PRS-753D光纤分相纵差成套保护装置.doc

prs-753d光纤分相纵差成套保护装置目 录1装置概述11.1应用范围11.2保护配置11.3主要性能特点11.4装置软件编号及版本号定义22技术参数32.1机械及环境参数32.2额定电气参数32.3主要技术指标32.4通讯接口42.5光纤接口43保护原理63.1起动元件63.2差动元件63.3差动保护特性说明83.4后备保护选相元件123.5距离继电器123.6零序电流保护163.7振荡闭锁173.8tv断线检测和紧急状态保护183.9合闸于故障保护193.10重合闸203.11跳闸逻辑和重合闸闭锁204辅助功能224.1信号系统224.2事故分析与过程记录225定值及整定说明285.1数值型定值285.2投退型定值295.3定值整定说明306硬件说明326.1装置整体结构（硬件原理图）326.2动作出口336.3输入开关量346.4信号接点346.5装置接线与安装357订货须知37附录a 装置使用38a.1 面板使用说明38a.2 菜单操作与显示39附录b 装置调试与投运48b.1 调试资料准备48b.2 通电前检查48b.3 上电检查48b.4 整机调试48b.5 定值整定说明50b.6 装置投入运行操作步骤50b.7 注意事项50附录c 保护装置通讯说明（iec60870-5-103规约）53c.1 定值和交流量53c.2 保护动作事件53c.3 自检信息54c.4 保护开关量54c.5 故障录波实际通道序号表（acc）55附录d 内置光通信板使用说明56附录e 通道自环试验功能使用说明57【附图1】 装置端子排布置图（装置背视图）58【附图2】 装置端子排接线图59【附图3】 装置正面布置及安装开孔图60【附图4】 装置操作板（wb340）原理接线图61【附图5】 装置电压切换板（wb352）原理接线图62【附图6】 装置内置光通信板背后开孔说明63【附图7】 装置保护部分原理接线图64深圳南瑞科技有限公司 深圳南京自动化研究所 - iii -1 装置概述1.1 应用范围本装置为全数字式的高压线路保护，主要适用于110kv及以下电压等级、无需选相跳闸的输电线路保护。装置以分相电流差动元件为全线速动的主保护，并配有零序电流差动元件的后备差动段。装置集成了全套的距离及零序保护：三段式相间距离、三段式接地距离保护和四段零序电流方向保护，并配有三相一次自动重合闸功能。装置带有内置光通信板，以光接口的方式对外通信，传输保护用电流数据及开关量信息；同时，装置还配有独立的外置光通信转换装置，可实现与电站pcm设备的复接，实现长距离线路的纵差保护。1.2 保护配置prs-753d光纤分相纵差成套保护装置具有如下保护和告警功能：主差保护：突变量电流比率差动保护稳态量电流比率差动保护零序电流比率差动保护差流及零序差流越限告警ta断线告警及闭锁差动保护ta饱和检测和闭锁远传和远跳功能独立快速跳闸段（突变量距离继电器）后备保护：三段式接地距离保护三段式相间距离保护四段零序方向过流及反时限零序过流保护tv断线检测和tv断线自动投入过流保护选相功能振荡闭锁功能合闸于故障保护三相一次自动重合闸功能1.3 主要性能特点l 依分时分段原理构成的分相电流纵差主保护动作快速，功能完备。稳态量差动的差流速断段用于反映特别严重的故障；突变量电流比率差动不受负荷电流的影响，是差动的灵敏段；稳态量差动的比率差动段作为全线路差动保护的总后备；带延时的零序电流差动保护则用于对重负荷下的高阻接地故障提供保护。整套差动保护的配置能够很好地满足保护快速性、灵敏性及选择性的要求。l 装置的通信方式采用64kbps或2mbps高速数据同步通信方式。可采用专用光纤通道，或通过标准64k端口复接pcm终端设备（pcm微波或pcm光纤）。不论采用专用光纤还是复用pcm设备，装置内部的通信口出入都是采用光纤传输方式。l 具备通信误码检测、通道自动监测、通道故障自动闭锁和通道恢复延时开放差动保护的功能。l 自带双路光纤数字通信通道，运行方式可灵活配置。当使用一主一热备工作方式时，主、后备通道间可实现自动切换功能，充分满足纵差保护数字通信可靠性的要求。l 主差保护具有对ta断线和外部故障ta饱和的自动检测和闭锁功能，可由控制字选择闭锁差动和零差保护。整套装置的动作特性受线路两端不同ta特性和ta饱和的影响小，在穿越性故障下不会误动。l 1组远跳及2组远传开入接点，可经由数字通信通道传送跳闸量开关信号，实现远方跳闸及信号的远传功能。l 保护不受振荡影响。在系统振荡（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动作的快速性与选择性。