WMC-31A微機母線差動保護裝置概述

眭仲國，賀世云

阿城繼電器股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150302

0 引言

微機保護是用微型計算機構成的繼電保護，是電力系統繼電保護的發展方向，它具有高可靠性、高選擇性和高靈敏度。微機保護裝置硬件包括微處理器（單片機）為核心，配以輸入、輸出通道，人機接口和通訊接口等。現在，微機保護已經廣泛應用于電力、石化、礦山冶煉、鐵路以及民用建筑等。

WMC-31A微機母線差動保護裝置，適用于單母線、單母線分段、雙母線等接線方式的7單元（包括母聯）母線保護，包括母線差動保護、母線充電保護、母聯過流保護、母聯失靈保護、母聯死區保護、斷路器失靈保護、CT斷線告警、PT斷線告警等功能。

1 特點及主要技術參數

1.1 特點

該微機保護裝置具有如下特點：

1）新型的瞬時值差動原理、高靈敏比率差動保護；

2）可靠、快速抗CT飽和判據，保證在母線近端區外故障時可靠不動；

3）自動識別母線運行方式，倒閘操作時不需退出保護；

4）允許各單元CT變比不同，可通過平衡系數整定；

5）模擬量為多路A/D采集、N+1備份方式，充分保證了模擬量采集的可靠性；

6）完善的裝置自檢功能及刀閘位置錯誤告警。

1.2 主要技術參數

額定參數：直流電源：220VDC/AC±20%；交流電壓：

交流電流：5A；頻率：50Hz

整組動作時間：差動保護不大于20ms

交流過載：保護電流：2×In連續工作（40×In工作1s）

保護電壓：120V連續工作（300V工作3s）

2 硬件和軟件設計

2.1 硬件設計

本裝置為6U、84HP機箱，整面板、插件式結構，后插拔、后配線，嵌入式安裝。硬件按功能劃分，分為主CPU、模擬量輸入、開關量輸入、開關量輸出、人機接口及電源等部分，可采集21路電流、8路電壓、19路開入，輸出14路跳閘出口、6路中央信號。CPU板是裝置的核心插件，共有四塊CPU板，其中三塊為A、B、C三相差動元件，第四塊為電壓啟動元件，人機接口與各CPU插件通過內部485連接，完成整定、顯示、測試等功能。

母差保護按相差動，每相差動元件由單獨的交流接口及CPU組成，CPU板主要完成保護邏輯判別及跳閘出口功能，同時完成事件記錄及通訊功能。母線上所連接的各單元的A、B、C三相電流分別進入各自的交流接口，經二次隔離、傳變及信號調理后進入A/D轉換器，每路模擬量信號由單獨的A/D進行采集，然后進入各自的CPU進行邏輯判斷。保護出口由跳閘開出和中央信號兩部分構成，出口前須啟動QDJ接通24V信號電源及跳閘電源，A相、B相、C相電流CPU板均可控制保護出口插件。

電壓啟動插件有自己的CPU，根據母線電壓及零序電壓進行復合電壓閉鎖判別，并通過內部開出通知A相、B相、C相電流CPU板（內部開入采集）是否已產生復合電壓。另外，裝置還有實時時鐘、CANBUS接口以及自檢功能。

2.2 軟件設計

2.2.1 母線差動保護

母線差動保護為分相式比率差動，分別由各自的CPU板完成保護邏輯判別和跳閘出口。差動回路包括母線大差回路和各段母線小差回路，母線大差為除母聯或分段開關以外的所有支路電流構成的差動回路，某段母線小差為該段母線上連接的所有支路電流構成的差動回路，大差用于判斷母線區內或區外故障，小差用于選擇故障母線。

電流互感器極性要求各支路CT同名端均在母線側，母聯CT同名端在Ⅰ母側。各支路電流A相接入交流接口插件Ⅱ、B相接入交流接口插件Ⅲ、C相接入交流接口插件Ⅳ，極性要求由Ix進Ix′出。

裝置通過開關量輸入采集各支路的Ⅰ母、Ⅱ母刀閘狀態（輔助觸點），識別兩段母線所連支路情況后才能正確計算Ⅰ母、Ⅱ母小差電流。另外裝置會對刀閘狀態進行檢查，當檢測到某支路有電流而無刀閘狀態時發出刀閘位置錯誤報警。

保護實時計算大差各支路電流的采樣值變化量，當任一相電流的瞬時變化量產生突變時，突變量元件啟動，啟動判據為：ΔI=|I(t)- I(t-T)|；ΔI≥ITBL，其中：I(t)為本周波電流采樣值；I(t-T)為前一周波電流采樣值；ITBL為電流突變量整定值。

突變量元件啟動后展寬500ms，同時觸發大差邏輯判別任務。

差動保護在區內故障時具有較高的靈敏度，而在區外故障時又有較強的制動特性，并且動作速度快、選擇性好。差動保護動作判據為：

其中：

裝置具有CT飽和檢測功能，當檢測到CT飽和時閉鎖大差啟動，當連續兩周波有區內故障特征時，解除閉鎖以保證區外轉區內故障時差動保護能可靠動作。

2.2.2 母線充電保護

當任一段母線檢修后利用母聯斷路器對該母線進行充電試驗時可投入母線充電保護，若被充電母線存在故障，利用充電保護將母聯斷路器跳開切除故障。

2.2.3 母聯過流保護

當利用母聯斷路器作為線路的臨時保護時可投入母聯過流保護，在母聯過流保護投入時若任一相母聯電流大于母聯過流保護定值時將延時跳開母聯開關，母聯過流保護不經復合電壓閉鎖。

另外，該裝置還具有母聯失靈保護、母聯死區保護、斷路器失靈保護、復合電壓閉鎖、CT斷線檢測、PT斷線檢測、母線電壓切換等功能，由于篇幅有限，在此就不在一一詳述。

3 結論

隨著電網的不斷發展，繼電保護技術發展趨勢向計算機化，網絡化，智能化，保護、控制、測量和數據通信一體化發展。隨著計算機技術的飛速發展及計算機在電力系統繼電保護領域中的普遍應用，新的控制原理和方法被不斷應用于計算機繼電保護中，以期取得更好的效果，從而使微機繼電保護的研究向更高的層次發展。