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引言

隨著數字化與網絡技術的快速發展,母線保護技術的應用水平得以迅速提高 ,國內外許多繼電保護廠商相繼推出了各種原理和實施方案的數字式母線保護,其中最具代表性的就是集中式數字母線保護和分布式數字母線保護。與分布式數字母線保護相比,集中式數字母線保護能夠節省投資成本,因而備受廣大用戶的青睞。

本文從西門子7ss60集中式數字母線保護系統的成套構成原理入手,深入分析和研究了7ss60集中式數字母線保護系統對電流互感器的CT變比匹配性問題,希望能為7ss60集中式數字母線保護系統的工程設計和應用找到更加經濟簡便且運行可靠的設計方法。

17SS60集中式數字母線保護的成套構成原理及存在的問題

7ss60集中式數字母線保護系統是一種保護裝置非常簡單而所需外圍電路又特別復雜的數字式差動保護系統。7ss601保護裝置是一種配置非常簡單的數字式差動保護裝置,僅接入一個差電流和一個制動電流,數據處理能力特別低。要適用于各種電壓等級母線,根據不同的母線連接方式需要,構成不同的成套保護方案,就需要構建不同的外部數據采集電路。同時 ,7ss601保護裝置只有3個開關量輸入、5個開關量輸出,輸入、輸出口非常少,需要大量的外部模塊進行輸入、輸出口擴展。因此,要構成一套完整的母線保護系統,就需大量的綜合電流互感器4AM5120、電流匹配互感器4AM5272-3AA和各種外圍模塊,如制動電流與出口擴展板件7TM70、雙母線的雙位置切換板件7TR71、出口擴展板件7Ts72,以及安裝機箱7xP204(1個機箱可裝4塊外圍模塊）。

不同的工程規模,所需的外圍模塊和設備數目也不同。母線上電氣間隔越多,母線接線方式越復雜,所需的外圍部件就越多,實施的保護方案也越復雜。但其外部輔件過多,工程造價高:而且設計電路復雜,調試煩瑣:現場接線復雜,維護不便,運行可靠性也不高。

以最簡單的單母線三相電流綜合差動保護系統為例,如圖1所示,該系統由1臺測量保護裝置7ss601、綜合電流互感器4AM5120（每個電氣間隔需1臺）、制動電流與出口板件7TM70（每4個電氣間隔需1塊）及其安裝機箱7xP204等構成。

如圖2所示,在上述三相電流綜合差動保護系統方案中,保護系統將每個間隔的IA、IB、IC三相電流,通過外部綜 合變流器4AM5120一3DA/一4DA（對應于1A/5 A）,按照一 定的比例（綜合電流變換器的繞組變比為n15n25n3:25153,電 流變比為IA5IB5IC:55354）合成,獲得該間隔的一個綜合單相電流。

圖2  使用綜合變流器的母線差動保護系統

在母線上所有電氣間隔的CT變比不一致的情況下,通常增加匹配變流器4AM5272一3AA來進行CT變比的匹配,如圖3所示。增加設備后,外部電路變復雜了,可靠性就降低了。

從上述非常簡單的單母線三相電流綜合差動保護的構成方案就可以看到數據采集電路的復雜性。如果要構建單母線的三相電流分相差動保護方案 ,就需3臺7ss60,而且每個電氣間隔需要3臺單相電流匹配器4AM5120一1DA/一2DA,那數據采集電路就會更加復雜。對于更為復雜的母線連接運行方式如雙母線,其數據采集電路的復雜程度就可想而知了。

圖3  使用綜合變流器和匹配變流器的母線差動保護系統

況且,還有母線運行狀態信息的采集、保護動作與信號出口問題以及雙位置的電流切換和出口切換等問題,都需要構建不同的外部適用電路。

上述的每一個需求,都會使整套母線保護系統的設計變得更為復雜,不但造價更高,而且可靠性也更低。因此,設計方案的簡單化,是母線安全可靠運行的有力保證。

為使本文易于理解,不過分復雜化,本文僅討論三相電流綜合差動保護方案的CT變比匹配問題,暫時不討論三相電流分相差動保護方案的CT變比匹配問題,也不討論復雜母線運行方式下相關的切換等問題。