l tv断线时，差动保护一直投入，且后备保护投入紧急状态保护。紧急状态保护为二段无方向定时限相过流和零序过流保护。l 在手动和自动合闸时，差动保护一直投入，且后备保护配有合闸于故障保护功能，可快速切除全线各种故障。l 不受弱馈侧安装影响，具备在弱电源侧的正确保护功能。l 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（包括保护模块的流程数据记录）、保护投退记录、装置运行记录、开入记录以及自检记录、闭锁记录和光纤记录等。可再现故障情况以及故障时保护装置的动作行为。l 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。l 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。1.4 装置软件编号及版本号定义装置出厂后，对应某一装置的具体软件编号及版本号可在装置的查看菜单中查看到。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 106kpa2.2 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1vain = 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10s40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 动作时间差动保护全线跳闸时间：25ms（2倍定值）工频变化量距离： 20ms（近端），30ms（远端）距离i段：30ms2.3.2 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： 0.1in 30in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为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 8.02.4 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 光纤接口光纤接口位于装置cpu板插件的背面。光接口使用符合工业标准9针sip接口的收发一体光模块，接口特性如下：a) 线路码速率： 2mhzb) 线路码型： cmic) 光接头： sc/pcd) 选用光纤型号：模式 单模波长 1310nm衰耗 不大于 0.4db/kme) 发送功率： -9dbmf) 接收灵敏度： -40dbmg) 饱和光功率： -3dbm3 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三部分：突变量起动、零序过流起动及相过流起动。任一起动条件满足则确认保护起动。3.1.1 突变量起动该元件测量相电流工频变化量的幅值，取三相中的最大值做判断量，具体判据为 (3-1)式中：为“电流突变量起动定值”。在恒定负荷状态下，=0，因此可以在三相短路电流较小（小于负荷电流）的情况下起动。3.1.2 零序过流起动零序过流起动元件的动作判据为 (3-2)式中：为“零序电流起动定值”。3.1.3 相过流起动相过流起动元件的动作判据为 (3-3)如果负荷缓慢增加，三相电流始终保持对称，则前面两个起动元件可能都不起动，此时当满足式（3-3）后延时30ms起动，并设过负荷标志。3.2 差动元件本装置差动主保护设计的出发点，是利用两侧电流的大小及故障时间依分段分时的原则选择差动继电器的动作判据。各差动继电器对每种判据均分相设置，同时包含一个独立的零序差动继电器。3.2.1 突变量电流比率差动动作判据为 (3-4)式中：为“突变量比差门槛值”，动作量、为被保护线路两侧的突变量电流（以下未带脚注，含义相同）。式中相量值为当前计算值对其二周波前计算结果的差分。由算法决定，突变量比差判据只在故障起始后的2周波（即40ms）内投入。3.2.2 稳态量电流差动稳态量差动分为差流速断和比率差动两部分，其动作特性如图3-1所示。稳态量差流速断判据用于对线路上发生的特别严重的故障进行保护，当差流过大时采用速断的特性，实现严重故障的快速动作跳闸。速断判据为 (3-5)式中：、为线路两端的电流量，为差流速断门槛（在本装置中固定为15in，不需整定）。稳态量电流比率差动判据如下 (3-6)式中：为“稳态量比差门槛值”。图3-1 稳态差动保护动作特性图中坐标为差动电流，为制动电流。