35kV 母线差动保护的调试

35kV母线差动保护的调试

周剑平(镇海炼化检安公司)

摘要：

对BUS1000母线差动保护继电器的原理进行分析，介绍了镇海炼化公司第二热电站35kV母线差动保护的调试方法。通过合理的调试，减少由于35kV母线差动保护出现误动而引起故障。关键词：继电器差动保护调试

1概述

镇海炼化公司第二热电站35kV及110kV母线的差动保护采用美国通用电气公司(GE)生产的BUS1000保护装置，BUS1000保护装置是一种高速静态保护系统，动作时间可达到10毫秒，灵敏度高，防误动性能好，运行中如出现电流回路断线，经10秒延时即闭锁继电器出口，防止误动作。BUS1000保护装置对电流互感器的要求不高，允许各回路的电流互感器具有不同的变比，但变比差异不能超过10倍，互感器的最小饱和电压应大于100V。

2000年8月，发生炼油303线电缆炸裂事故，二电站的35kV母差保护出现误动，至使部分装置失电，影响到生产。因此，搞清BUS1000保护装置误动的原因及采取何种方法解决，如何通过合理的调试来验证保护装置的完好显得尤为重要。

2BUS1000保护装置的动作原理

图1和图2分别为BUS1000保护装置内部故障及外部故障的原理图。

图1内部故障时BUS1000原理图

图2外部故障时BUS1000原理图

被保护母线上各线路的电流互感器(即主电流互感器)二次电流经BUS1000装置中的辅助电流互感器转换为统一的0～1A的电流，再经电流/电压转换板变成0～1V交流电压信号，经整流后成为直流电压信号。由图中可以看出，整流后的直流电压VF与各线路的电流之和成正比，V

D

与各线路的电流之差成正比。BUS1000保护装置是一个比率制动差动保护，用VF作制

动量，反应制动电流I

F ，V

D

作动作量，反应差动电流I

D

，V

D

和V

F

经加法器和电平比较器后获得

以下动作特性：

I D -KI

F

≥0.1

式中：I

D

－差动回路电流；

I

F

－制动回路电流；

K－比率制动系数。

电平比较器是一个固定门槛的比较器，当输入差流大于0.1安培时输出信号，继电器动作。比率制动系数K可在0.5～0.9之间调节，它决定了继电器的动作特性和灵敏度。图3为继电器的动作特性曲线(图中电流值为辅助电流互感器二次值)。

图3BUS1000的比率差动特性曲线图

内部故障时，I

D =I

F

，则：I

D

＞＝0.1/(1-K)

外部故障时，I

D

=0，则：IF等于两倍故障电流。

在外部故障情况下，部分电流互感器会产生饱和，就会出现差动电流，为防止继电器在这

时误动，BUS1000利用比率制动特性和稳定电阻R

E

组合来确保继电器动作的正确性。图4为考虑外部故障时一只电流互感器完全饱和而其它互感器图不饱和的最严重情况下等效电路。

图4BUS1000在外部故障时CT饱和的等效电路图

由图4看出，一只互感器完全饱和时，其余的电流互感器提供的故障电流在差动电路

I D 及完全饱和的互感器I

X

电路中分配。差动回路中的稳定电阻R

E

增加时，由电流互感器饱和

引起的差动电流就会减小。而当比率制动系数K增加时差动动作电流将随之增大。可见K及R

E

对防止继电器误动均有关系。

从图4中可以列出：

I D =I

故障

-I

X

(1)

I D ×R

E

=I

X

×R

MAX

(2)

则：I

X =I

D

×(R

E

/R

MAX

) (3)

(3)式代入(1)式得：

I 故障=I D +I D ×(R E /R MAX )=I D ×(1+(R E /R MAX )) (4) 制动电流I F =I 故障+I X =I D ×(1+R E /R MAX )+I D ×R Z /R MAX )=I D ×(1+2×R E /R MAX ) (5) 继电器动作条件：I D -K×I F ≥0.1，将(5)式代入得：

I D ×(1-K×(1+2×(R E /R MAX )))≥0.1 (6) 要使继电器不动作，必须

I D ×(1-K×(1+2×(RE/R MAX )))＜0.1 (7) 或I D ×(1-K×(1+2×(RE/R MAX )))＜0 (8) 由式(8)得出：

1-K×(1+2×(R E /R MAX ))＜0 (9) K×(1+2×(R E /R MAX ))＞1 (10) R E ＞R MAX × (11) R MAX 是电流互感器回路电阻折合到辅助电流互感器二次侧的总电阻，应取各线路中电阻最大的一个。

当R E 满足式(11)的条件，就可以避免外部故障时即使电流互感器完全饱和，继电器也不会误动。

R MAX 应是各线路从继电器端子看出去的主CT 完全饱和时的电阻值中的最大者。

R MAX =(R STI +R P )(N TIX )2+R S (12)

式中：R STI －主CT 的二次侧电阻值； R P －主CT 至辅助CT 间回路总电阻值；

N TIX －辅助CT 变比。二电站母差装置中为5A/1A ；

R S －辅助CT 至继电器间回路的总电阻值。其值为5Ω。

为了使继电器动作更加可靠，BUS1000装置设有差动监视元件，它是一个检测V D 的电平比较器，其动作门槛可直接调节而与K 值无关。差动监视元件与差动主元件(I D -KI F ≥0.1)同时出口时继电器才会动作。如果二者动作不一致，则经报警元件发出报警信号。

BUS1000中有一个报警元件，它是一个很灵敏的过流元件，通过其输入互感器与差动元件串联。当它检测到差动回路中不平衡电流达到0.025A 时，同时检测到差动监视元件与差动主元件出口的不一致性，经延时后将报警且闭锁继电器出口。这样，当CT 回路断线时，继电器将报警而不会产生误动。

由以上原理可以看出，选择合理的比例制动系数K 及稳定电阻R E 对BUS1000保护装置能否正确动作至关重要。