论文部分内容阅读
摘要： 研制了一种专用于运行中母线保护[1-2]装置逻辑校验的仪器，通过改进母线保护定检[3]作业方法，不仅能避免在运行间隔CT二次回路上进行短接、打开连片等操作，杜绝其开路安全隐患，还能精准校验运行状态下母线保护装置的启动电流及动作斜率。介绍了装置的设计及工作原理，并通过现场试用验证了装置的技术指标。测试结果表明：通过应用该装置，能够提高母线保护逻辑校验的准确性，简化作业流程，消除CT二次回路开路安全隐患，对设备运行可靠性有一定的提升。
关键词： 母线保护; 校验; CT; 开路
中图分类号： TM774 文献标识码： A
文章编号：1005—7277（2019）05—0010—04
Abstract： a dedicated to operation of busbar protection is developed[1-2] device logic calibration of instruments， by improving the bus protection missile d etection[3] operation method， not only can avoid running interval CT secondary circuit short to receive， open the continuous operation， put an end to the open circuit potential safety problems， can accurately check under the running condition of busbar protection device starting current and the slope of action. The design and working principle of the device are introduced， and the technical index of the device is verified by field trial. The test results show that the device can improve the accuracy of bus protection logic verification， simplify the operation process， eliminate the hidden danger of CT secondary circuit open circuit， and improve the reliability of equipment operation.
Key words： bus protection; Check; Computed tomography （CT）; Open circuit
1 引言
母差保护是电力系统母线上的一种电流差动保护装置。如图1所示，I M、II M母线上连接有多个间隔（支路）。当母线运行时，从潮流上看，有的支路电流流进母线，有的支路电流流出母线。根据基尔霍夫第一定律：母线在正常运行情况下，所有支路上流入的电流向量和应等于流出母线的电流向量和。在母线发生故障时，部分电流从故障点流出，使得母线上所有间隔电流向量和不等于零，母线上产生差电流。因此，电力系统母线保护装置配置有比率差动保护，以电流差动原理动作于母线故障时跳开所连接的全部开关，保障设备安全、可靠运行。
母差保护试验是母线保护装置的周期性校验[4]项目。目前，110kV及以上电压等级母差保护定检方法存在检验内容不全面、检验方法单一、作业风险较大等问题。本文根据母线保护装置在现场运行的实际情况，结合对母差保护试验方法的优化研究，介绍一种原理完善、功能齐全、操作简单的专用调试装置。
该装置的应用，使得继保自动化作业人员在进行母差保护定检时，既不用短接或打开运行间隔的CT二次回路，也不用盲目地加入大电流驱动母差保护。弥补了传统检验方法精度差的缺陷，同时还大大简化了母差保护定检流程，降低了现场作业风险。
2 问题现状
通常在进行母差保护试验时，母线上连接的设备往往处于运行状态，试验人员一般利用继保试验仪加入模拟故障电流，人为产生不平衡差流，驱动母差保护装置。常用的试验方法[5]有以下两种：
试验方法一：母差保护定检前，将运行的电流回路短接，并打开连接片，使得母差保护装置无法采集任何支路的电流。然后向母差保护装置的多个（至少两个）间隔里加入模拟电流量，调节输入电流的方向与幅值产生差流，当差流大于整定值且位于动作区间时，母差保护装置正确动作，量取相关出口压板电位。在试验结束后，必须恢复运行电流回路连接片，拆除放置的短接线。操作流程如图2所示。
保护试验方法二：不改变现有的母线保护装置运行状态，直接在一个备用间隔上加入模拟故障电流，调节电流方向与幅值使得母差保护动作，量取相关出口压板电位。由于所有支路均在运行状态，使得母差保护装置采集到的制动电流相当大，往往需加入很大的电流量才能使得母差保護动作出口。
