PCS-953系列高压线路成套保护装置技术和使用说明书.pdf

zl_xlbh5302.0905 pcs-953 系列 高 压 线 路 成 套 保 护 装 置 技术和使用说明书 目 录 1 概述概述1 1.1 应用范围.1 1.2 保护配置.1 1.3 装置特点 .1 2 技术参数技术参数.2 2.1 机械及环境参数.2 2.2 额定电气参数2 2.3 主要技术指标2 3 软件工作原理软件工作原理6 3.1 装置总起动元件6 3.2 电流差动继电器6 3.3 过流保护 .10 3.4 距离保护.12 3.5 不对称相继速动保护.18 3.6 跳闸逻辑.18 3.7 重合闸20 3.8 正常运行程序21 4 硬件构成硬件构成.23 4.1 装置硬件框图23 4.2 机械结构与安装25 4.3 面板布置图.25 4.4 背板布置图.26 4.5 输入输出定义27 4.6 各插件简要说明29 5 定值内容及整定说明定值内容及整定说明.39 5.1 装置参数及整定说明39 5.2 系统定值 .40 5.3 保护定值及整定说明40 5.4 压板定值.45 6 使用说明使用说明.47 6.1 指示灯说明.47 6.2 液晶显示说明47 6.3 命令菜单使用说明.49 6.4 装置的运行说明.52 7 调试大纲调试大纲.54 7.1 试验注意事项54 7.2 交流回路校验54 7.3 输入接点检查54 7.4 整组试验.54 7.5 输出接点检查56 7.6 打印动作报告57 7.7 goose 调试大纲57 nari- relays pcs-953系列高压线路成套保护装置 - 1 - 1 概述概述 1.1 应用范围应用范围 pcs-953 为由微机实现的数字式输电线路成套保护装置， 可用作 3566kv 电压等级 输电线路的主保护及后备保护。 pcs-953 是新一代全面支持数字化变电站的微机保护装置。装置支持电子式互感器 和常规互感器，支持电力行业通讯标准规约 dl/t667-1999（iec60870-5-103）和变电站 通讯标准规约 iec61850。 1.2 保护配置保护配置 pcs-953a(m)包括以分相电流差动为主体的快速主保护，由完整的三段相间距离保 护、四段可选相间低电压和/或方向闭锁的过流保护构成后备保护；装置配有三相一次 重合闸功能、过负荷告警功能；还带有跳合闸操作回路以及交流电压切换回路。 pcs-953a 的通讯接口速率为 64kb/s。 pcs-953am 的通许接口速率为 2m/s。 1.3 装置特点装置特点 l pcs-953 是新一代全面支持数字化变电站的高压线路保护装置。装置支持电子式互 感器和常规互感器；支持新一代变电站通讯标准 iec61850，支持实时 goose 通讯和 goose 跳闸方式。同时接线端子与国内广泛采用的 rcs-900 系列的高压线路保护基 本兼容。 l 装置采用了 32 位高性能的 cpu 和 dsp、内部高速总线、智能 i/o，硬件和软件均采 用模块化设计，灵活可配置，具有通用、易于扩展、易于维护的特点。 l 装置采用双重化设计，具有双重化的采样回路和完全独立的启动和保护 dsp，可以 有效保证装置动作的安全性和可靠性。 l 保护动作速度快，纵联保护全线跳闸时间小于 30ms。 l 反应工频变化量的测量元件采用了具有自适应能力的浮动门槛，对系统不平衡和干 扰具有极强的预防能力，因而测量元件能在保证安全性的基础上达到特高速，起动 元件有很高的灵敏度而不会频繁起动。 l 具有先进可靠的振荡闭锁功能， 保证距离保护在系统振荡加区外故障时能可靠闭锁， 而在振荡加区内故障时能可靠切除故障。 l 具有灵活的重合闸检定方式，可以实现任意的单边或双边检定方式。 l 装置具有友好的人机界面， 液晶为 320240 点阵， 可以通过整定选择中文或英文显 示。 l 具有完善的事件报文处理，可保存最新 256 次动作报告，64 次故障录波报告。 l 具有与 comtrade 兼容的故障录波。 l 具有灵活的通讯方式，配有 2 个独立的以太网接口和 2 个独立的 rs-485 通信接口。 支持电力行业通讯标准 dl/t667-1999（iec60870-5-103）和新一代变电站通讯标准 iec61850。 l 装置采用整体面板、全封闭机箱，强弱电严格分开，取消传统背板配线方式，装置 的抗干扰能力大大提高，达到了电磁兼容各项标准的最高等级。 