1、深圳南瑞科技有限公司 第 0 页母差保护产品培训母差保护原理1 母差的主要原理BP 系列母差保护采用一次穿越电流作为制动电流，是分相瞬时值复式比率微机数字处理的电流差动保护。BP-2B 微机母线保护采用完全电流差动，复式比率差动原理。在高压电网中得到广泛的应用。1.1 差电流及和电流定义和电流: 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:注：差电流与合电流分相计算；差电流与和电流都需经 TA 变比折算。1.2 启动及返回条件1.2.1 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： Ids
2、etir1.2.2 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： Idset1.2.3 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何时返回。返回判据：当任一相差电流小于差电流低门坎定值的 75%时，该相起动元件返回。其表达式为：IdsetI75.01.3 复式比率差动判据复式比率差动判据动作表达式：)1(Idset2)(IrK其中 为差电流门坎定值，Id 为差电流，Ir 为和电流，IsetmjIIr1mjIId1深圳南瑞科技有限公司 第 1 页Kr 为复式比率系数（制动系数） ，设为高值及低值，分列运行时自动降为低
3、值。复式比率差动判据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。下图表示复式比率差动元件的动作特性：1.4 故障分量复式比率差动判据故障分量差电流 ；故障分量和电流mjIId1 mjIIr1动作表达式为： )(Iset2)(IdrKd)3(Iset4)(5.0Ir其中 为第 j 个连接元件的电流故障分量， 为故障分量差电流门坎，由IIdset推得； 为复式比率系数（制动系数） 。dsetKr1.5 母差的差动电流计算以 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 S11，
4、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 S21，S22，-，S2n 表示各元件 II 母刀闸位置；以 Slk 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；一般母联只有一侧有 TA，装置默认母联 TA 的极性与II 母上的元件一致。则差流计算公式为：大差电流 Id = I1 + I2 + - + InI 母小差电流 Id1 = I1 * S11+ I2* S12 + - + In* S1n Ilk * Slk II 母小差电流 Id2 = I1 * S21+ I2* S22 + - + In* S2n +
5、 Ilk * SlkIdIr-IdIdsetKr深圳南瑞科技有限公司 第 2 页以 T1，T 2，-，T n 表示差动动作于各元件逻辑，0 表示不动作，1 表示动作；以 Tlk 表示差动动作于母联逻辑；以 F1，F 2 分别表示 I 母、II 母故障，0 表示无故障，1 表示故障。则出口逻辑计算公式为：T1 = F1 * S11+ F2* S21T2 = F1 * S12+ F2* S221.6 全波饱和检测：为防止区外故障时，由于 TA 严重饱和误动作，本装置设置了 TA 饱和检测元件。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
6、情况下 元件与 元件的动作时序，以及利用了 TA 饱和时差电流波形IdIr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。1.7 故障母线选择逻辑1.7.1 母线的大差动回路与小差动回路母线上所有元件电流和组成大差动回路（不包括母联 TA） ；各段母线上元件电流和（包括母联TA）组成小差动回路。各元件连接在哪一段母线上，是根据各连接元件的刀闸（隔离开关）位置来决定。差动保护使用大差动元件作为母线区内故障判别元件；使用小差动元件作为故障母线选择元件。若定义母线上所有元件极性一致，母联的极性同 II 母线上元件极性：I 母线小差I 母线上各元件电流和
7、母联电流；II 母线小差II 母线上各元件电流和母联电流。母线大差动作I 母小差动作I 母差动复合电压动作切除 I 母线各单元及空线路I I 母小差动作I I 母差动复合电压动作I / I I 母互联切除 I I 母线各单元及空线路或与与与切除母联切除母线上所有单元切除母联母差保护选择逻辑框图 1.7.2 对于固定连接式母线如单母线、 断路器等主接线，由于各个元件固定连接在一段母线上，不在母线段之间切换，21装置只计算大差动回路，大差动元件既是区内故障判别元件，也是故障母线选择元件。1.7.3 母线倒闸的运行方式母线上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
8、深圳南瑞科技有限公司 第 3 页联方式 ，不进行故障母线的选择，一旦某段母线发生故障，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，也可以投“互联压板”或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。1.7.4 母线分列运行的运行方式母联（分段）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，取高值（可整定） ；母联（分段）处于分位时（母线分列运行）：为防止母线区内故障时，非故障母线有电流流出母线，影响大差动元件的灵敏度。大差动元件自动转用比率制动系数低值（也可整定） ；为防止死区故障时，小差动元件选择出错，母联 TA 电流自动退出小差动回路。1.
