基于DM5000E手持式繼保儀的220 kV智能化微機母線保護調(diào)試方法研究

金世鑫，張武洋，李 華

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，遼寧 沈陽 110015）

基于DM5000E手持式繼保儀的220 kV智能化微機母線保護調(diào)試方法研究

金世鑫1，張武洋1，李 華2

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，遼寧 沈陽 110015）

隨著智能變電站相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展以及IEC 61850標準的應(yīng)用，智能化微機保護裝置的應(yīng)用逐漸普及，其測試設(shè)備和方法也越來越多受到人們的關(guān)注，為了滿足智能化微機保護裝置的測試需要，目前各主流繼保儀生產(chǎn)廠家已經(jīng)研發(fā)出各種規(guī)格和樣式的數(shù)字式繼保儀。提出一種基于DM5000E手持式繼保儀的220 kV智能化母線保護調(diào)試方法，針對實際工程中BP－2C－D型智能化母線保護裝置的功能和邏輯，應(yīng)用該方法對其進行測試，為智能化母線保護的調(diào)試提供參考。

手持式繼保儀；SCD文件；比率制動系數(shù)

1 智能化母線保護

1.1 220 kV智能化微機保護

傳統(tǒng)的微機保護裝置核心部分一般由數(shù)字電路構(gòu)成，數(shù)字電路與外圍的接口部件相通信，實現(xiàn)保護裝置的采樣、邏輯處理及開關(guān)量輸入輸出的功能。典型的微機保護裝置由邏輯處理單元（CPU）、開關(guān)量I／O接口、模擬量采樣接口、人機交互界面（UI）和通信接口組成［1］。智能化微機保護不同于傳統(tǒng)的微機保護集采樣、邏輯運算、開入開出功能為一體，智能化保護采用分布式配置，保護裝置本體僅包含邏輯處理、信息通信、人機交互功能，互感器二次電壓及電流采樣部分在合并單元內(nèi)完成，開關(guān)量輸入輸出的功能在智能終端內(nèi)完成，合并單元與智能終端布置在開關(guān)匯控柜內(nèi)，與開關(guān)匯控柜二次側(cè)接線端子通過電纜相連，實現(xiàn)模擬量及開關(guān)量的接收和發(fā)送，合并單元與智能終端通過光纖與智能化微機保護裝置連接，智能化微機保護裝置通過“直采直跳”的方式實現(xiàn)合并單元SV報文的采集和智能終端GOOSE報文的接收與發(fā)送，對于220 kV智能化微機保護裝置的單體調(diào)試，可以撇開合并單元，利用數(shù)字繼保儀在保護裝置上直接加量測試。

1.2 智能變電站220 kV母線保護設(shè)計方法

智能變電站220 kV母線一次主接線方式一般為雙母線或雙母線分段接線，因此其保護一般按照雙母線或雙母線分段配置，母線保護的差動回路包括Ⅰ、Ⅱ母線的小差回路及母線大差回路，某段母線的小差回路是指該段母線上所連接的所有元件和支路（包括母聯(lián)開關(guān)）電流所構(gòu)成的差動回路，母線大差回路是指除分段開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)外所有支路電流（不包含母聯(lián)）所構(gòu)成的差動回路。母線大差比率差動電流作為啟動判據(jù)，其作用是判別母線發(fā)生的故障是區(qū)外故障還是區(qū)內(nèi)故障。小差比率差動電流用于選擇故障母線，判斷故障發(fā)生在Ⅰ母還是Ⅱ母，母聯(lián)電流僅在母線并列運行（母聯(lián)開關(guān)合位并且分裂運行控制字置0）時計入小差電流，分裂運行時則不計入小差電流［2］。智能化母線保護以母線為對象，在母線主接線確定的基礎(chǔ)上，定義該母線上所有連接的支路和元件，構(gòu)成各段母線的小差回路及母線的大差回路。

