分散式母線保護技術

分散式母線保護技術 是一種針對母線的繼電保護技術。分散式母線保護由主站(即中央處理單元(CentralUnit CU)和間隔單元(Bay Unit BU)構成;在新穎的CT飽和檢測方法的基礎上提供了完善的電流差動保護功能;BU的就地判據更為分散式母線保護的可靠性提供了保證。母線保護同時提供基於PC機的網路拓撲圖形化輸入功能，以方便用戶使用和保證母線保護的選擇性，從而使得保護具有極強的自適應能力。

基本介紹

• 中文名：分散式母線保護技術
• 外文名：Distributed bus protection technology
• 類型：繼電保護技術
• 特點：分散式
• 領域：能源
• 學科：電氣工程

簡介

母線是電力系統中的樞紐元件，母線故障的不及時切除將會對系統的供電可靠性造成嚴重影響;而母線保護的誤動作無疑也會造成系統無謂的大面積失電。因而絕對的可靠性和快速的動作性是電力系統對母線保護的基本要求。

微機式母差保護是目前套用最為廣泛的母線保護。傳統的微機母差保護由於採用集中式處理，因而所有cT二次側電流都要經過電纜引入同一保護裝置，這不僅要耗費大量電纜，而且使得母差保護的二次側接線變得十分複雜，給現場運行和維護帶來了諸多困難。另一方面，隨著無人職守變電站的出現和套用以及自動化技術的發展，用戶對母線保護下放的要求日益強烈。對於電壓水平較高的廠站，占地面積和電纜消耗費用都較大，母線保護下放的經濟效益也因此十分可觀。

在通信技術高速發展的基礎上，針對上述種種問題，繼電保護工作者提出了分散式母差保護的概念。顧名思義，分散式母線保護就是將傳統的一套母差保護裝置的功能通過多台eL完成。每一個eL與一個母線所連元件的cT連線，不同Bu之間通過光纖通信技術實現數據共享，從而實現母線保護原理。

由於eL僅與對應的cT相連，因此保護的二次側接線將大大簡化。同時Bu集保護、測量、控制、錄波等功能於一體，能夠充分滿足變電站綜合自動化技術的要求。不僅如此，由於eL之間通過光纖通信實現數據交換，因此無需專門的母差保護屏。BL可以與對應的線路保護裝置安裝在同一面屏上，這不僅減少了屏櫃的需求，節約了廠站占地面積，而且間隔單元與線路保護可以共同使用一組CT,其後備保護可以相互備用。

分散式母差保護的發展及現狀

由於具有上述諸多優點，因而分散式母線保護一經提出，就引起了學術界和工程界的共同關注。從通信方式來講，目前提出或已經實現的方案有以下兩種:①無主站分散式母差保護—各BL;之間通過環形通信網路串接，接受其它所有BL;傳過來的信息並向其它所有BL;傳遞採集到的故障信息，各BU利用這些信息獨自完成母線保護功能;②有主站分散式母線保護—各BU僅與主站進行通信，向主站傳輸信息並接收來自主站的信息和命令‘”，保護功能由主站和BU共同完成。無主站母線保護根據所採用原理不同又可以分為方向判別和電流差動式兩種;有主站母線保護主要採用電流差動原理，輔助以其它判據，以確保保護的可靠性。

上述兩種方案各有優缺點。無主站分散式母差保護的通信方式相對複雜，數據傳輸量較大。然而無主站母線保護的每一個BL者可以獨立完成保護功能，並且只動作於與其相連的斷路器，因而可基本消除造成母線全部停電的重大事故。有主站分散式母線保護通信方式比較簡單，各BL只與主站進行數據交換;然而由於母線保護原理主要在主站中實現，存在由於主站誤判斷造成母線全部停電的可能性。

儘管兩種方案稍有不同，但它們都具有分散式母線保護的優點。由於無主站分散式母線保護對通信的要求過高，因而從實現的角度來講，有主站分散式母線保護更容易一些。因此本文以有主站分散式母線保護為例，說明基於電流差動原理的母線保護的實現。

分散式母差保護的實現

母線保護的構成

有主站分散式母線保護由主站(CU)和N個間隔單元(BL;)兩部分組成，其簡單的配置和連線如概述圖所示。

BU主要實現數據和信息的採集;將採集到的數據和信息通過光纖通道實時傳送到CU;接收CU的判斷結果和跳閘等控制信息;根據CU判斷結果結合就地判據判斷發出跳閘信號。BU同時具有過電流、失靈等保護功能和CT飽和和斷線等檢測功能。其中保護功能一方面可以作為母差保護的後備，另一方面可以作為電流差動保護的就地判據，以避免由於CU誤判斷而造成整個母線停電事故的發生。

