BP-2A型微机母差保护在双母线单分段接线中的应用

0 引言

母线差动保护是确保快速而有选择性地切除母线故障，保障系统安全稳定运行的重要保护。差动保护是利用基尔霍夫电流定律工作的，当母线正常工作和区外故障时，母线就相当于一个节点，流入的电流和流出的电流相等，差动保护不动作。当母线故障时，挂在母线上有电源的线路向母线提供短路电流，差动保护感受到的二次电流和正比于故障点电流，差动保护动作。

华北油田任东220kV站110kV侧原为双母线接线方式，母差保护为BP-2A微机型，后因供电方式需要改为双母线单分段接线形式，因此，母差保护无疑必须配合一次接线进行相应调整，但如何结合产品对软、硬件进行升级?如何检验动作过程?分析、判断差动保护的运行情况?是值得深入探讨研究的新课题。

1 110kV主接线改造简介

任东220kV主接线的改造情况为：

1.1原110kV母线为110kV4、110kV5双母线，根据供电方式需要，将原110kV4母线一分为二，分别称为110kV4甲和110kV4乙母线。

1.2拆除原母联145间隔设备，将其间隔改造为分段间隔，装设隔离开关144-4甲、144-4乙、电流互感器、分段断路器144。

1.3将原1个出线间隔改造为母联145间隔，与原145布局不同的是电流互感器改在145断路器与145-5隔离开关间。

改造后的110kV主接线简图见图1。

图1 110kV主接线简图

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2 双母线单分段差动保护逻辑设计

BP-2A微机母差保护装置为复式比率差动保护，功能非常强大，可以实现母线差动保护、母联充电保护、母联过流保护、母联失灵及死区保护、断路器失灵保护等功能。主接线改造后，这些功能都要进行相应调整。本文只讨论差动保护和分段、母联失灵及死区保护的逻辑框图设计，其余内容不做讨论。

原双母线差动保护逻辑框图见图2。

差动回路由1个母线大差动和2个母线小差动组成。母线大差动是指除母联145以外的母线上所有支路电流所构成的差动回路，某段母线小差动是指与该段母线相连接的各支路电流构成的差动回路，包括与该段母线相连的母联145二次电流。

主接线变化后，差动保护必须适应这种变化，当母线发生故障后进行正确选择跳闸，以可靠隔离故障点。具体来说就是：4甲母线故障跳144及该母线所有分支断路器;4乙母线故障跳144、145及该母线所有分支断路器;5母线故障跳145及该母线所有分支断路器。

据此将逻辑框图设计为图3。

图3 双母线单分段差动保护逻辑图

和原双母线保护一样，通过大差动判别区内和区外故障，通过各段小差动来选择故障母线。母线大差动是指除分段144、母联145以外的母线上所有支路电流所构成的差动回路，某段母线小差动是指与该段母线相连接的各支路电流构成的差动回路，包括与该段母线相连的分段144、母联145二次电流。电流互感器的极性接法是至关重要的，规定母联145电流互感器极性以电流从5母线流向4乙为正，分段144电流互感器极性以电流从4甲母线流向4乙母线为正，所有线路电流互感器极性以线路侧流入母线为正。具体的母线小差计算公式如下所示：

差动电流Id为各支路电流的矢量和取模值，制动电流Ir为各支路电流矢量取模值的和。在制动量的计算中引入差动电流，使得该继电器在区内故障时无制动，而在区外故障时有极强的制动特性，能非常明确地区分区内和区外故障。复式比率差动继电器的动作判据为[1]：

为防止在母线分列运行的情况下，弱电源侧母线发生故障时大差比率差动元件的灵敏度不够，比率制动系数设定高、低两个定值，当母联及分段断路器均处于合闸位置时大差比率差动元件采用比率制动系数高值，而当母线分列运行时自动转用大差比率制动系数低值;小差始终采用比率制动系数高值。

母线大差动的构成不受母线运行方式变化的影响，而各段母线小差动，则是根据各支路的隔离开关位置，由母线运行方式自适应环节来自动地、实时地进行组合。因此，为防止母线故障时，故障母线的进线隔离开关消失导致母线小差无法达到动作条件，母差保护另设一后备段，当母线大差动动作，且无小差动作，则经过250ms切除母线上所有的元件。

3 分段、母联失灵及死区故障问题

该站一次设备布局144电流互感器在靠近4甲母线侧，145电流互感器在靠近5母线侧。例如，若故障点发生在144电流互感器和144断路器间，根据公式(2-1)、(2-2)、(2-3)，母差保护会判4乙母线小差动有差流，而4甲母线小差无差流，从而跳开4乙母线上各支路断路器和分段断路器，而故障点依然存在;若4乙母线发生故障，母差动作但144拒跳，4甲母线小差也无差流。虽然这类故障的概率相对较小，但将给系统稳定带来严重影响，必须充分考虑解决措施，进一步切除真正的故障点。145同样可能发生类似144的问题。为此，设计母联、分段失灵保护与母联、分段死区保护。

