PRS-701超高压线路成套保护装置.doc

prs-701 超高压线路成套保护装置 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 - i - 目 录 1装置概述1 1.1应用范围.1 1.2保护配置.1 1.3主要性能特点.1 2技术参数3 2.1机械及环境参数.3 2.2额定电气参数.3 2.3主要技术指标.3 2.4通讯接口.4 2.5纵联保护通道说明.4 3保护原理6 3.1起动元件.6 3.2选相元件.6 3.3可变特性工频变化量电抗距离继电器.7 3.4纵联暂态方向保护（暂态电流方向继电器）.11 3.5纵联零序方向保护（零序方向继电器）.13 3.6距离继电器.14 3.7零序电流保护.18 3.8振荡闭锁.18 3.9tv 断线检测和紧急状态保护19 3.10合闸于故障保护.20 3.11非全相运行.21 3.12重合闸.21 3.13跳闸逻辑和重合闸闭锁.24 3.14纵联保护逻辑框图.25 4辅助功能28 4.1信号系统.28 4.2事故分析与过程记录.28 prs-701 超高压线路成套保护装置 - ii - 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 5定值及整定说明34 5.1数值型定值.34 5.2投退型定值.35 5.3定值整定说明.36 6硬件说明39 6.1装置整体结构（硬件原理图）.39 6.2动作出口.39 6.3输入开关量.41 6.4信号接点.42 6.5装置接线与安装.43 7订货须知44 7.1基本订货参数.44 7.2装置软件编号及版本定义.44 7.3装置型号列表.44 附录 a 装置使用.45 a.1 面板使用说明.45 a.2 菜单操作与显示.45 附录 b 装置调试与投运.54 b.1 调试资料准备.54 b.2 通电前检查.54 b.3 上电检查.54 b.4 整机调试.54 b.5 定值整定说明.56 b.6 装置投入运行操作步骤.56 b.7 注意事项.56 附录 c 保护装置通讯说明（iec60870-5-103 规约）.59 c.1 物理接口.59 prs-701 超高压线路成套保护装置 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 - iii - c.2 定值和交流量.59 c.3 保护动作事件.61 c.4 自检信息.62 c.5 保护开关量.62 c.6 故障录波实际通道序号表（acc）.63 附录 d 保护装置特殊版本说明.64 d.1 三相不一致保护.64 d.2 失灵起动.64 d.3 相关说明.64 【附图 1】 装置端子排布置图（装置背视图）66 【附图 2】 装置端子排接线图67 【附图 3】 装置正面布置及安装开孔图68 prs-701 超高压线路成套保护装置 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 第 1 页 1装置概述 1.1 应用范围 prs-701 超高压线路成套保护装置主要适用于 500kv110kv 电压等级的高压线路，具有安 全可靠、快速、灵敏、方便的特点。装置包括以快速暂态方向元件和零序方向元件为主体构成的自 适应纵联保护；以可变特性工频变化量电抗距离继电器构成的快速距离一段保护；以三段式相间距 离、三段式接地距离保护和多段零序电流保护组成的全套后备保护。整套装置有分相跳闸出口，具 备灵活的自动重合闸功能。 1.2 保护配置 prs-701 超高压线路成套保护装置具有如下保护和告警功能： 纵联暂态方向保护 纵联零序方向保护 可变特性工频变化量电抗距离保护 主保护： 选相及分相出口跳闸功能 三段式接地距离保护 三段式相间距离保护 （可配置）二到六段零序方向过流保护及反时限零序电流保 护 距离保护的振荡闭锁功能 紧急状态保护 非全相运行状态保护 合闸于故障保护 一次重合闸功能（可配置单重、三重、综重及停用方式） 后备保护： 选相及分相出口跳闸功能 1.3 主要性能特点 硬件上，保护 cpu 采用先进的 32 位浮点 dsp 处理器，主保护采样速率 48 点/周，后备保护 采样速率 24 点/周，全面保证计算速度及精度；管理 cpu 采用 32 位 risc 芯片，运行实时操 作系统，技术先进可靠，便于维护和升级，具有很强的兼容性。 主保护和后备保护各有独立的起动元件，两个起动元件均动作时整套保护装置才能出口，保 护装置安全性高。 动作速度快，能高速切除全线路各种故障，线路近端故障跳闸时间小于 10ms，末端故障跳闸 时间小于 25ms。 主保护强调安全性及快速性，充分利用暂态过程的信息，采用积分算法，计算速度快；后备 保护强调准确性，采用付氏算法，计算精度高。 采用可变特性工频变化量距离继电器作为快速一段，对金属性和高阻接地故障均具有良好的 动作特性，能够快速切除一段范围各类金属性和高阻接地故障。 