图中阴影区为保护动作区，idset以上为差流速断保护动作区，其余动作区为比差保护动作区。3.2.3 零序电流比率差动零序电流比率差动判据如下 (3-7)式中：为“零序比差门槛值”，动作量、为线路两端的零序电流。采用零序比率差动判据主要是为了反映重负荷下的高阻接地故障。由于零序电流是故障分量，因此具有较高的灵敏度。本判据“零序比差动作时限”整定值动作，以躲过三相合闸不同时及ta暂态过程等因素的影响。3.3 差动保护特性说明3.3.1 ta断线检查不考虑单侧三相ta断线以及两侧ta同时断线，ta断线的判据为： (3-8)式中：和分别为“ta断线零序电流门槛”和“ta断线零序电压门槛”定值。式（3-8）判据满足即判为ta断线，可由“ta断线闭锁差动”控制字定值的投入决定，瞬时闭锁稳态量电流比率差动和零序电流比率差动，并延时4s发ta断线告警信号。当差动电流大于 120 % 的额定电流时（严重故障），ta断线闭锁差动保护功能自动退出，但ta断线检查及告警功能持续进行。对侧ta断线的信号将经由数字通道传送至本侧，本侧装置经延时确认后报“对侧ta断线”，与本侧ta断线作同样的逻辑处理。3.3.2 ta饱和检测和闭锁瞬时动作的特性使差动保护更多地受到短路暂态过程的影响，采用较大的制动系数将会降低保护的灵敏度。考虑到ta饱和的随机性，为既不降低内部故障时保护的灵敏度，又能克服ta饱和的不利影响，在判据中增加对外部故障引起ta饱和的检测算法。由于ta线性传变区的存在，在短路刚发生的很短时间内，ta是未饱和的，因此对于区外严重故障，差流出现时刻和故障发生时刻之间存在较明显的时差，而对区内故障，二者是基本同时的，因此检验时差就可以判断ta饱和。装置在检测到ta饱和后对差动保护实施闭锁，同时，也考虑到饱和后故障可能发展到区内的情况，采用波形识别技术，能快速开放保护，以便区外转区内的故障情况能够正确动作。ta饱和不闭锁稳态量差动的差流速断部分。3.3.3 对侧ta变比调节系数kta在本侧使用的对侧ta变比调节系数定义为对侧ta与本侧ta变比的比值。其整定遵循以下两条基本原则：1） 当线路两侧ta一次值一致时，两侧保护的kta均整定为1；2） 当线路两侧ta一次值不一致时，本侧装置的对侧kta系数应为对侧ta一次值与本侧ta一次值之比值。有两点需要特别注意的是：1） 两侧ta二次侧的额定电流不一致，如一侧为5a而另一侧为1a时，则应在相应侧分别选择对应该额定电流的交流输入模块，两侧的kta值仍按以上原则整定，即kta的整定与两侧ta的二次额定电流值及其差别无关；2） 对线路纵差保护的ta选型而言，线路两侧应尽量考虑选用相同型号的ta，在无法选用相同类型的ta时，所选ta的暂稳态特性应基本一致，差别不应超过10%。3.3.4 差流越限告警为防止装置交流输入和数据采集系统故障，当三相差流中的任一相差流大于“稳态量比差门槛值”的时间超过5秒，而突变量比差、差流速断和稳态量比差均没有动作时，发出“差流越限”告警信号。同样，对零差保护，也设有零序差流越限告警元件。当零序差流大于“零序比差门槛值”的时间超过5秒，而零序比差没有动作时，发出“零序差流越限”告警信号。两告警元件均可分别由控制字决定投退。差流越限告警元件对差动保护无任何影响。3.3.5 远跳和远传除交换两侧三相电流数据之外，装置也经由数字通道传送若干开关量，实现一些辅助功能，其中包括远跳及远传。装置外端子上分别设有1组远跳和2组远传开入信号接点及2组远传开出信号接点，其中远传开关信号的接入方式可由用户灵活使用。3.3.5.1 远跳根据具体情况，本侧装置远跳信号的开入接点可由本侧“母差保护”、“电抗器保护”或“失灵保护”动作的开出接点独立或并联接通；而由对侧以开关量方式传送过来的远跳信号则是对侧要求本侧装置跳闸的信号，装置在收到并确认了此开关量信号之后，可由“远跳受起动元件控制”控制字定值的投退状态决定经或不经本侧起动元件（或就地判别元件）控制，直接置出口，起动跳闸继电器跳三相开关，同时闭锁重合闸。3.3.5.2 远传同远跳信号一样，装置也借助数字通道分别传送2组远传开入量信息，接点的接通方式也类似；它们与远跳信号的区别之处只在于不同的接收处理上，即本侧装置在确认接收到的开关量信号为远传信号之后，并不作用于本装置的跳闸出口，而只是如实地将所收到的这些（对侧装置的）开入接点状态反映到本侧装置对应的开出接点上。3.3.6 差动保护动作逻辑3.3.6.1 差动保护动作逻辑图图3-2 差动保护动作逻辑图3.3.6.2 动作逻辑说明1) “差动保护投退”硬压板为差动保护总投入，各差动元件可由相应控制字定值独立决定投退。2) 有ta断线标志可经“ta断线闭锁差动”控制字的投退决定是否闭锁各差动保护。