BP-2CS微机母线保护装置技术说明书V1.01-100108

BP-2CS微机母线保护装置技术说明书

Ver 1.01

二〇〇九年十一月

BP-2CS微机母线保护装置技术说明书

Ver 1.01

编写：张广嘉

审核：侯林陈远生

批准：徐成斌

二〇〇九年十一月

本说明书适用于BP-2CS装置V1.01及以上版本程序，符合Q／GDW 175-2008 《变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范》的要求。

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目录

1装置概述 (1)

1.1 应用范围 (1)

1.2 保护配置 (1)

1.3 主要性能特点 (1)

2技术参数 (2)

2.1 机械及环境参数 (2)

2.2 额定电气参数 (2)

2.3 主要技术指标 (2)

2.4 通讯接口 (3)

3保护原理 (4)

3.1 差动保护启动元件 (4)

3.2 复式比率差动判据 (4)

3.3 CT饱和检测元件 (5)

3.4 电压闭锁元件 (5)

3.5 故障母线选择逻辑 (6)

3.6 差动回路和出口回路的切换 (7)

3.7 断路器失灵保护 (12)

3.8 母联（分段）死区保护 (14)

3.9 母联（分段）失灵保护 (15)

3.10 母联（分段）充电于死区故障保护 (16)

3.11 母联（分段）充电过流保护 (16)

3.12 母联（分段）非全相保护 (17)

3.13 CT断线闭锁 (17)

3.14 CT断线告警 (18)

3.15 母联（分段）CT断线 (18)

3.16 PT断线告警 (18)

3.17 刀闸辅助接点自纠正 (19)

4辅助功能 (20)

4.1 信号系统 (20)

4.2 事故分析与过程记录 (20)

5定值清单及整定说明 (26)

5.1 装置基本参数定值 (26)

5.2 母线保护定值 (26)

5.3 母线保护控制字 (28)

5.4 母线保护软压板 (28)

5.5 定值整定说明 (29)

5.6 厂家内部定值说明 (30)

6硬件说明 (32)

6.1 装置整体结构 (32)

6.2 信号接点 (33)

附录A 装置使用说明 (35)

A.1 面板布置与显示 (35)

A.2 菜单界面操作说明 (37)

A.3 装置汉字定值整定说明 (41)

附录B 装置调试与投运 (42)

B.1 调试资料准备 (42)

B.2 通电前检查 (42)

B.3 上电顺序 (42)

B.4 上电检查 (42)

B.5 功能压板操作 (42)

B.6 整机调试 (43)

B.7 装置投入运行操作步骤 (47)

B.8 注意事项 (47)

附录C 程序版本更新情况 (49)

【附图1】装置面板图 (50)

【附图2】装置插件图 (51)

1装置概述

1.1应用范围

BP-2CS 微机母线保护装置适用于1000kV及以下电压等级，包括单母线、单母分段、双母线、双母单分段以及双母双分段在内的各种主接线方式，母线上连接元件的最大规模为24个支路。对于中性点不接地系统，若母线保护仅接入两相CT，母线上连接元件的最大规模为36个支路。

本装置适用于Q/GDW 175—2008《变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范》规定要求的母线保护技术规范。

1.2保护配置

BP-2CS微机母线保护装置可以实现母线差动保护、断路器失灵保护、母联失灵保护、母联死区保护、CT断线判别功能及PT断线判别功能。其中差动保护与断路器失灵保护可经硬压板、软压板及保护控制字分别选择投退。母联充电过流保护及母联非全相保护可根据工程需求配置。