prs-701 超高压线路成套保护装置 第 2 页 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 暂态选相与稳态选相有机结合的选相策略，保证了在各种复杂故障情况下选相的快速性、准 确性。 不受系统振荡影响。在振荡（无故障）时可靠不误动，在振荡中又发生故障时仍能保持保护 的快速性与选择性。 自动检测非全相运行状态，配有非全相运行状态下的保护。 在手动和自动合闸时有合闸于故障保护快速切除全线各种故障。 不受弱馈侧安装影响，具备在弱电源侧的正确保护功能。 灵活的自动重合闸功能。 完善的事故分析功能，包括保护事件记录、故障起动记录、故障录波记录、保护投退记录、 装置运行记录、开入记录以及自检记录和闭锁记录等。可再现故障情况以及故障时保护装置 的动作行为。 包括液晶显示、运行状态光字牌及按键在内的简明的显示界面和人机操作功能。 装置对外提供的通信接口有：两个 tcp/ip 以太网接口、两个 rs485 口、一个串行打印口； 一个 gps 秒脉冲接入口（差分输入或空接点输入） 。通信规约采用电力行业标准 iec60870-5- 103 规约。 prs-701 超高压线路成套保护装置 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 第 3 页 2技术参数 2.1 机械及环境参数 机箱结构尺寸：482.6mm 266mm 306.5mm（宽高深） 正常工作温度：-5 40 极限工作温度：-10 55 贮存及运输： -25 70 相对湿度：45% 75% 大气压力：86 106kpa 2.2 额定电气参数 频率： 50hz 交流电流： 5a 或 1a（额定电流 in） 交流电压： 100v 或 57.7v（额定电压 un） 直流工作电源： 220v/110v，允许偏差： -20+15 数字系统工作电压： +5v， 允许偏差： 0.15v 继电器回路工作电压：+24v， 允许偏差： 2v 功耗： 交流电压回路： un = 100v，每相不大于 1va 交流电流回路：in = 5a，每相不大于 1va in = 1a，每相不大于 0.5va 直流电源回路： 正常工作时，全装置不大于 35w 跳闸动作时，全装置不大于 50w 保护回路过载能力： 交流电压回路：1.2 倍额定电压，连续工作 交流电流回路： 2 倍额定电流，连续工作 10 倍额定电源，允许 10s 40 倍额定电流，允许 1s 直流电源回路： 80115%额定电压，连续工作 装置经受上述的过载电压/电流后，绝缘性能不下降。 2.3 主要技术指标 2.3.1 整组动作时间 工频变化量电抗距离元件：310ms（近端） ，20ms（远端） 纵联保护全线路动作时间：25ms 距离保护 i 段：30ms prs-701 超高压线路成套保护装置 第 4 页 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 2.3.2 定值精度 电流定值误差：5% 电压定值误差：5% 阻抗定值误差：5% 距离继电器精工电压： 0.25v 距离继电器精工电流：0.1in30in 时间定值误差：20ms 检同期元件角度误差：3 快速保护暂态超越均不大于 5。 装置定值整定范围和步长见定值表。 2.3.3 输出接点容量 装置出口和信号接点单接点时最大允许接通功率为 150w 或 1250va，最大允许长期接通电流 5a，多副接点并联时接通功率和电流可以适当提高。两种方式下接点均不允许断弧。 2.3.4 实时时钟 掉电不停计时的实时时钟。该实时时钟具备万年历功能，能接收微机监控系统的校时。装置内 部实时时钟在装置掉电时自动切换由时钟芯片内部锂电池供电，在电池无短路及其它异常情况下， 后备电池工作时间不少于 10 年。bcpu 和 pcpu 时钟严格与 mcpu 同步，误差不超过5ms。 2.3.5 电磁兼容 静电放电性能符合：gb/t14598.14-1998（级） 快速瞬变干扰性能符合：gb/t14598.10-1996（级） 浪涌（冲击）抗扰度性能符合：gb/t17626.5-1999（级） 高频电气干扰（1mhz 脉冲群）性能符合：gb/t14598.13-1998（级） 辐射电磁场干扰性能符合：gb/t14598.9-2001（级） 2.3.6 绝缘试验 绝缘试验符合： gb/t14598.3-93 6.0 冲击电压试验符合： gb/t14598.3-93 8.0 2.4 通讯接口 装置对外提供的通信接口有：两个 tcp/ip 以太网接口，两个 rs485 口，一个串行打印口，一 路 gps 接口（差分输入或空接点输入） 。通信规约采用电力行业标准 iec 60870-5-103 规约。 2.5 纵联保护通道说明 装置的纵联保护能同各种通道通信设备（继电保护专用收发信机及复用载波机等）接口。发、 停信控制采用一副接点，不发信即为停信。当用于专用闭锁式时，通道逻辑由保护装置实现，收发 信机的停信和发信完全由保护控制。