pcs-953系列高压线路成套保护装置 nari- relays - 2 - 2 技术参数技术参数 2.1 机械及环境参数机械及环境参数 机箱结构尺寸：482mm177mm291mm；嵌入式安装 正常工作温度：040 极限工作温度：-1050 贮存及运输： -2570 2.2 额定电气参数额定电气参数 直流电源：220v/110v 兼容 允许偏差: +15，-20 交流电压：v3100（额定电压 un） 交流电流：5a，1a （额定电流 in） 频 率：50hz/60hz 过载能力：电流回路：2 倍额定电流，连续工作 10 倍额定电流，允许 10s 40 倍额定电流，允许 1s 电压回路：1.5 倍额定电压，连续工作 功 耗：交流电流：1va/相（in=5a） 0.5va/相（in=1a） 交流电压：0.5va/相 直 流：正常时35w 跳闸时50w 2.3 主要技术指标主要技术指标 2.3.1 整组动作时间整组动作时间 差动保护全线路跳闸时间：25ms（差流1.5 倍差动电流高定值） 距离保护段：30ms 2.3.2 起动元件起动元件 电流变化量起动元件，整定范围 0.1in0.5in 过流段起动元件，整定范围 0.1in20in 负序过流起动元件，整定范围 0.1in0.5in 2.3.3 差动保护差动保护 整定范围：10%200%in 2.3.4 距离保护距离保护 整定范围： 0.0125(in=5a) 0.05125(in=1a) nari- relays pcs-953系列高压线路成套保护装置 - 3 - 距离元件定值误差: 5 精 确 工 作 电 压 : 0.25v 最小精确工作电流: 0.1in 最大精确工作电流: 30in 、段跳闸时间: 010s 2.3.5 过流保护过流保护 整定范围： 0.1in20in 过流元件定值误差: 5 、段过流跳闸延迟时间：010s 2.3.6 过负荷告警过负荷告警 整定范围： 0.1in20in 过负荷元件定值误差: 5 过负荷告警出口延迟时间：010s 2.3.7 低周保护低周保护 整定范围： 45hz50hz 低周保护低频定值误差: 45hz50hz 范围内0.03hz 低周保护出口延迟时间：010s 2.3.8 暂态超越暂态超越 快速保护均不大于 2 2.3.9 测距部分测距部分 单端电源多相故障时允许误差：2.5 2.3.10 自动重合闸自动重合闸 检同期元件角度误差：3 2.3.11 电磁兼容电磁兼容 电压渐变抗扰度： iec61000-4-29 +20% -20% 电压暂降和短时中断抗扰度：iec61000-4-29 50%0.2s 100%0.05s 浪涌(冲击)抗扰度： iec61000-4-5(gb/t17626.5) 4 级 电快速瞬变脉冲群抗扰度： iec61000-4-4(gb/t17626.4) 4 级 振荡波抗扰度： iec61000-4-12(gb/t17626.12) 3 级 静电放电抗扰度： iec61000-4-2(gb/t17626.2) 2 级 工频磁场抗扰度： iec61000-4-8(gb/t17626.8) 5 级 脉冲磁场抗扰度： iec61000-4-9(gb/t17626.9) 5 级 阻尼振荡磁场抗扰度： iec61000-4-10(gb/t17626.10) 5 级 pcs-953系列高压线路成套保护装置 nari- relays - 4 - 射频电磁辐射抗扰度： iec61000-4-3(gb/t17626.3) 3 级 无线电干扰水平： 在 160kv 下无线电干扰电压小于 2500uv 2.3.12 绝缘试验绝缘试验 绝缘试验：满足 gb/t14598.3-93 6.0 的规定； 冲击电压试验：满足 gb/t14598.3-93 8.0 的规定。 2.3.13 输出接点容量输出接点容量 信号接点容量： 允许长期通过电流 8a 切断电流 0.3a（dc220v，l/r 40ms） 其它辅助继电器接点容量： 允许长期通过电流 5a 切断电流 0.2a（dc220v，l/r 40ms） 跳闸出口接点容量： 允许长期通过电流 5a 切断电流 0.2a（dc220v，l/r 40ms），不带电流保持 2.3.14 通信接口通信接口 2 个独立的 rs-485 通信接口 (双绞线接口)及 2 个独立的以太网接口，支持电力行 业通讯标准 dl/t667-1999（iec60870-5-103）和新一代变电站通讯标准 iec61850。， 通信速率可整定； 一个用于 gps 对时的 rs-485 双绞线接口，支持 irig-b 对时方式； 一个打印接口，rs-232 方式，通信速率可整定； 一个用于调试的 rs-232 接口（前面板） 。 2.3.15 光纤接口光纤接口 pcs953 系列保护装置可通过专用光纤或经复用通道，与对侧交换信号，光接头采 用 fc/pc 型式。 参数如下： 光纤类型： 单模 ccitt rec.g652 波长：1310nm 发信功率： 12.02.0 dbm 接收灵敏度： 40 dbm 传输距离： 50 km 光过载点： -8 dbm 当采用专用光纤通道传输时，在传输距离大于 50km，接收功率裕度不够时，需在 订货时注明，按特殊工程处理，配用 1550nm 激光器件。 当采用复用通道传输时，装置发送功率为出厂时的默认功率。 采用通信设备复接时： 信道类型： 数字光纤或数字微波（可多次转接） nari- relays pcs-953系列高压线路成套保护装置 - 5 - 接口标准： 64kbit/s g.703 同向数字接口 或 2048kbit/s e1 接口 保护对通道的要求： 时延要求： 单向传输时延 15ms 通道要求： 必须保证保护装置的收发路由时延一致 pcs-953系列高压线路成套保护装置 nari- relays - 6 - 3 软件工作原理软件工作原理 3.1 装置总起动元件装置总起动元件 起动元件的主体由反应相间工频变化量的过流继电器实现，同时又配以反应全电流 的过流继电器和负序过流继电器互相补充；低周起动元件可经控制字选择投退。