2 DM5000E配置及試驗接線

智能變電站保護的特點是通過光纖接收和發(fā)送報文，因此，測試時首先將全站SCD文件導(dǎo)入DM5000E，然后通過SCD文件進行所有母線支路SV、GOOSE的配置，如在工程實際中對長園深瑞生產(chǎn)的BP－2C－D型母線保護進行調(diào)試，需要導(dǎo)入母線上的所有線路支路、主變間隔及母聯(lián)開關(guān)MU信息并對SV發(fā)送報文進行配置，同時需要導(dǎo)入保護裝置的GOOSE輸出，將母線保護輸出的各支路的跳閘報文映射到繼保儀GOOSE輸入配置文件里的不同開入量中，以便監(jiān)視GOOSE的變位信息和切換狀態(tài)，完成文件配置后，將繼保儀的SV報文輸出光口定義為光口1，GOOSE報文接收與發(fā)送光口定義為光口2，將光口1與光口2分別與保護裝置的SV及GOOSE接收光口相連，如圖1所示。

圖1 試驗接線

3 保護邏輯理論分析

為了避免母線發(fā)生區(qū)外故障時由于電流互感器的誤差產(chǎn)生的差動回路不平衡電流，特別是區(qū)外故障時流過最大短路電流支路的電流互感器發(fā)生飽和產(chǎn)生的不平衡電流，導(dǎo)致母線保護誤動作，目前微機母線差動保護普遍采用帶比率制動特性的動作判據(jù)。BP－2C－D型母線保護裝置配備的比率差動元件包括工頻變化量比率差動元件和常規(guī)比率差動元件，兩者動作判據(jù)類似，區(qū)別是前者所有判斷量均為電流的工頻變化量，后者則為計算時刻的實際電流有銘值。同時，母聯(lián)死區(qū)保護和母聯(lián)失靈保護的動作邏輯均與比率差動元件有關(guān)，更加凸顯了比率差動元件在整個母線保護中的重要性，因此在智能化微機母線保護裝置調(diào)試過程中需要對其進行重點調(diào)試，需要測試在母線的各種運行方式下母線的比率制動特性是否準確［3］。BP－2C－D型母線保護比率差動元件的動作判據(jù)如下：

式中：Icdzd為差動電流起動定值；Ir為制動電流，是母線上所有構(gòu)成該差動回路的連接支路電流絕對值之和；Id為差動電流，是母線上所有構(gòu)成該差動回路的連接支路電流矢量和的絕對值；K為比率制動系數(shù)。通過式（2）、式（3）可以計算出Ir和Id：

式中：Ij為連接在母線上的第j個支路的電流；n為母線上構(gòu)成該差動回路的支路數(shù)。

4 智能化母線保護調(diào)試方法

4.1 母線保護差流計算對母聯(lián)及支路極性的要求

BP－2C－D型母線保護差動保護同時會計算大差電流Id及2條母線的小差電流Id1和Id2，保護通過大差電流啟動，通過小差電流判別故障發(fā)生在I母還是Ⅱ母，目的是為防止由于隔離開關(guān)位置接錯導(dǎo)致母線保護誤動作［4］。BP－2C－D型母線保護在進行差流計算時，保護裝置邏輯規(guī)定母聯(lián)電流極性指向Ⅱ母，如圖2所示，母聯(lián)TA的P2指向Ⅱ母，而支路則是P1指向Ⅱ母，因此，母聯(lián)與支路TA二次側(cè)應(yīng)為反極性接線，當(dāng)母線并列運行時，小差電流的計算需要計及母聯(lián)電流，母聯(lián)電流在I母小差中作差，在Ⅱ母小差中作和，如式：

