专利名称：微机方向电流速断型母线保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电力系统继电保护技术领域，适用于发电厂及变电站的双母 线及单母线分段接线方式保护，即微机方向电流速断型母线保护装置。
背景技术：
在现有技术中，发电厂和变电所的母线是电力系统最重要的电气设备，是系统中 汇聚能源、分配负荷的枢纽点。一旦母线上发生故障，它可能使电力系统失去稳定，大面积 用户停电及使电气设备遭到严重破坏。现国内普遍采用的是差动型母线保护，此种保护在 一次设备出现特殊运行方式时及母线死区故障时将失去选择性。所谓的母线死区故障是指 母线并列运行时故障发生在母联(分段)断路器及母联电流互感器之间，断路器侧母线段 跳闸出口无法切除该故障，而母联电流互感器测的母线段小差元件不会动作。此时母差保 护已经动作于I段母线，由于故障点仍然存在，大差电流元件不返回，且母联电流互感器仍 然有故障电流，此时，死区保护动作，切除相关故障段母线。此种情况下，母线保护将失去选 择性，对电网安全稳定运行带来不利影响。经过分析不难发现，造成死区故障保护动作失去选择性的主要原因是母线保护设 计原理造成的。以现行广泛应用的BP-2B型母线保护装置为例，正常运行时母联电流属于 穿越电流，而不作为大差回路计算量，只在母联断路器跳开后，选择故障母线时计入小差电 流故障量处理程序，来实现选择性。下式为差流计算方程大差电流Id = I1+^+……+In， I 母小差=Idl = I1S1^I2S12+……+InSln-IKS1K，II 母小差=Idl = I1S2^I2S22+……+InS2n+IKS2K， 可以看出，问题的关键点在于母联电流计入I、II母故障判别程序，因此在断路器与电流互 感器之间故障时，母线保护失去选择性，为了消除这一实际存在的隐患，有必要对母线保护 进行改进。
实用新型内容本实用新型的目的是针对上述不足而提供一种安全保护效果更好的微机方向电 流速断型母线保护装置。本实用新型的技术解决方案是微机方向电流速断型母线保护装置在现行广泛使 用的微机母线保护硬件部分的基础上设置方向电流速断保护CPU，用于a、记忆并运行给 定的电流、电压整定值；b在发生短路故障时，对采集的短路电流大小和方向进行计算和时 间比对；C、计算出短路电流与整定值之间的时间差值；d、比较前述两值的大小；e、对故障 进行有选择性的判别；f、根据各单元的隔离开关二次触点开入状态，判断一次系统的运行 方式；g、开出故障告警信号。所需要的是将差动保护运算程序及动作逻辑变更为方向电流 速断保护的运算程序及动作逻辑，后备及辅助保护不变。设计原理在母线各接入单元分别 设置方向电流速断保护，其正方向指向母线侧，背离母线侧为反方向。母线综合方向电流速 断为启动元件，选择元件为I母、II母方向电流速断。当母线发生短路故障时，母线综合方 向电流速断动作第一时间要跳开母联断路器以分离故障点，此时故障段所接入单元的电流方向均指向母线且幅值大于动作值，则该段各接入单元的方向电流速断动作，跳开相应的 断路器。以母线各连接元件的电流互感器、电压互感器二次幅值、相位变化作为保护主要判 据的微机方向电流速断保护，主要是利用当母线发生短路故障时电流升高、电压降低、出现 序分量这一特点，结合基尔霍夫电流定律，来鉴别是否在母线上发生故障。是通过保护中的 各连接于母线上元件的交流量检测模块，实时采集各单元电压、电流变化量。以采集电流量 作为动作量，以电压量的变化作为闭锁条件，同步时钟作为参考量，在短路故障发生时，比 较各单元电流故障前一周波于故障后一周波的幅值及相位变化来判断故障点的位置。当电 流幅值超出整定值且各单元同名相间电流同时指向母线，满足电压闭锁条件要求时，判断 为区内故障。反之，任一单元不满足上述条件，则判断为区外故障，保护不动作。其动作逻 辑在于当母线综合方向电流速断保护动作后，要在第一时间内跳开母联断路器，以分离故 障点。然后进行I母、II母故障判别。设计上当母线固定连接时母联电流不计入I母、II 母方向电流速断故障判别程序，从而消除了差动式母线保护存在死区故障这一缺点。母联 方向电流速断只有在母线非固定连接，母线兼旁母运行方式出现时，方才启用。母联CT电 流量If正常接入保护装置，作为判断母联断路器是否完全断开和启动故障处理程序的开入 量。如果采用母联断路器处其它CT电流串联接入，则此CT完全可以作为备用绕组。