2工程應用實例一

某發電企業的電廠母線,為單母線接線,共6個電氣連 接間隔 ,主CT變比有500/1、600/1、800/1三種。按常規方法 設計母線保護系統,由于各個電氣連接間隔的主CT變比不一致 ,就需要匹配變流器4AM5272一3AA來進行CT變比匹配,外圍接線回路就變復雜了。

在仔細研究如圖4所示的綜合變流器4AM5120一3DA端子接線圖后,通過分析計算,最終找到了一種新穎的設計方法,這種適應性設計方法如圖4所示。

圖44AM5120一3DA端子接線圖

第一步 ,分析用戶一次CT的變比 ,用戶的CT變比為 500/1、600/1、800/1,這些CT變比的最大公因子為100/1。

第二步,針對不同變比的CT,為該間隔的綜合變流器4AM5120-3DA尋找出適應的接線方式。

對于變比500/1 ,500/1=5×100/1,接線方式為:A相一 C、K（D、J連接）,B相一B、H（A、G連接）,C相一E、M（F、L 連接）。

對于變比600/1 ,600/1=6×100/1,接線方式為:A相一 A、K（B、E連接,F、J連接）,B相一G、H,C相一M、0（L、N 連接）。

對于變比800/1 ,800/1=8×100/1,接線方式為:A相一 A、M（B、E連接,F、L連接）,B相一J、K,C相一H、0（G、N 連接）。

照上述方法,該工程就不再需要電流匹配器4AM5272-3AA去匹配CT變比了。

3工程應用實例二

某鋼鐵企業110 kV變電站,110 kV母線為雙母線接線, 共有18個電氣連接間隔,主CT變比有600/5、800/5、1 000/5 三種。

按常規方法設計母線保護系統,由于各個電氣連接間隔的主CT變比不一致,因此需使用匹配變流器4AM5272-3AA 去匹配CT變比,外圍接線回路就變復雜了。

在仔細研究如圖5所示的綜合變流器4AM5120-4DA端子接線圖后,通過分析計算,最終找到了它的適應性設計方法,這種創新的設計方法如圖5所示

圖54AM5120-4DA端子接線圖

第一步 ,分析用戶一次CT的變比 ,用戶的CT變比為 600/5、800/5、1000/5 ,這些CT變比的最大公因子為200/5

第二步,針對不同變比的CT,為對應的綜合變流器4AM5120-4DA尋找出適應的接線方式

對于變比600/5 ,600/5=3×200/5,接線方式為:A相一 J、K,B相一E、F,C相一A、M（B、L連接）

對于變比800/5 ,800/5=4×200/5,接線方式為:A相一 L、M,B相一G、H ,C相一N、0

對于變比1000/5 ,1000/5=5×200/5,接線方式為:A 相一C、M（D、L連接）,B相一A、H（B、G連接）,C相一E、0 （F、N連接）

照上述方法,該工程也就不需要電流匹配器4AM5272-3AA去匹配CT變比了。

4結論

在對母線上各個電氣間隔的一次CT變比進行分析和比較計算的基礎上,通過改變綜合變流器4AM5120-3DA/-4DA的接線方式 ,找到了7ss60集中式數字母線保護系統適應工程實際需求的設計方法使用這種新穎的設計方法 ,電流匹配器4AM5272-3AA就不再是必需的了即便是CT變比特別奇異的工程,通過深入的分析研究,采用適宜的接線方式,所需的電流匹配器數量也會極少。這種新穎的設計方案有如下優點:

(1）提高了成套保護系統對CT變比的匹配性:

(2）不需要或大大減少了匹配變流器及其安裝屏柜,節省了工程成本:

(3）簡化了電氣回路的設計,減小了調試、維護工作量:

(4）運行更加安全、可靠、穩定