对于闭锁式，为了防止通道上的干扰，保护中设置了两级延时 确认，一是保护必须在收到高频信号 8ms 后才允许停信；二是保护停信后要连续 8ms 收不到高频 信号才能动作出口。当用于允许式时，必须连续 8ms 收到对侧的允许信号才能动作出口。允许式可 prs-701 超高压线路成套保护装置 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 第 5 页 以采用单命令和多命令方式，装置预留有两路备用的发信接点输出，可以传输分相允许信号以满足 同杆并架线路的需要。 prs-701 超高压线路成套保护装置 第 6 页 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 3保护原理 3.1起动元件 装置起动采用以下方案：对分立的主、后备保护板配置相同的起动元件，其动作分别用于开放 对方板出口继电器的正电源。对方板起动元件和本板保护元件动作的出口组成“与”逻辑，它们共 同动作决定本板保护继电器的出口跳闸。 装置的起动元件分为两部分：电流突变量起动和零序过流起动。任一起动条件满足则确认保护 起动。 3.1.1 电流突变量起动 该元件测量相电流工频变化量的幅值，具体判据为 (3-1)cbaiii sett ,25 . 1 式中：为浮动门槛，为“电流突变量起动定值” 。当任一相电流突变量满足起动门槛时保 t i set i 护起动。 3.1.2 零序过流起动 为保证远距离故障或经大电阻故障时保护可靠起动，设置零序过流起动元件。其动作判据为 (3-2) set ii 00 3 式中：为“零序电流起动定值” 。该式满足并持续 30ms 后，起动元件动作。 set i0 3.2选相元件 本装置保护的计算采取用突变量选相与稳态量选相测量相结合的方式。突变量选相快速可靠， 只在保护起动后 30ms 内投入；稳态量选相采用多重判据，用电流选相与电压选相相结合，都是将 故障相与健全相相对比较，能自适应于系统运行方式的变化，提高了灵敏度；并且用稳态量选相可 适应故障转换，使延时段保护也可按选相结果进行测量。 3.2.1 突变量选相 突变量选相比较电压电流复合突变量（其中为一设定的阻抗常数）zxiuu / zx 的幅值。 1)由于该补偿电压中没有零序分量，使选相变得明确； 2)由于中包含了电压突变量和电流突变量，提高了选相的灵敏度；zxiuu / 3)相减产生了方向性，使得在正反方向同时故障时，可以正确选出正方向故zxiu 、 prs-701 超高压线路成套保护装置 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 第 7 页 障的故障相以及在弱电源侧时由于有电压分量仍可正确选出故障相。 3.2.2 稳态量选相 稳态量选相逻辑如下： 1)判断是否接地：若且时，判为接地故障，反之为不接地故障。 set uu 00 3 set ii 00 3 2)接地故障选相：利用 i0和 i2的相位关系，初步确定可能的故障类型；再根据电压的关系， 确定是单相接地还是两相接地。 3)不接地故障选相：利用区分三相对称故障，并通过对线电压大小的排序确定两 12 5 . 0 ii 相故障的故障相。 3.3可变特性工频变化量电抗距离继电器 工频变化量距离继电器的基本原理是：电力系统发生短路故障时，其短路电流、电压可以视为 故障前的正常运行分量和故障分量的叠加，工频变化量距离继电器不反应正常运行分量，只考虑故 障分量，采用故障前工作电压的幅值记忆量，作为工频变化量距离继电器的动作门槛，动作方程为： (3-3) zop uu 对相间故障有： (3-4) zdop ziuu , 对接地故障有： (3-5) zdop zikiuu 0, 3 其中：为工作电压，为工作电压的变化量，为整定阻抗（“工频变化量阻抗”定值， op u op u zd z 以下同） ，为动作门槛，取故障前工作电压的记忆量，k 为“零序阻抗补偿系数”定值（以下同） z u 。 由上式可见，工频变化量距离继电器主要是利用了故障前记忆电压的幅值信息。其实，对于不 同类型的线路故障，与之间的相位有很大的差别，在金属性短路故障时，对于 220kv 线路， z u i 与（与）之间的相位约为 80，而在单相高电阻接地故障时，与 ,z u i ,z u i ,z u 之间的相位可以小到 10以内。因此，如果能同时利用记忆电压的幅值信息和与（ i ,z u i 与）之间的相位信息，则可以得到一种可变特性工频变化量距离继电器，该继电器对 ,z u i 线路金属性和高阻接地故障均具有良好的动作特性，同时，继电器的动作速度也有提高。 prs-701 超高压线路成套保护装置 第 8 页 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 3.3.1 动作方程 接地距离 (3-6) jjzd uumzikium ,0 31 相间距离 (3-7) jjzd uumzium , 1 其中：为整定阻抗，、为保护安装处变化量相电压或相间电压，、为 zd z u u i i 保护安装处变化量相电流或相间电流，、为故障点故障前记忆相电压或相间电压， j u ,j u , 为补偿系数，。