综合以上两种方法，均需要在试验工作前由继保工作人员采取必要的预防措施。对于方法一：在运行的电流回路上短接端子，打开电流连片，作业风险高。操作不当会导致电流二次回路开路[6]，并产生过电压，甚至对人身及设备都造成危害。对于方法二：没有在运行电流回路上操作的风险，但由于所加故障电流的相位与运行设备电流没有共同参考量，作业人员无法计算当前状态下母线上的差电流，只能尝试性地加入大电流，直至母差保护装置动作，不能准确校验母差动作值，母差保护定检工作流于形式，无法发现母差保护装置的逻辑功能错误，可能造成母差保护误动或拒动。 3 必要性分析
本文针对传统调试方法中涉及到的短接运行间隔二次电流回路、打开电流连接片两个作业风险最高的环节，提出了对应的改进及防范措施，对各项具体技术细节开展研究，论证在不短接二次电流回路、不解电流回路端子连片的情況下，将运行间隔的二次电流信息引入试验装置进行计算，并将母差保护定检新方法融入一种新的专用调试仪器。通过采集运行间隔电流量，计算出母线和电流与差电流，从试验仪器输出精确动作量驱动保护装置，准确校验母差保护动作值。采用这种专用调试装置作业，无需直接接触电流回路，不用打开电流连片或短接电流回路，因此规避了传统母差保护试验方法带来的风险。
4 设计与原理
通过对母差保护动作原理及开关CT运行状态下的作业风险进行分析，确定试验仪的技术特点和实现方式，然后以此为依据，进行测试装置工作电气原理的设计。在原理上，对运行间隔的电流量信号进行检测和处理，计算出母线和电流与差电流。在技术上，采用高精度的同步AD采样芯片，采集的数据经高速DSP浮点型运算计算出和电流与差电流，并输出一个同步的动作电流。
该装置由以下七个单元模块组成：模拟量电流采集模块、电压源模块、电流源模块、核心处理模块、开关量模块、供电电源模块和外接电流采样模块。系统总设计框图如下图所示：
4.1 模拟量电流采集模块
通过高精度外接电流采样模块采集各间隔电流量信号，并把外接电流采样模块变化过来的小电流信号通过高速运放调理，再经过AD转换成数字信号送到DSP处理。
4.2 电压源模块
电压源模块可输出1组三相交流电压（0～120V/相，45～60Hz），功率20W/相。用户能通过软件界面设定输出的电压值，系统把电压DSP计算值通过DA变换后再功率放大。
4.3 电流源模块
电流源模块能输出1组三相交流电流（0～20A/相，45～60Hz），功率150W/相。用户可通过软件界面设定输出的电流值，系统把电流DSP计算值通过DA变换再功率放大。
4.4 核心处理模块
核心处理模块有两部分：一是软件界面，用户可以通过界面的操作实现对母差保护的备用间隔试验以及电流源输出来检测母线保护装置逻辑;二是DSP数字信号处理，对母差保护试验的各支路电流采集并计算出每条母线的差电流与和电流，同时还能实现三相电压、电流交流信号输出。
4.5 开关量模块
开关量模块配置有6对开入量（空接点或有源接点）和6对开出量（无源接点），并由系统实时检测外部的输入开关状态命令信号，开出量可由软件自动控制输出开关跳、合闸电位或者手动控制输出开关跳、合闸电位。
4.6 供电电源模块
供电电源模块负责对系统各个模块电压源和电流源进行功率放大。
4.7 外接电流采样模块
采样模块用于采集母差的运行间隔电流，最多支持24路交流量采集。
5 结束语
本文介绍的母线保护专用调试装置具备如下创新点：
（1）母差保护逻辑校验不再需要短接运行间隔电流回路或打开电流回路端子连接片，通过将运行间隔CT二次电流直接引入新型测试仪器，可以直接输出精确模拟故障电流量驱动保护装置，一方面减少大量安全措施执行步骤，另一方面规避了CT二次回路恢复不当带来的设备隐患。
（2）母线保护专用测试仪器能够采集多路交流电流量，并自动计算差电流与和电流，得出准确的输入动作电流值，不仅免去了复杂的定检校验计算过程，还提高了校验精度。
（3）新型测试设备依靠功能强大的DSP数据处理器和ARM9核心板，可以记录校验时采集到的各路电流矢量，自动生成试验报告，同时还支持移动介质导出，方便又快捷。
参考文献：
[1]宋杰辉，杨炳元，吴俊杰. 双馈风场进线对220 kV母线采样值差动保护的影响[J]. 电力系统保护与控制，2019，47（13）：100-106.
[2]李燕平. 母线保护测试方法分析[J]. 机电信息，2019（03）：7-9.
[3]王光亮，陈立栋，黄钊亮. 继电保护快速定检系统设计与实现[J]. 电工技术，2019（06）：76-77.
[4]杨 健. 220kV母差保护现场校验方法[J]. 上海电力，2011，24（02）：178-181.
[5]陆 翔. RCS-915AB型和BP-2B型母差保护校验的主要区别[J]. 湖州师范学院学报，2010，32（S1）：121-123.