反应工 频变化量的起动元件采用浮动门坎，正常运行及系统振荡时变化量的不平衡输出均自动 构成自适应式的门坎，浮动门坎始终略高于不平衡输出，在正常运行时由于不平衡分量 很小，而装置有很高的灵敏度。 3.1.1 电流变化量起动电流变化量起动 当相间电流变化量大于整定值， 该元件动作并展宽秒， 去开放出口继电器正电源。 3.1.2 过流元件起动过流元件起动 当相电流大于段过流整定值，则经 40ms 延时,过流起动元件动作并展宽秒，去 开放出口继电器正电源。 3.1.3 负序过流元件起动负序过流元件起动 当负序电流大于整定值，且无交流电流断线时，则经 30ms 延时，负序起动元件动作 并展宽秒，去开放出口继电器正电源。 3.1.4 纵联差动或远跳起动纵联差动或远跳起动 发生区内三相故障，弱电源侧电流起动元件可能不动作，此时若收到对侧的差动保 护允许信号，则判别差动继电器动作相关相间电压，若小于 65额定电压，则辅助电压 起动元件动作，去开放出口继电器正电源 7 秒。 当本侧收到对侧的远跳信号且定值中“远跳受本侧控制”置“0”时，去开放出口 继电器正电源 7s。 3.1.5 重合闸起动重合闸起动 当满足重合闸条件则展宽 10 分钟，在此时间内，若有重合闸动作则开放出口继电 器正电源 500ms。 3.2 电流差动继电器电流差动继电器 电流差动继电器由二部分组成：变化量相差动继电器和稳态相差动继电器。 3.2.1 变化量相差动继电器变化量相差动继电器 动作方程： nari- relays pcs-953系列高压线路成套保护装置 - 7 - cba ii ii hcd rcd , 75 . 0 = cd i为工频变化量差动电流， += nmcd iii & 即为两侧电流变化量矢量和的 幅值； r i为工频变化量制动电流； = nmr iii即为两侧电流变化量的标量和； h i为“1.5 倍差动电流定值”（整定值）和 4 倍实测电容电流的大值。实测电容电 流由正常运行时的差流获得； 3.2.2 稳态段相差动继电器稳态段相差动继电器 动作方程： 0.6 , , cdr cdh ii ii a b c = cd i为差动电流， += nmcd iii & 即为两侧电流矢量和的幅值； r i为制动电流； = nmr iii & 即为两侧电流矢量差的幅值； h i 定义同上。 3.2.3 稳态段相差动继电器稳态段相差动继电器 动作方程： 0.6 , , cdr cdm ii ii a b c = m i为“差动电流定值”（整定值）和 1.5 倍实测电容电流的大值。 cd i、 r i定义同上。 稳态段相差动继电器经 25ms 延时动作。 3.2.4 ta 断线断线 ta 断线瞬间， 断线侧的起动元件和差动继电器可能动作， 但对侧的起动元件不动作， 不会向本侧发差动保护动作信号，从而保证纵联差动不会误动。非断线侧经延时后报 “长期有差流”，与 ta 断线作同样处理。 ta 断线时发生故障或系统扰动导致起动元件动作， 若控制字“ta 断线闭锁差动”整 定为“1”，则闭锁电流差动保护；若控制字“ta 断线闭锁差动”整定为“0”，且该相 差流大于“ta 断线差流定值”（整定值） ，仍开放电流差动保护。 3.2.5 ta 饱和饱和 当发生区外故障时，ta 可能会暂态饱和，装置中由于采用了较高的制动系数和自适 应浮动制动门槛，从而保证了在较严重的饱和情况下不会误动。 pcs-953系列高压线路成套保护装置 nari- relays - 8 - 3.2.6 采样同步采样同步 两侧装置一侧作为参考端（主机侧） ，另一侧作为同步端（从机侧） 。以同步方式交 换两侧信息，参考端采样间隔固定，并在每一采样间隔中固定向对侧发送一帧信息。同 步端随时调整采样间隔,确保两侧采样处于同步状态。 两侧装置采样同步的前提条件为: 1、通道单向最大传输时延15ms。 2、通道的收发路由一致（即：两个方向的传输延时相等） 。 3.2.7 通道连接方式通道连接方式 装置可采用“专用光纤”或“复用通道”。在纤芯数量及传输距离允许范围内，优 先采用“专用光纤”作为传输通道。当功率不满足条件，可采用“复用通道”。 专用光纤的连接方式如图3.2.1所示： 图3.2.1 专用光纤方式下的保护连接方式 64kbit/s复用的连接方式如图3.2.2所示： 图3.2.2 64kbit/s复用的连接方式 2048kbit/s复用的连接方式如图3.2.3所示 图3.2.3 2048kbit/s复用的连接方式 双通道2048kbit/s两个通道都复用的连接方式如图3.2.4所示 图3.2.4 双通道2048kbit/s复用的连接方式 双通道差动保护也可以两个通道都采用专用光纤；或一个通道复用，另外一个通道 采取专用光纤，这种情况下，通道a优先选用专用光纤。 