光纤差动保护及其通道接口.ppt

CSC103CSC103纵联纵联电流电流差动保护差动保护 及其通信接口及其通信接口 伍叶凯伍叶凯 一、一、CSC103CSC103保护装置介绍保护装置介绍 电流差动保护原理 电流差动保护主要功能 1）电流差动保护配有分相式电流差动保护和 零序 电流差动保护，用于快速切除各种类型故 障。 2）具有电容电流补偿功能。利用线路两侧电 压对 电容电流进行精确补偿，可提高差动保护 的灵 敏度。 3）具有CT断线闭锁功能，可选择CT断线后 闭锁 或不闭锁保护。 4）具有CT饱和检测功能。 5）保护中具有CT变比补偿功能，线路两侧保 护 可以使用变比不同的CT。 6）具有2M高速通信口，可采用专用通道（ 2M），可复用2M(E1)接口，也可复接 PCM(64K)同向接口。 7）具有双通道冗余功能,两个通道同时收发数据 ，可以实现无延时数据切换，两个通道可分别 采用专用/复用、64K/2M任意组合。 8）可适用于T接线路的三端系统。 9）经由保护的通信通道可传送“远跳”命令和“远 传”命令。 10）具有通道监视和误码检测功能；保护间的 数据通信采用32位CRC校验, 具有超强抗误码能 力。 11）具有双端测距功能。 12）具有远方环回测试功能（已申请专利）。 电流差动保护主要原理 数字电流差动保护系统的构成 上图中保护与通信终端设备间采用光缆连接。保护侧光端机装在 保护装置的背板上。通信终端设备侧由本公司配套提供光接口盒CSC- 186A。 数字式电流差动保护系统构成示意图 1. 相电流突变量差动保护： 动作方程：IDIH ID0.6IB 00.8IB-IH ID=3IH 式中： ID=M+N,为经电容电流补偿后的突变量差动电流 。 IB=M-N, 为经电容电流补偿后的突变量制动电流 。 IH=MAX(IDZH，2IC)，为高定值，IDZH 为“分相差动高 定值”，按大于2倍电容电流整定；IC 为正常运行时的实 测电容电流。 差动保护原理 2. 高定值分相电流差动保护： 动作方程：IDIH ID0.6IB 00.8IB-IH ID=3IH 式中： ID=(M-MC)+( N-NC),为经电容电流补偿后的差动电流 。 IB=(M-MC)-( N-NC), 为经电容电流补偿后的制动电流 。 IH=MAX(IDZH，2IC)，为高定值，IDZH 为“分相差动高 定值”，按大于2倍电容电流整定；IC 为正常运行时的实 测电容电流。 差动保护的制动特性 ： 动作方程：IDIL ID0.6IB 00.8IB-IL ID=3IL 式中： ID=(M-MC)+( N-NC),为经电容电流补偿后的差动电流。 IB=(M-MC)-( N-NC), 为经电容电流补偿后的制动电流。 IL=MAX(IDZL，1.5IC), 其中IDZL 为“分相差动低定值”， 按大于1.5倍电容电流整定；IC 为正常运行时的实测电容电 流。 低定值分相电流差动保护经40ms延时动作。 3. 低定值分相电流差动保护： 动作方程：ID0I0Z ID00.75IB0 式中： ID0=(MA-MAC)+ (MB-MBC) + (MC-MCC) +( NA-NAC)+ ( NB-NBC) + ( NC-NCC), 为经电容电流补偿后的零序差动电流。 IB0=(MA-MAC)+ (MB-MBC) + (MC-MCC) ( NA-NAC)+ ( NB-NBC) + ( NC-NCC), 为经电容电流补偿后的零序制动电流。 其中I0Z为“零序差动整定值”，按内部高阻接地故 障有灵敏度整定； 零序电流差动保护经TI0延时动作，TI0可整定。 4. 零序电流差动保护： 零序差动保护的制动特性 ： 5. 