微機方向電流速斷型母線保護裝置的製作方法

2023-05-23 20:54:41 1

專利名稱：微機方向電流速斷型母線保護裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電力系統繼電保護技術領域，適用於發電廠及變電站的雙母 線及單母線分段接線方式保護，即微機方向電流速斷型母線保護裝置。
背景技術：
在現有技術中，發電廠和變電所的母線是電力系統最重要的電氣設備，是系統中 匯聚能源、分配負荷的樞紐點。一旦母線上發生故障，它可能使電力系統失去穩定，大面積 用戶停電及使電氣設備遭到嚴重破壞。現國內普遍採用的是差動型母線保護，此種保護在 一次設備出現特殊運行方式時及母線死區故障時將失去選擇性。所謂的母線死區故障是指 母線並列運行時故障發生在母聯(分段)斷路器及母聯電流互感器之間，斷路器側母線段 跳閘出口無法切除該故障，而母聯電流互感器測的母線段小差元件不會動作。此時母差保 護已經動作於I段母線，由於故障點仍然存在，大差電流元件不返回，且母聯電流互感器仍 然有故障電流，此時，死區保護動作，切除相關故障段母線。此種情況下，母線保護將失去選 擇性，對電網安全穩定運行帶來不利影響。經過分析不難發現，造成死區故障保護動作失去選擇性的主要原因是母線保護設 計原理造成的。以現行廣泛應用的BP-2B型母線保護裝置為例，正常運行時母聯電流屬於 穿越電流，而不作為大差迴路計算量，只在母聯斷路器跳開後，選擇故障母線時計入小差電 流故障量處理程序，來實現選擇性。下式為差流計算方程大差電流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，問題的關鍵點在於母聯電流計入I、II母故障判別程序，因此在斷路器與電流互 感器之間故障時，母線保護失去選擇性，為了消除這一實際存在的隱患，有必要對母線保護 進行改進。

實用新型內容本實用新型的目的是針對上述不足而提供一種安全保護效果更好的微機方向電 流速斷型母線保護裝置。本實用新型的技術解決方案是微機方向電流速斷型母線保護裝置在現行廣泛使 用的微機母線保護硬體部分的基礎上設置方向電流速斷保護CPU，用於a、記憶並運行給 定的電流、電壓整定值；b在發生短路故障時，對採集的短路電流大小和方向進行計算和時 間比對；C、計算出短路電流與整定值之間的時間差值；d、比較前述兩值的大小；e、對故障 進行有選擇性的判別；f、根據各單元的隔離開關二次觸點開入狀態，判斷一次系統的運行 方式；g、開出故障告警信號。所需要的是將差動保護運算程序及動作邏輯變更為方向電流 速斷保護的運算程序及動作邏輯，後備及輔助保護不變。設計原理在母線各接入單元分別 設置方向電流速斷保護，其正方向指向母線側，背離母線側為反方向。母線綜合方向電流速 斷為啟動元件，選擇元件為I母、II母方向電流速斷。當母線發生短路故障時，母線綜合方 向電流速斷動作第一時間要跳開母聯斷路器以分離故障點，此時故障段所接入單元的電流方向均指向母線且幅值大於動作值，則該段各接入單元的方向電流速斷動作，跳開相應的 斷路器。以母線各連接元件的電流互感器、電壓互感器二次幅值、相位變化作為保護主要判 據的微機方向電流速斷保護，主要是利用當母線發生短路故障時電流升高、電壓降低、出現 序分量這一特點，結合基爾霍夫電流定律，來鑑別是否在母線上發生故障。是通過保護中的 各連接於母線上元件的交流量檢測模塊，實時採集各單元電壓、電流變化量。以採集電流量 作為動作量，以電壓量的變化作為閉鎖條件，同步時鐘作為參考量，在短路故障發生時，比 較各單元電流故障前一周波於故障後一周波的幅值及相位變化來判斷故障點的位置。當電 流幅值超出整定值且各單元同名相間電流同時指向母線，滿足電壓閉鎖條件要求時，判斷 為區內故障。反之，任一單元不滿足上述條件，則判斷為區外故障，保護不動作。其動作邏 輯在於當母線綜合方向電流速斷保護動作後，要在第一時間內跳開母聯斷路器，以分離故 障點。然後進行I母、II母故障判別。設計上當母線固定連接時母聯電流不計入I母、II 母方向電流速斷故障判別程序，從而消除了差動式母線保護存在死區故障這一缺點。母聯 方向電流速斷只有在母線非固定連接，母線兼旁母運行方式出現時，方才啟用。母聯CT電 流量If正常接入保護裝置，作為判斷母聯斷路器是否完全斷開和啟動故障處理程序的開入 量。如果採用母聯斷路器處其它CT電流串聯接入，則此CT完全可以作為備用繞組。