3) 有ta饱和直接闭锁除差流速断外的各差动保护。4) 零差继电器动作出口，闭锁重合闸。5) 收到“远跳”信号，当“远跳受起动元件控制”控制字定值为投入（=1）且有起动元件动作，或该控制字整定为退出（=0）时，直接跳闸并闭锁重合闸。6) 差动动作标记差动动作标记是为提高差动保护动作的安全性和可靠性而设置。各相差动继电器动作，或者本侧跳闸固定动作及断路器断开（twj=1且三相无流）向对侧发送差动动作标记。本侧差动保护继电器的出口则需以收到“对侧差动继电器动作标志”为必要条件。7) 分相有流辅助判据在差动继电器的动作逻辑中将分别附设a、b、c三相的相电流继电器，作为保证动作可靠性的辅助判据。相电流继电器的动作门槛为 0.06in ，只要相电流幅值满足动作门槛，即置动作标志，在决定跳闸逻辑时作为辅助判据。但对馈线的负荷侧，线路区内故障时，可能无故障电流，此时由“弱电源侧”控制字定值的投入决定将该判据退出。8) 弱电源侧控制字当保护的一侧是无电源的负荷侧时，区内三相故障时，可能无故障电流，为确保对侧能正确跳闸，则应将该控制字置1。这种情况下，本侧即使无故障电流，也能可靠跳闸，同时也保证对侧装置能够可靠跳闸。3.3.7 光通信部分3.3.7.1 光通信模板光通信模板分为内置板和外置通信设备两种，两者的光接口特性相同。其使用方式如图3-3和图3-4所示。内置光通讯板完成由保护板至通道的电/光及光/电信号的转换；外置通讯设备eoc-700可以将2m/s的光信号转换为多个64k/s或者1个2m/s的电信号，完成装置与pcm微波或光纤设备的接口功能（外置通讯设备eoc-700详见eoc-700技术说明书）。保护cpu板内置光通信板同左光纤通道图3-3 专用光纤方式保护cpu板内置光通信板同左微波/光纤通道数字通信设备外置通信设备eoc-700图3-4 数字复接方式3.3.7.2 通信接口本装置两侧数据的交换采用64kbps/2mbps高速数据通道、同步通信方式。设计中64kbps的传输速率主要是用于复接pcm微波或pcm光纤通信设备的64kbps同向数字接口（与pcm设备64k端口的复接转换功能由外置通信设备完成），从而实现远距离传送（有关技术指标符合ccitt的g.703标准）；在采用专用光纤作通道时，装置直接使用2mbps的高速率进行数字通信。无论采用哪种方式，本装置内部的通信口出入都是采用光纤传输方式。3.3.7.3 采样同步两侧装置一侧作为同步端（从），另一侧作为参考端（主），以同步方式交换信息。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。如果满足同步条件，就向对侧传输数据；否则瞬时闭锁差动保护，同时启动同步过程，直到满足同步条件为止。3.3.7.4 通信可靠性为保证通信可靠性，对通信状态的监视和处理主要包括以下几方面：1) 每帧数据进行crc校验（由硬件实现）及代码和校验，错误则舍弃；2) 每秒进行错误帧统计，错误帧数大于一给定值时，将上一秒认为通信异常，通信异常延续10s认为通道失效，通道失效之后闭锁差动保护，一旦通信恢复，自动恢复保护；装置自动统计数据传输的误码率，当其达到一给定值（109）时，报自检信息“e108 光纤通道异常”；3) 通信为恒速率，每秒钟收到的帧数为恒定，如果连续丢失帧数大于给定值，认为通道中断；通道中断时闭锁差动保护，一旦通信恢复，自动恢复保护；通道中断持续100ms报自检信息“e108 光纤通道中断”；4) 对装置内同样经由数字通信通道传送的开关量信息，采用专门的互补校验处理以进一步提高其传送的可靠性。3.4 后备保护选相元件本装置后备保护的选相动作采用先选相再测量的方式实现，并采取用突变量距离的全面测量与稳态量选相测量相结合的方式：在故障开始后的第一周波投入各突变量距离继电器进行全面的选相测量，其后转入稳态量选相。用稳态量选相可以适应故障转换，使延时段保护也可按选相结果进行测量。稳态量选相采用多重判据，用电流选相与电压选相相结合，又都是将故障相与健全相相对比较，能自适应于用户整定，使用方便。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。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相故障的故障相。3.5 距离继电器本装置分别设置了突变量距离继电器及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。