3.2.8 通信时通信时钟钟 数字差动保护的关键是线路两侧装置之间的数据交换。本系列装置采用同步通信方 式。 nari- relays pcs-953系列高压线路成套保护装置 - 9 - 差动保护装置发送和接收数据采用各自的时钟，分别为发送时钟和接收时钟。保护 装置的接收时钟固定从接收码流中提取，保证接收过程中没有误码和滑码产生。发送时 钟可以有两种方式，1、采用内部晶振时钟；2、采用接收时钟作为发送时钟。采用内部 晶振时钟作为发送时钟常称为内时钟（主时钟）方式，采用接收时钟作为发送时钟常称 为外时钟（从时钟）方式。两侧装置的运行方式可以有三种方式： 1、两侧装置均采用从时钟方式； 2、两侧装置均采用内时钟方式； 3、一侧装置采用内时钟，另一侧装置采用从时钟（这种方式会使整定定值更复杂， 故不推荐采用）。 pcs-953保护装置保护装置通过整定控制字“内部时钟”来决定通信时钟方式。控制字“内 部时钟”置为1，装置自动采用内时钟方式；反之，自动采用外时钟方式。 对于 64kbit/s 速率的装置，其“内部时钟”控制字整定如下： 1. 保护装置通过专用纤芯通信时，两侧保护装置的“内部时钟”控制字都整定成： 1； 2. 保护装置通过 pcm 机复用通信时， 两侧保护装置的 “内部时钟” 控制字都整定成： 0； 对于 2048kbit/s 速率的装置，其“（内部时钟）”控制字整定如下： 1. 保护装置通过专用纤芯通信时，两侧保护装置的“内部时钟”控制字都整定成： 1； 2. 保护装置通过复用通道传输时，两侧保护装置的“内部时钟”控制字按如下原 则整定： a.当保护信息直接通过同轴电缆接入 sdh 设备的 2048kbit/s 板卡，同时 sdh 设 备中 2048kbit/s 通道的“重定时”功能关闭时，两侧保护装置的“内部时钟” 控制字置（推荐采用此方式）； b. 当保护信息直接通过同轴电缆接入 sdh 设备的 2048kbit/s 板卡，同时 sdh 设备中 2048kbit/s 通道的“重定时”功能打开时，两侧保护装置的“内部时钟” 控制字置； c. 当保护信息通过通道切换等装置接入 sdh 设备的 2048kbit/s 板卡，两侧保 护装置的“内部时钟”控制字的整定需与其它厂家的设备配合。 3.2.9 线路纵联码线路纵联码 为提高数字式通道线路保护装置的可靠性， pcs-953 装置增加可整定的本侧及对侧 纵联保护标识码。pcs953 保护定值中有两个定值项： “本侧纵联码”“对侧纵联码”， 范围均为 065534， 纵联码的整定应保证全网运行的保护设备具有唯一性， 即正常运行 时，本侧纵联码与对侧纵联码应不同，且与本线的另一套保护的纵联码不同，也应该和 其它线路保护装置的纵联码不同（保护校验时可以整定相同，表示自环方式）。 保护装置根据本装置定值中本侧纵联码和对侧纵联码定值决定本装置的主从机方 式，同时决定是否为通道自环试验方式，若本侧纵联码和对侧纵联码整定一样，表示为 通道自环试验方式， 若本侧纵联码大于等于对侧纵联码， 表示本侧为主机， 反之为从机。 保护装置将本侧的纵联码定值包含在向对侧发送的数据帧中传送给对侧保护装置， 对于双通道保护装置，当通道 a 接收到的纵联码与定值整定的对侧纵联码不一致时，退 出通道 a 的差动保护，报“cha 纵联码错”、“通道 a 异常”告警。“cha 纵联码错” 延时 100ms 展宽 1s 报警；通道 b 与通道 a 类似。对于单通道保护装置，当接收到的纵 联码与定值整定的对侧纵联码不一致时，退出差动保护，报“纵联码接收错”告警。 pcs-953系列高压线路成套保护装置 nari- relays - 10 - 在通道状态中增加对侧纵联码的显示，显示本装置接收到的纵联码，若本装置没有 接收到对侧数据，对侧纵联码显示“-”。 3.2.10 差动保护逻辑差动保护逻辑 a相差动元件 保护起动 m7 m8 & 0 0 & 0 0 & 0 0 & 0 0 b相差动元件 c相差动元件 m6 m18 m9 对侧差动信号 & 0 0 有流 跳闸位置 =1 0 0 向对侧发差动 动作允许信号 m1 m2 m3 m4 ta断线差动元件 ta断线闭锁差动 ta断线 & 0 0 0 通道异常 =1 0 0 差动保护投入 & 0 0 0 m5 & 0 0 & 0 0 & 0 0 & 0 0 =1 0 0 0 a相差动动作 b相差动动作 c相差动动作 & 0 0 m13 m14 m15 m16 m17 图 3.2.5 纵联差动保护方框图 1. 差动保护投入指屏上“主保护压板”和定值控制字“投纵联差动保护”同时投入。 2. “a 相差动元件” 、 “b 相差动元件” 、 “c 相差动元件”包括变化量差动、稳态量差 动段或段动作时的分相差动，只是各自的定值有差异。 3. 三相开关在跳开位置或经保护起动控制的差动继电器动作，则向对侧发差动动作 允许信号。 4. ta 断线瞬间，断线侧的起动元件和差动继电器可能动作，但对侧的起动元件不动 作，不会向本侧发差动保护动作信号，从而保证纵联差动不会误动。