三端系统电流差动保护： 三端系统电流差动保护除差动电流和制动电 流的计算方 法不同外，其余配置同两端系统。 ID=(M-MC)+( N-NC)+ ( T-TC) ID为经电容电流补偿后的差动电流。 IB=(M-MC)-( N-NC) + ( T-TC) IB为经电容电流补偿后的制动电流，式中假 设M端的电流幅值最大。 差动保护差动保护的起动元件 1. 采用相电流差突变量起动元件 2. 零序电流（ ）突变量起动元件 3. 零序辅助起动元件 当两侧差动保护起动元件均起动时， 才允许分相电流差动和零序电流差动保护动 作跳闸。 电容电流补偿方案 1. 正常运行时（启动前），计算| M N | IC 作为实测电容电流。 2. 在保护启动后，将IC 作为浮动门槛。 3. 利用故障后的线路两侧电压对电容电流 进行精确补偿，即半补偿方案：在线路两侧 各补偿电容电流的一半。对于三端系统，每 侧各补偿电容电流的三分之一。 线路正序、负序、零序型等值电路 线路正序型等值电路 线路负序型等值电路 线路零序型等值电路 电容电流的计算 以A相为基准，M侧的各序电容电流分别为： MC1 M1/ -j2XC1 MC2 M2/ -j2XC2 MC0 M0/- j2XC0 M侧的各相电容电流为：设 XC1 XC2 MAC MC1 MC2 MC0 （M1M2M0M0）/-j 2XC1 M0/-j2XC0 （MAM0）/-j 2XC1 M0/-j2XC0 MBC 2*MC1 *MC2 MC0 (2*M1*M2M0M0)/ -j2XC1M0/-j2XC0 ( MBM0 )/ -j2XC1 M0/-j2XC0 MCC *MC1 2 *MC2 MC0 （*M12 *M2M0M0）/-j 2XC1 M0/-j2XC0 （MCM0）/ -j2XC1 M0/-j2XC0 同理，N侧的各相电容电流为： NAC （NAN0）/-j 2XC1 N0/-j2XC0 NBC （NBN0）/ -j2XC1 N0/-j2XC0 NCC （NCN0）/-j 2XC1 N0/-j2XC0 线路两端CT变比补偿 当线路两端CT变比不一样时，可 根据整定的CT变比调整系数，使两侧的 二次电流一致。 CT断线检测 1. 断线侧的零序电流连续12秒大于 I04定值而断线相电流小于0.06In(In为 二次侧额定电流)。 2.计算出正常两侧的差电流连续12 秒大于0.2In而断线相电流小于0.06In 。 3.判出TA断线后，可选择闭锁差动 保护或不闭锁差动保护。 CT饱和检测 采用模糊识别法对CT饱和进行检测 ，当判别出CT饱和后，自动抬高制动系 数。 远传命令 CSC103保护装置设有两个经光电 隔离的远传命令开入端子，本装置借助 数字通道，利用每帧数据中的控制字向 对侧传送，对侧保护收到远传命令后不 是直接跳闸、而是输出两付空接点，供 用户灵活选择使用。 远方跳闸 为使母线故障及断路器与电流互感 器之间故障时对侧保护快速跳闸，本保 护装置设有一个远方跳闸开入端子，用 于传送母差、失灵等保护的动作信号， 对侧保护收到此信号后驱动永跳。 远方跳闸可通过控制字选择经启 动元件闭锁或者经方向元件闭锁。 弱馈启动功能（差流低电压启动） 如果被保护线路的一侧为弱电源或无电源， 弱电源侧保护正方向发生线路故障时，流过弱电 源侧保护的电流可能很小，装置无法启动，由于 两侧启动元件相互闭锁，可能造成无法跳闸出口 。为差动保护设有弱馈功能（差流低电压启动 ） ： 弱馈侧收到对侧启动信号后，满足以下所有 条件时，弱馈侧保护被拉入故障处理程序，允许 强电源侧保护出口，本侧也能跳闸。 