提高西门子数字式母线保护对CT变比的匹配性的研究

引言

随着数字化与网络技术的快速发展,母线保护技术的应用水平得以迅速提高 ,国内外许多继电保护厂商相继推出了各种原理和实施方案的数字式母线保护,其中最具代表性的就是集中式数字母线保护和分布式数字母线保护。与分布式数字母线保护相比,集中式数字母线保护能够节省投资成本,因而备受广大用户的青睐。

本文从西门子7ss60集中式数字母线保护系统的成套构成原理入手,深入分析和研究了7ss60集中式数字母线保护系统对电流互感器的CT变比匹配性问题,希望能为7ss60集中式数字母线保护系统的工程设计和应用找到更加经济简便且运行可靠的设计方法。

17SS60集中式数字母线保护的成套构成原理及存在的问题

7ss60集中式数字母线保护系统是一种保护装置非常简单而所需外围电路又特别复杂的数字式差动保护系统。7ss601保护装置是一种配置非常简单的数字式差动保护装置,仅接入一个差电流和一个制动电流,数据处理能力特别低。要适用于各种电压等级母线,根据不同的母线连接方式需要,构成不同的成套保护方案,就需要构建不同的外部数据采集电路。同时 ,7ss601保护装置只有3个开关量输入、5个开关量输出,输入、输出口非常少,需要大量的外部模块进行输入、输出口扩展。因此,要构成一套完整的母线保护系统,就需大量的综合电流互感器4AM5120、电流匹配互感器4AM5272-3AA和各种外围模块,如制动电流与出口扩展板件7TM70、双母线的双位置切换板件7TR71、出口扩展板件7Ts72,以及安装机箱7xP204(1个机箱可装4块外围模块）。

不同的工程规模,所需的外围模块和设备数目也不同。母线上电气间隔越多,母线接线方式越复杂,所需的外围部件就越多,实施的保护方案也越复杂。但其外部辅件过多,工程造价高:而且设计电路复杂,调试烦琐:现场接线复杂,维护不便,运行可靠性也不高。

以最简单的单母线三相电流综合差动保护系统为例,如图1所示,该系统由1台测量保护装置7ss601、综合电流互感器4AM5120（每个电气间隔需1台）、制动电流与出口板件7TM70（每4个电气间隔需1块）及其安装机箱7xP204等构成。

如图2所示,在上述三相电流综合差动保护系统方案中,保护系统将每个间隔的IA、IB、IC三相电流,通过外部综 合变流器4AM5120一3DA/一4DA（对应于1A/5 A）,按照一 定的比例（综合电流变换器的绕组变比为n15n25n3:25153,电 流变比为IA5IB5IC:55354）合成,获得该间隔的一个综合单相电流。

图2  使用综合变流器的母线差动保护系统

在母线上所有电气间隔的CT变比不一致的情况下,通常增加匹配变流器4AM5272一3AA来进行CT变比的匹配,如图3所示。增加设备后,外部电路变复杂了,可靠性就降低了。

从上述非常简单的单母线三相电流综合差动保护的构成方案就可以看到数据采集电路的复杂性。如果要构建单母线的三相电流分相差动保护方案 ,就需3台7ss60,而且每个电气间隔需要3台单相电流匹配器4AM5120一1DA/一2DA,那数据采集电路就会更加复杂。对于更为复杂的母线连接运行方式如双母线,其数据采集电路的复杂程度就可想而知了。

图3  使用综合变流器和匹配变流器的母线差动保护系统

况且,还有母线运行状态信息的采集、保护动作与信号出口问题以及双位置的电流切换和出口切换等问题,都需要构建不同的外部适用电路。

上述的每一个需求,都会使整套母线保护系统的设计变得更为复杂,不但造价更高,而且可靠性也更低。因此,设计方案的简单化,是母线安全可靠运行的有力保证。

为使本文易于理解,不过分复杂化,本文仅讨论三相电流综合差动保护方案的CT变比匹配问题,暂时不讨论三相电流分相差动保护方案的CT变比匹配问题,也不讨论复杂母线运行方式下相关的切换等问题。