ta 断线时发 生故障或系统扰动导致起动元件动作，若“ta 断线闭锁差动”整定为“1” ，则闭 锁电流差动保护；若“ta 断线闭锁差动”整定为“0” ，且该相差流大于“ta 断线 差流定值” ，仍开放电流差动保护。 3.3 过流保护过流保护 3.3.1 过流过流方向方向继电器继电器 过流方向元件和电流元件按相起动。其动作特性如图 3.3.1 所示。 nari- relays pcs-953系列高压线路成套保护装置 - 11 - uj ij = 48 lm 图 3.3.1 过流方向继电器特性 3.3.2 过流保护过流保护逻辑逻辑 图 3.3.2 过流保护方框图 pcs-953系列高压线路成套保护装置 nari- relays - 12 - 1. 本装置设置了四段带延时段的方向过流保护， 各段过流保护可由用户选择经或不经 方向元件和/或低压闭锁元件控制，过流低电压以相间电压为判据。在 tv 断线时， 过流段可由用户选择是否退出；tv 断线时四段过流保护均不经方向元件和低压 闭锁元件的控制。 2. 当最小相间电压小于 80v 时，过流加速延时为 100ms，否则，过流加速时间延时为 300ms，其过流定值为过流加速段定值。 3. 对 g 型保护，过流、段可由用户通过控制字“流两相跳闸”选择 2/3 几率 跳闸方式（即只反映 a、c 相故障跳闸） ；过流、段仍为任一相故障均可跳闸方 式。 3.4 距离保护距离保护 本装置设有三阶段式相间距离继电器，和一个作为远后备的四边形相间距离继电 器。g 型保护还设有两段接地距离继电器。继电器由正序电压极化，因而有较大的测量 故障过渡电阻的能力；当用于短线路时，为了进一步扩大测量过渡电阻的能力，还可将 、段阻抗特性向第象限偏移。 正序极化电压较高时，由正序电压极化的距离继电器有很好的方向性；当正序电压 下降至 10%un 以下时，进入三相低压程序，由正序电压记忆量极化。 3.4.1 低压距离继电器低压距离继电器 当正序电压小于 10%un 时，进入低压距离程序。正方向故障时，低压距离继电器暂 态动作特性如图 3.4.1； zd z k z s z r jx zd z s z r jx k z 图 3.4.1 正方向故障时动作特性图 3.4.2 反方向故障时的动作特性 s z 为保护安装处背后等值电源阻抗，测量阻抗 k z 在阻抗复数平面上的动作特性是 以 zd z至 s z连线为直径的圆，动作特性包含原点表明正向出口经或不经过渡电阻故障 时都能正确动作，并不表示反方向故障时会误动作；反方向故障时的动作特性必须以反 方向故障为前提导出。 反方向故障时，测量阻抗 k z在阻抗复数平面上的动作特性是以 zd z与 s z 连线为 直径的圆，如图 3.4.2，其中， s z 为保护安装处到对侧系统的总阻抗。当 k z在圆内 时动作，可见，继电器有明确的方向性，不可能误判方向。 以上的结论是在记忆电压消失以前，即继电器的暂态特性，当记忆电压消失后，正 方向故障时， 测量阻抗 k z 在阻抗复数平面上的动作特性如图3.4.3， 反方向故障时， k z 动作特性也如图 3.4.3。由于动作特性经过原点，因此母线和出口故障时，继电器处于 nari- relays pcs-953系列高压线路成套保护装置 - 13 - 动作边界；为了保证母线故障，特别是经弧光电阻三相故障时不会误动作，、段距 离继电器在动作前设置正的门坎，其幅值取最大弧光压降，保证母线三相故障时继电器 不可能失去方向性；继电器动作后则改为反门坎，相当于将特性圆包含原点，保证正方 向出口三相故障继电器动作后一直保持到故障切除。为了保证段距离继电器的后备性 能，段距离继电器始终采用反门坎，因而三相短路段稳态特性包含原点，不存在电 压死区。 zd z k z r jx rec z k z r jx zd z 150 a b c d 图 3.4.3 三相短路稳态特性 图 3.4.4 四边形相间距离继电器的动作特性 3.4.2 相间距离继电器相间距离继电器 3.4.2.1 段相间距离继电器 段相间距离继电器由阻抗圆相间距离继电器和四边形相间距离继电器相或构成， 四边形相间距离继电器可作为长线末端变压器后故障的远后备。 阻抗圆相间距离继电器： 继电器的极化电压采用正序电压，不带记忆。因相间故障其正序电压基本保留了故 障前电压的相位；故障相的动作特性见图 3.4.1、图 3.4.2，继电器有很好的方向性。 三相短路时，由于极化电压无记忆作用，其动作特性为一过原点的圆，如图 3.4.3。 由于正序电压较低时，由低压距离继电器测量，因此，这里既不存在死区也不存在母线 故障失去方向性问题。 四边形相间距离继电器： 四边形相间距离继电器的动作特性如图 3.4.4 中的 abcd， zd z为相间段圆阻抗定 值, rec z为相间段四边形定值，四边形中 bc 段与 zd z平行，且与段圆阻抗相切；ad 段延长线过原点偏移 jx 轴 15；ab 段与 cd 段分别在 zd z/2 和 rec z处垂直于 zd z。整 定四边形定值时只需整定 rec z即可。 