应该是周期性的。在判出CT饱和后，差动保护先闭锁一周期，随后开放，这样即使出现故障发展，差动保护仍能可靠地快速动作，以满足系统稳定要求。BP-2B母差原理保护原理简介—运行方式分析母联开关状态：将DL的常开接点和常闭接点同时引入装置，相互校验。对分相断路器，要求将三相常开接点并联，将三相常闭接点串联。常开接点：与母联一次开关分合状态相同。常闭结点：与母联一次开关分合状态相反。常开常闭结点的4种状态：常开合，常闭断：母联开关合状态。常开断，常闭合：母联开关分状态。常开合，常闭合：母联开关合状态，报开入异常信号。常开断，常闭断：母联开关合状态，报开入异常信号。BP-2B母差原理保护原理简介—运行方式分析并列运行：母联开关合状态。无互联及分列压板投入。大差比率差动元件采用比率制动系数高值。分列运行：分列压板投入或母联开关分状态。大差比率差动元件自动转用比率制动系数低值。封母联CT，母联电流不计入小差。倒闸操作：可预先投互联压板；可预先设定保护控制字中的“强制母线互联”软压板；依靠刀闸辅助接点自适应倒闸操作。小差比率差动元件自动退出，一旦发生故障同时切除两段母线。BP-2B母差原理保护原理简介—母联失灵及母联死区差动动作

充电动作母联失灵延时

或或

封母联TA

母联失灵过流母联开关分位

大差复式比率动作I母小差复式比率动作

I母差动复合电压与II母小差复式比率动作

II母差动复合电压

与与与I母出口

II母出口母联死区母联失灵GOTOP14母联死区延时

BP-2B母差原理保护原理简介—母联保护分析母联死区分析：并列运行时母联死区动作时间:

母联开关灭弧时间＋50ms+差动动作时间。分列运行时母联死区故障。分列运行时母联开关位置错误（合位）时死区故障考虑。母联失灵分析：差动动作或充电动作起动母联失灵。母联失灵条件动作满足后通过封母联CT后差动满足动作条件跳闸。BP-2B母差原理保护原理简介—充电保护

充电保护投入或充电出口延时与跳母联

有流门坎为0.04InIka：母联A相电流Ikb：母联B相电流Ikc：母联C相电流Ic：充电保护电流定值与闭锁母差展宽200ms与充电保护投入

一段母线失压充电保护压板合

母分开关接点不为合充电闭锁母差

充电保护退出差动恢复

Ika由无至有Ikb由无至有Ikc由无至有或GOTOP16BP-2B母差原理保护原理简介—母联保护分析充电逻辑分析：母联电流由无至有:母联电流由小于0.04In至大于0.04In的过程。母联开关辅助结点不为合：在母联电流由无至有前，母联辅助接点不在正常合状态。任一段母线无压：在母联电流由无至有前，有一段母线电压不正常(电压不正常判据为差动电压闭锁定值）。4.投入200ms即退出。充电保护相关问题：充电保护投退差动保护。充电预投逻辑。BP-2B母差原理保护原理简介—过流保护

或母联过流出口延时与跳母联Ika>IkIkc>Ik3Ik0>3Iok母联过流保护投入

Ika：母联A相电流Ikc：母联C相电流3Ik0：母联零序电流Ik：母联过流定值3I0k：母联零序过流定值母联（分段）过流保护可以作为母线解列保护，也可以作为线路（变压器）的临时应急保护。母联（分段）过流保护压板投入后，当母联任一相电流大于母联过流定值，或母联零序电流大于母联零序过流定值时，经可整延时跳开母联开关，不经复合电压闭锁。GOTOP18BP-2B母差原理电流回路断线闭锁或