3.5.1 突变量距离继电器突变量接地距离继电器的动作判据为 (3-9)突变量相间距离继电器的动作判据为 (3-10)式中：、为相和相间补偿电压；、为和的突变量；、为和在故障前的值，其二次值近似为v、v；为突变量距离继电器的整定阻抗（装置内部固定为 40% 的线路全长阻抗，不需整定）。分析表明，突变量距离继电器有：1) 距离性；2) 方向性。其保护范围由整定阻抗决定。在阻抗平面上的动作特性如图3-5所示。图中（线路全长阻抗），圆和分别为正、反方向故障时的动作特性。zzdzsmc1c2rj xzsnmyn图3-5 突变量距离继电器动作特性本保护在故障后 40ms 内依次用6个突变量相和相间距离继电器进行测量，充分发挥突变量保护原理的优点，快速切除线路40% 范围内的各种故障（包括在出口和背后母线上同时发生的复故障），在故障 40ms 后则用稳态量实现保护。装置的设计实现了突变量保护与稳态量保护、选相测量与不选相测量的完美结合。3.5.2 相间距离继电器3.5.2.1 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 (3-11)式（3-11）在阻抗平面上的动作特性如图3-6所示，图中zsm、zsn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。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3-6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。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。zp1zdzsmc3c1c2rj xzsn图3-6 相间距离元件（姆欧继电器）动作特性3.5.2.2 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（3-12），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，可以取得大，满足远后备保护的要求。 (3-12)三段相间距离继电器在阻抗平面上的动作特性如图3-7所示，图中ab段代表本线路、bc段代表相邻线路。j xri段ii段iii段zp1zdazp3zdzp2zdcb图3-7 三段相间距离继电器动作特性3.5.2.3 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 (3-13)式（3-13）在阻抗平面上的动作特性如前节图3-6。在记忆电压存在期间，其正、反方向的动作特性仍分别为图3-6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，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3-6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3-8所示。i段iii段bcrj xzp2zdzp3zdazp1zdii段图3-8 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”，为“相间距离iii段阻抗定值”。3.5.3 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 (3-14)式中：k为“零序阻抗补偿系数”，其计算公式为 ，其中和分别为“线路零序阻抗二次值”和“线路正序阻抗二次值”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（3-14）在阻抗平面上的动作特性如图3-9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 (3-15)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。rj xze3zdze2zdze1zd = 0 = 30zs图3-9 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”，为“接地距离iii段阻抗定值”。式（3-15）中角度为“接地距离偏移角度定值”。3.6 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。3.6.1 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，其正方向判据为 (3-16)装置的零序电流和零序电压均由保护内部计算产生，即有。