9、7.5 母线并列运行和分列运行判别装置通过自动和手动两种方式判别母线是并列运行还是分列运行。自动方式是将母联断路器 DL 的常开接点和常闭接点同时接入装置，来判断母联开关位置状态。对于分相断路器，要求将三相常开接点并联，将三相常闭接点串联。当且仅当母联断路器 DL 的常闭接点合，常开接点断时，判断母联断路器 DL 为断；若开关的常开和常闭接点不对应，装置默认母联断路器 DL 合，同时发出 开入异常告警信号；手动方式是运行人员在母联（分段）开关断开后，投“母线分列压板” ，在合母联（分段）开关前，退出该压板。以上两种方式中，手动方式优先级最高。即：若投“母线分列压板” ，装置认为母线分列运行；若
10、退“母线分列压板” ，装置根据自动方式判别母线运行状态。若正常运行时母联断路器 DL 的常闭接点或常开接点失去直流电源或母联断路器任一相偷跳等，常开常闭接点不对应，母联断路器仍会默认为合闸，此时发出“开入异常”告警信号，母联 TA 电流不会被封闭，大小差动回路计算仍然正确。断路器常开接点为与断路器一次触头状态相一致的辅助接点,断路器合位,常开接点合;断路器分位,常开接点分；常闭接点则与断路器一次触头状态相反。1.8 差动复合电压闭锁元件以电流为判据的差动元件，可以用复合电压闭锁元件来配合，提高保护整体的可靠性。复合电压闭锁元件的动作表达式为：setUUsetcasetbcta203或或式中 、
11、 、 为母线线电压， 为母线三倍零序电压， 为母线负序电压（相b032U电压） ， （它们都是由装置采集的相电压计算而成） ， 、 、 分别为各序闭锁电压settset整定值。三个判据中的任何一个动作，该段母线的电压闭锁元件就会瞬时动作。复合电压都正常后，再自动展宽 40ms 动作返回。差动保护与失灵保护动作出口经相应母线段的复合电压元件闭锁。1.9 差动保护逻辑框图综上所述，以双母线其中的 I 段为例，差动保护的整个动作逻辑关系如下：深圳南瑞科技有限公司 第 4 页 i r I d s e tI d I d s e t全波饱和检测切除母联 、 I 母线各单元及空线路大差复式比率差动动作I 母
12、小差复式比率差动动作大差故障分量复式比率差动动作与或I 母小差故障分量复式比率差动动作第一周波投入I 母差动复合电压动作与或与 i r I d s e t母差保护动作逻辑框图1.10 其他保护逻辑配置1.10.1 母联死区保护1.10.1.1 母线并列运行的死区保护母线并列运行时，当故障发生在母联（分段）断路器与母联（分段）TA 之间时，称之为死区故障。故障母线段的小差动元件判为区外故障而不会动作。相连的非故障母线小差动保护判为区内故障而动作于非故障段母线及母联（分段）断路器。装置判断母联断路器 DL 断开后，再经 50ms 延时封闭母联 TA母联电流不计入故障母线小差动元件，即可差动动作隔离
13、故障点。1.10.1.2 母线分列运行的死区保护母线分列运行时，母联断路器 DL 辅接点或分列运行压板使装置直接封母联 TA。此时发生死区故障，差动保护出口跳故障母线。1.10.2 母联失灵保护1.10.2.1 本保护装置差动动作或充电保护动作起动母联失灵保护当本保护装置差动保护动作或母联充电保护动作时，母联（分段）断路器拒动，此时大差电流元件动作后不返回，母联（分段）TA 中仍然有电流且大于 母联失灵电流定值 ，则母联（分段）失灵保护经母联失灵出口延时封闭母联 TA，通过大、小差动保护切除相关母线各元件。只有本保护装置的差动保护或母联充电保护动作时，装置才自动起动内部母联失灵保护，通过封闭母
14、联 TA，差动保护动作切除母线各元件。延时 50ms 差动动作 充电动作 母联失灵延时或或 封母联 TA 母联失灵过流仅当母联 DL 常闭接点合，常开接点断；或分列压板合深圳南瑞科技有限公司 第 5 页母联失灵保护、死区故障保护封闭母联 TA 逻辑框图1.10.2.2 和外部母联保护装置配合的外部起动母联失灵保护母联断路器保护采用外部独立的母联保护装置：充电保护投入时退出母线保护装置的差动保护：充电充至故障母线，母联保护装置动作于母联断路器，当母联断路器失灵时，通过母线保护装置外部起动母联失灵保护功能切除故障。充电保护投入时不退出母线保护装置的差动保护：充电充至故障母线，母联保护装置动作于母联
