BP-2B微机母线保护装置
3.1.1 起动元件
母线差动保护的起动元件由‘和电流突变量’和‘差电流越限’两个判据组成。‘和电流’是指母线上所有连接元件电流的绝对值之和
Ir??Ij ；‘差电流’是指所有
j?1m连接元件电流和的绝对值 Id??Ij ，Ij为母线上第j个连接元件的电流。与传统差
j?1m动保护不同，微机保护的‘差电流’与‘和电流’不是从模拟电流回路中直接获得，而是通过电流采样值的数值计算求得。起动元件分相起动，分相返回。
1） 和电流突变量判据，当任一相的和电流突变量大于突变量门坎时，该相起动元件动作。 其表达式为： ?ir??Idset
其中?ir为和电流瞬时值比前一周波的突变量；?Idset为突变量门坎定值。 2）差电流越限判据，当任一相的差电流大于差电流门坎定值时，该相起动元件动作。 其表达式为：
Id?Idset
其中Id为分相大差动电流；Idset 为差电流门坎定值。
3）起动元件返回判据，起动元件一旦动作后自动展宽40ms，再根据起动元件返回判
据决定该元件何时返回。当任一相差电流小于差电流门坎定值的75%时，该相起动元件返回。
其表达式为： Id?0.75Idset
3.1.2 差动元件
母线保护差动元件由分相复式比率差动判据和分相突变量复式比率差动判据构成。 1） 复式比率差动判据
动作表达式为：
Id?Idset
Id?Kr?(Ir?Id)(1) (2)
其中Idset为差电流门坎定值，Kr为复式比率系数（制动系数）。
复式比率差动判据相对于传统的比率制动判据，由于在制动量的计算中引入了差电流，使其在母线区外故障时有极强的制动特性，在母线区内故障时无制动，因此能更明确地区分区外故障和区内故障，图3.1表示复式比率差动元件的动作特性。
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Id
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Kr Idset Ir-Id 图3.1 复式比率差动元件动作特性
可以参考下表确定复式比率系数Kr的取值，表中Ext为母线区内故障时流出母线的电流占总故障电流的百分比，此时判据应可靠动作；δ为母线区外故障时故障支路电流互感器的误差（其余支路电流互感器的误差忽略不计），此时判据应可靠不动作。注意，该表数据是仅就复式比率判据的推导所得。
Kr 1 2 3 4 Ext（%） 40 20 15 12 δ（%） 67 80 85 88
2) 故障分量复式比率差动判据
根据叠加原理，故障分量电流有以下特点：a. 母线内部故障时，母线各支路同名相故障分量电流在相位上接近相等（即使故障前系统电源功角摆开）。b. 理论上，只要故障点过渡电阻不是∞，母线内部故障时故障分量电流的相位关系不会改变。
为有效减少负荷电流对差动保护灵敏度的影响，为进一步减少故障前系统电源功角关系对保护动作特性的影响，提高保护切除经过渡电阻接地故障的能力，本装置采用电流故障分量分相差动构成复式比率差动判据。
故障分量的提取有多种方案，本保护采用的数字算法如下：
?i(k)?i(k)?i(k?N)
式中 i(k)为当前电流采样值；i(k?N)为一个周波前的的采样值。在故障发生后的一个周波内，其输出能较为准确地反映包括各种谐波分量在内的故障分量。 ‘故障分量差电流’?Id?动作表达式为：
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‘故障分量和电流’?Ir???Ij ??Ij ；
j?1j?1mm
?Id??Idset ?Id?Kr?(?Ir??Id) Id?Idset Id?0.5?(Ir?Id)
(1) (2) (3) (4)
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其中?Ij为第j个连接元件的电流故障分量，?Idset为故障分量差电流门坎，由Idset推得；Kr为复式比率系数（制动系数）。
由于电流故障分量的暂态特性，故障分量复式比率差动判据仅在和电流突变起动后的第一个周波投入，并受使用低制动系数（0.5）的复式比率差动判据闭锁。
保护将母线上所有连接元件的电流采样值输入上述两个差动判据，即构成大差（总差）比率差动元件；对于分段母线，将每一段母线所连接元件的电流采样值输入上述差动判据，即构成小差（分差）比率差动元件。各元件连接在哪一段母线上，是根据各连接元件的刀闸（隔离开关）位置来决定。
3.1.3 TA（电流互感器）饱和检测元件
为防止母线差动保护在母线近端发生区外故障时，由于TA严重饱和出现差电流的情况下误动作，本装置根据TA饱和发生的机理、以及TA饱和后二次电流波形的特点设置了TA饱和检测元件，用来判别差电流的产生是否由区外故障TA饱和引起。 该饱和检测元件可以称之为自适应全波暂态监视器。该监视器判别区内故障情况下截然不同于区外故障发生TA饱和情况下?Id元件与?Ir元件的动作时序，以及利用了TA饱和时差电流波形畸变和每周波都存在线形传变区等特点，可以准确检测出饱和发生的时刻，具有极强的抗TA饱和能力。
3.1.4 电压闭锁元件
以电流判据为主的差动元件，可以用电压闭锁元件来配合，提高保护整体的可靠性。电压闭锁元件的动作表达式为：