3.4.2.2 、段相间距离继电器 、段相间距离继电器由方向阻抗继电器和电抗继电器相与构成。 、段方向阻抗继电器的极化电压，较段增加了一个偏移角1，其作用是为 了在短线路使用时增加允许过渡电阻的能力。1 的整定可按 0，15，30三档选 pcs-953系列高压线路成套保护装置 nari- relays - 14 - 择。方向阻抗与电抗继电器二部分结合，增强了在短线上使用时允许过渡电阻的能力。 zd z s z r jx a 0 01= 0 151= 0 301= 图 3.4.5 正方向故障时继电器特性 3.4.3 接接地地距离继电器距离继电器（只（只用用于于 g 型型保护保护装置）装置） g 型保护装置中设置了两段接地距离继电器，作为中性点不接地系统或小电流接地 系统中两点接地故障的保护。这两段方向阻抗继电器由正序电压极化，其极化电压与相 间距离、段一样引入移相角1，其作用是在短线路应用时，将方向阻抗特性向第 象限偏移， 以扩大允许故障过渡电阻的能力。 其正方向故障时的特性如图 3.4.5 所示。 1 取值范围为 0、15、30。 当不同线路发生两点接地故障时， 可由用户通过控制字 “接地 z 两相跳闸” 选择 2/3 几率跳闸方式（即只反映 a、c 相故障跳闸） ，以 2/3 机率切除一条线路。如一条线路是 b 相接地，另一条线路是 a 相接地，则只切除发生 a 相接地的那条线路。 接地距离、段均经零序电流闭锁，以防止在一点接地时若系统有扰动装置起动 进入故障测量程序后，由于接地相电压很低，接地距离可能误动。经零序电流闭锁，在 级联线路中发生两点接地故障时，可以只切除后面一条线路，防止扩大停电范围。接地 距离、段若按相满足条件 ip0.5ipmax，则按用户整定延时出口；若不满足，则在 用户整定延时的基础上再延时 300ms 出口。 图 3.4.6 级联线路两点接地故障 如图 3.4.6 所示级联线路，若在 l1、l2 线路上发生 k1、k2 两点接地故障，则只在 k1、k2 之间存在零序电流，保护 1 接地距离不会动作，由保护 3 跳闸切除 l2，线路 l1 仍可以以一点接地方式继续运行。但若控制字“接地 z 两相跳闸”置“1” ，即接地距离 采用 2/3 几率跳闸方式，若 k2 为 b 相接地，则保护 1、保护 3 接地距离均不能动作，只 有靠保护 1 相间距离或过流保护来切除故障。 在此种情况下， 若 l1 末端也安装有保护 2， 由于保护 2 接地距离动作相不满足 ip0.5ipmax 的条件，则在用户整定延时的基础上再 延时 300ms 也可出口跳闸切除故障（见接地距离跳闸逻辑图 3.4.9） 。 对图 3.4.7 所示放射出线，若控制字“接地 z 两相跳闸”置“1” ，接地距离采用 2/3 nari- relays pcs-953系列高压线路成套保护装置 - 15 - 几率跳闸方式，则在两点接地故障时可有 2/3 几率只切除一条出线。但若 b 相故障发生 在线路出口，例如在 l1 出口 k1 为 b 相接地，线路 l2 末端为 a 相接地，则只能由保护 2 的段接地距离经整定延时跳闸。若控制字“接地 z 两相跳闸”置“0” ，则可由保护 1 的接地距离段瞬时出口切除故障，保留线路 l2 以一点接地方式继续运行。 图 3.4.7 放射出线两点接地故障 总之，在级联线路上若整定“接地 z 两相跳闸”为“0” ，在不同线路两点接地故障 时可只切除后一条线路；若整定“接地 z 两相跳闸”为“1” ，即采用 2/3 几率跳闸方式， 缺点是若 b 相接地发生在后一条线路，则接地距离均不能动作，只有靠前一条线路的相 间距离或过流保护来切除故障。在放射线路上采用 2/3 几率跳闸方式，优点是在两点接 地故障时可有 2/3 几率只切除一条出线；缺点是若 b 相故障发生在线路出口，a 或 c 相 故障发生在线路远端，则会延迟跳闸时间。因此，在整定“接地 z 两相跳闸”控制字时 应考虑上述问题。与接地距离不同，在两点接地时，过流保护两个故障相感受到的故障 电流大小是一样的（接地距离两个故障相的测量阻抗与故障点的远近有关） ，所以在整 定“流两相跳闸”(过流、段采用两相跳闸方式控制字)控制字时无需考虑上述 问题。 3.4.4 振荡闭锁振荡闭锁 装置的振荡闭锁分三个部分，任意一个元件动作开放保护。 3.4.4.1 起动开放元件 起动元件开放瞬间，若按躲过最大负荷整定的正序过流元件不动作或动作时间尚不 到 10ms，则将振荡闭锁开放 160ms。 该元件在正常运行突然发生故障时立即开放 160ms，当系统振荡时，正序过流元件 动作，其后再有故障时，该元件已被闭锁，另外当区外故障或操作后 160 ms 再有故障 时也被闭锁。 3.4.4.2 不对称故障开放元件 不对称故障时，振荡闭锁回路还可由对称分量元件开放。 3.4.4.3 对称故障开放元件 在起动元件开放 160ms 以后或系统振荡过程中，如发生三相故障，则上述二项开放 措施均不能开放振荡闭锁，本装置中另设置了专门的振荡判别元件，即测量振荡中心电 压： =cosuuos u 为正序电压，是正序电压和电流之间的夹角。 