当时，所有零序方向元件闭锁。可根据整定确定是否在tv断线时投入零序保护（方向元件自动退出）。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（包括零序过流反时限保护）均退出。需要特别注意的是，零序过流iv段定值同时也在接地故障的选相和零序过流保护各段的方向判断中使用，其整定值必须不大于其它各段，并且不论是否投入零序过流iv段保护，该零序过流iv段定值也必须正确整定；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，也必须在不考虑其是否投入的情况下正确整定。3.6.2 零序反时限过流保护反时限特性方程为 (3-17)式中：为“零序过流反时限起动定值”，为“零序过流反时限时间常数”。电流返回系数为0.95。3.7 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。3.7.1 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。3.7.2 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 (3-18)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。3.7.3 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 (3-19)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上90减去“线路正序阻抗角度”（定值），即有 (3-20)对称故障用判断两侧电势的相位差d，在d180时，接近于0。在三相短路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，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 tv断线检测和紧急状态保护3.8.1 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。2) 三相失压检查：且任一相有流（），延时1.3s报tv断线。3.8.2 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，差动保护一直投入，将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件取消，定值不变。3.8.3 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（40v），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。3.9 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，差动保护不受其影响。合闸于故障保护分为两个部分：距离部分和过流部分。3.9.1 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（30ms）跳闸。3.9.1.1 合闸于不对称故障合闸于不对称故障，用以下判据 (3-21)式中：和分别为“线路零序阻抗二次值”和“线路正序阻抗二次值”（定值）。3.9.1.2 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) ；2) 以相间距离ii段阻抗为定值的全阻抗继电器动作。图3-10 合闸于故障保护逻辑图3.9.2 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。3.10 重合闸装置重合闸设计为三相一次重合闸方式。重合闸由“投重合闸”控制字定值决定投退。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“投不对应起动重合闸”控制字定值，可投退。装置的重合闸逻辑如图3-11所示。