1)收到对侧启动信号 2) 至少有一相差流大于动作值 3) 对应的相电压或相间电压低于0.6 Un 远方召唤启动功能 (差流电压突 变启动) 如果被保护线路发生高阻接地时， 近故障侧保护能够可靠启动，远故障侧 保护的电流可能很小，装置无法启动， 为此，装置设有远方召唤启动功能： 1) 收到对侧启动信号 2) 任一相差动电流大于动作值： ID IDZ 或者零序差动电流大于动作值：ID0 I0Z 3) 本侧U8v 或U0 1v 装置自环试验 将装置 “通道环回实验”控制位置1，定值 设为“主机方式”、 “内时钟”，将装置的RX和 TX用尾纤对接，即可单装置自环，模拟A、B、 C相区内故障。 “通道环回实验”控制位投入10分钟后，装 置告警“通道环回长期投入”，提示用户装置在 “通道环回实验”状态，此时仍然可以作装置自 环试验。正常运行时，必须退出该功能。 通道环回实验功能 为方便用户进行带通道整组试验，装置提供带 通道远方环回试验功能。正常运行时，必须退 出该功能。 将两端装置的差动定值按照实际运行情 况整定好后，将M侧装置“通道环回实验”控 制位置1，M侧投入检修状态压板，就可在M侧 进行模拟区内短路试验。此时N侧装置收到M侧 的采样报文后再回传给M侧。 差动保护的压板 差动保护只有在两侧压板都处于投入 状态时才能动作，两侧压板互为闭锁。 若两侧压板投入状态不一致，装置会 报告“差动压板不一致”。 通道方式和双通道冗余 以64Kbps速率复接PCM同向接口 以2Mbps速率复接2M(E1)接口 以2Mbps速率采用专用光纤通道 CSC 103电流差动保护的通信 双通道冗余 三端T接线 2) 通信时钟的同步方式 采用专用光纤通道时，两侧的电流 差动保护装置的同步通信时钟，采用“内- 内”时钟方式。即两侧保护均采用内部时 钟（主时钟）。在保护复用数字通信系统 （SDH和PDH）2M(E1)接口时，两侧的电流 差动保护装置的同步通信时钟，建议采用 “内-内”时钟方式。 在保护复用数字通信系统（SDH和 PDH）64Kbps PCM同向接口时，两侧的电流 差动保护装置的时钟方式均应置为外方式 （从时钟），均取系统同步时钟。 通道 CSC103 TX CSC103 TXCLK RXCLK RX CSC保护装置时钟连接方式示意图 时钟方式(1) 两个时钟信号源： 内时钟(主时钟) 本地晶振产生 外时钟(从时钟) 从接收信号中提取 发送数据时选择时钟 方式： 主方式以 主时钟为通信时钟 从方式以 从时钟为通信时钟 双方时钟配合方式 内内：专用光 纤通道/多数2M复接通 道 外外64k 复接通道 外外少数 2M复接通道 通过控制字进行时钟 方式设定 时钟设置方法 CPU板上与光纤通信有关的两组跳线： 1组（对应通道A）：J9、J10、J11 2组（对应通道B）：J12、J13、J14 J9（J12） - 软件/硬件控制选择。置“低 ”，时钟方式和通信速率由软件定值中的控 制字设置，J10（J13）、J11（J14）两位跳 线不起作用； 置“高”，时钟方式和通信速 率由J10（J13）、J11（J14）两位跳线来设 置。 时钟设置方法 J10（J13 ）- 内/外时钟选择。在硬件控制 模式下（ J9（J12）置“高” ），J10（J13） 置“高”，装置光纤通信采用内时钟方式；置“ 低”，装置光纤通信采用外时钟方式。 J11（J14） - 64kbps/2Mbps选择。在硬件 控制模式下（ J9（J12）置“高” ），J11（ J14）置“高”，装置光纤通信速率采用64kbps ；置“低”，装置光纤通信速率采用2Mbps。 时钟设置方法 装置出厂时必须将上述两组跳线 都依次设为：低、高、高。即装置采用 软件控制方式，由定值来控制装置的时 钟方式和通信速率。 3) 采样 同步 采样同步原理图 每个装置均可预先设置成参考端或同步端 。 