不采 用母联断路器辅助触点或跳闸位置继电器触点判断母联断路器是否完全断开的主要原因 是提高I、II母方向电流速断保护的速动性。本实用新型的优点是1、将差动保护运算程序及动作逻辑变更为方向电流速断保护的运算程序及动作逻辑，无死区故障，选择性增强，适用于各种运行方式。2、不受母联CT 安装位置的影响。3、固定连接时，对母联CT极性无特殊要求，可以根据现场实际，选择是否 使用专用的母联CT或与母联保护CT串联使用。4、具有原理简单，安装、调试快捷、方便和 母线故障发生在母联断路器与CT之间时，选择性增强，缩小停电范围等特点，使电网安全 稳定运行不受影响。下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。
图1是方向电流速断型母线保护系统原理图；图2是本实用新型设计原理图；图3是保护动作时限分析图；图4母线兼旁母运行方式一保护动作逻辑框图；图4-1母线兼旁母运行方式一保护动作电路原理图；图5母线兼旁母运行方式二保护动作逻辑框图；图5-1母线兼旁母运行方式二保护动作电路原理图；图6母联失灵保护逻辑图；图7母线综合方向电流速断逻辑框图。图8方向电流速断型母线保护程序流程图。
具体实施方式
参见图1，微机方向电流速断型母线保护装置设置了方向电流速断保护CPU ；方向电流速断保护CPU连接有TV滤波模数电路、TA滤波模数电路、光电隔离开入电路、光电隔 离开出电路、光电隔离通信电路和管理机。通过保护中的各连接于母线上元件的交流量检 测模块(TV滤波模数)，实时采集各单元电压、电流变化量。以采集电流量作为动作量，以电 压量的变化作为闭锁条件(闭锁元件CPU)，同步时钟作为参考量，在短路故障发生时，比较 各单元电流故障前一周波于故障后一周波的幅值及相位变化来判断故障点的位置。当电流 幅值超出整定值且各单元同名相间电流同时指向母线，满足电压闭锁条件要求时，判断为 区内故障。反之，任一单元不满足上述条件，则判断为区外故障，保护不动作。光电隔离开 入电路作用是将发光器件和光敏器件组成一对耦合器件，设置与同一芯片内，用以完成电 信号的耦合和传递，并达到两侧信号在电气上隔离、绝缘的目的。参见图2、在母线各接入单元分别设置方向电流速断保护，其正方向指向母线侧， 背离母线侧为反方向。母线综合方向电流速断为启动元件，选择元件为I母、II母方向电 流速断。当母线发生短路故障时，母线综合方向电流速断动作第一时间要跳开母联断路器 以分离故障点，此时故障段所接入单元的电流方向均指向母线且幅值大于动作值，则该段 各接入单元的方向电流速断动作，跳开相应的断路器。母线综合方向电流速断电流判据 Idlfc)≥Izd 电压判据同BP-2BId2(n+1)≥ Izd相位判据 Cl5d=Cl5ll=Cl5l3=Cl5ll2=Cl5ll4= ΦΙ(η) = ΦΙΙ(η+1) =0°I母方向电流速断Idl(n) Izd电压判据同ΒΡ-2ΒΦη= O13= ΦΙ5-------= ΦΙ(η) = 0°II母方向电流速断Id2(n+1)≥Izd 电压判据同BP-2BΦΙΙ2 = O114 = O116-------= ΦΙΙ(η+1) = 0°母联方向电流速断Idf≥Izd正方向指向下母线Of = 0°其中Idl(n) :1母第η个单元的电流值，Id2(n+1) :II母第n+1个单元的电流值，Φιω I母第η个单元的电流角度值，ΦΙ(η+1) :ΙΙ母第n+1个单元的电流角度值，Izd 方向电流速 断整定值，Idf 母联方向电流速断实际动作值，Of 母联电流互感器实际电流角度。母联CT (母联电流互感器)电流量If正常接入保护装置，作为判断母联断路器是 否完全断开和启动故障处理程序的开入量。如果采用母联断路器处其它CT电流串联接入， 则此CT完全可以作为备用绕组。不采用母联断路器辅助触点或跳闸位置继电器触点判断 母联断路器是否完全断开的主要原因是提高I、II母方向电流速断保护的速动性。即故障 发生后速断保护的启动时间。如果母线兼旁母运行的运行方式出现时(一段母线为空母 线)，母线保护将通过人为指令启用母联方向电流速断保护，如此时的运行方式为II母向 线路送电时，则母线综合方向电流速断退出运行，动作方程变为11母方向电流速断电流判据