延时9S

闭锁母差

TA断线信号

Ida>Id-ctIdb>Id-ctIdc>Id-ctIda：A相大差电流Idb：B相大差电流Idc：C相大差电流Id-ct：TA断线定值TA断线逻辑框图与

延时20ms

母线强制互联

互联信号

Id≤0.08InId1≥0.08InId2≥0.08Inid1+id2=0联络断路器TA断线逻辑框图母联（分段）电流回路断线，并不会影响保护对区内、区外故障的判别，只是会失去对故障母线的选择性。因此，联络开关电流回路断线不需闭锁差动保护，只需转入母线互联（单母方式）即可。母联（分段）电流回路正常后，需手动复归恢复正常运行。由于联络开关的电流不计入大差，母联（分段）电流回路断线时上一判据并不会满足。而此时与该联络开关相连的两段母线小差电流都会越限，且大小相等、方向相反。GOTOP19BP-2B母差原理电压回路断线告警某一段非空母线失去电压，延时9秒发TV断线告警信号。除了该段母线的复合电压元件将一直动作外，对保护没有其他影响。

GOTOP20BP-2B母差原理母线运行方式的电流校验本装置引入隔离刀闸的辅助接点实现对母线运行方式的自适应。同时用各支路电流和电流分布来校验刀闸辅助接点的正确性。当发现刀闸辅助接点状态与实际不符，即发出‘开入异常’告警信号，在状态确定的情况下自动修正错误的刀闸接点，包括两段母线经两把刀闸双跨（母线互联）。刀闸辅助接点恢复正确后需复归信号才能解除修正。由于大差电流与刀闸辅助接点无关，以及装置具有运行方式电流校验功能，因此双母线倒排操作期间，装置不需运行人员手动干预，可以正确切除故障；刀闸辅助接点出错检修期间不需退出保护；带电拉刀闸，保护可以正确快速动作。GOTOP21BP-2B母差原理断路器失灵保护出口开入公共端失灵起动开入保护动作接点过流动作I母刀闸II母刀闸I母失灵出口起动II母失灵出口起动

外部接点BP-2BI母失灵出口起动I母失灵复合电压动作与

失灵出口延时1

失灵出口延时2

跳母联

跳I母1、与失灵起动装置配合GOTOP22BP-2B母差原理断路器失灵保护出口2、自带电流检测元件方式GOTOP23BP-2B母差原理失灵的电压闭锁元件，与差动的电压闭锁类似，也是以低电压（线电压）、负序电压和3倍零序电压构成的复合电压元件。只是使用的定值与差动保护不同，需要满足线路末端故障时的灵敏度。同样失灵出口动作，需要相应母线段的失灵复合电压元件动作。对于变压器或发变组间隔，设置“主变失灵解闭锁”的开入接点。当该支路失灵保护起动接点和“主变失灵解闭锁”的开入接点同时动作，实现解除该支路所在母线的失灵保护电压闭锁。失灵电压闭锁元件及

主变失灵解除电压闭锁GOTOP24BP-2B母差原理《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》继电保护实施细则（2002年2月）