15、断路器，差动保护同时切除故障母线。当母联断路器失灵时，通过母线保护装置内部自起动母联失灵保护功能切除故障，不需外部起动母联失灵保护功能。外部独立的母联保护装置提供一个保护动作接点（同时串上母联开关位置接点）或失灵起动接点给本保护装置。本保护装置检测到外部母联失灵起动接点闭合后，判别母联电流是否大于母联失灵电流定值 ，再经失灵复合电压闭锁，按整定的母联失灵出口延时 （两定值同上面的母联失灵定值）跳开 I 母线或 II 母线连接的所有断路器。图 2.2.2 母联外部失灵起动跳闸逻辑框图1.11 断路器失灵保护断路器失灵保护可以与母线保护公用跳闸出口，本装置有两种方式供选择。1.11.1 外部失灵起
16、动装置配合方式当母线所连的某断路器失灵时，由该断路器的失灵起动装置提供一个失灵起动接点给本装置。本装置检测到某一失灵起动接点闭合后，起动该断路器所连的母线段失灵出口逻辑，经失灵复合电压闭锁，按可整定的失灵出口短延时跳开母联或分段， 失灵出口长延时跳开该母线连接的所有断路器。图 2.3.1 外部失灵起动逻辑框图1.11.2 本装置内部自带电流检测元件方式若外部断路器没有失灵起动回路，本装置可以实现检测断路器失灵的过流元件。将外部断路器保护的跳闸接点（串开关位置接点）引入本装置。对于 220KV 系统，需引入线路保护的三跳接点和单跳接点，变压器保护的三跳接点。失灵起动开入开入公共端保护动作接点 过
17、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/II 母失灵出口起动I/II 母失灵复合电压动作与失灵出口短延时 失灵出口长延时 跳母联跳 I/II 母母联失灵过流动作2B 屏上压板开入公共端起动失灵接点母联失灵延时 I 母失灵复合电压动作 II 母失灵复合电压动作 跳 I 母跳 II 母独立母联装置 BP-2B 保护装置深圳南瑞科技有限公司 第 6 页图 2.3.2 失灵过流逻辑框图1.11.3 失灵电压闭锁元件及主变失灵解除电压闭锁失灵保护的电压闭锁元件，也是以低电压（线电压） 、负序电压和 3U0 电压构成的复合电压元件。只是使用的定值与差动保护
18、不同，需要满足线路末端故障时的灵敏度。失灵保护出口动作，需经相应母线段的失灵复合电压元件闭锁。对变压器或发变组高压侧断路器，设置“主变失灵解闭锁”的开入接点。当该断路器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，实现解除该断路器所在母线的失灵保护复合电压闭锁。1.12 母线充电保护1.12.1 母线充电保护逻辑母线充电保护正常停用，当一段母线停电检修后，可以通过母联（分段）开关对检修母线充电以恢复双母运行。此时投入母联（分段）充电保护，当检修母线有故障时，迅速跳开母联（分段）断路器，切除故障。母联（分段）充电保护的起动需同时满足三个条件：母联（分段）充电保护压板投入；母联电流从无到
19、有；记忆母联电流从无到有前 20ms 内，母线已失压，且母联（分段）开关已断开。充电保护一旦起动自动展宽 200ms 后退出。若 2、3 条件满足，差动保护自动将母联电流计入小差 50ms，之后再根据母联开关接点判断是否将母联电流计入小差。充电保护投入后，当母联任一相电流大于充电保护电流定值 ，经可整定充电出口延时跳开母联开关，不经复合电压闭锁。深圳南瑞科技有限公司 第 7 页充电保护投入期间是否闭锁差动保护可设置保护控制字相关项进行选择。Ickab有流门坎为 In04.： 母联 A 相电流Ika： 母联 B 相电流b： 母联 C 相电流c： 充电保护电流定值I充电保护逻辑框图1.12.2 采
20、用外部母联保护装置充电时和差动保护的配合1.12.3 外部母联保护投入时，差动保护也投入母线充电时，若外部母联充电保护和差动保护都同时投入，充电母线故障，此时充电保护和差动保护都会动作跳母联开关。若母联开关失灵，差动保护将启动母联失灵保护动作另一段母线。1.12.4 充电时退差动保护1. 退出差动保护方式若考虑到母联 TA 极性可能接反，或开关辅助接点不良等因素，充电保护投入时退差动保护，BP-2B 引入母联开关的手合接点配合退差动手合接点开入后，经 20ms 防抖后，闭锁母差保护 200ms。手合接点开入若持续 1S，则报“开入异常” 。2. 外部母联保护装置跳母联断路器失灵起动 BP-2B