2工程应用实例一

某发电企业的电厂母线,为单母线接线,共6个电气连 接间隔 ,主CT变比有500/1、600/1、800/1三种。按常规方法 设计母线保护系统,由于各个电气连接间隔的主CT变比不一致 ,就需要匹配变流器4AM5272一3AA来进行CT变比匹配,外围接线回路就变复杂了。

在仔细研究如图4所示的综合变流器4AM5120一3DA端子接线图后,通过分析计算,最终找到了一种新颖的设计方法,这种适应性设计方法如图4所示。

图44AM5120一3DA端子接线图

第一步 ,分析用户一次CT的变比 ,用户的CT变比为 500/1、600/1、800/1,这些CT变比的最大公因子为100/1。

第二步,针对不同变比的CT,为该间隔的综合变流器4AM5120-3DA寻找出适应的接线方式。

对于变比500/1 ,500/1=5×100/1,接线方式为:A相一 C、K（D、J连接）,B相一B、H（A、G连接）,C相一E、M（F、L 连接）。

对于变比600/1 ,600/1=6×100/1,接线方式为:A相一 A、K（B、E连接,F、J连接）,B相一G、H,C相一M、0（L、N 连接）。

对于变比800/1 ,800/1=8×100/1,接线方式为:A相一 A、M（B、E连接,F、L连接）,B相一J、K,C相一H、0（G、N 连接）。

照上述方法,该工程就不再需要电流匹配器4AM5272-3AA去匹配CT变比了。

3工程应用实例二

某钢铁企业110 kV变电站,110 kV母线为双母线接线, 共有18个电气连接间隔,主CT变比有600/5、800/5、1 000/5 三种。

按常规方法设计母线保护系统,由于各个电气连接间隔的主CT变比不一致,因此需使用匹配变流器4AM5272-3AA 去匹配CT变比,外围接线回路就变复杂了。

在仔细研究如图5所示的综合变流器4AM5120-4DA端子接线图后,通过分析计算,最终找到了它的适应性设计方法,这种创新的设计方法如图5所示

图54AM5120-4DA端子接线图

第一步 ,分析用户一次CT的变比 ,用户的CT变比为 600/5、800/5、1000/5 ,这些CT变比的最大公因子为200/5

第二步,针对不同变比的CT,为对应的综合变流器4AM5120-4DA寻找出适应的接线方式

对于变比600/5 ,600/5=3×200/5,接线方式为:A相一 J、K,B相一E、F,C相一A、M（B、L连接）

对于变比800/5 ,800/5=4×200/5,接线方式为:A相一 L、M,B相一G、H ,C相一N、0

对于变比1000/5 ,1000/5=5×200/5,接线方式为:A 相一C、M（D、L连接）,B相一A、H（B、G连接）,C相一E、0 （F、N连接）

照上述方法,该工程也就不需要电流匹配器4AM5272-3AA去匹配CT变比了。

4结论

在对母线上各个电气间隔的一次CT变比进行分析和比较计算的基础上,通过改变综合变流器4AM5120-3DA/-4DA的接线方式 ,找到了7ss60集中式数字母线保护系统适应工程实际需求的设计方法使用这种新颖的设计方法 ,电流匹配器4AM5272-3AA就不再是必需的了即便是CT变比特别奇异的工程,通过深入的分析研究,采用适宜的接线方式,所需的电流匹配器数量也会极少。这种新颖的设计方案有如下优点:

(1）提高了成套保护系统对CT变比的匹配性:

(2）不需要或大大减少了匹配变流器及其安装屏柜,节省了工程成本:

(3）简化了电气回路的设计,减小了调试、维护工作量:

(4）运行更加安全、可靠、稳定