5.4 为解决变压器断路器失灵保护因保护灵敏度不足而不能投运的问题，对变压器和发电机变压器组的断路器失灵保护可采取以下措施：1) 采用“零序或负序电流”动作，配合“保护动作”和“断路器合闸位置”三个条件组成的与逻辑，经第一时限去解除断路器失灵保护的复合电压闭锁回路。2) 同时再采用“相电流”、“零序或负序电流”动作，配合“断路器合闸位置”两个条件组成的与逻辑经第二时限去启动断路器失灵保护并发出“启动断路器失灵保护”中央信号。3) 采用主变保护中由主变各侧“复合电压闭锁元件”（或逻辑）动作解除断路器失灵保护的复合电压闭锁元件，当采用微机变压器保护时，应具备主变“各侧复合电压闭锁动作”信号输出的空接点。主变失灵解除电压闭锁GOTOP25BP-2B母差原理主变失灵解除电压闭锁GOTOP26BP-2B母差原理母联非全相保护“非全相投入”控制字投非全相位置开入合非全相过流压板投入与非全相保护投入非全相保护投入3Ik0>I0set与跳母联非全相过流延时或Ik2>I2setGOTOP27EndofthisChapterBP-2B母差原理硬件概述BP-2B母线保护由保护元件、闭锁元件和管理元件三大系统构成。保护元件主要完成各间隔模拟量、开关量的采集，各保护功能的逻辑判别并出口至TJ；闭锁元件主要完成各电压量的采集，各段母线的闭锁逻辑并出口至BJ；管理元件的工作是实现人机交互、记录管理和后台通讯。各系统独立工作，相互配合。保护元件和闭锁元件的主机模件、光耦模件完全相同，可互换使用。由于是按母线间隔进行插件设计，因此维护扩展极为方便。其强弱电分离的走线连接和独立的电源分配，再加上滤波、屏蔽等环节，使各模件工作于稳定的环境中，充分保证了装置的电磁兼容性能。GOTOP28BP-2B母差原理机箱正面图GOTOP29BP-2B母差原理机箱背面图-1GOTOP30BP-2B母差原理机箱背面图-2GOTOP31BP-2B母差原理机箱背面图-3GOTOP32BP-2B母差原理主界面GOTOP33BP-2B母差原理一级界面GOTOP34BP-2B母差原理硬件概述

主机插件—BP320

作为保护元件和闭锁元件的通用CPU插件，该模件可以完成所有保护功能的逻辑处理。主机是由嵌入式32位微处理器Intel386EX，大规模可编程逻辑阵列，大容量存储器和各种外围电路构成的单片机系统。25MHZ的工作主频、32位数据总线和64M的寻址空间，都使它的处理能力比16位单片机有成倍的提高。由固化于EPROM的程序不同而分为“差动主机”（保护主机）和“闭锁主机”，分别位于第二层机箱和第一层机箱的固定位置。另外主机插件还可完成9路模拟量的A/D转换，本装置的电压量最终由此转化为数字量。1NCOM1和2NCOM4为9针简约RS-232调试通讯口。GOTOP35BP-2B母差原理硬件概述

管理机插件—BP321管理机的核心也是Intel386EX单片机系统，由它控制液晶控制和驱动模块、键盘输入电路和串口通讯电路，以实现人机交互、打印报告并通过它接入变电站监控系统。管理机后的船形开关可以将其在电气上从变电站的通讯网络中分离，而不影响装置本身。1N3为8针凤凰端子，分别连有RS422/485通讯线和GPS校时信号线。1NCOM2和1NCOM3为9针简约RS-232通讯口1NLPT1为25针打印机电缆端口GOTOP36BP-2B母差原理硬件概述

保护单元插件—BP330保护单元插件是以母线各间隔为划分对象，将三个间隔单元的输入、输出集中到一个插件来实现。即，一块BP330插件集成了三个间隔单元的刀闸辅助接点输入、失灵起动接点输入、电流量输入电路，保护跳闸出口回路、闭锁高频、闭锁重合闸接点输出电路。保护单元插件与保护主机插件一起构成了母线保护的核心系统。该插件配置于第二层机箱，共有8个插件扩展口，因此主接线规模在24单元以下的都可以灵活配置。GOTOP37BP-2B母差原理硬件概述

光耦输入、输出和电源检测插件—BP331

保护主机和闭锁主机配有各自的光耦输入、输出插件，实现公共开关量输入、输出，保证微机系统与外回路的光电隔离。每个光耦插件共有24路输入、24路输出。输入包括：复归信号、切换把手位置、联络开关接点和保护投退压板位置等；输出则包括所有的出口信号和告警信号等。本插件同时实现对装置直流电源的检测。以继电器的常闭接点实现装置直流电源220V（或110V）消失告警。以电压比较回路检测微机系统所用的+5V、+15V和-15V。如果系统所有的电源正常，则点亮装置面板上相应的‘电源指示灯’。如果此时系统投入运行，则点亮面板上相应的‘运行指示灯’，并接通24V操作电源GOTOP38BP-2B母差原理硬件概述