m10 m 3.3.2 动作特性分析 1)正方向故障 以相间距离为例，正方向故障时， （3-7）式推导如下： （3-7）式两边同除以得： i skskzds zzzzmzzm1 其中：为整定阻抗，为故障点的短路阻抗，为本线路背侧的电源阻抗。 zd z k z s z 设，则按照幅值比较动作 skzds zzmzzma) 1( sk zzb 方程转化为相位比较动作方程的公式，有： kzds skzds skzdssk zmzmz zzmzzm zzmzzmzzabd 112 11 ) 1( 两边同除以，则：1 m szdk z m z m m z 1 2 1 1 zdk zdssk skzdssk zmzm zzmzzm zzmzzmzzabc 11 11 ) 1( 两边同除以，则：1m zdk zz prs-701 超高压线路成套保护装置 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 第 9 页 由此可以得到如下相位比较方程： 270 1 2 1 1 90 27090 szdk zdk z m z m m z zz arg d c arg 由 m 的变化可得到正方向故障时的动作特性： 当时，有：1 . 0m 270 22 . 2 22 . 1 90 szdk zdk zzz zz arg 其图形为小圆，圆内为动作区。 当时，有：5 . 0m 270 43 90 szdk zdk zzz zz arg 其图形为大圆，圆内为动作区。 当时，有：0 . 1m 、 27090 szdk zdk zzz zz arg 其图形为与垂直的直线，直线下方为动作区。 zd z 动作特性如图 3-1 所示。 m=1x m=0.5 zz d m=0.1 r （-1.22zzd - 2.22zs） （-3zzd - 4zs） 图 3-1 可变特性工频变化量电抗元件正方向动作特性 prs-701 超高压线路成套保护装置 第 10 页 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 2)反方向故障 以相间距离为例，反方向故障时， （3-7）式推导如下： （3-7）式两边同除以得： i skskzds zzzzmzzm1 其中：为整定阻抗，为故障点的短路阻抗，为本线路线路侧的电源阻抗。 zd z k z s z 设，则按照幅值比较动 skzds zzmzzma) 1( sk zzb 作方程转化为相位比较动作方程的公式，有： kzd skzdssk zmzm zzmzzmzzabd 11 ) 1( 两边同除以，则：1m kzd zz szdk skzds skzdssk zzmzm zzmzzm zzmzzmzzabc 211 11 ) 1( 两边同除以，则：1 m szdk z m z m m z 1 2 1 1 由此可以得到如下相位比较方程： 270 1 2 1 1 90 27090 zdk szdk zz z m z m m z arg d c arg 由 m 的变化可得到正方向故障时的动作特性： 当时，有：1 . 0m 270 22 . 2 22 . 1 90 zdk szdk zz zzz arg 其图形为小圆，圆内为动作区。 当时，有：5 . 0m 270 43 90 zdk szdk zz zzz arg prs-701 超高压线路成套保护装置 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 第 11 页 其图形为大圆，圆内为动作区。 当时，有：0 . 1m 、 27090 zdk szdk zz zzz arg 其图形为与垂直的直线，直线上方为动作区。 zd z 动作特性如图 3-2 所示。 m=0.1 m=0.5 m=1 -3zzd + 4zs x -1.22zzd + 2.22zs zzd r -zk 图 3-2 可变特性工频变化量电抗元件反方向动作特性 由以上分析可知： 1)当补偿系数等于 0 时，可变特性工频变化量距离继电器实际就是常用的工频变化量继m 电器； 2)当补偿系数等于 1 时，可变特性工频变化量距离继电器为一条与整定阻抗垂直的电抗m 线，其动作特性完全不受过渡电阻影响。 3)补偿系数的引入，对区内故障有助增作用，对区外故障有抑制继电器超越的作用，因此在 保证灵敏度很高的前提下，有效的抑制了快速保护的暂态超越。 可变特性工频变化量距离继电器灵敏度高、动作速度快、动作范围大，对线路金属性和高阻接 地故障均具有良好的动作特性，是一种快速、灵敏的继电器。 3.4纵联暂态方向保护（暂态电流方向继电器） 暂态电流方向元件由两种判据组成，利用故障时暂态电流中的衰减直流分量构成快速方向判据； 同时，以电流电压的工频变化量构成自适应比幅式方向判据。 