Uab?Uset 3U0?U0set
U2?U2set式中Uab为母线线电压（相间电压），3U0为母线三倍零序电压，U2为母线负序电压，Uset、U0set、U2set分别为各序电压闭锁定值。因为判据中用到了低电压、零序和负序电压，所以称之为复合电压闭锁。三个判据中的任何一个被满足，该段母线的电压闭锁元件就会动作，称为复合电压元件动作。如母线电压正常，则闭锁元件返回。本元件瞬时动作，动作后自动展宽40ms再返回。差动元件动作出口，必须相应母线段的母线差动复合电压元件动作（与失灵复合电压元件相区分）。
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3.1.5 故障母线选择逻辑
3.1.2节中提及的大差比率差动元件与小差比率差动元件各有特点。大差比率差动元件的差动保护范围涵盖各段母线，大多数情况下不受运行方式的控制；小差比率差动元件受当时的运行方式控制，但差动保护范围只是相应的一段母线，具有选择性。
对于固定连接式分段母线，如单母分段、11断路器等主接线，由于各个元件固定
2连接在一段母线上，不在母线段之间切换，因此大差电流只作为起动条件之一，各段母线的小差比率差动元件既是区内故障判别元件，也是故障母线选择元件。
对于存在倒闸操作的双母线、双母分段等主接线，差动保护使用大差比率差动元件作为区内故障判别元件；使用小差比率差动元件作为故障母线选择元件。即由大差比率元件是否动作，区分母线区外故障与母线区内故障；当大差比率元件动作时，由小差比率元件是否动作决定故障发生在哪一段母线。这样可以最大限度的减少由于刀闸辅助接点位置不对应造成的母差保护误动作。
考虑到分段母线的联络开关断开的情况下发生区内故障，非故障母线段有电流流出母线，影响大差比率元件的灵敏度，大差比率差动元件的比率制动系数可以自动调整。联络开关处于合位时（母线并列运行），大差比率制动系数与小差比率制动系数相同（可整定）；当联络开关处于分位时（母线分列运行），大差比率差动元件自动转用比率制动系数低值（也可整定）。
母线上的连接元件倒闸过程中，两条母线经刀闸相连时（母线互联），装置自动转入‘母线互联方式’（‘非选择方式’）——不进行故障母线的选择，一旦发生故障同时切除两段母线。当运行方式需要时，如母联操作回路失电，也可以设定保护控制字中的‘强制母线互联’软压板，强制保护进入互联方式。
综上所述，以双母线其中的I段为例，差动保护的整个逻辑关系如图：
?Kr?Kz Kr?0.5
与 与 ?Kr1?Kz? Kr1?0.5
与 或 ?Ir? Id? 与 或 I母出口 I母差动 复合电压动作 Kr?Kz Kr1?Kz?
与 与 全波饱和检测 线形传变区
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?Ir： 和电流突变量 ?Id： 差电流突变量 Id?： 差电流起动元件 ?Ir?： 和电流突变起动元件 ?Kr?： 大差突变量比率差动元件 Kr?： 大差复式比率差动元件 ?Kr1?： I母突变量比率差动元件 Kr1?： I母复式比率差动元件
Kz： 大差比率制动系数 Kz?： 小差比率制动系数
图3.2 母差保护逻辑框图
3.1.6 差动回路和出口回路的切换
以上几节全面阐述了本装置的母线差动保护方案，包括起动、差动判据、饱和检测、电压闭锁、故障母线选择在内的各个环节及相互之间逻辑关系。下面将举例详细说明差动回路和出口回路的形成。其实这里所说的‘差动回路’和‘出口回路’只是借用传统保护的概念，微机母线差动保护装置中并不存在这样的硬件回路，各连接元件三相电流和刀闸位置全部都已转换成为数字量，由程序流程来实现切换。因此装置的差动回路和出口回路可以说是实时地无触点地（非继电器）切换。
3.1.6.1 双母线接线
以 I1，I2，---，In 表示各元件电流数字量；
以 Ilk 表示母联电流数字量；
以S11，S12，---，S1n表示各元件I母刀闸位置，0表示刀闸分，1表示刀闸合； 以S21，S22，---，S2n表示各元件II母刀闸位置；
以Slk 表示母线并列运行状态，0表示分列运行，1表示并列运行；
各元件TA的极性端必须一致；一般母联只有一侧有TA，装置默认母联TA的极性与II母上的元件一致。
则差流计算公式为： 大差电流 Id = I1 + I2 + --- + In I母小差电流 Id1 = I1 * S11+ I2* S12 + --- + In* S1n— Ilk * Slk
II母小差电流 Id2 = I1 * S21+ I2* S22 + --- + In* S2n + Ilk * Slk
以T1，T2，---，Tn表示差动动作于各元件逻辑，0表示不动作，1表示动作； 以Tlk 表示差动动作于母联逻辑；
以F1，F2 分别表示I母、II母故障，0表示无故障，1表示故障。 则出口逻辑计算公式为： T1 = F1 * S11+ F2* S21 T2 = F1 * S12+ F2* S22 ……
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母差保护——BP-2B运行使用说明V1.02
