电力系统窄带命令式远方保护设备

中华人民共和国国家标准 电力系统窄带命令式远方保护设备 技术要求及试验方法                         GB/T 1514994 Performance and testing of teleprotection equipment of power systems narrow-band command systems 国家技术监督局 1994-07-07 批准                           1995-01-01 实施 本标准参照采用国际标准 IEC 834-1电力系统远方保护设备性能及试验方法第一部分“窄带命令系统”(1988 年版) 。 1 主题内容与适用范围 本标准规定了电力系统窄带命令式远方保护设备的术语、技术要求与试验方法。 本标准适用于为电力系统保护装置传送单个或多个命令信号，单方向频带在 4kHz 以内，使用电力线载波、多路载波、微波、光纤、导引线或其他通信系统的音频远方保护设备，作为制定产品标准的依据。保护专用电力线载波收发信机也可参照使用。 本标准不适用于宽带命令式及模拟比较式远方保护设备。 2 引用标准 GB 6162 静态继电器及保护装置的电气干扰试验 3 术语 3.1 远方保护 teleprotection 在两个或两个以上保护装置间需要通信联系时，将保护装置发出的信号变换成适于通信传输形式的信号，在通信系统中传输的技术。 3.2 远方保护设备(保护信号设备 ) teleprotection equipment(protection signallingequipment) 在需要进行通信联系的保护系统中，将保护装置发出的信号变换成适于通信传输形式的信号及进行反变换的设备。 3.3 远方保护系统(保护信号系统 ) teleprotection system(protection signalling system) 在需要进行通信联系的保护系统中，远方保护设备与有关通信系统一起所形成的系统。需要进行通信联系的保护系统的组成如图 1 所示。远方保护系统是保护系统的一个组成部分，不包含保护装置。 远方保护设备可以与通信设备组合在一起，制成专门传输保护信号的收发信机。例如，保护专用电力线载波收发信机。 图 1 需要通信联系的保护系统的组成 3.4 远方保护通道 teleprotection channel 远方保护设备为实现其功能在通信系统中占用的通道。 3.5 窄带命令式远方保护系统 narrow-band command teleprotection system 传输保护信号时单方向占用频带不超过 4kHz 的远方保护系统。  3.6  (远方保护)命令信号(teleprotection)command signal 保护装置控制远方保护设备发出的信号，用来使收信端保护装置执行某种规定动作。 3.7  (远方保护)监护信号(teleprotection)guard signal 远方保护设备在不发送命令时发出的信号，用来监视通信系统的传输性能是否符合要求。 监护信号存在时，收信端不应有命令输出。 平时不发信的远方保护设备可能没有监护信号。 3.8 标称频带 nominal frequency band 远方保护设备为实现其功能在通信系统中占用的频带。 3.9 标称发信电平 nominal transmit level 设计制造远方保护设备时确定的命令信号及监护信号发信工作电平的标称 值。 在音频远方保护设备及保护专用电力线载波收发信机中，命令信号发信电平可以等于或高于监护信号发信电平。电平值在具体产品标准中规定。 在电力线载波复用远方保护设备中，远方保护监护信号平时与其他信号以复用方式同时传送。在系统发生故障，保护装置动作时，停送其他信号而将远方保护命令信号提升到发信机满功率电平发送。这种设备的命令信号发信电平高于监护信号发信电平。 