prs-701 超高压线路成套保护装置 第 12 页 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 3.4.1 动作判据 （以下公式中的电流电压均是相电流相电压） 正方向判据 (3-8)ukziu l 7 . 02 反方向判据 (3-9) l ziuku7 . 02 其中：为电压、电流变化量；为线路全长阻抗（设，即整定到线路 70%iu 、 l z lzd zz7 . 0 阻抗处） ；为补偿系数。 k 3.4.2 动作特性分析 1)正方向故障 以三相短路为例，如图 3-3，有，取补偿系数，则： s ziu2k 正方向判据为： szds zizizi22 (3-10) szds zzz22 反方向判据为： zdss zizizi22 (3-11) zdss zzz 22 设系统阻抗角与线路阻抗角一致，则正方向故障时，式（3-10）成立，正方向元件可靠动 作，式（3-11）不成立，反方向元件不可能动作。 图 3-3 正方向故障计算用图 zs en = 0em = 0 zk i zzd u ef 2)反方向故障 以三相短路为例，如图 3-4，有，取补偿系数，则： s ziu2k prs-701 超高压线路成套保护装置 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 第 13 页 正方向判据为： szds zizizi22 (3-12) szds zzz22 反方向判据为： zdss zizizi22 (3-13) zdss zzz22 设系统阻抗角与线路阻抗角一致，则反方向故障时，式（3-12）不成立，正方向元件不可 能动作，式（3-13）成立，反方向元件可靠动作。 图 3-4 反方向故障计算用图 zk en = 0em = 0 zs i zzd ef 由以上分析可知： 1)将变化量电压补偿到 70%的线路处，在大系统长线路的情况下可以根本改善继电器的灵敏 度，使得此方向判据不仅适用于短线路，而且适用于任何长距离的输电线路； 2)由公式推导过程可知，判据的方向性与接地过渡电阻无关。 暂态电流方向元件安全可靠，无电压死区，不受负荷电流和过渡电阻影响，具有很高的灵敏度。 3.5纵联零序方向保护（零序方向继电器） 零序方向继电器由常规零序方向元件和无死区零序方向元件组成。 3.5.1 方向元件 零序方向元件设正、反两个方向元件，反方向元件的灵敏度高于正方向元件。正方向元件的零 序电流定值与反方向元件的零序电流定值的关系为： zd i0 zd i0 zdzd ii 00 其中：为纵联“零序方向过流定值” ，取为“零序电流起动定值” 。 zd i0 zd i0 prs-701 超高压线路成套保护装置 第 14 页 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 3.5.2 常规零序方向元件 正方向判据 (3-14)340 3 3 180 0 0 i u arg 反方向判据 (3-15)150 3 3 10 0 0 i u arg 3.5.3 无死区零序方向元件 在线路零序阻抗很大而背侧零序阻抗很小情况，线路末端接地故障时，保护装置感受的零序电 压可能低于零序方向元件的电压门槛值，导致零序方向元件拒动，为了克服零序方向元件的电压死 区，除了上述零序方向元件外，还配置有无死区零序方向元件。其判别公式如下： 正方向判别 (3-16) 0100 3137 . 033uzkiu 反方向判别 (3-17) 1000 137 . 0333zkiuu 其中：k 为“零序阻抗补偿系数”定值。 3.6距离继电器 本装置分别设置了三段式相间和接地距离继电器，各段保护均可由用户整定独立投退。 3.6.1 相间距离继电器 3.6.1.1 两相故障相间距离继电器 i、ii 段 假设选相结果为 bc 相间（接地或不接地）故障，姆欧继电器的动作判据为 (3-18) 90arg270 1bczdpbc a izu uj 式（3-18）在阻抗平面上的动作特性如图 3-5 所示，图中 zs、zs 分别为保护安装侧母线至本 侧及对侧的系统阻抗。图中的圆 c1和 c2分别为继电器在正、反方向的动作特性。正方向短路时测 量阻抗落于圆 c1内，继电器能灵敏的动作；反方向短路时测量阻抗落于第 iii 象限，继电器肯定不 会动作，方向性十分明确。 需要提及注意的是，正、反方向故障时的动作特性必须以正、反方向故障为前提导出，图 3-5 中 c1 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。 prs-701 超高压线路成套保护装置 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 第 15 页 zp1zd zsm c3 c1 c2 r j x zsn 图 3-5 相间距离元件（姆欧继电器）动作特性 3.6.1.2 两相故障相间距离继电器 iii 段 相间距离第 iii 段作为相邻线保护的远后备。