为保证两侧保护采样同步，设定为采样同 步端的一侧发一帧同步请求命令，其中包括采 样标号，采样参考端在收到同步端发来的命令 后返回一帧数据，其中包括参考端的采样标号 及该采样相相应的时间等信息，同步端收到参 考端的相应数据报文后，可计算出通信传输延 时和两侧采样时间差 ，同步端这个采样时刻 的偏差，确定调整次数，经过保护对采样时间 的数次微调，直到 ，两侧装置的采样完 全同步。 这种同步方法的优点是两侧装置采样同步后， 完成差动保护算法时，仅需对齐两侧装置的采样标号 即可保证算法的正确性，无需为通信的延时进行额外 的补偿计算。这不仅简单，更为可贵的是，在完成差 动保护算法的计算过程中，与通信传输延时无关。这 就意味着用这种方法实现采样同步的差动保护装置可 适应通信路由发生变化的通信系统。本保护装置可适 应于由于通信路由发生变化而造成传输延迟达20ms之 多，其同步误差不超过1。 需要注意：不论通信通道采用的是专用光纤通道 还是复用数字通信通道，两侧的电流差动保护必须一 侧设为参考端，另一侧设为同步端(对于三端系统， 必须一侧设为参考端，另两侧设为同步端)。 4) 数据通信的帧格式 控制 字 采样 标号 IA相量IB相量IC相量 开关量 CRC 1字节1字节4字节4字节4字节2字节4字节 其中控制字包含帧性质及保护起动元件逻辑状态、数据窗 选择、三跳位置等开关量信息；采样标号是一个二进制8位 数，每采样一次加1；三相电流向量每相各4字节，前2字节 为向量虚部，后2字节为向量实部；开关量中包括远方跳闸 开入、母差保护动作开入、CT断线、CT饱和等信息；CRC 冗余校验码按通信规约形成，收信侧保护接收到一帧数据后 利用CRC冗余循环检验码对收信数据检验，当CRC检出一帧 收信数据有错，舍弃该帧数据，舍弃一帧数据相当于保护延 时动作3ms，收信数据CRC检验无误时，该帧数据有效，在 保护计算中可以使用。 通道带宽的计算 64kbps：8bytes/ms多个采样点传送 一帧报文 2Mbps：256bytes/ms每个采样点传 送多帧报文 控制命令码（1byte），采样标号（ 1byte），三相电流（3*412bytes）、 2个字节开关量（2bytes），CRC（ 4bytes）。共计20bytes160bits。 160/643ms 5）电流差动保护装置与通信系统的连接方式 连接有复用方式和专用方式两种。 复用连接方式示意图： 专用连接方式示意图： 通道误码监视和告警功能 1)、正常运行时（启动前）： 对A、B两个通道的状态及丢帧（误码）数进行实时显 示，对每个通道最近6天的丢帧（误码）数进行分时段 存储，并对每个通道的累计丢帧（误码）数进行存储， 可以通过“通道信息”子菜单进行查看。 误码较轻时，如果每600帧报文中，因误码而丢失的报 文帧数（以下简称丢帧数）大于10帧，驱动通道告警继 电器（非保持），不闭锁保护。 误码较重时，如果连续丢帧大于30帧、或者每600帧报 文中，累计丢帧数大于60帧，驱动通道告警继电器，并 给出告警报告：“通道A(B)通信中断”，闭锁保护（双通 道时，只闭锁相应通道）；误码消失后报：“通道A(B) 通信恢复”，保护自动投入。 2）、保护启动后，除了具备启动前的所以功能 外，增加以下功能： 保护启动时，将当时A、B两个通道的状态、丢 帧（误码）数、采样同步状态以报告的形式记 录下来。 在整个故障处理过程中，对A、B两个通道的状 态和采样同步状态以“逻辑节点”形式进行详细记 录：收不到报文时，“逻辑节点”置1，收到报文 时，“逻辑节点”清0。 