不採 用母聯斷路器輔助觸點或跳閘位置繼電器觸點判斷母聯斷路器是否完全斷開的主要原因 是提高I、II母方向電流速斷保護的速動性。本實用新型的優點是1、將差動保護運算程序及動作邏輯變更為方向電流速斷保護的運算程序及動作邏輯，無死區故障，選擇性增強，適用於各種運行方式。2、不受母聯CT 安裝位置的影響。3、固定連接時，對母聯CT極性無特殊要求，可以根據現場實際，選擇是否 使用專用的母聯CT或與母聯保護CT串聯使用。4、具有原理簡單，安裝、調試快捷、方便和 母線故障發生在母聯斷路器與CT之間時，選擇性增強，縮小停電範圍等特點，使電網安全 穩定運行不受影響。下面將結合附圖對本實用新型的實施方式作進一步詳細描述。
圖1是方向電流速斷型母線保護系統原理圖；圖2是本實用新型設計原理圖；圖3是保護動作時限分析圖；圖4母線兼旁母運行方式一保護動作邏輯框圖；圖4-1母線兼旁母運行方式一保護動作電路原理圖；圖5母線兼旁母運行方式二保護動作邏輯框圖；圖5-1母線兼旁母運行方式二保護動作電路原理圖；圖6母聯失靈保護邏輯圖；圖7母線綜合方向電流速斷邏輯框圖。圖8方向電流速斷型母線保護程序流程圖。
具體實施方式
參見圖1，微機方向電流速斷型母線保護裝置設置了方向電流速斷保護CPU ；方向電流速斷保護CPU連接有TV濾波模數電路、TA濾波模數電路、光電隔離開入電路、光電隔 離開出電路、光電隔離通信電路和管理機。通過保護中的各連接於母線上元件的交流量檢 測模塊(TV濾波模數)，實時採集各單元電壓、電流變化量。以採集電流量作為動作量，以電 壓量的變化作為閉鎖條件(閉鎖元件CPU)，同步時鐘作為參考量，在短路故障發生時，比較 各單元電流故障前一周波於故障後一周波的幅值及相位變化來判斷故障點的位置。當電流 幅值超出整定值且各單元同名相間電流同時指向母線，滿足電壓閉鎖條件要求時，判斷為 區內故障。反之，任一單元不滿足上述條件，則判斷為區外故障，保護不動作。光電隔離開 入電路作用是將發光器件和光敏器件組成一對耦合器件，設置與同一晶片內，用以完成電 信號的耦合和傳遞，並達到兩側信號在電氣上隔離、絕緣的目的。參見圖2、在母線各接入單元分別設置方向電流速斷保護，其正方向指向母線側， 背離母線側為反方向。母線綜合方向電流速斷為啟動元件，選擇元件為I母、II母方向電 流速斷。當母線發生短路故障時，母線綜合方向電流速斷動作第一時間要跳開母聯斷路器 以分離故障點，此時故障段所接入單元的電流方向均指向母線且幅值大於動作值，則該段 各接入單元的方向電流速斷動作，跳開相應的斷路器。母線綜合方向電流速斷電流判據 Idlfc)≥Izd 電壓判據同BP-2BId2(n+1)≥ Izd相位判據 Cl5d=Cl5ll=Cl5l3=Cl5ll2=Cl5ll4= ΦΙ(η) = ΦΙΙ(η+1) =0°I母方向電流速斷Idl(n) Izd電壓判據同ΒΡ-2ΒΦη= O13= ΦΙ5-------= ΦΙ(η) = 0°II母方向電流速斷Id2(n+1)≥Izd 電壓判據同BP-2BΦΙΙ2 = O114 = O116-------= ΦΙΙ(η+1) = 0°母聯方向電流速斷Idf≥Izd正方向指向下母線Of = 0°其中Idl(n) :1母第η個單元的電流值，Id2(n+1) :II母第n+1個單元的電流值，Φιω I母第η個單元的電流角度值，ΦΙ(η+1) :ΙΙ母第n+1個單元的電流角度值，Izd 方向電流速 斷整定值，Idf 母聯方向電流速斷實際動作值，Of 母聯電流互感器實際電流角度。母聯CT (母聯電流互感器)電流量If正常接入保護裝置，作為判斷母聯斷路器是 否完全斷開和啟動故障處理程序的開入量。如果採用母聯斷路器處其它CT電流串聯接入， 則此CT完全可以作為備用繞組。不採用母聯斷路器輔助觸點或跳閘位置繼電器觸點判斷 母聯斷路器是否完全斷開的主要原因是提高I、II母方向電流速斷保護的速動性。即故障 發生後速斷保護的啟動時間。如果母線兼旁母運行的運行方式出現時(一段母線為空母 線)，母線保護將通過人為指令啟用母聯方向電流速斷保護，如此時的運行方式為II母向 線路送電時，則母線綜合方向電流速斷退出運行，動作方程變為11母方向電流速斷電流判據