电压闭锁插件—BP332为实现各保护的分段复合电压闭锁而设，配置于第二层机箱。输入由保护主机发出的差动、失灵保护的分段动作信号以及联络开关动作信号；同时输入由闭锁主机发出的差动、失灵保护的复合电压闭锁分段开放信号；输出24V控制信号去控制各单元插件上闭锁继电器的接点。GOTOP39BP-2B母差原理硬件概述

出口信号、告警信号插件—BP333以继电器接点的方式输出装置的出口信号和告警信号，每个插件可以输出6个不同定义的信号。根据工程需要，配置于第一层机箱。输入6路由光耦插件来的驱动信号至继电器动作线圈，输入由保护主机控制的复归信号至继电器的复归线圈。1路光耦信号控制2个DSP继电器，输出2对自保持常开接点（第3路除外）、2对不保持常开接点，分别对应屏面点灯信号、中央信号接点、远动接点、起动录波接点。GOTOP40BP-2B母差原理硬件概述

电流/电压互感器插件—BP310/BP311BP310：可输入3*4路交流电流量，经采样电阻输出采样电压至保护单元插件。配置于第三层机箱，最大可容纳6个同类插件。需注意的是，额定电流为5A时与额定电流为1A时，插件中选用的电流互感器匝数比是不同的，应在订货时预先申明。BP311：可输入3*4路交流电压量，独立的次级线圈分别输出至保护主机和闭锁主机。GOTOP41BP-2B母差原理硬件概述

电源模块插件—BP360、BP361电源插件搭载有4个独立的模块化电源——保护元件电源、闭锁元件电源、管理机电源和24V操作电源。其中保护元件电源与闭锁元件电源是可以互换的。每一电源模块都有一船形小开关。GOTOP42EndofthisChapterBP-2B母差原理BP|2B母线保护系统原理图GOTOPBP-2B母差原理主接线形式：

双母线接线仅L1失灵接点不需接入。母联及母线上元件的TA极性如下：IIPIL1GOTOP44BP-2B母差原理主接线形式：

母联兼旁路形式的双母线接线只需引入母联到旁母的刀闸位置至图纸“旁母跨条辅助接点”；母联TA的极性与II母上的元件一致。引入母联代旁路的失灵起动接点至图纸“L1失灵起动接点”，当母线通过母联带旁路时，该失灵起动接点有效。IIPI母联到旁母刀闸L1IPII母联到旁母刀闸L1II母带旁母I母带旁母GOTOP45BP-2B母差原理主接线形式：

旁路代母联形式的双母线接线定义旁路间隔为图纸L4单元；只需引入母线到旁母的刀闸位置至图纸“旁母跨条辅助接点”；旁路兼母联TA的极性与II母上的元件一致。引入旁路的失灵起动接点至图纸“L4失灵起动接点”，当母线带旁路时，该失灵起动接点有效。PIII旁母到I母跨条L4

旁母到I母有跨条旁母到II母有跨条PIII旁母到II母跨条L4GOTOP46BP-2B母差原理主接线形式：

双母单分段

L1L4L7IIIIIIGOTOP47BP-2B母差原理主接线形式：

双母双分段L1L7L1IIIVL4IIII甲乙GOTOP48EndofthisChapterBP-2B母差原理类别定值整定范围/级差推荐值序号名称符号母线差动保护比率差动元件1比率差动门坎Idset0.1~20A/0.1A2复式比率系数高值KrH0.5~4/0.52.03复式比率系数低值KrL0.5~1/0.50.5差动复合电压闭锁4差动保护低电压Uab20~99V/1V65~70V5差动保护零序电压3U01~199V/1V4~8V6差动保护负序电压U21~99V/1V6~10V启动元件7相电流突变Δir0.1~20A/0.1A0.5~5A定值整定GOTOP49BP-2B母差原理类别定值整定范围/