丄d2(n+1) ≥Izd电压判据同BP-2BIdf ≥ Izd相位判据ΦΙΙ2 = ΦΙΙ4 = CDf = Φπ(η+1) = 0°如运行方式为I母向线路送电时，母线保护通过人为指令启用母联方向电流速断 保护同时，将母联CT极性掉转180 °，此时母联CT被默认I母元件，母线综合方向电流速断 不退出运行，动作逻辑同固定连接时相同。动作方程如下[0034]母线综合方向电流速断电流判据Idf≥Izd 电压判据同BP-2BId2(n+1) ≥Izd相位判据 = ΦΙΙ2 = ΦΙΙ4 = CDf = ΦΙΙ(n+1) = 0°I母方向电流速断电流判据Idf≥Izd电压判据同BP-2B相位判据Φf = 0°II母方向电流速断电流判据Id2(n+1)≥Izd 电压判据同BP-2B相位判据ΦΙΙ2 = ΦΙΙ4 = ΦΙΙ6-------= ΦΙΙ(n+1) = O。参见图3，原、现(改进前、改进后)两种母线保护的动作时限分析图。由于采用故 障后先跳开母联断路器，后进行故障点逻辑判断原则，不可避免地使切除故障点的速度有 所延长。增加时间为保护动作至断路器完全断开的时间，约为42士2ms。则全部动作时间约 为84士2ms，仍然可以满足速动性的要求。同时与相邻线路的II段时间配合，也满足要求。 上述时限均为保护装置和断路器动作的最长时限，实际故障发生时保护装置的动作时限要 远小于此值。BP-2B型母线保护整组动作时间< 15ms，ABB断路器(HP245B1型)固有分闸 时间< 17士2ms，电弧熄灭时间为10ms。参见图4、图4-1，母线兼旁母运行方式一保护动作逻辑框图、电路图如下此种运 行方式时，母线保护将通过人为指令启用母联方向电流速断保护保护，同时退出母线综合 方向电流速断。当II母dl点发生短路故障时，II母方向电流速断保护动作跳开母联断路 器及下母元件。当短路故障发生在母联断路器与电流互感器之间d2点时，II母方向电流 速断不动作，在母联断路器本身保护动作跳开母联断路器后，母联CT应有电流，则母线保 护动作跳开下母元件。参见图5、图5-1，母线兼旁母运行方式二保护动作逻辑框图、电路图此种运行方 式时，母线保护通过人为指令启用母联方向电流速断保护，同时将母联CT极性掉转180°。 当I母dl点发生短路故障母线综合方向电流速断保护动作，跳开母联断路器DL，此时II母 方向电流速断不动作，I母方向电流速断保护动作跳开I母元件。当短路故障发生在母联 断路器与电流互感器之间d3点时，母线综合方向电流速断保护动作跳开母联断路器DL，此 时I母方向电流速断不动作。II母电流速断保护动作不返回，故障切除通过对侧保护的II 段时限将对侧断路器跳开。参见图6，母联失灵保护逻辑图当母线发生短路故障时，母线综合方向电流速断 动作后，经50ms延时，母联CT应有电流，当此电流大于失灵电流整定值判断为母联断路器 失灵，跳开母线所有元件。参见图7，母线综合方向电流速断逻辑框图母线正常运行时，无论故障发生在I 母或II母，母线综合方向电流速断保护动作后，第一时间跳母联断路器，同时检测母联电 流互感器电流，无流证明母联断路器确以断开，然后分别启动I母和II母方向电流速断保 护运算程序，选择故障母线，并将故障母线上的所有元件跳开。参见图8，方向电流速断型母线保护程序流程图通过电气量采集系统，实时检测 电气量变化，当短路故障发生时，立刻进入故障处理程序，如判断为区内故障，则跳开母联 断路器，随后进行I、II母故障判别，选出故障母线后，随即跳开该母线上所有元件。
权利要求一种微机方向电流速断型母线保护装置，其特征在于设置方向电流速断保护CPU；方向电流速断保护CPU连接有TV滤波模数电路、TA滤波模数电路、光电隔离开入电路、光电隔离开出电路、光电隔离通信电路和管理机。
专利摘要本实用新型涉及一种电力系统继电保护技术领域，适用于发电厂及变电站的双母线及单母线分段接线方式保护，即微机方向电流速断型母线保护装置。它是在现行广泛使用的微机母线保护硬件部分的基础上设置方向电流速断保护CPU，用于记忆并运行给定的电流、电压整定值和在发生短路故障时，对采集的短路电流大小和方向进行计算和时间比对，对故障进行有选择性的判别，开出故障告警信号。将差动保护运算程序及动作逻辑变更为方向电流速断保护的运算程序及动作逻辑，无死区故障，不受母联CT安装位置的影响，具有原理简单，安装、调试快捷、方便和母线故障发生在母联断路器与CT之间时，选择性增强，缩小停电范围等特点，使电网安全稳定运行不受影响。
文档编号H02H7/22GK201590657SQ20092030757
公开日2010年9月22日 申请日期2009年8月7日 优先权日2009年8月7日
发明者罗威 申请人:云峰发电厂