表1-1 BP-2CS保护配置

1.3主要性能特点

快速、高灵敏复式比率差动保护，整组动作时间小于15ms。

采样频率实现48点/周波。

基于暂态饱和全程测量的可变特性差动算法，抗饱和能力强。

保护元件和闭锁元件完全独立，闭锁回路可靠。

CT变比可按照实际变比现场整定。

母线运行方式自适应，自动纠正刀闸辅助接点的错误。

保护逻辑透明化分析功能。

通信规约采用电力行业标准IEC 60870-5-103规约或IEC61850通讯规约（可选）。

自适应接收GPS方式，秒脉冲、分脉冲及IRIG-B三种校时方式自适应判别。

2技术参数

2.1机械及环境参数

2.2额定电气参数

2.3主要技术指标

整组动作时间

母差保护整组动作时间：≤15ms（2倍整定值） 定值精度

输出接点容量

装置出口和信号接点单接点时最大允许接通功率为150W或1250VA，单副节点最大允许长期接通电流5A，多副接点并联时接通功率和电流可以适当提高。

电磁兼容

2.4通讯接口

装置对外提供的通信接口有：三个TCP/IP以太网接口，三个RS485接口，一个串行打印口，一路GPS接口（差分输入或空接点输入，对秒脉冲、分脉冲及IRIG-B编码三种校时方式自适应）。通信规约采用电力行业标准IEC 60870-5-103规约，同时支持IEC61850规约。

3 保护原理

下述各元件判据除非特别说明，都是分相计算，分相判别。

3.1 差动保护启动元件

母线差动保护的启动元件由“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支路电流的绝对值之和∑==m

j j r I I 1；

“差电流”是指所有连接支路电流和的绝对值∑==m j j d I

I 1，j I 为母线上第j 个连接支路的电流。启动元件分相动作，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槛时，该相启动元件动作。其表达式为

dset r I i ?>? （3-1）

式中：r i ?为和电流瞬时值比前一周波的突变量；dset I ?为突变量门槛值。

2) 差电流越限判据

当任一相的差电流大于差动保护启动电流定值时，该相启动元件动作。其表达式为

dset d I I > （3-2）

式中：d I 为分相大差动电流；dset I 为差动保护启动电流定值。

3) 启动元件返回判据

启动元件一旦动作后自动展宽20ms ，再根据启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动保护启动电流定值的95%，且各支路的该相相电流均小于1.2倍的额定电流时，该相启动元件返回。其表达式为：

()???=<

dset d 2,12.195.0 （3-3） 式中：d I 为分相大差动电流；dset I 为差动保护启动电流定值；j I 为各支路相电流；n I 为额定电流。

3.2 复式比率差动判据

复式比率差动判据的动作方程如下

()

???-?>>d r r d dset d I I K I I I （3-4）

式中：dset I 为差动保护启动电流定值，r K 为复式比率系数（制动系数）定值。

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。

I d

I

图3-1 复式比率差动元件动作特性

3.3 CT 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CT 严重饱和出现差电流的情况下误动作，本装置根据CT 饱和发生的机理、以及CT 饱和后二次电流波形的特点设置了CT 饱和检测元件，用来判别差电流的产生是否由区外故障CT 饱和引起。

该元件称之为基于暂态饱和全程测量的可变特性差动算法。在母线区内故障情况下和母线区外故障CT 饱和情况下d I ?元件与r I ?元件的动作时序截然不同，并且CT 饱和时虽然差电流波形畸变但每周波都存在线形传变区，且暂态饱和波形中存在丰富的谐波分量，可以准确检测出CT 饱和发生时刻，并实时调整差动相关算法，具有极强的抗CT 饱和能力。

3.4 电压闭锁元件

在装置的硬件回路中，差动保护和断路器失灵保护的出口接点均经复合电压闭锁。电压闭锁元件的动作表达式为：

?????≥≥≤≤≤set set set c set b set a U U U U U U U U U U 22

003或或 （3-5） 式中：a U 、b U 、c U 为母线相电压，03U 为母线三倍零序电压，2U 为母线负序电压

（相电压），set U 、set U 0、set U 2分别为各序电压闭锁定值。

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20ms 再返回。

由于灵敏度不同，差动元件和失灵元件的电压判据独立。

对于中性点不接地系统，单相接地允许运行一段时间，在此期间内电压闭锁不开放。由厂家进行出厂设置，母线保护低电压判据改为线电压判据，同时取消零序电压判据。

3.5故障母线选择逻辑

对于固定连接式不分段母线，如单母线等主接线，由于各个支路固定连接在一段母线上，不在母线段之间切换，因此大差电流既是区内故障判别元件，也是故障母线选择元件。

对于分段母线，如双母线、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动作行为不正确。

考虑到分段母线分裂运行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。联络开关的“分裂压板”和TWJ 开入均为0时，大差比率制动系数与小差比率制动系数相同，均使用比率制动系数高值；当联络开关的“分裂压板”和TWJ开入任一为1时，大差比率差动元件自动转用比率制动系数低值，小差比率制动系数不变，仍采用高值。按国网标准化设计规范要求，比率制动系数是内部固化（高值：1.0；低值：0.3），不需整定。