21、 装置失灵参看前面 2.2.2 节和外部母联保护装置配合的母联失灵保护。注：通过外接开入接点实现充电期间退母差的方式，当充电时发生母联开关和 CT 之间故障时，母联上无电流，母联保护装置不动作，而母线差动保护又退出，将造成需经充电退母差延时后，才能由母差将故障切除。1.13 母线过流保护母联（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，或母联零序电流大与 闭锁母差展宽200ms或 充电出口延时 与 跳母联Ika 由无至有Ikb 由无至有Ikc 由无至有或与 充电保护投入 充电保护退出差动恢复记忆母
22、线失压充电保护记忆母分开关已断充电闭锁母差深圳南瑞科技有限公司 第 8 页于母联过流零序过流定值时，经可整定的母联过流出口延时跳开母联开关，不经复合电压闭锁。母联过流保护投入Ikac03： 母联 A 相电流Ika： 母联 C 相电流c： 母联零序电流03： 母联过流定值I： 母联零序过流定值k图 2.5.1 母联过流保护逻辑框图1.14 CT 断线闭锁母差 TA 断线，差电流大于 TA 断线门坎 ，延时 9 秒发 TA 断线告警信号，同时闭锁大小母差保护。电流回路正常后，0.9 秒自动恢复正常运行。9 秒内发生区外故障，母差保护可能误动。ctIdab：A 相大差电流Ida：B 相大差电流b：C
23、 相大差电流c：TA 断线定值tITA 断线逻辑框图母联（分段）电流回路断线，并不会影响大小差动保护对区内、区外故障的判别，只是会失去小差动对故障母线的选择性。因此，母联（分段）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，需手动复归互联回路恢复正常运行。联络断路器 TA 断线逻辑框图1.15 PT 断线告警任何一段母线差动电压闭锁元件动作后延时 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，对母差保护没有其他影响，不退出母差保护。注意未使用的母线不判。1.16 母线运行方式的电流效验本装置引入隔离刀闸的辅助接点实现对母线运
24、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。刀闸辅助接点恢复正确后需手动复归信号才能解除修正。如有多个刀闸辅助接点同时出错，则装置可能无法全部修正，需要运行人员操作运行方式设置菜单进行强制设定，直到刀闸辅助接点检修完毕手动复归取消强制。与 延时 20ms 母线强制互联 互联信号 Ind08.12大差不起动或 母联过流出口延时 与 跳母联或 延时 9S 闭锁母差 TA 断线信号 深圳南瑞科技有限公司 第 9 页2.BP-2B 母联开关预投说明2.1 母联开关预投原因2.1
25、.1 母联开关辅助接点状态与母联 TA 关系母联开关辅助接点状态为合:投母联 TA母联开关辅助接点状态为分:封母联 TA母线分列时如出现死区故障,则装置会正确切除故障母线.2.1.2 充电过程中母联开关辅助接点状态与母联电流不一致考虑到母线充电时，如果母联开关一次与二次接点位置不同步.即母联开关已经由断变为合,一次母联 TA 有电流时，母联开关辅助接点状态没有及时反映母联实际状态，仍处于断位. 造成装置封母联 TA. 如果充在故障母线 ,则会造成非故障母线差动动作.2.1.3 为防止母线充电过程中母联开关辅助接点状态与母联开关实际位置不同步, 装置设置母联开关预投逻辑。在母联开关由断变合时,预先投入母联 TA 50ms.2.2 母联开关预投逻辑1. 当母联电流从无到有2. 判断前一周波任一母线失压3. 母联开关断开(母联常开常闭接点判别 )如上条件满足,则将母联开关置为合,并延长 50ms. 之后，按辅助接点实际位置判断母联开关位置。设置此逻辑,即使母联开关辅助接点延时反映实际状态,母线保护仍会正确切除故障母线.2.3 母线分列情况分析分列运行情况下，母联 TA 和母联开关之间出现死区故障. 因故障前两母线电压正常，此时装置不会预投母联开关，装置正确切除故障母线。注:分列压板为强制分列压板 ,投入此压板,则认为母线不处于充电状态,此时不投入母联开关预投逻辑.