CU在接收到所有BU傳送的電流信息基礎上，實時完成電流差動保護的判斷，並將判斷結果、跳閘信息連同其它控制信號通過光纖同時向所有BU傳送。

數據的同步採樣是實現電流差動保護的必要條件。與線路電流差動保護不同的是，所有BU的採樣數據都通過相同的傳輸通道傳送，因此所有數據都具有同樣的傳輸延時。這就是說，與線路電流差動保護相比，分散式母線保護數據同時性的實現相對容易，只需CU同時向所有BU傳送採樣命令即可。

硬體結構

母差保護CU的硬體結構如圖2所示。其中管理板主要實現定值、邏輯、LCD, LED等的管理，與PC機的通訊以及故障錄波、事件記錄、故障記錄等。保護板主要實現母線差動保護以及相應的檢測和控制功能。管理板和保護板的主要功能都由TI公司"llVI 5320系列DSP實現，高速的數據處理能力為保護的速動性、數據管理和顯示的正確性等提供了有力保證。CU的開入採用數字光禍專利技術實現。光禍只在一定時間段內導通，這不僅在很大程度上解決了裝置的散熱問題，而且大大提高了設備的抗干擾能力。不僅如此，光禍啟動電壓門檻值可通過軟體整定，因而可以適應變電站的各種直流電壓等級而不需要任何硬體上的更換。通訊板用來實現CL;與PU之間的通訊，一台CL;最多可提供7塊通訊板，實現與28個BL;單元之間的通訊。

BU的硬體結構如圖3所示，其管理板、保護板、開入和開出的實現與CU相同。A /D數模轉換板向整套保護提供48點的高速採樣數據。高速的數據採樣配合高速DSP技術即保證了保護和測量的精度，也保證了大量數據的及時準確處理。

保護功能的實現

電流差動保護

分散式母差保護採用具有比率制動特性的分相式電流差動原理構成。電流差動原理由CU實現，CU判斷母線發生故障後向BU發出跳閘命令。為保證母差保護的可靠性，避免由於CL誤判斷而造成整個母線停電事故的發生，BU提供過電流就地判據。也就是說，CL發出的跳閘信號可以經過BU過電流元件確認後出口。保護具有CT斷線檢測功能，當檢測到CT斷線後，電流差動保護原理將被閉鎖。 為保證母差保護在中性點經高阻接地的系統中仍具有較高的靈敏性，分散式母差保護還提供了零序比率制動式差動保護。

相電流差動和零序電流差動的共同作用，使得分散式母差保護適用於所有類型的接地系統。

CT飽和

CT飽和一直是影響母差保護正確動作的主要問題，分散式母差保護為此在BL;中採用了兩種檢測手段實現CT飽和的判別。判據一為導數法。當系統採樣率為每周波48點時，兩個連續採樣點之間的差值不會超過最大值的140。因此若兩個採樣電流值較大，則認為CT飽和。判據二通過計算CT鐵芯磁通實現。當實時計算得到的CT磁通超過最大鐵芯磁通的2時，認為CT發生飽和.

需要指出的是，只有上述兩種判據同時滿足，保護才認為CT發生飽和。

在每周波48點的高速採樣率下，母線保護可以在不超過2ms的時間內檢測出CT飽和，從而保證了母差保護的可靠性和選擇性。大量實時仿真試驗證明了這一算法的正確性和可靠性。

其它保護功能

除電流差動保護外，分散式母線保護還提供斷路器失靈、相過電流、零序過流等後備保護功能。其中斷路器失靈保護功能由BL完成。它既可以由其它保護啟動，也可以由CU發出的跳閘命令啟動。

拓撲配置器

為適應母線的不同運行方式，實時分析和獲得變電站網路拓撲結構是保證母差保護可靠性的重要因素。為此分散式母差保護專門開發設計了具有圖形顯示功能的拓撲配置軟體。

在母差保護投運之前，用戶只需將現有的網路結構拓撲信息如斷路器、隔離開關、CT、母聯及線路等以圖形格式輸入拓撲配置軟體即可，如圖5所示。該軟體通過通訊連線埠可以將拓撲信息傳送到CU和所有BL。當母差保護投入運行之後，BL實時檢測隔離開關等狀態並將這些信息通過光纖傳送，以CL通過對這些信息的分析獲得實時網路拓撲結構。

在實時網路拓撲結構的基礎上，CU自動對母線進行區段劃分，以保證故障母線的自動選擇。即使當母聯開關和母聯CT之間發生故障時，CU依然可以根據實時網路拓撲結構跳開所有相關斷路器，從而避免母聯死區問題的出現。

拓撲結構的獲得使得分散式母差保護可以自動識別和適應母線的各種運行方式，具有自適應功能。

總結

在對分散式母線保護的優點及現狀論述的基礎上，介紹了有主站分散式母線電流差動保護的實現。電流差動保護、就地判據、CT飽和檢測以及斷路器失靈等完善的保護功能使得有主站分散式母差保護能完全滿足用戶的各種需求。不僅如此，圖形化的網路拓撲配置和實時檢測功能不但使得保護簡單、易用，更提高了母差保護的自適應性能。優良的性能和友好的界面使得這一分散式母差保護在系統中的套用前景極為廣闊。