pcs-953系列高压线路成套保护装置 nari- relays - 16 - 在系统正常运行或系统振荡时，cosu反应振荡中心的正序电压；在三相短路时， cosu为弧光电阻上的压降，三相短路时过渡电阻是弧光电阻，弧光电阻上压降小于 5 n u 。 本装置采用的动作判据分二部分： nosn uuu08 . 0 03 . 0 0.5ipmax，则按用户整定延时 出口； 若不满足， 则在用户整定延时的基础上再延时 300ms 出口， 具体参见3.4.3。 8. 对 g 型保护，当放射出线不同线路发生两点接地时，接地距离、段可由用户 通过控制字“接地 z 两相跳闸”选择 2/3 几率跳闸方式（即只反映 a、c 相故障跳 闸） ，以 2/3 机率只切除一条线路。如一条线路是 b 相接地，另一条线路是 a 相接 地，则只切除发生 a 相接地的那条线路。 3.5 不对称相继速动保护不对称相继速动保护 不对称故障时，利用近故障侧切除后负荷电流的消失，可以实现不对称故障时相继 跳闸。如图 3.5.1 所示，当线路末端不对称故障时，n 侧段动作快速切除故障，由于 三相跳闸，非故障相电流同时被切除，m 侧保护测量到任一相负荷电流突然消失，而 段距离元件连续动作不返回时，将 m 侧开关不经段延时即跳闸，将故障切除。 图 3.5.1 不对称故障相继速动保护动作示意图 图 3.5.2 不对称故障相继速动保护方框图 3.6 跳闸逻辑跳闸逻辑 1 本装置采用三相跳闸方式，任何故障跳三相。 2 严重故障如手合或合闸于故障线路跳闸时闭锁重合闸，低周保护动作时闭锁重合 闸。 3 三相故障跳闸时可由用户经控制字“三相故障闭重”选择是否闭锁重合闸；过流 段、段跳闸、距离段跳闸可由用户经控制字“段及以上闭锁重合闸”选 择是否闭锁重合闸。 nari- relays pcs-953系列高压线路成套保护装置 - 19 - 图 3.6.1 跳闸逻辑方框图 pcs-953系列高压线路成套保护装置 nari- relays - 20 - 3.7 重合闸重合闸 图 3.7.1 重合闸逻辑方框图 1. 本装置重合闸为三相一次重合闸方式,可根据故障的严重程度引入闭锁重合闸的 方式。 2. 三相电流全部消失时跳闸固定动作。 3. 重合闸退出，则整定值中重合闸投入控制字置“0” 。 4. 重合闸充电在正常运行时进行，重合闸投入、无 twj、无控制回路断线、无 tv 断 线或虽有 tv 断线但控制字“tv 断线闭锁重合闸”置“0” ，经 10 秒后充电完成。 5. 重合闸由独立的重合闸起动元件来起动。当保护跳闸后或开关偷跳均可起动重合 闸。 6. 重合方式可选用检相邻线有流、检线路无压母线有压重合闸、检母线无压线路有 压重合闸、检线路无压母线无压重合闸、检同期重合闸，也可选用不检而直接重 合闸方式。检相邻线有流时， “检相邻线有流”控制字投入且相邻线有流，则检相 邻线有流重合闸条件满足；检线路无压母线有压时，检查线路电压小于 30v 且无 线路电压断线，同时三相母线电压均大于 40v 时，检线路无压母线有压条件满足， 而不管线路电压用的是相电压还是相间电压；检母线无压线路有压时，检查三相 母线电压均小于 30v 且无母线 tv 断线，同时线路电压大于 40v 时，检母线无压线 路有压条件满足；检线路无压母线无压时，检查三相母线电压均小于 30v 且无母 线 tv 断线，同时线路电压小于 30v 且无线路电压断线时，检线路无压母线无压条 nari- relays pcs-953系列高压线路成套保护装置 - 21 - 件满足；检同期时，检查线路电压和三相母线电压均大于 40v 且线路电压和母线 电压间的相位在整定范围内时，检同期条件满足。正常运行时测量 x u 与 a u 之间 的相位差， 与定值中的固定角度差定值比较， 若两者的角度差大于 10 ， 则经 500ms 报 “角差整定异常”告警。 7. 重合闸条件满足后，经整定的重合闸延时，发重合闸脉冲 150ms。 3.8 正常运行程序正常运行程序 3.8.1 检查开关位置状态检查开关位置状态 三相无电流，同时 twj 动作，则认为线路不在运行，开放准备手合于故障 400ms； 线路有电流但 twj 动作，经 10 秒延时报 twj 异常。 3.8.2 控制回路断线控制回路断线 twj 和 hwj 均不动作，经 500ms 延时报控制回路断线。 控制回路断线则重合闸放电。 3.8.3 交流电流断线（始终计算）交流电流断线（始终计算） 负序电流起动元件动作并且负序电压小于 3v，则延时 10 秒发 ta 断线异常信号。电 流正常后, 经 10 秒延时 ta 断线信号复归。 保护发 ta 断线异常信号的同时，在装置总起动元件中闭锁负序电流起动元件判别。 其它保护功能不受影响。 3.8.4 交流电压断线交流电压断线 当负序电压 3u2大于 12v，且保护不起动，延时 1.25 秒发 tv 断线异常信号； 当正序电压小于 33v，且任一相有流元件动作或 twj 不动作时, 延时 1.25 秒发 tv 断线异常信号。 