由于其动作延时长，应在振荡与短路同时存在时 也能正确测量，为此采用本相间电压为极化电压。由于对出口故障第 i、ii 段都能起保护作用，因 此第 iii 段可以不对出口故障作出反应，采用抛球特性，有利于避开最小负荷阻抗。其动作判据为 式（3-19） ，反方向故障肯定不会失去方向性，由于最小负荷阻抗不可能落入圆内，可以取得 zdp z 3 大，满足远后备保护的要求。 (3-19) 90arg270 3 1 bczdpbc bczdpbc izu izu 三段相间距离继电器在阻抗平面上的动作特性如图 3-6 所示，图中 ab 段代表本线路、bc 段 代表相邻线路。 j x r i 段 ii 段 iii 段 zp1zd a zp3zd zp2zd c b 图 3-6 三段相间距离继电器动作特性 prs-701 超高压线路成套保护装置 第 16 页 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 3.6.1.3 三相故障相间距离继电器 三相故障采用 bc 相参数进行测量，和两相故障不同的是极化电压用本相记忆电压，其动作判 据为 (3-20) 90arg270 1 0 bczdpbc bc izu u 式（3-20）在阻抗平面上的动作特性如前节图 3-5。在记忆电压存在期间，其正、反方向的动 作特性仍分别为图 3-5 中的圆 c1和 c2；但在记忆作用消失后，就是故障后母线实际的残压， 0bc u 因而动作特性变成图中的圆 c3，此圆称为继电器的稳态特性，对正、反方向故障都适用。 由图 3-5 可见，在记忆作用消失后，继电器对出口和母线上故障的方向判别将变得不明确。本 装置采取给稳态特性设置电压死区的方式来解决这一问题：背后母线上故障时，残压不足以克服死 区，继电器始终不会动作；正向出口故障时在记忆电压作用下继电器立即动作；在继电器已动作的 条件下，如果残压未发生变化，说明故障仍然存在，就将继电器的动作一直保持下去，这样在断路 器拒动时可有效地起动断路器失灵保护。同时，对于三相故障相间距离 iii 段，不使用抛球特性。 三相故障相间距离继电器的动作特性如图 3-7 所示（记忆电压存在期间，动作特性如图中实线圆； 记忆电压消失后，动作特性如图中虚线圆） 。 图 3-7 三段三相故障距离继电器动作特性 以上图形及公式中：为“相间距离 i 段阻抗定值” ，为“相间距离 ii 段阻抗定值” ， zdp z 1zdp z 2 为“相间距离 iii 段阻抗定值” 。 zdp z 3 3.6.2 接地距离继电器 为了提高接地距离继电器的动作特性，使其能覆盖较大的接地过渡电阻又不会发生超越，本装 置采用了零序电抗继电器。零序电抗继电器的动作判据为 i 段 ii 段 iii 段 zp1zd a zp3zd zp2zd j x r c b prs-701 超高压线路成套保护装置 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 第 17 页 (3-21) 180 )( arg360 0 01 i ikizu zde 式中：k 为“零序阻抗补偿系数”定值，其计算公式为，其中和分别为 1 10 3 l ll z zz k 0l z 1l z “线路全长零序阻抗”定值和“线路全长正序阻抗”定值，在实际应用中建议采用实测值对 k 值进 行整定。 本装置经过选相，保证在单相故障时，只有故障相才用零序电抗继电器测量，将两相短路接地 故障划归相间故障，由相间距离继电器测量。 式（3-21）在阻抗平面上的动作特性如图 3-8 所示，为经过整定阻抗矢量末端的直线。装置采 用零序功率方向继电器来保证接地距离继电器的方向性，同时在零序电抗继电器的动作判据中将 相位后移度，适当限制其动作区，提高安全性。另外，装置还增设了姆欧继电器，以进一步 0 i 解决接地距离继电器超范围误动作的问题。姆欧继电器（假设为 a 相）的动作判据为 (3-22) 90 )( arg270 03 ikizu uj azdea cb 极化电压的相位前移度，既扩大了继电器的动作特性对接地过渡电阻的覆盖能力，又使继电 器能可靠地避免了超越。取值范围为 0、15、30，被保护线路越短取值越大。 图 3-8 三段接地距离继电器动作特性 以上图形及公式中：为“接地距离 i 段阻抗定值” ，为“接地距离 ii 段阻抗定值” ， zde z 1zde z 2 为“接地距离 iii 段阻抗定值” 。式（3-22）中角度为“接地距离偏移角度定值” 。 zde z 3 ze1zd ze2zd ze3zd zs j x r = 0 = 30 prs-701 超高压线路成套保护装置 第 18 页 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 3.7零序电流保护 本装置配置有四段零序过流保护和零序反时限保护。每段保护及其方向元件的投退均可由用户 设定，并符合现场习惯。 3.7.1 四段零序过流保护 零序过流保护各段方向元件可独立投退。 