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分布式母線保護的應用探討

文檔作者：鄭銳胡幼明董杏麗文檔來源：上海輸配電股份有限公司上海AREVA電力自動化有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年12月11日
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上海電器技術(shù)(2007 No．2) 分布式母線保護的應用探討·技，I亡毫■
分布式母線保護的應用探討
鄭銳胡幼明上海輸配電股份有限公司
董杏麗上海AREVA電力自動化有限公司
摘 要：以AREVA公司的分布式母線保護MiCOM P740為例，介紹了該裝置的功能、差動保護原理應
用方案以及新穎的CT飽和檢測方法，同時基于PC機的網(wǎng)絡拓撲圖形化輸入、可編程邏輯等功能，使P740
能自動識別和適應母線的各種運行方式，方便用戶使用，代表了將來母線保護的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：分布式母線保護應用探討CT飽和網(wǎng)絡拓撲
Discussion for Application of Distributed Busbar Protection
Abstract：Based on MiCOM P740，a distributed busbar protection ofAREVA，device funtions，current diferential
theory and novel CT saturation method are described in this paper．Excellent selectivity and”ease ofuse”Can be achieved
by advan ced topology technique and programmable logic provided by PC software．MiCOM P740 indicates the仃end
of the development for busbar protection．
Keywords：distributed busbar protection appliection discussion CT saturation topology technique
O 前言
母線是發(fā)電廠和變電站的重要組成部分，其
工作的可靠性會影響電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。
高壓母線是電能匯集與分配的樞紐，其故障是電力
系統(tǒng)最嚴重的故障之一，必須以極快的速度予以切
除，否則會引起事故擴大，破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運
行，造成電力系統(tǒng)瓦解事故。
母線保護裝置按輸入阻抗的大小，可分為低
阻抗型母線保護、中阻抗型母線保護和高阻抗型母
線保護。
對雙母線系統(tǒng)而言，不宜采用高阻抗型保護。
為了獲得選擇性，互感器CT (以下簡稱CT)二次
回路需根據(jù)隔離刀閘的位置進行切換。由于倒閘過
程很快，在某種情況下，CT線圈可能發(fā)生開路，而
— 24一
其二次線圈上的高電壓會造成設備損壞。同時，當
母線內(nèi)部故障時，由于在高阻抗上產(chǎn)生相當高的電
壓，高阻抗繼電器本身需要附加壓控電阻和短路線
圈進行保護。因此，高阻抗型保護系統(tǒng)盡管投資似
乎較少，但是運行、維護、維修比較困難。另外，
如果考慮到專用CT線圈的費用，高阻抗型保護并
非最佳選擇。
中阻抗型母線保護在處理CT飽和方面具有獨
特的優(yōu)勢，較好地實現(xiàn)了區(qū)外故障及CT飽和時不
誤動、區(qū)內(nèi)故障時正確快速動作的要求，因而在
220kV及以下電網(wǎng)中曾經(jīng)廣泛采用，取得了較成功
的運行業(yè)績。但中阻抗型母差保護存在雙母線位置
切換不可靠及無自檢和通信功能等問題，近年來已
逐步被微機型母差保護所取代【”。
集中式微機母線保護由于其自檢功能強、運
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技7Ic毫曩·分布式母線保護的應用探討 上海電器技術(shù)(2007 No．21
行維護方便等優(yōu)勢，深受使用單位的歡迎，
迅速的推廣應用；但也存在著以下缺點：
得到了 1．1 功能介紹
1)采用集中布置必然存在著大量從開關(guān)場到
控制室的二次電纜，提高了整個工程的造價。
2)從CT二次側(cè)到控制室的二次電纜使得CT
二次阻抗較大，不利于防止CT飽和；同時，二次
電纜較長，也使模擬信號易受到變電站強電磁干擾
的影響。
3) 集中式布置與分層分布式設計的綜合自動
化系統(tǒng)不協(xié)調(diào)，導致維護與管理上的困難。
隨著通信技術(shù)的進步，繼電保護工作者提出
了分布式母差保護的概念。簡而言之，就是將傳統(tǒng)
的一套母差保護裝置的功能通過多臺外圍間隔單元
(Peripheral Unit，以下簡稱Pu)完成，每一個Pu與
一個母線所連元件的CT連接，
不同PU之間通過光纖通信技
術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，從而實現(xiàn)母
線保護原理(此為無主站分布
式母差保護)；或者各PU僅與
主站中央處理單元(Central