当保护向母联发跳令后，经整定延时母联电流仍然大于母联失灵电流定值时，母联失灵保护经相应母线电压闭锁后切除对应母线上所有连接元件。母联失灵保护逻辑如图4所示。

母联死区保护分母联跳位死区保护与母联合位死区保护。当母联断路器在合位时，若母联断路器和母联电流互感器之间发生故障，在差动保护发母线跳令后，母联断路器已跳开而母联断路器仍有电流，且大差比率差动元件及断路器侧小差比率差动元件不返回的情况下，延时150ms跳开另一条母线。

当两母线都有电压且母联在跳位时母联电流不计入小差。此时根据公式(2-1)、(2-2)、(2-3)便可选择出正确的故障母线，从而保证只切除故障母线，避免了事故范围的扩大。母联跳闸位置继电器为三相常开触点(母联断路器处跳闸位置时触点闭合)串联。同时特别提出，判断分段、母联断路器合分状态，应通过断路器辅助触点而不应通过144、145保护装置内的合闸位置继电器、跳闸位置继电器触点，因为继电器易受直流影响。母联死区保护逻辑图如图5所示。(以分段断路器144为例)

4 带负荷测试分析

母线差动保护实现方式相对复杂，设计、安装、整定过程中的疏漏如线接错、极性弄反尤其是分段或母联电流互感器的极性最易弄错，若不能及时发现，当系统无故障或区外故障却引发母差保护误动造成母线全停的后果是非常严重的。按照逻辑图，生产厂家对程序开发和硬件进行改造后，必须经过模拟区内故障可靠动作、模拟区外故障可靠制动的传动试验和对母线差动保护进行带负荷测试，才能正式运行。本文不讨论传动试验方法、过程。

带负荷测试主要分析、判断、检查差动保护电流回路极性组合的正确性和差流是否正确，对保证母差保护安全、可靠运行至关重要。

4.1检测出线极性组合的正确性

将标准电流表、电压表、相位表分别接入各二次回路，结合控制屏上的电流、有功、无功功率表数据，与BP-2A液晶显示屏显示的各电流的幅值和相位等数据进行对比，核实电流互感器变比、分析判断极性正确与否。

4.1.1 144和145分位、101、120、156、111、112、113、115断路器挂4甲母线;102、116、146、117、103、118断路器挂4乙母线。

电流、电压幅值检测通过表计及母差保护显示屏显示数据相互对比。

角度检测结合负荷潮流进行。如：101线路向母线送出有功80MW、无功60Mvar，101电流互感器极性以流入母线为正，则其二次电压、电流夹角φ=Arctag(60/80)=37°;母线向线路111送出有功80MW、无功60 Mvar，111电流互感器以流入母线为正，则其二次电压、电流夹角φ=-Arctag(60/80)=-37°。

检测大差、4甲母线小差、4乙母线小差应为零。

4.1.2 144和145分位、101、120、156、111、112、113、115断路器挂5母线。

进行各支路电流幅值及相位、大差及5母线小差检测。

4.1.3 144和145分位、102、116、146、117、103、118断路器挂5母线。

进行各支路电流幅值及相位、大差及5母线小差检测。

4.2 分段、母联的检测

母联或分段带负荷测试必须在可能的几种运行方式下分别进行。

4.2.1 144合位、145分位，101挂4甲母线，103挂4乙母线。检查大差、4甲母线小差、4乙母线小差应为零;合上145，111挂5母线，检查大差、4甲母线小差、4乙母线小差、5母线小差应为零。

4.2.2 144合位、145分位，102挂4乙母线，111挂4甲母线。检查大差、4甲母线小差、4乙母线小差应为零;合上145，103挂5母线，检查大差、4甲母线小差、4乙母线小差、5母线小差应为零。

4.2.3 145合位、144分位，101挂5母线，103挂4乙母线。检查大差、4乙母线小差、5母线小差应为零;合上144，111挂4甲母线，检查大差、4甲母线小差、4乙母线小差、5母线小差应为零。

4.2.4 145合位、144分位，102挂5母线，103挂4乙母线。检查大差、4乙母线小差、5母线小差应为零;合上144，111挂4甲母线，检查大差、4甲母线小差、4乙母线小差、5母线小差应为零。

经过上述检测证明设计的逻辑及编制的程序正确无误后，将母差保护正式投入运行。

5 结束语

本文在深入掌握BP-2A微机母线差动保护原理、实现方式的基础上，针对主接线改变，设计出了双母线单分段的差动保护逻辑框图及分段、母联失灵及死区故障保护逻辑图，并特别提出对各隔离开关状态及分段、母联断路器状态判断采用隔离开关、断路器相应辅助触点，不采用相关继电器触点，介绍了带负荷测试方法，经过各种状态下的测试分析，证明逻辑设计正确无误并经实际运行检验，保证了双母线单分段接线方式下，母线差动保护的安全、可靠运行。

参考文献

1.BP-2A微机母线保护装置技术说明书.深圳：深圳南瑞科技有限公司，2005.

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