装置的零序电流和零序电压均由保护内部计算产生，即有。 cba cba uuuu iiii 0 0 3 3 保护装置在外部开入端子上设有“零序总投退”硬压板。零序总压板退出时，所有零序保护 （包括四段零序过流和零序反时限过流保护，不包括纵联零序方向保护）均退出。 可根据整定确定是否在 tv 断线时投入零序保护，但此时方向元件自动退出。 零序过流 i、ii 段保护又分为灵敏段和不灵敏段，其中不灵敏 i 段和 ii 段仅在非全相运行时才 有效，不经方向元件控制，并可由控制字选择是否投入。 需要特别注意的是，零序过流 iii 段定值同时也作为装置中合闸于故障保护接地不对称故障 的选相判据之一，必须在不考虑其是否投入的情况下正确整定。 3.7.2 零序反时限过流保护 反时限特性方程为 (3-24) 1)( 80 2 p p ii t t 式中：为“零序反时限起动电流”定值，为“零序反时限时间常数”定值。 p i p t 3.8振荡闭锁 本装置的振荡闭锁分为三个部分，任意一个动作即开放保护。 3.8.1 瞬时开放保护 在起动元件动作后起始的 160ms 以内无条件开放保护，保证正常运行情况下突然发生事故能 快速开放。如果在 160ms 延时段内的距离元件已经动作，则说明确有故障，则允许该测量元件一 直动作下去，直到故障被切除。 3.8.2 不对称故障开放元件 不对称故障时，振荡闭锁回路可由对称分量元件开放，该元件的动作判据为 (3-25) 120 imii 其中：m 的取值根据最不利的系统条件下振荡又区外故障时，振荡闭锁不开放为条件验算，并留有 相当的裕度。 prs-701 超高压线路成套保护装置 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 第 19 页 3.8.3 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，上述二项开放措施均不能 开放保护。因此对对称故障设置专门的振荡判别元件，测量振荡中心电压，其测量方法如下 (3-26)cos bcos uu 式中：为 bc 线电压，为线电压与线电流的补偿夹角线电压与线电流的夹角加 bc u bc u bc i 上 90减去“线路正序阻抗角度” （定值） ，即有 (3-27)、90, bcbc iu 对称故障用判断两侧电势的相位差，在 180 时，接近于 0。在三相短路cosucosu 时不论故障点远近如何，等于或小于电弧的压降，约为额定电压的 5%。装置在判断系统cosu 进入振荡时置振荡标志，在下降到接近 5%时测量振荡的滑差，使得元件很准确地cosucosu 躲过振荡中0.05 的时间，不开放保护。在振荡中发生故障时0.05 保持不变，cosucosu 于是经小延时开放保护。由于躲过振荡所需的延时是根据对滑差实时测量的结果确定的，因此既能 有效地闭锁保护，又使振荡中发生三相短路时最大限度地降低了保护的延时。 3.8.4 非全相运行时振荡闭锁 非全相运行状态下的振荡闭锁判据参见 3.11.3 节。 3.9tv 断线检测和紧急状态保护 3.9.1 tv 断线 装置设有两种检测 tv 断线的判据，两种判据都带有延时，且仅在线路正常运行、起动元件不 起动的条件下投入；若起动元件已起动就不进行电压断线的检测，直到保护整组复归后重新投入。 同时，tv 断线信号只在三相电压恢复正常并持续 10s 之后才可复归，此后恢复正常保护程序。 1)单相或两相断线检查：保护不起动，延时 1.3s 报 tv 断线。vu83 0 2)三相失压检查：且任一相有流（） ，延时 1.3s 报 tv 断线。vu183 1n ii06 . 0 3.9.2 紧急状态保护 当检测到电压断线后立即发出断线信号，保护转为“紧急状态保护” 。在 tv 断线情况下，将 纵联保护、工频变化量距离、后备距离及零序方向元件退出，同时继续监视 tv 电压，当电压恢复 后，延时自动解除闭锁。紧急状态保护包括： 1)无方向性的二段定时限过电流保护； 2)无方向性的零序过流保护（ii、iii、iv 段） ，它实际上是原有零序过流保护将零序方向元 prs-701 超高压线路成套保护装置 第 20 页 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 件取消，定值不变。 3.9.3 抽取电压断线 当重合闸投入，如果有检同期或检无压方式投入，则由重合闸对抽取电压进行检测：当开关在 合位，有电流流过，母线（或线路）有电压，并检测到同期电压低于无压定值（相电压 40v 或相 间电压 70v） ，则报抽取电压 tv 断线；当检无压和检同期均不投入时，不进行抽取电压断线状态 的检测。保护在检测到抽取电压 tv 断线后闭锁重合闸。 3.10 合闸于故障保护 本装置后备保护设有合闸于故障保护，在手合或重合闸动作后、twj 由跳位变为合位的开始 200ms 时间内投入。合闸于故障保护分为两个部分：距离部分和过流部分。 3.10.1 距离部分 合闸于故障距离部分受“距离保护投退”硬压板控制。 