Unit，以下簡稱CU)進行通信，
向CU傳輸信息并接收來自CU
的信息和命令，保護功能由CU
和PU共同完成(此為有主站分
布式母差保護)【 。
本文將以AREVA公司推
出的有主站分布式母差保護
MiCOM P740為例，從裝置的
功能、差動保護原理、應用方
案等方面作一簡要介紹，為
分布式母差保護的應用提供
一些參考。
1 保護系統(tǒng)功能及應用
方案
MiCOM P740由中央處理單元P741(CU)和若
干個間隔單元P742／P743(PU)兩部分通過光纖連
接而組成。圖1介紹了部分功能在不同板、不同裝
置間的分布情況【31。P742和P743的區(qū)別在于提供的
輸入／輸出的數(shù)量不同，P743可以提供更多的輸入
輸出接點，以下均以P742為例進行介紹。
母線保護和斷路器失靈保護由P741和P742配
合完成；與電流的計算、差動保護邏輯及開關(guān)失靈
邏輯等功能在P741中完成；就地過流保護、CT飽
和的檢測、斷路器失靈邏輯及就地跳閘的門檻確認
等功能在P742中完成。
為適應母線的不同運行方式，生產(chǎn)廠家專門
開發(fā)設計了具有圖形顯示功能的拓撲配置軟件。當
圖1 裝置整體功能示意圖
一25—
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上海電器技術(shù)(2007 No．2) 分布式母線保護的應用探討·技疵專曩
母差保護投入運行后，P742實時檢測斷路器和隔離
開關(guān)的輔助觸點等狀態(tài)，并將這些信息通過光纖傳
送到P741，P741則通過對這些信息的分析獲得實時
網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。
功能強大的可編程邏輯功能(PSL)使用戶自
己能定義各保護和控制功能；還能對光耦輸入、繼
電器輸出和LED指示燈的輸出進行編程。
1．2 母線保護的構(gòu)成
圖2為MiCOM P740的簡單配置和連接示意圖。
其中，間隔單元P742可以集中安裝在開關(guān)設備附
近，也可集中組屏安裝。
P742主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的采集；將采集到的
數(shù)據(jù)和信息通過光纖通道實時傳送到P741；P741則
在接收到所有P742傳送的電流信息基礎(chǔ)上，實時完
成電流差動保護的判斷，并將判斷結(jié)果、跳閘信息
連同其它控制信號通過光纖同時向所有P742發(fā)送。
P742的過電流保護一方面可作為母差保護的后備；
另一方面也可作為電流差動保護的就地判據(jù)，以避
免由于P741誤判斷而造成整個母線停電事故的發(fā)
生。
P741可以提供28對光纖接口，以實現(xiàn)與間隔
單元P742的通信。所用光纖必須為雙工復用850 nm，
具有sT連接，且最大衰減不超過7 dB／km。若P742
分散就地安裝，則P741與P742之間的距離不能超
過1 km。
2 保護原理分析
MiCOM P740采用比例制動的電流差動算法，
其動作特性如圖3所示。差動電流的大小將與制動
電流相比較，這一特性保證了當發(fā)生區(qū)外故障時保
護的穩(wěn)定性，即使在出現(xiàn)CT特性不一致的情況下，
也不會導致誤動。
lb
雎
(fJ
fd (f)=l‘+ +‘+f4I=IΣiI
】lb (f)=I‘I+I I+I‘I+Ii4I=ΣIiI
圖3 差動保護動作特性
為了提高差動保護的安全性， 比例制動特性
的差動元件受到全局區(qū)域檢測元件(大差元件)的
監(jiān)視。這樣，即使在變電站隔離刀閘和斷路器的位
置輔助接點信號錯誤的情況下，保護裝置也能確保
穩(wěn)定性。
P740在各種條件下都能保持最高的保護穩(wěn)定
性，包括當存在硬件故障和來自外部裝置或由電力
系統(tǒng)產(chǎn)生的非相干信號的時候。任
— 26-
圖2 保護系統(tǒng)的配置和連接
何跳閘命令的發(fā)出，都必須先同時
滿足以下判據(jù)：
1)幅值判據(jù)：每個保護區(qū)域
要同時確認兩個門檻是否滿足要
求，即超過比例制動曲線 、超過
差動電流動作門檻(It,>2)；
2)超過監(jiān)視門檻( >1)；
3)信號質(zhì)量判據(jù)，即未檢測
到CT飽和、至少通過兩個間隔單
元監(jiān)視到電流變化和沒有檢測到不
一致的情況；
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4)時間或角度判據(jù)，測量元件以1 200 Hz的采
樣頻率采集2個采樣值。第一個采樣值作為初始測
量值，第二個采樣值用作跳閘確認。
5)區(qū)域檢測(大差)監(jiān)視只有在得到區(qū)域檢測
(大差)元件的確認后，各區(qū)域元件才可以允許發(fā)
出跳閘命令。
6)本地判據(jù)(可選)、間隔單元可以設置為：
只有在滿足本地過流判據(jù)的情況下才可以允許發(fā)出
跳閘命令。其動作邏輯如圖4所示。
瞬時磁通的計算公式為：
(f) 1』Pu(f) +嚷
式中：e —— 電勢瞬時值
— — 剩磁
考慮最惡劣的情況，即鐵芯中有80％剩磁，則
得出CT飽和的判據(jù)為：
d 。lllated> 20％ 一di Tetc
3 網(wǎng)絡拓撲配置
圖4 母線差動邏輯原理圖
CT飽和一直是影響母差保護正確動作的主要
問題，P740則采用了創(chuàng)新的基于數(shù)值預測的CT飽
和檢測技術(shù)。首先是基于正弦曲線外推法
的采樣值預測，獲取某一點的預測值，然