命令信号发信电平的提高有助于改善远方保护设备的系统性能。 3.10 标称收信电平 nominal receive  level 设计制造远方保护设备时确定的命令信号及监护信号收信工作电平的标称 值。 和发信电平情况相似，命令信号收信电平可以等于或高于监护信号收信电平。电平值在具体产品标准中规定。 注：本标准的标称收信电平相当于保护专用电力线载波收发信机中规定的收信灵敏起动电平与收信裕度之和。 3.11 总动作时间 overall operating time 远方保护系统从发信端输入状态改变起到收信端输出状态相应改变止所经历的时间，包括信号在通信线路中的传播时间及由噪声引起的附加时延等。 远方保护系统的总动作时间以 T 表示，是保护系统故障切除时间 Tc 的一部分。 保护系统动作时间的组成及各部分时间的典型值见图 2。 图 2 保护系统动作时间典型值 注：1)远方保护发信端包括通信设备发信部分在内。 2)远方保护收信端包括通信设备收信部分在内。 3.12 标称传输时间 nominal transmission time 从远方保护系统发信端输入状态改变起到收信端输出状态相应改变止所经历的时间，不包括信号在通信线路中的传播时间，在无噪声情况下测量。标称传输时间以 To 表示，见图 2。 3.13 最大实际传输时间 maximum actual  transmission time 在有噪声干扰情况下，从远方保护系统发信端输入状态改变起到收信端输出状态相应改变止所经历的时间的最大允许值，不包括信号在通信线路中的传输时间，以 Tac表示，见图 2。 3.14 虚假命令 unwanted signal 在远方保护系统发信端未发命令的情况下，因收信端受噪声干扰，输出超过规定脉冲宽度而被误认为有效的命令。 3.15 丢失命令 missing  command 远方保护系统发信端已发出，而收信端无相应输出的命令。 命令由发信端发出后，若出现以下三种情况之一，就认为是丢失命令。 a.收信端完全收不到命令； b.收信端收到命令的时延超过规定的最大实际传输时间； c.收信端收到命令的宽度小于规定的最小命令脉冲宽度。 3.16 安全性 security 远方保护系统在发信端未发命令的情况下，抗御干扰和噪声，不产生虚假命令的能力。安全性的数值由下式计算： 1-Puc 其中，P uc 为虚假命令概率，测试方法见 5.2.1 条。 实际应用时，安全性常以虚假命令概率 Puc 表达。 3.17 可信赖性 dependability 远方保护系统在有干扰和噪声的情况下，有效传输命令信号的能力。 可信赖性的数值由下式计算： 1-Pmc 其中，P mc 为丢失命令概率，测试方法见 5.2.2 条。 实际应用时，可信赖性常以丢失命令概率 Pmc 表达。 4 技术要求 4.1 一般性能 4.1.1 气候环境条件 远方保护设备在以下气候环境条件下工作，应能满足技术要求： a.环境温度：-5+40 (最大变化率 10/h)； b.相对湿度：5%95%(最大绝对湿度 28g/m3)； c.大气压力：86108kPa。 如远方保护设备作为保护装置或通信设备的配套设备装在同一机柜内，其气候环境条件应符合所属装置的规定。 4.1.2 电源 4.1.2.1 直流电源 a.额定电压：220V，110V，48V； b.电压允许偏差：+15%-20% ； c.纹波系数：小于 5%。 4.1.2.2 交流电源 如设备采用交流电源，必须以不间断电源供电。 a.额定电压：220V，110V； b.电压允许偏差：+10%-15% ； c.频率：50Hz，允许偏差5%； d.谐波含量：小于 5%。 4.1.3 贮存条件 设备在运输及贮存过程中，当环境温度为-40+70 或制造厂与用户协商决定的其他环境温度范围时，不允许有任何损坏。 4.1.4 绝缘试验 4.1.4.1 工频耐压试验 所有不接地的输入输出电路，包括电源端子，对地应能承受规定工频正弦波电压 1min而不损坏。