[6]汤耀景，徐惜琼，张品信，宋 浩. 对电流互感器二次侧开路预防方法的研究[J]. 电工技术，2017（10）：14-15+38.
作者简介：
刘乃齐（1989-），男，湖北荆州人，工程师，大学本科，主要从事继电保护运维方向工作。
收稿日期：2019-08-12
关键词： 母线保护; 校验; CT; 开路
中图分类号： TM774 文献标识码： A
文章编号：1005—7277（2019）05—0010—04
Abstract： a dedicated to operation of busbar protection is developed[1-2] device logic calibration of instruments， by improving the bus protection missile d etection[3] operation method， not only can avoid running interval CT secondary circuit short to receive， open the continuous operation， put an end to the open circuit potential safety problems， can accurately check under the running condition of busbar protection device starting current and the slope of action. The design and working principle of the device are introduced， and the technical index of the device is verified by field trial. The test results show that the device can improve the accuracy of bus protection logic verification， simplify the operation process， eliminate the hidden danger of CT secondary circuit open circuit， and improve the reliability of equipment operation.
Key words： bus protection; Check; Computed tomography （CT）; Open circuit
1 引言
母差保护是电力系统母线上的一种电流差动保护装置。如图1所示，I M、II M母线上连接有多个间隔（支路）。当母线运行时，从潮流上看，有的支路电流流进母线，有的支路电流流出母线。根据基尔霍夫第一定律：母线在正常运行情况下，所有支路上流入的电流向量和应等于流出母线的电流向量和。在母线发生故障时，部分电流从故障点流出，使得母线上所有间隔电流向量和不等于零，母线上产生差电流。因此，电力系统母线保护装置配置有比率差动保护，以电流差动原理动作于母线故障时跳开所连接的全部开关，保障设备安全、可靠运行。
母差保护试验是母线保护装置的周期性校验[4]项目。目前，110kV及以上电压等级母差保护定检方法存在检验内容不全面、检验方法单一、作业风险较大等问题。本文根据母线保护装置在现场运行的实际情况，结合对母差保护试验方法的优化研究，介绍一种原理完善、功能齐全、操作简单的专用调试装置。
该装置的应用，使得继保自动化作业人员在进行母差保护定检时，既不用短接或打开运行间隔的CT二次回路，也不用盲目地加入大电流驱动母差保护。弥补了传统检验方法精度差的缺陷，同时还大大简化了母差保护定检流程，降低了现场作业风险。
2 问题现状
通常在进行母差保护试验时，母线上连接的设备往往处于运行状态，试验人员一般利用继保试验仪加入模拟故障电流，人为产生不平衡差流，驱动母差保护装置。常用的试验方法[5]有以下两种：
试验方法一：母差保护定检前，将运行的电流回路短接，并打开连接片，使得母差保护装置无法采集任何支路的电流。然后向母差保护装置的多个（至少两个）间隔里加入模拟电流量，调节输入电流的方向与幅值产生差流，当差流大于整定值且位于动作区间时，母差保护装置正确动作，量取相关出口压板电位。在试验结束后，必须恢复运行电流回路连接片，拆除放置的短接线。操作流程如图2所示。
保护试验方法二：不改变现有的母线保护装置运行状态，直接在一个备用间隔上加入模拟故障电流，调节电流方向与幅值使得母差保护动作，量取相关出口压板电位。由于所有支路均在运行状态，使得母差保护装置采集到的制动电流相当大，往往需加入很大的电流量才能使得母差保護动作出口。