后與實際采樣值比較，如果誤差較大且為
負誤差，則進人下一步，最后計算CT鐵芯
磁通。當實時計算得到的CT磁通超過最大
鐵芯磁通的20％時，則認為CT發(fā)生飽和。
CT等效電路模型如圖5所示。
Ⅳ1：N2
圖5 CT等效電路簡圖
為適應母線的不同運行方式，實時分
析和獲得變電站網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)是保證母差
保護可靠性的重要因素。為此，本保護系
統(tǒng)專門開發(fā)設計了具有圖形顯示功能的拓
撲配置軟件。在母差保護投運之前，用戶
只需將現(xiàn)有的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、拓撲信息，如斷
路器、隔離開關(guān)、CT、母聯(lián)及線路等以圖
形格式輸人拓撲配置軟件即可，如圖6所
示。該軟件通過通訊端口，可以將拓撲信
息傳送到P741和所有P742。當母差保護投
人運行之后，P742實時檢測隔離開關(guān)等狀
態(tài)，并將這些信息通過光纖傳送到P741，P741則通
過對這些信息的分析獲得實時網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。
Pu：@1 2
leaader'I
PtJ：@7
口
Feedet9
pt,J：@e
口
Feodarg
Pu孕9
口
圖6 系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)配置
FeedBrl 0
PLJ：@10
口
(下轉(zhuǎn)第39頁)
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工業(yè)自動化·PLC、DCS及FCS在水泥生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中的應用 上海電器技術(shù)(2007 No．2)
通信板 輸出板
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圖3 接口示意圖
MicroFip有8條現(xiàn)場總線接口，分別是一條接
收數(shù)據(jù)信號線，一條發(fā)送數(shù)據(jù)信號線，一條控制總線
發(fā)送器工作狀態(tài)的控制線，5條狀態(tài)信號線?？偩€模
擬接口包含的電路有接收信號的整形濾波部分，發(fā)
送信號的驅(qū)動部分和變壓器隔離部分。
4．5 CPU與D／A的接口
CPU輸出的數(shù)據(jù)信號DIN經(jīng)DAC8420被轉(zhuǎn)換
為模擬信號。DAC8420的工作時鐘SCK由CPU提供，
它還提供CS、Load等控制信號，它們都必須經(jīng)過
6N137進行隔離【31。
5 結(jié)束語
綜上所述，系統(tǒng)選型的原則可從幾個方面予
以考慮，即系統(tǒng)規(guī)模、復雜程度、系統(tǒng)的兼容和通
信性能，以及生產(chǎn)廠家技術(shù)支持和售后服務等。在
水泥生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中，根據(jù)過程對象復雜程度
的不同，以及針對控制系統(tǒng)的可靠性合理選擇的不
同控制系統(tǒng)，對保證生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的自動化水．
平，降低工程造價有著十分重要的意義。同時，如
果選用現(xiàn)場總線FCS控制系統(tǒng)，讓傳統(tǒng)儀表與現(xiàn)場
總線兼容無疑是一個很好的途徑。目前，幾種不同
協(xié)議的支持廠家都開發(fā)出了相應的工業(yè)現(xiàn)場總線和
標準信號的轉(zhuǎn)換器。
參考文獻
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社，2002；23—40．
(上接第27頁)
在實時網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，P741自動對母
線進行區(qū)段劃分，以保證故障母線的自動選擇。即
使當母聯(lián)開關(guān)和母聯(lián)CT之間發(fā)生故障時，P741依
然可以根據(jù)實時網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，跳開所有相關(guān)斷路
器，從而避免母聯(lián)死區(qū)問題的出現(xiàn)。
拓撲結(jié)構(gòu)的獲得，使得分布式母差保護可以
自動識別和適應母線的各種運行方式，具有自適應
功能。不僅如此，用戶還可以隨時通過P741獲得直
觀的實時網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，方便了用戶對網(wǎng)絡拓撲以
及保護性能的監(jiān)控和分析。
4 結(jié)束語
本文在對各種原理母線保護的應用現(xiàn)狀論述
的基礎(chǔ)上，介紹了分布式母線電流差動保護
MiCOM P740的功能、原理及應用方案。其完善的
保護功能、圖形化的網(wǎng)絡拓撲配置和實時檢測功
能，使其能滿足用戶的各種需求。分布式母線保護
無疑是未來母線保護的發(fā)展方向。
參考文獻
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