由于采取了较完善的故障检测判据，其动作特性受合闸时的暂态电流影响较小，合闸于故障保 护（距离部分）在装置内部固定为经小延时（20ms）跳闸。 3.10.1.1 合闸于不对称故障 合闸于不对称故障，用以下判据 (3-28) nll uizuizu5 . 025 . 1 25 . 1 000212 式中：和分别为“线路全长零序阻抗”定值和“线路全长正序阻抗”定值。 0l z 1l z 3.10.1.2 合闸于对称故障 合闸于对称故障，采用电流速断和阻抗保护相配合的方式，其动作判据要求同时满足以下两个 条件： 1)； na ii4 . 0 2)以相间距离 ii 段阻抗为定值的全阻抗继电器动作。 合闸于故障 保护动作 1 三相短路 接地故障 相间故障 相间距离ii段动作 3u2 7v ia 0.4in 3i0 i03zd nll uizuizu5 . 025. 125. 1 000212 1 3i2 0.4in 图 3-9 合闸于故障保护逻辑图 prs-701 超高压线路成套保护装置 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 第 21 页 3.10.2 过流部分 合闸于故障过流加速段保护为普通的过流保护，其电流定值按躲过最大的线路充电电流整定， 动作时间固定为 100ms。 3.11 非全相运行 3.11.1 非全相运行状态的确定 某相跳闸动作，且其对应相有流元件不动作，判该相已跳开； 某相 twj 动作，且其对应相有流元件不动作，判该相已跳开。 当判出任一相跳开后，经延时置非全相状态。 3.11.2 非全相运行状态下的保护配置 非全相状态包括单相非全相、两相非全相及三相非全相状态。 1)当装置判断当前状态为单相非全相（即只有一相正常运行）时，延时 200ms 跳三相； 2)两相非全相状态下（即有两相正常运行，一相断开） ，将纵联零序方向保护退出，保留纵 联暂态电流方向保护，退出与断开相有关的相及相间工频变化量距离继电器，保留健全相 的接地和相间工频变化量距离继电器，后备保护投入超范围（采用距离二段定值）的非全 相距离保护，投入两段不经方向元件控制的零序过流不灵敏段； 3)三相非全相状态（即三相断开）下走正常流程，有流或三相 twj 返回后开放合闸于故障 保护 200ms。 3.11.3 非全相运行再故障下保护的测量和振荡闭锁 3.11.3.1 单相故障 两相非全相运行状态时，以 bc 两相运行为例，当落于 b 区时，选为 b 相故障； 20/ i iarg 当落于 c 区时，选为 c 相故障。使用接地距离二段定值进行测量，延时 100ms 动作 20/ i iarg 跳三相。根据和相位关系选相，可保证选相的正确性，又可以保证非全相振荡时，单相距离 0 i 2 i 继电器不动作，振荡中再单相接地故障时能快速开放保护测量。 3.11.3.2 相间故障 两相非全相运行时，若发生相间故障，采用相间方向阻抗继电器（使用相间距离二段定值）进 行测量。对非全相振荡相间故障的闭锁开放，采用测量振荡中心电压的方法躲开振荡，实cosu 现方法同 3.8.3 章节。 3.12 重合闸 装置重合闸设计为一次重合闸方式，用于单开关方式的线路（一般不用于一个半开关方式） ， 可实现单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸和停用重合闸。重合闸方式可由装置开入量中的“三 prs-701 超高压线路成套保护装置 第 22 页 深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 重方式”和“综重方式”选择，其对应关系如表 3-1。 表 3-1 重合闸方式开入量定义 开入量 三重方式综重方式 重合闸方式 00单重 01综重 10三重 11停用 在充电过程完成之后，重合闸可以由两种方式起动：开关位置不对应起动或保护跳闸起动，其 中不对应起动方式设有控制字定值投退。除此之外，本装置的重合闸还可以通过开入端子上的“单 跳起动重合”和“三跳起动重合”由其它保护装置起动。 装置重合闸可由控制字定值决定投退。 3.12.1 重合闸充/放电 重合闸逻辑中由一软件计数器模拟重合闸的充/放电过程。 表 3-2 重合闸充、放电及起动条件 1)重合闸处于“停用”方式 2)重合闸处于“单重”方式时，断路器处于“三跳”位置 3)“合闸压力低”有开入（且持续 400ms） 4)“闭锁重合闸”有开入 5)检无压或检同期投入时，线路 tv 断线 6)母线 tv 断线 放电条件 （“或”逻辑） 7)逻辑设定的放电条件（如：多相故障闭重等） 1)不满足重合闸放电条件 2)保护未起动 充电条件 （“与”逻辑） 3)跳位继电器返回（twj = 0） 1)重合闸已“充电” 2)断路器出现不对应状态或保护发出跳闸命令起动条件 3)跳开相无流 重合闸充电时间为 20s。在充电过程中，装置面板的重合闸允许信号灯闪烁，充电完成后，该 信号灯点亮，放电以后该信号灯熄灭。 3.12.2 重合闸同