tv 断线信号动作的同时，退出纵联距离和距离保护，自动投入四段过流保护。过流 元件退出方向判别和低压闭锁功能， 过流段可经控制字选择是否退出。 tv 断线时可经 控制字选择是否闭锁重合闸。 tv 断线时自动投入的相过流保护受距离压板和过流压板的 控制（距离压板或任一段过流压板投入，则 tv 断线时自动投入四段过流保护） 。 三相电压正常后, 经 10 秒延时 tv 断线信号复归。 当屏上“tv 检修”硬压板和软压板“tv 检修投入”均投入时，无论母线 tv 是否断 线，均报“tv 断线” ，面板“tv 断线”灯亮，但 bjj 告警接点不闭合。其处理原则同 tv 断线，即报 tv 断线信号的同时，退出距离保护，自动投入四段相过流保护，过流元件 退出方向判别和低压闭锁功能， 过流段可经控制字选择是否退出。 tv 断线时可经控制 字选择是否闭锁重合闸。tv 断线自动投入的过流保护受距离压板、过流压板或“tv 检 修”压板的控制。主要用于 tv 检修时或现场无 tv 接线的情况。 3.8.5 线路电压断线线路电压断线 当重合闸投入且装置整定为重合闸检同期或检线路无压母线有压、检母线无压线路 有压重合闸、检线路无压母线无压重合闸方式时，则要用到线路电压，twj 不动作或线 路有流时检查输入的线路电压小于 40v， 经 10 秒延时报线路 tv 异常。 线路电压正常后, pcs-953系列高压线路成套保护装置 nari- relays - 22 - 经 10 秒延时线路 tv 断线信号复归。 如重合闸不投、或不检同期、或检母线无压线路有压和检线路无压母线无压方式同 时投入（即检母线无压方式）时，线路电压可以不接入本装置，装置也不进行线路电压 断线判别。 3.8.6 角差整定异常告警角差整定异常告警 当重合闸投入且装置整定为重合闸检同期方式时，若装置实时监测的线路电压与母 线 a 相电压的角度与整定值的差大于 10 0， twj 不动作或线路有流， 且线路电压和母线电 压均大于 40v，则经 500ms 延时报角差整定异常。角差恢复正常后, 经 500ms 延时角差 整定异常信号复归。 角差整定异常只告警，不闭锁重合闸。 3.8.7 一点接地告警（仅一点接地告警（仅 g 型有该功能）型有该功能） 当零序电压 3u0大于 30v，或任一相电压大于 75v，同时无 tv 断线告警，经延时 10 秒发接地告警信号；当电压恢复正常后，接地告警信号瞬时返回。 3.8.8 电压、电流回路零点漂移调整电压、电流回路零点漂移调整 随着温度变化和环境条件的改变，电压、电流的零点可能会发生漂移，装置将自动 跟踪零点的漂移。 nari- relays pcs-953系列高压线路成套保护装置 - 23 - 4 硬件构成硬件构成 4.1 装置硬件框图装置硬件框图 装置传统的模拟采样硬件框图如图 4.1.1 所示。 nr1102 nr1301 图 4.1.1 装置模拟采样硬件框图 pcs-953系列高压线路成套保护装置 nari- relays - 24 - 基于电子式互感器的装置硬件框图如图 4.1.2 所示。 db9 485- 1a 485- 1b 101 102 103 104 485- 2a 485- 2b 105 106 对时485a 对时485b 107 打印收 108 109 打印地 打印发 nr1101 打 印 机 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 pc机 rs232 320240中英文液晶显示 以太网接口1 以太网接口2 485- 1地 485- 1地 对时485地 110 111 112 113 114 115 116 空端子 空端子 空端子 空端子 nr1851 光纤收光纤发 rxtx nr1123 光纤收光纤发 rxtx nr1123 多模光纤接收来自合并单元的采样数据 数据合并单元 a b c ecvt远端模块 rx tx a相b相c相 001 002 003 004 直流电源 直流电源- 24v光耦 24v光耦 005 006 大地 至opt1板 nr1301 dc 007 008 009 010 011 012 公共 bsj- 1 bjj- 1 公共 bsj- 2 bjj- 2 rx tx 图 4.1.2a（iec60044-8 协议） 图 4.1.2 基于电子式互感器的装置硬件框图 电子式互感器保护系统中，合并单元负责将电子式互感器的采样数据合并，然后通 过多模光纤传送给保护装置。保护装置的保护 dsp 插件 nr1123(1)与启动 dsp 插件 nr1123(2)分别通过光纤接口接收合并单元来的数据，完成保护计算及逻辑判别功能。 基于电子式互感器的装置硬件结构与常规采样硬件装置的区别仅仅是采样数据接收 模块部分,装置通过多模光纤接收合并单元采样数据。 nari- relays pcs-953系列高压线路成套保护装置 - 25 - 4.2 机械结构与安装机械结构与安装 装置采用 4u 标准机箱，用嵌入式安装于屏上。机箱结构和屏面开孔尺寸