式中：m和n分別為掛接在Ⅰ母和Ⅱ母上的支路數(shù)，Iml為母聯(lián)電流，試驗時，將Icdzd設(shè)置為0.5 A，選擇母聯(lián)、支路1、支路2作為試驗對象，支路1掛Ⅰ母運行，支路2掛Ⅱ母運行，母聯(lián)合位，模擬4種類型故障，①Ⅰ母區(qū)內(nèi)故障，②Ⅱ母區(qū)內(nèi)故障，③Ⅰ母區(qū)外故障，④Ⅱ母區(qū)外故障，如圖2所示。試驗時，將支路1電流映射到I1，將支路2電流映射到I2，將母聯(lián)電流映射到I3，同時加入三側(cè)電流，若為第①種情況，令I(lǐng)1＝1∠180°A，I2＝1∠180°A，I3＝1∠0°A，此時Id＝2.001 A，Id1＝2.001 A，Id2＝0 A，若為第②種情況，令I(lǐng)1＝1∠180°A，I2＝1∠180°A，I3＝1∠180°A，此時Id＝2.001 A，Id1＝0 A，Id2＝2.001 A，若為第③種情況，令I(lǐng)1＝1∠0°A，I2＝1∠180°A，I3＝1∠0°A，此時Id＝0 A，Id1＝0 A，Id2＝0 A，若為第④種情況，令I(lǐng)1＝1∠180°A，I2＝1∠0°A，I3＝1∠180°A，此時Id＝0 A，Id1＝0 A，Id2＝0 A，通過以上4種情況故障的模擬即可驗證母線保護差流計算對支路及母聯(lián)TA極性的要求。

4.2 比率制動系數(shù)測試

為防止母聯(lián)開關(guān)斷開的情況下，由于弱電源側(cè)母線發(fā)生故障時大差比率元件的靈敏度不夠，造成比率差動保護拒動，大差比率差動元件的比率制動系數(shù)通常設(shè)有高、低2個值。當(dāng)母線分裂運行時大差比率差動元件采用比率制動系數(shù)低值，BP－2CD型母線保護固定取0.3。而當(dāng)母線隔離開關(guān)雙跨或母聯(lián)開關(guān)處于合閘位置（并列運行）時，大差比率差動元件則自動轉(zhuǎn)用比率制動系數(shù)高值，保護裝置固定取1；小差比率差動元件則固定取比率制動系數(shù)高值。試驗時，將Icdzd設(shè)置為0.5 A，選擇母聯(lián)、支路1、支路2作為試驗對象，模擬I母區(qū)內(nèi)故障。試驗條件：投入差動保護功能壓板，支路1掛Ⅰ母運行，支路2掛Ⅱ母運行，母聯(lián)開關(guān)在合位，如圖2所示。

圖2 母線保護故障圖

試驗時，將支路1電流映射到I1，將支路2電流映射到I2，①驗證大差比率制動系數(shù)高值，試驗條件：支路1掛Ⅰ母運行，支路2掛Ⅱ母運行，母聯(lián)開關(guān)在合位，加入兩側(cè)相反的電流，I1＝1∠0° A，I2＝1∠180°A，逐漸增加I2電流直至保護動作，此時I2＝3.05∠180°A，由式（1）、式（2）、式（3）計算K＝1.025；②驗證大差比率制動系數(shù)低值，試驗條件：支路1掛Ⅰ母運行，支路2掛Ⅱ母運行，母聯(lián)開關(guān)在分位，加入兩側(cè)相反的電流，I1＝1∠0°A，I2＝1∠180°A，逐漸增加I2電流直至保護動作，此時I2＝1.65∠180°A，計算K＝0.325；③驗證小差比率制動系數(shù)，試驗條件：支路1、支路2同時掛I母（或Ⅱ母）運行，加入兩側(cè)相反的電流，I1＝1∠0°A，I2＝1∠180°A，逐漸增加I2電流直至保護動作，此時I2＝3.03∠180°A，計算K＝1.015，實測值與定值間誤差滿足精度要求。