母线上的连接支路倒闸过程中，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，即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，可以在倒闸之前投入“互联压板”，强制保护进入互联方式；倒闸结束后退出“互联压板”。

图3-2 差动保护逻辑框图

3.6 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，包括启动、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，各连接支路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。

3.6.1 双母线专用母联接线

图3-3 双母线专用母联接线

各支路CT 的极性端必须一致；一般母联只有一侧有CT ，装置默认母联CT 的极性与Ⅱ母上的支路一致。

1) 差动回路

以n I I I ,,,21 表示各支路电流数字量；

以ML I 表示母联电流数字量；

以n S S S 11211,,, 表示各支路Ⅰ母刀闸位置（0表示刀闸分，1表示刀闸合）；

以n S S S 22221,,, 表示各支路Ⅱ母刀闸位置；

以ML S 表示母线并列运行状态（0表示分裂运行，1表示并列运行）。

大差回路是除母联开关以外的母线上所有其余支路电流所构成的差动回路；某段母线小差回路是与该母线相连接的各支路电流构成的差动回路，其中包括了与该段母线相关联的母联开关。差流计算公式为：

①大差电流：n d I I I I +++= 21

②Ⅰ母小差电流：ML ML n n d S I S I S I S I I ?-?++?+?=11221111

③Ⅱ母小差电流：ML ML n n d S I S I S I S I I ?+?++?+?=22222112

Ⅱ母 旁母

Ⅰ母

母联

2) 出口切换回路

以n T T T ,,,21 表示差动动作于各支路逻辑（0表示不动作，1表示动作）；

以ML T 表示差动动作于母联逻辑；

以1F ，2F 分别表示Ⅰ母、Ⅱ母故障（0表示无故障，1表示故障）。

出口逻辑计算公式为：

()()()?????????+=??++?+?=??++?+?=??++?+?=2

12121221122122122212122111212121111F F T S S F F S F S F T S S F F S F S F T S S F F S F S F T ML n n n n n

3.6.2 母联兼旁路形式的双母线接线

接线时母联CT 极性如下图所示。作旁路时CT 极性在软件自动调整。

a) Ⅰ母带旁母 b) Ⅱ母带旁母

图3-4 母联兼旁路形式的双母线接线

此时装置需引入母联到旁母的跨条刀闸位置，以SKT 表示。该刀闸断开时（SKT = 0），断路器作母联用。

若以Ⅱ母带旁路，要求母联CT 装于Ⅰ母侧。断路器无论作母联用还是作旁路用，CT 的极性与Ⅱ母上的支路都是一致的。母联的旁母跨条刀闸处于合位且Ⅰ母刀闸处于分位时，该支路作旁路用，回路切换成：

ML n d I I I I I ++++= 21

n n d S I S I S I I 11221111?++?+?=

ML n n d I S I S I S I I +?++?+?=22222112

2F T ML =

Ⅱ母

旁母 Ⅰ母

Ⅰ母 旁母

Ⅱ母

若以Ⅰ母带旁路，要求母联CT 装于Ⅱ母侧。由于已经定义断路器作母联用时，CT 的极性与Ⅱ母上的支路一致；那么断路器作旁路用时，CT 的极性与Ⅰ母上的支路相反。母联的旁母刀闸处于合位且且Ⅱ母刀闸处于分位时，该支路作旁路用，回路切换成：