CSC-186 64k电接口， 接PCM 2M光接口， 接保护装置 2M电接口， 接SDH/PDH DC-48V 旁路带线路连接方式示意图 常用光缆 单模： 只传输单一波长 传输距离远（ 20km） 多模： 传输多个波长， 传输距离ICDL 低定值比率制动式电流差动保护不怕TA断线，并 具有很强的抗TA饱和能力，ICDL建议按（0.3 0.5）In整定。 短引线保护原理 2. 高定值比率制动式电流差动保护元件 ： 高定值电流差动保护投入条件为一个半断路器 接线方式中，线路或变压器退出运行，隔离开关 断开（端子X4-c10有开入），保护投入控制位 KG1.1=1（高定值比率制动式电流差动保护投入） 。 动作方程为： 1+ 2ICDH 1+ 2 0.75 1-2 高定值比率制动式电流差动保护的动作定值 ICDH整定时应大于最大负荷电流，以防止TA断 线时误动。 3、简单电流差动保护I段元件： 简单电流差动保护I段的投入条件为一个半断路 器接线方式中，线路和变压器退出运行，隔离开 关断开（端子X4-c10有开入），保护投入控制位 KG1.3=1（简单电流差动保护I段投入）。 动作方程： (1+ 2IHL1 简单电流差动保护I段的定值可以取得较大， 以防止TA断线及TA饱和时误动。 4、简单电流差动保护II段元件： 简单电流差动保护II段的投入条件为一个半断 路器接线方式中，线路和变压器退出运行，隔离 开关断开（端子X4-c10有开入），保护投入控制 位KG1.4=1（简单电流差动保护II段投入）。 动作方程： (1+ 2IHL2 简单电流差动保护II段经延时T2动作，T2可以 整定 简单电流差动保护II段的定值可以取得较大 ，以防止TA断线及TA饱和时误动。 TA断线检测 任一组零序电流连续12s大于I04定值而断 线相电流小于0.06In (In为二次侧额定电流 )； 计算出正常运行时的差电流连续12s大于 0.2In而断线相电流小于0.06In。 TA饱和检测 采用模糊识别法对TA饱和进行检测,当判 别出TA饱和后,自动抬高比率制动式电流 差动保护元件的制动系数 CSC-125A 数字式故障启动装置 一、适用范围 CSC125A数字式故障启动装置（可以 做为远方跳闸的就地判别装置，根据运行 要求可投入补偿过电压、补偿欠电压、零 序电流、低电流、低功率、低功率因数、 零序过电压等就地判据，能提高远方跳闸 保护的安全性而不降低保护的可靠性。另 外，装置还具有过电压保护和过电压发信 的功能。 CSC125A插件布置图 二、功能配置 装置具有以下功能： a) 远方跳闸功能； b) 过电压跳闸功能； 三、装置软件 3.1保护启动元件 CSC-125A装置包括两个功能模块：远方跳闸 功能、过电压保护功能，每个功能模块的启动元件各不 相同，分别有各自的启动元件： 远方跳闸保护在两个通道任一通道收信时或 电流变化量、零序电流元件动作时启动，进入远方跳闸 收信及就地判据逻辑程序； 过电压保护在任一相过电压或三相过电压时 启动，一相或三相可由方式控制字选择。 任一功能模块的启动元件启动，则开放整个 装置的跳合闸出口正电源。启动元件动作后保持5s，去 开放出口继电器电源。这些功能模块的启动元件将在介 绍各功能模块时一一介绍。 （1） 电流突变量启动元件 （2） 零序辅助启动元件 零序辅助启动判据为：3I0 （k*3I0set） 3I0set为整定的零序电流定值； 3I0为零序电流测量值； k为启动元件灵敏度系数，程序中取为0.8; （3）过电压启动元件 过电压启动判据为：U (k*UH) UH 为整定的过电压定值； U为相电压测量值； k为启动元件灵敏度系数，程序中取为0.75; 过电压 启动判别带有30ms的延时确认。 3.2收信跳闸功能 当线路对端出现线路过电压、电抗器内 部短路和断路器失灵等故障时，均可通过 远方保护系统发出远跳信号，由本端收信 跳闸装置根据收信逻辑和相应的就地判据 动作出口，跳开本端断路器。