正弦波电压有效值见表 1。 4.1.4.2 冲击电压试验 所有输入输出电路，包括电源端子，应能承受以共模及差模形式施加的规定冲击电压而不损坏，也没有虚假命令输出。冲击波形为 1.2/50s，冲击电压峰值见表 1。 表 1 绝缘及高频干扰试验电压值 高 频 干 扰，峰 值kV 工作电压工频耐压有  效  值kV冲击电压，峰值kV共模，差模 共模 差模发信收信端子 0.5 1 1 0.5交流电源端子 2 5 2.5 160 0.5 1 1 0.5  直流电源端子60 2 5 2.5 160 1110 1.5  接保护装置的直流信号端子及告警端子220 255 2.5 1表中电压值是指被测电路接入之前的电压值。有些情况下，例如，被试电路阻抗较低或接有保护放电器，被测电器可能吸收较大电流。这时，冲击发生器输出能量应限制为0.5J10%。 4.1.4.3 绝缘电阻 所有不接地的输入输出电路，包括电源端子的绝缘电阻，在温度低于+35，相对湿度小于 75%情况下，以直流电压 500V 测试，不应小于 10M。 4.1.5 高频干扰 所有输入输出电路，包括电源端子，应能承受以共模及差模形式施加的规定衰减振荡波而不损坏，也没有虚假命令输出。 衰减振荡波形应符合 GB 6162 中 1.2 条规定，振荡频率选 1MHz 试验持续时间 2s，振荡波电压峰值见表 1。 4.1.6 电源电压变化 远方保护设备应能承受电源电压由标称值到零和由零到标称值的缓慢变化而不损坏，也不出现错误动作。 4.1.7 电源中断 远方保护设备应能承受电源在 20s 时间内的随机序列中断，每次中断时间不超过20ms，设备不损坏，也不出现错误动作，如虚假命令等。 经较长时间断电，再投入电源时，设备不应出现错误动作。 4.1.8 电源反射噪声 直流供电情况下，在设备电源端子间测得的噪声电压不应大于噪声计加权值 3mV，或峰峰值 10mV。  4.1.9 电源极性颠倒 直流供电情况下，设备应采取保护措施，防止因电源电压极性偶然颠倒而损 坏。 4.1.10 标称阻抗 音频远方保护设备与通信设备接口的输入输出端标称阻抗为 600(平衡) 。 保护专用电力线载波收发信机的载波输入输出端标称阻抗为 75(不平衡) 。 4.2 系统性能 远方保护系统的性能，主要有安全性、可信赖性和传输时间三项。这三项性能是互相关联的。例如，对一定的频带宽度而言，要改善安全性就要降低可信赖性，或延长传输时间。由于所用保护方式不同，对这三项性能的要求也不同。 通信系统的频带宽度、噪声、干扰以及其他特性影响远方保护系统的安全性、可信赖性、传输时间等性能。远方保护设备的系统性能应包含通信系统的性能在内。由于与远方保护设备配套使用的通信设备一般难以事先确定，在规定及测试远方保护设备的系统性能时可以不含通信系统。在建立实际的远方保护系统时，应具体考虑所采用的通信系统的影响。 本标准对各种远方保护系统的最大实际传输时间 Tac 的范围提出了建议值。在实际应用中，由电力系统的稳定性及安全运行出发，所要求的最大实际传输时间常取建议范围中较低数值。 建议采用 5.2 条规定的模拟电力系统实际情况的方法测量远方保护设备的系统性能，并以曲线表示 Puc、P mc 与信噪比的关系，见图 11、图 12。 4.2.1 闭锁式 对闭锁式远方保护系统的要求是高速度与高可依靠性，速度和可依靠性降低会引起外部故障时错误跳闸，安全性降低会引起内部故障时延迟跳闸。 建议性能参数： 最大实际传输时间：          Tac     720ms  可信赖性(丢失命令概率 1)：   P mc     10-310 -4 安全性(虚假命令概率 2)：     P uc     10-110 -2 注：1)满足最大实际传输时间 Tac 要求时，参见 5.2.2 条。 2)噪声脉冲宽度 TB=200ms 时，参见 5.2.1 条。 