ML n d I I I I I -+++= 21

ML n n d I S I S I S I I -?++?+?=11221111

n n d S I S I S I I 22222112?++?+?=

1F T ML =

若Ⅰ、Ⅱ母都可能带旁路，建议母联断路器两侧都要装设CT 。

3.6.3 旁路兼母联形式的双母线接线

接线时旁路CT 极性同其它出线。作母联时CT 极性在软件自动调整。

a) 旁母到Ⅰ母有跨条 b) 旁母到Ⅱ母有跨条

图3-5 旁路兼母联形式的双母线接线

定义第m 支路为旁路，旁母到Ⅰ母（或Ⅱ母）有跨条，装置引入跨条刀闸位置，以SKT 表示。在实际工程中，一般定义第2支路为旁路兼母联。

若跨条接于Ⅰ母，当跨条刀闸处于合位时，即SKT = 1，旁路支路作为母联用，回路切换成： m n m d I I I I I I -+++++= 21

n n m d S I I S I S I I 11221111?++-+?+?=

n n m d S I I S I S I I 22222112?++++?+?=

21F F T m +=

若跨条接于Ⅱ母，当跨条刀闸处于合位时，即SKT = 1，旁路支路作为母联用，回路切换成： m n m d I I I I I I -+++++= 21

n n m d S I I S I S I I 11221111?++++?+?=

旁母

Ⅰ母

Ⅱ母

旁母 Ⅰ母 Ⅱ母

n n m d S I I S I S I I 22222112?++-+?+?=

21F F T m +=

3.6.4 母线兼旁母形式的双母线接线

接线时母联CT 极性如下图所示。作旁路时CT 极性在软件自动调整。

a) 旁母到Ⅰ母有跨条 b) 旁母到Ⅱ母有跨条

图3-6 母线兼旁母形式的双母线接线

回路切换与母联兼旁路时相类似。当然不再有旁母，没有母联到旁母刀闸，而是取决于出线到母线的跨条刀闸SK1、SK2。

若母线的跨条刀闸SK1合，则装置将Ⅰ母做为旁母，将母联做为旁路。此时，母差保护范围为Ⅱ母（延伸至旁路的CT ）。Ⅰ母不在母差保护的范围内。

若母线的跨条刀闸SK2，则装置将Ⅱ母做为旁母，将母联做为旁路。此时，母差保护范围为Ⅰ母（延伸至旁路的CT ）。Ⅱ母不在母差保护的范围内。

3.6.5 双母线单分段主接线

各支路CT 的极性端必须一致；装置默认母联1的CT 极性同Ⅱ母上的支路，母联2的CT 极性同Ⅲ母上的支路，分段CT 极性同Ⅱ母上的支路。

图3-7 双母线单分段接线

母联1

2

Ⅰ母 Ⅱ母

Ⅰ母

Ⅱ母

1) 差动回路

以n I I I ,,,21 表示各支路电流数字量；

以1ML I 表示母联1电流数字量，2ML I 表示母联2电流数字量，FD I 表示分段电流数字量； 以1n 2111,,,S S S 表示各支路Ⅰ母刀闸位置（0表示刀闸分，1表示刀闸合）；

以2n 2212,,,S S S 表示各支路Ⅱ母刀闸位置；

以32313,,,n S S S 表示各支路Ⅲ母刀闸位置；

以1ML S 表示母联1并列运行状态（0表示分裂运行，1表示并列运行），以2ML S 表示母联2并列运行状态，以FD S 表示分段并列运行状态；

若定义4～m 支路为Ⅰ、Ⅱ母支路，m+1～n 为Ⅰ、Ⅲ母支路，大小差形成如下：

Ⅰ母小差 = ()22114

1ML ML ML ML n i i i S I S I S I

?-?-?∑=

Ⅱ母小差 = ()FD FD ML ML m i i i S I S I S I

?+?+?∑=114

2

Ⅲ母小差 =

()FD FD ML ML n m i i i S I S I S I

?-?+?∑+=2213 大差 = ∑=n

i i I

4（母联、分段除外）

2) 倒闸操作时出口切换回路

Ⅰ、Ⅱ母之间进行倒闸操作，且Ⅰ、Ⅱ母通过刀闸连在一起时，改变差回路形成方式，将Ⅰ、Ⅱ母上所有相关支路电流之和形成Ⅰ Ⅱ母小差。若大差动、Ⅰ Ⅱ母小差动动作、电压闭锁开放时，跳母联1，母联2，分段和连于Ⅰ母、Ⅱ母上所有支路的开关。若大差动、Ⅲ母小差动、电压闭锁开放时跳母联2、分段和连于Ⅲ母上所有支路开关。

Ⅰ、Ⅲ母之间进行倒闸操作时与上类似。

Ⅱ、Ⅲ母之间进行倒闸操作时与上类似。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ母之间进行全倒闸操作，若大差动作、电压闭锁开放时，跳所有支路开关。