收信工作逻 辑和就地判据如下： (1)收信工作逻辑 共有“二取二”和“二取一”两种收信工作判断逻辑： “二取二”方式，指通道一和通道二都收信，置收信动作 标志； “二取一”方式，指通道一或通道二中任有一个收信，置 收信动作标志。 运行中工作方式判别 当两通道均投入运行，方式控制字“二取一”方式退出， 且两通道都无故障时为“二取二”方式； 当方式控制字“二取一”方式投入，或两个通道只有一个 通道投入运行，另一个退出时为“二取一”方式。 通道异常判别和处理 在“二取二”方式下，任意一个通道故障开入有信号时 ，则发报警信号通道1故障或通道2故障，同时闭锁该通道收信 ，并自动转入“二取一”方式，当通道故障消失后延时200ms开 放该通道收信。 当任一通道持续收信超过4s，则认为该 通道异常，发 报警信号通道1长期收信或通道2长期收信，同时闭锁该 通道收 信，当通道收信消失后延时200ms开放该通道收信。 （2）就地判据 装置的远方跳闸就地判据有补偿过电压、补偿欠 电压、电流突变量、零序电流、零序过电压、低电流、 低功率因数，各个判据均可由控制字整定是否投入。 A.补偿过电压、补偿欠电压 电压元件按相装设，每相由过电压和欠电压组成，并且 所测量的电压为补偿到远端的电压。根据U0pU I*Zdz，形成远端电压，每相均有补偿阻抗，线路的正 序阻抗可以整定。补偿电压可以反应任一相过电压或欠 电压动作（三取一方式），也可以反应三相均过电压或 欠电压动作（三取三方式），由整定控制字控制。补偿 电压元件动作置补偿电压元件动作标志。TV断线时补偿 欠电压自动退出。 B.电流变化量 电流变化量元件测量相电流差工频变化 量的幅值，与定值比较，确定是否启动。 采用分相判别，启动后保持5s。 C.零序电流 当零序电流大于零序电流整定值3I0时， 置零序电流动作标志。如果零序电流长期 动作超过10s发TA断线报警信号，并闭锁 零序电流元件就地判据。 D. 低电流 当三相任一相电流低于低电流整定值IL时 置低电流动作标志。 E.低功率因数 当三相任一相功率因数低于整定值时， 置低功率因数动作标志。计算功率因数时 计算相电压和相电流之间的角度，并归算 到0。90。，当相电流低于0.03In，或相 电压低于0.3Un时将闭锁该相的低功率因 数元件，在TV断线的情况下将三相低功 率因数元件全部闭锁。 F. 低功率 低功率判别元件为取功率的绝对值进行计算，当任一相 功率的绝对值小于整定值时，低功率元件动作。 低功率判别元件在“三相电压均小于8V”或“TV断线”时 被闭锁。 低功率整定值的整定范围（应为二次侧功率，即指输入 该装置值）：1200W。 具体计算公式如下： PLDa二次值 = Ua * ku * Ia * ki * (COSa) PLDb二次值 = Ub * ku * Ib * ki * (COSb) PLDc二次值 = Uc * ku * Ic * ki * (COSc) （ku、ki分别为由一次侧折算到二次侧的电压和电流变 比） G.零序过电压 当零序过电压大于零序过电压整定值3U0 时，置零序过电压动作标志。 3.3 过电压保护功能 1.过电压跳闸 当线路本端过电压，保护经延时t4跳本端 断路器。过电压保护可反应任一相过电压 动作（三取一方式），也可反应三相均过 压动作（三取三方式），由控制字整定， 过电压跳闸命令发出80ms后，若过电压消 失且三相电流均小于0.04In时立即收回跳 闸命令。 2. 过压启动远跳 启动远跳命令发出80ms后，若过电压消失则立 即收回启动远跳命令。 当KG2.0=0时(过电压保护远跳需判别本侧跳位) ：当本