4.2.2 允许跳闸式 对允许跳闸式远方保护系统的要求是安全与高速度。 允许跳闸式远方保护系统有超范围式与欠范围式两种。对两者的要求基本相同，但对超范围式的可依靠性要求高一些。 建议性能参数： 最大实际传输时间：          Tac    840ms  可信赖性(丢失命令概率 )：     P mc    10-210 -3 安全性(虚假命令概率)：       P uc    10-310 -4 4.2.3 直接跳闸式 在直接跳闸式保护中，收到跳闸命令是跳闸的唯一依据，无需其他附加条件。对这种远方保护系统的要求是高度的安全性和可信赖性，而命令传输时间可以长一 些。 建议性能参数： 最大实际传输时间：           Tac     3060ms 可信赖性(丢失命令概率 )：      P mc     10-310 -4 安全性(虚假命令概率)：        P uc     10-510 -6 各种远方保护系统性能参数值见表 2。 表 2 各种远方保护系统性能参数建议值 闭    锁    式 允  许  跳  闸  式 直  接  跳  闸  式最大实际传输时间 7 20ms 840ms 3060ms可信赖性(丢失命令概率) 10-310 -4 10-210 -3 10-310 -4安全性(虚假命令概率) 10-110 -2 10-310 -4 10-510 -64.2.4 监视与告警 远方保护系统应具有通道监视及故障告警功能，在通道不能正常传输信号或设备不能正常工作时发出告警。 远方保护系统的监护信号用于监视传输通道和尽可能多的远方保护设备。监测电路应能检测信号传输中断、通道中强烈干扰和噪声。如果故障或干扰持续时间较长(几秒) ，应发出告警。 如收信端检测出异常情况，应将输出钳位。可以根据要求钳位于异常情况发生前的输出状态，也可以钳位于“无命令”或“有命令”输出状态。钳位可以是即时的或延时的。 远方保护系统应具有在运行中进行试验的功能。见附录 A2。 5 试验方法 5.1 一般性能试验 5.1.1 工频耐压及绝缘电阻试验 设备投入运行前，在未投入电源的情况下进行这两项试验。 将被试端子并联对地，按表 1 的规定施加工频电压 1min。 在 4.1.4.3 条规定的环境条件下，用 500V 兆欧表测试各端子对地的绝缘电阻，应大于10M。 如绝缘电阻合格，设备可通电投入运行，运行状况应正常。 5.1.2 冲击电压试验 使用开路输出电压波形和输出能量符合 4.1.4.2 条规定的冲击发生器进行试验。建议采用图 3 电路。试验时施加 3 次正脉冲和负脉冲，电压值符合表 1 规定。试验电压施加于： a.各端子与地之间，各端子连在一起(共模) ； b.各独立电路之间，各独立电路端子各自连在一起( 共模)； c.同一电路的端子之间，但不包括有接点的电路(差模 )。 注：一般不需对金属常开接点进行冲击耐压试验。 在被试端子接有外部电路，并需避免冲击发生器中出现直流环流时，可以采用图 4、图 5 的试验电路。电路中电容器的电容量很大，不致改变冲击波形。 图 3 冲击发生器电路 图 4 隔断直流环流的差模冲击电压试验电路 图 5 隔断直流环流的共模冲击电压试验电路 对直流电源端子的试验应在设备电源不投入及投入两种状态下进行。设备投入电源后的冲击试验，可以采用图 6 的电路。 设备经过冲击试验投入运行时，检查其运行状况应正常，不出现错误动作。 图 6 直流电源端子的冲击电压试验电路 (设备通电状态下)  5.1.3 高频干扰试验 高频干扰试验应按 4.1.5 条规定进行。 5.1.4 电源电压变化试验 电源电压由标称值渐变到零，由零渐变到标称值，每次变化时间不小于 10s，电源电压变化时不应出现错误动作。 发信机与收信机应分别供电，对它们分别试验。 5.1.5 电源中断试验 模拟由于电源线松动而引起的电源短时间中断，电源通过电子开关控制，见图 7。 图 7 电源中断试验电路 为了