3.6.6 双母线双分段主接线

各支路CT 的极性端必须一致；装置默认母联的CT 极性同Ⅱ母上的支路，分段1和分段2的CT 极性同各支路CT 的极性。

图3-8 双母线双分段接线

由于双母线双分段接线支路数较多，BP-2CS 微机母线保护装置一般考虑用两套装置配合实现各段母线的保护。一套装置保护分段开关‘左’侧的两段母线；另一套装置保护分段开关“右”侧的两段母线；两套装置的保护范围在分段开关处交叠。在差动逻辑中，将分段做为该段母线上的一个支路。

与双母线保护不同的是，装置在分段单元跳闸出口时，同时输出一副“启动分段失灵”输出接点，分别接入对侧装置分段单元的“分段三相跳闸启动失灵开入”，实现分段失灵保护或死区故障保护。对侧装置也相同。

3.7 断路器失灵保护

1) 失灵复合电压元件

断路器失灵保护动作出口，经相应母线的失灵复合电压元件闭锁。 母线零序电压≥失灵零序电压定值

母线相电压≤失灵低电压定值

≥1母线失灵复合电压动作母线负序电压≥失灵负序电压定值

图3-9 失灵复合电压元件逻辑框图

2) 失灵复压解闭锁元件

为解决变压器或发变组断路器失灵保护电压灵敏度不足问题，对于变压器或发变组支路，设置“主变失灵解闭锁”的开入。当该支路 “主变失灵解闭锁”条件满足时，解除该支路失灵保护电压闭锁，保证失灵保护可靠动作。

对于部分地区双母线接线母线保护的110kV 线路支路也需要解除失灵保护电压闭锁的情况，增加各线路支路共用的“线路失灵解除复压闭锁”开入。

保护装置检测到“失灵解闭锁”长期误开入，发“运行异常”告警信号。

3) 电流检测元件

线路支路采用相电流、零序电流（或负序电流）“与门”逻辑；变压器支路采用相电流、零序电流、负序电流“或门”逻辑。所有支路共用“失灵零序电流定值”、“失灵负序电流定值”。

在线路支路出现三相跳闸后三相失灵时，采用和电流突变启动逻辑。

线路失灵相电流判据采用装置内部有流门槛值，各变压器支路共用“失灵相电流定值”。

母联

Ⅱ母 Ⅳ母

分段2

线路支路应设置分相和三相跳闸启动失灵开入回路，变压器支路应设置三相跳闸启动失灵开入回路。保护装置检测到“断路器失灵开入”长期误开入，发“运行异常”告警信号，同时闭锁该失灵开入。

图3-10 线路支路失灵电流判据逻辑框图

图3-11 主变支路失灵电流判据逻辑框图

装置经失灵电流检测，失灵复合电压闭锁判据，按可整定的‘失灵保护1时限’跳开联络开关，‘失灵保护2时限’跳开该母线连接的所有断路器。断路器失灵保护与母线差动保护共用跳闸出口。

注1：主变支路的间隔定义具体见工程图纸。

注2：对于部分具备线路失灵解闭锁功能的工程，工程图纸中明确定义具备此功能的线路支路。

图3-12 断路器失灵保护出口逻辑框图

4)变压器断路器失灵跳三侧启动逻辑

母线故障跳变压器开关发生断路器失灵故障，需跳开该变压器其余各侧断路器开关。母线保护动作跳变压器支路时，装置内部逻辑可自行启动变压器支路的失灵功能（与变压器三跳动作接点构成“或”逻辑，详见图3-12）。

变压器支路失灵保护动作，经失灵短延时跳开母联开关，长延时跳开相应母线，同时启动变压器支路跳三侧功能。逻辑框图详见图3-13“断路器失灵保护出口逻辑框图”。

3.8母联（分段）死区保护

3.8.1逻辑说明

当故障发生在母联（分段）开关与母联（分段）流互之间时，母联（分段）开关已跳开而母联（分段）流互仍有电流，母联死区保护经母线差动复合电压闭锁后切除相关母线。

母联开关分裂运行150ms延时母联电流不计入小差计算

图3-13 母联死区故障保护实现逻辑框图