综合以上两种方法，均需要在试验工作前由继保工作人员采取必要的预防措施。对于方法一：在运行的电流回路上短接端子，打开电流连片，作业风险高。操作不当会导致电流二次回路开路[6]，并产生过电压，甚至对人身及设备都造成危害。对于方法二：没有在运行电流回路上操作的风险，但由于所加故障电流的相位与运行设备电流没有共同参考量，作业人员无法计算当前状态下母线上的差电流，只能尝试性地加入大电流，直至母差保护装置动作，不能准确校验母差动作值，母差保护定检工作流于形式，无法发现母差保护装置的逻辑功能错误，可能造成母差保护误动或拒动。 3 必要性分析
本文针对传统调试方法中涉及到的短接运行间隔二次电流回路、打开电流连接片两个作业风险最高的环节，提出了对应的改进及防范措施，对各项具体技术细节开展研究，论证在不短接二次电流回路、不解电流回路端子连片的情況下，将运行间隔的二次电流信息引入试验装置进行计算，并将母差保护定检新方法融入一种新的专用调试仪器。通过采集运行间隔电流量，计算出母线和电流与差电流，从试验仪器输出精确动作量驱动保护装置，准确校验母差保护动作值。采用这种专用调试装置作业，无需直接接触电流回路，不用打开电流连片或短接电流回路，因此规避了传统母差保护试验方法带来的风险。
4 设计与原理
通过对母差保护动作原理及开关CT运行状态下的作业风险进行分析，确定试验仪的技术特点和实现方式，然后以此为依据，进行测试装置工作电气原理的设计。在原理上，对运行间隔的电流量信号进行检测和处理，计算出母线和电流与差电流。在技术上，采用高精度的同步AD采样芯片，采集的数据经高速DSP浮点型运算计算出和电流与差电流，并输出一个同步的动作电流。
该装置由以下七个单元模块组成：模拟量电流采集模块、电压源模块、电流源模块、核心处理模块、开关量模块、供电电源模块和外接电流采样模块。系统总设计框图如下图所示：
4.1 模拟量电流采集模块
通过高精度外接电流采样模块采集各间隔电流量信号，并把外接电流采样模块变化过来的小电流信号通过高速运放调理，再经过AD转换成数字信号送到DSP处理。
4.2 电压源模块
电压源模块可输出1组三相交流电压（0～120V/相，45～60Hz），功率20W/相。用户能通过软件界面设定输出的电压值，系统把电压DSP计算值通过DA变换后再功率放大。
4.3 电流源模块
电流源模块能输出1组三相交流电流（0～20A/相，45～60Hz），功率150W/相。用户可通过软件界面设定输出的电流值，系统把电流DSP计算值通过DA变换再功率放大。
4.4 核心处理模块
核心处理模块有两部分：一是软件界面，用户可以通过界面的操作实现对母差保护的备用间隔试验以及电流源输出来检测母线保护装置逻辑;二是DSP数字信号处理，对母差保护试验的各支路电流采集并计算出每条母线的差电流与和电流，同时还能实现三相电压、电流交流信号输出。
4.5 开关量模块
开关量模块配置有6对开入量（空接点或有源接点）和6对开出量（无源接点），并由系统实时检测外部的输入开关状态命令信号，开出量可由软件自动控制输出开关跳、合闸电位或者手动控制输出开关跳、合闸电位。
4.6 供电电源模块
供电电源模块负责对系统各个模块电压源和电流源进行功率放大。
4.7 外接电流采样模块
采样模块用于采集母差的运行间隔电流，最多支持24路交流量采集。
5 结束语
本文介绍的母线保护专用调试装置具备如下创新点：
（1）母差保护逻辑校验不再需要短接运行间隔电流回路或打开电流回路端子连接片，通过将运行间隔CT二次电流直接引入新型测试仪器，可以直接输出精确模拟故障电流量驱动保护装置，一方面减少大量安全措施执行步骤，另一方面规避了CT二次回路恢复不当带来的设备隐患。
（2）母线保护专用测试仪器能够采集多路交流电流量，并自动计算差电流与和电流，得出准确的输入动作电流值，不仅免去了复杂的定检校验计算过程，还提高了校验精度。
（3）新型测试设备依靠功能强大的DSP数据处理器和ARM9核心板，可以记录校验时采集到的各路电流矢量，自动生成试验报告，同时还支持移动介质导出，方便又快捷。
参考文献：
[1]宋杰辉，杨炳元，吴俊杰. 双馈风场进线对220 kV母线采样值差动保护的影响[J]. 电力系统保护与控制，2019，47（13）：100-106.
[2]李燕平. 母线保护测试方法分析[J]. 机电信息，2019（03）：7-9.
[3]王光亮，陈立栋，黄钊亮. 继电保护快速定检系统设计与实现[J]. 电工技术，2019（06）：76-77.
[4]杨 健. 220kV母差保护现场校验方法[J]. 上海电力，2011，24（02）：178-181.
[5]陆 翔. RCS-915AB型和BP-2B型母差保护校验的主要区别[J]. 湖州师范学院学报，2010，32（S1）：121-123.
[6]汤耀景，徐惜琼，张品信，宋 浩. 对电流互感器二次侧开路预防方法的研究[J]. 电工技术，2017（10）：14-15+38.
作者简介：
刘乃齐（1989-），男，湖北荆州人，工程师，大学本科，主要从事继电保护运维方向工作。
收稿日期：2019-08-12