4.3 死區(qū)保護測試

如圖2所示，由于母聯(lián)開關(guān)僅在I母側(cè)配置了TA，所以，母聯(lián)開關(guān)與TA之間存在死區(qū)，BP－2B－C型母線保護死區(qū)動作時間定值固定為150 ms，試驗時，將Icdzd設(shè)置為0.5 A，選擇母聯(lián)開關(guān)、支路1、支路2為研究對象，支路1掛Ⅰ母運行，支路2掛Ⅱ母運行［5］。將支路1電流映射到I1，支路2電流映射到I2，母聯(lián)電流映射到I3，在繼保儀的GOOSE接收中配置母線保護跳閘出口，同時加入3側(cè)電流，令I(lǐng)1＝1∠180°A，I2＝1∠180°A，I3＝1∠180°A，模擬死區(qū)故障，①若母聯(lián)為分位，則母聯(lián)電流不計入小差，此時Id＝2.002 A，Id1＝1.001 A，Id2＝1.001 A，Ⅰ、Ⅱ母差動保護同時動作，②若母聯(lián)為合位，則Id＝2.002 A，Id1＝0 A，Id2＝2.002 A，Ⅱ母差動動作跳母聯(lián)及支路2，記錄繼保儀接收到母聯(lián)跳閘出口時間T1＝20 ms，收到保護跳閘GOOSE后將繼保儀發(fā)出的故障電流切換狀態(tài)，令I(lǐng)1＝1∠180°A，I2＝0 A，I3＝1∠180°A，此時Id1＝0 A，Id2＝0 A，保護裝置判母聯(lián)跳位有流，經(jīng)死區(qū)固有延時后死區(qū)保護動作封母聯(lián)電流（令母聯(lián)電流不計入母線小差），此時Id1＝1.001 A，Id2＝0 A，Ⅰ母差動動作跳母聯(lián)及支路1，記錄繼保儀接收到母聯(lián)跳閘出口時間T2＝175 ms，死區(qū)動作時間T＝T2－T1＝155 ms，由此可證明死區(qū)保護動作邏輯及延時正確。

5 結(jié)束語

本文提出了一種基于DM5000E手持式繼保儀的220 kV智能化母線保護調(diào)試方法，應(yīng)用該方法對長園深瑞的BP－2C－D型智能化母線保護裝置進行測試，針對母線保護裝置的各種邏輯和功能，以某220 kV智能變電站的現(xiàn)場調(diào)試為例來說明母線保護裝置調(diào)試方法。通過調(diào)試，對智能化母線保護的邏輯功能及測試方法有了更深入的認識和理解，也為現(xiàn)場調(diào)試人員提供一定參考。

［1］ 王 征.數(shù)字式母線保護的性能分析［J］.東北電力技術(shù)，2002，23（5）：41－44.

［2］ 錢 海，張 曾.“六統(tǒng)一”母線保護裝置在實際應(yīng)用中遇到的問題及解決措施［J］.東北電力技術(shù)，2013，34（7）：30－33.

［3］ 張連斌，曹國臣，金東基，等.微機式母線保護方案的研究［J］.東北電力技術(shù)，1996，17（12）：21－23.

［4］ 付振強，候明辰.母線充電時投入母差保護的必要性分析［J］.東北電力技術(shù)，2013，34（6）：35－39.

［5］ 王長春.母線死區(qū)保護的完善［J］.東北電力技術(shù)，2008，29（12）：13－14，17.

Study on Debugging Method of 220 kV Intelligent Bus Protection Based on Handheld Relay Protection Tester DM5000E

JIN Shi?xin1，ZHANG Wu?yang1，LI Hua2
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Economy Technical Research Institute of Liaoning Electric Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110015，China）

With the rapid development of related technology of intelligent substation and the IEC 61850 standard application，the ap?plication of intelligent protection device is widely used.Test equipment and the debug method of intelligent protection device attracts more and more attention.In order to meet the need of intelligent protection device test，the mainstream of relay protection instruments manufacturers have developed a variety of specifications and styles of digital relay protection tester.This paper presents a method of 220 kV intelligent bus protection debugging based on DM5000E handheld relay protection tester，test the device by this method according to BP?2C?D type in actual engineering intelligent bus protection device and the logic function，providing some guidance and reference for the debugging of intelligent bus protection.

Handheld relay protection tester；SCD file；Ratio brake coefficient

TM773

A

1004－7913（2015）05－0005－03

金世鑫（1985—），男，碩士，工程師，從事繼電保護與智能電網(wǎng)研究工作。

2015－01－12）