丄d2(n+1) ≥Izd電壓判據同BP-2BIdf ≥ Izd相位判據ΦΙΙ2 = ΦΙΙ4 = CDf = Φπ(η+1) = 0°如運行方式為I母向線路送電時，母線保護通過人為指令啟用母聯方向電流速斷 保護同時，將母聯CT極性掉轉180 °，此時母聯CT被默認I母元件，母線綜合方向電流速斷 不退出運行，動作邏輯同固定連接時相同。動作方程如下[0034]母線綜合方向電流速斷電流判據Idf≥Izd 電壓判據同BP-2BId2(n+1) ≥Izd相位判據 = ΦΙΙ2 = ΦΙΙ4 = CDf = ΦΙΙ(n+1) = 0°I母方向電流速斷電流判據Idf≥Izd電壓判據同BP-2B相位判據Φf = 0°II母方向電流速斷電流判據Id2(n+1)≥Izd 電壓判據同BP-2B相位判據ΦΙΙ2 = ΦΙΙ4 = ΦΙΙ6-------= ΦΙΙ(n+1) = O。參見圖3，原、現(改進前、改進後)兩種母線保護的動作時限分析圖。由於採用故 障後先跳開母聯斷路器，後進行故障點邏輯判斷原則，不可避免地使切除故障點的速度有 所延長。增加時間為保護動作至斷路器完全斷開的時間，約為42士2ms。則全部動作時間約 為84士2ms，仍然可以滿足速動性的要求。同時與相鄰線路的II段時間配合，也滿足要求。 上述時限均為保護裝置和斷路器動作的最長時限，實際故障發生時保護裝置的動作時限要 遠小於此值。BP-2B型母線保護整組動作時間< 15ms，ABB斷路器(HP245B1型)固有分閘 時間< 17士2ms，電弧熄滅時間為10ms。參見圖4、圖4-1，母線兼旁母運行方式一保護動作邏輯框圖、電路圖如下此種運 行方式時，母線保護將通過人為指令啟用母聯方向電流速斷保護保護，同時退出母線綜合 方向電流速斷。當II母dl點發生短路故障時，II母方向電流速斷保護動作跳開母聯斷路 器及下母元件。當短路故障發生在母聯斷路器與電流互感器之間d2點時，II母方向電流 速斷不動作，在母聯斷路器本身保護動作跳開母聯斷路器後，母聯CT應有電流，則母線保 護動作跳開下母元件。參見圖5、圖5-1，母線兼旁母運行方式二保護動作邏輯框圖、電路圖此種運行方 式時，母線保護通過人為指令啟用母聯方向電流速斷保護，同時將母聯CT極性掉轉180°。 當I母dl點發生短路故障母線綜合方向電流速斷保護動作，跳開母聯斷路器DL，此時II母 方向電流速斷不動作，I母方向電流速斷保護動作跳開I母元件。當短路故障發生在母聯 斷路器與電流互感器之間d3點時，母線綜合方向電流速斷保護動作跳開母聯斷路器DL，此 時I母方向電流速斷不動作。II母電流速斷保護動作不返回，故障切除通過對側保護的II 段時限將對側斷路器跳開。參見圖6，母聯失靈保護邏輯圖當母線發生短路故障時，母線綜合方向電流速斷 動作後，經50ms延時，母聯CT應有電流，當此電流大於失靈電流整定值判斷為母聯斷路器 失靈，跳開母線所有元件。參見圖7，母線綜合方向電流速斷邏輯框圖母線正常運行時，無論故障發生在I 母或II母，母線綜合方向電流速斷保護動作後，第一時間跳母聯斷路器，同時檢測母聯電 流互感器電流，無流證明母聯斷路器確以斷開，然後分別啟動I母和II母方向電流速斷保 護運算程序，選擇故障母線，並將故障母線上的所有元件跳開。參見圖8，方向電流速斷型母線保護程序流程圖通過電氣量採集系統，實時檢測 電氣量變化，當短路故障發生時，立刻進入故障處理程序，如判斷為區內故障，則跳開母聯 斷路器，隨後進行I、II母故障判別，選出故障母線後，隨即跳開該母線上所有元件。
權利要求一種微機方向電流速斷型母線保護裝置，其特徵在於設置方向電流速斷保護CPU；方向電流速斷保護CPU連接有TV濾波模數電路、TA濾波模數電路、光電隔離開入電路、光電隔離開出電路、光電隔離通信電路和管理機。
專利摘要本實用新型涉及一種電力系統繼電保護技術領域，適用於發電廠及變電站的雙母線及單母線分段接線方式保護，即微機方向電流速斷型母線保護裝置。它是在現行廣泛使用的微機母線保護硬體部分的基礎上設置方向電流速斷保護CPU，用於記憶並運行給定的電流、電壓整定值和在發生短路故障時，對採集的短路電流大小和方向進行計算和時間比對，對故障進行有選擇性的判別，開出故障告警信號。將差動保護運算程序及動作邏輯變更為方向電流速斷保護的運算程序及動作邏輯，無死區故障，不受母聯CT安裝位置的影響，具有原理簡單，安裝、調試快捷、方便和母線故障發生在母聯斷路器與CT之間時，選擇性增強，縮小停電範圍等特點，使電網安全穩定運行不受影響。
文檔編號H02H7/22GK201590657SQ20092030757
公開日2010年9月22日 申請日期2009年8月7日 優先權日2009年8月7日
發明者羅威 申請人:雲峰發電廠