3.10.1 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3-1 重合闸充、放电及起动条件“投不对应起动”=1（投入）“投不对应起动”=0（退出）放电条件（“或”逻辑）1) “闭锁重合闸”有开入1) “闭锁重合闸”有开入2) “合闸压力低”有开入（且持续400ms）2) “合闸压力低”有开入（且持续400ms）3) 断路器“合后”状态消失（hh= 0）3) 保护未动作时断路器跳开（twj = 1）4) 检无压或检同期投入时，线路tv断线4) 检无压或检同期投入时，线路tv断线5) 母线tv断线5) 母线tv断线充电条件（“与”逻辑）1) 不满足重合闸放电条件1) 不满足重合闸放电条件2) 断路器在“合后”状态（hh = 1）2) （与断路器合后状态无关）3) 跳位继电器返回（twj = 0）3) 跳位继电器返回（twj = 0）起动条件1) 重合闸已“充电”1) 重合闸已“充电”2) 断路器出现不对应状态（twj=1，hh=1）2) 保护发出跳闸命令3) 三相无流3) 三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。3.10.2 重合闸同期/无压检查重合闸可以设定为检同期或检无压方式，其控制由“投检无压方式”和“投检同期方式”控制字定值的整定投退状态决定。二者分别投入则对应相应的重合闸方式投入，二者同时退出即为“不检”方式，二者同时投入时则两种方式均投入。表3-2 重合闸同期/无压方式保护定值同期无压方式检无压投入检同期投入offoff不检同期和无压offon检同期onoff检无压onon检同期，检无压3.11 跳闸逻辑和重合闸闭锁装置任一保护元件动作均（带/不带延时）出口跳本侧断路器，并视具体情况输出闭锁重合闸信号。装置的跳闸逻辑如图3-12所示。1)分相电流差动保护动作跳闸2)突变量距离、距离i段及零序过流i段动作跳闸3)零序比差动作（且其它分相电流差动继电器不动作）经延时跳闸闭锁重合闸4)收到远跳命令跳闸（经控制字整定受/不受起动元件控制）闭锁重合闸5)距离ii段、零序过流ii段动作经延时跳闸（经控制字整定）闭锁重合闸6)距离iii段、零序过流iii段、零序过流iv段经延时跳闸闭锁重合闸7)零序反时限动作经延时跳闸8)手合于故障时，差动保护动作跳闸闭锁重合闸9)手合或重合于故障时，合闸于故障保护动作经延时跳闸闭锁重合闸10)tv断线时，紧急状态保护动作跳闸闭锁重合闸图3-11 重合闸逻辑框图图3-12 跳闸逻辑框图4 辅助功能4.1 信号系统保护动作时装置显示屏背光点亮，显示详细动作内容并经通讯口上传数字信号。另外，装置还在保护动作的同时起动相应的中央信号继电器，发出接点信号，并同时点亮装置面板上的相应指示灯。未经特殊说明，则本说明书中“装置发出信号”均指同时发出“指示灯信号”、“数字信号”和“中央信号”，三种信号均掉电不丢失，信号接点和装置面板指示灯均可以就地复归或通过通讯由远方复归。装置保护动作事件的数字信号定义见“4.2.1保护动作事件记录”之表4-2。装置信号接点的说明见“6 硬件说明”之“6.4 信号接点”。装置面板信号灯的说明见“附录a 装置使用”之“a.1.2 光字牌信号灯说明”。4.2 事故分析与过程记录本装置具有表4-1所示的记录功能，可方便地用于分析本装置及后续元件的保护动作行为，了解系统扰动及线路异常运行情况，掌握装置工况及操作记录。所有记录均采用fifo的存储方式，以保证在装置中保存足够数量的最新记录。表4-1 用于事故分析的记录序号记录内容存储查看地点记录次数清除情况1保护动作事件记录管理板flash装置/上位机128在【预设】菜单中可清除2故障起动记录装置/上位机323故障录波记录装置/上位机164自检记录装置/上位机各85闭锁记录装置各86光纤记录装置2567保护投退记录装置32不可清除装置运行记录装置各1开入记录装置/上位机各8注1：所有记录存储于管理板flash中，正常情况下掉电不丢失；注2：查看地点“上位机”是指装置通过通讯口将该记录送给上位机，由上位机予以显示；注3：装置带序号显示这些记录，1为最新记录，2为次新，128（或32等）为最早记录。4.2.1 保护动作事件记录装置的保护事件有两种：动作事件和返回事件。通过【预设】“返回事件”子菜单，可选择“保存返回事件”或“不保存返回事件”（出厂缺省设置为“不保存返回事件”方式）。当设置为“保存返回事件”时，装置每段保护返回时均发出数字信号，并保存于装置保护事件记录中。装置的保护动作事件记录的具体记录和显示内容如下：a)动作时刻：即出口或延时到的时刻，由年至毫秒；b)动作类型及其累计动作次数：累计数最大为255次，可在清除事件记录时清零；c)故障类型：（选相结果）；d)保护起动至动作（出口或延时到）时段内记录到的最大故障量值：（各类保护不同）；e)测距结果：格式为xxx.xx，单位为km；f)动作时间：保护出口时间（自起动时刻算起，不含出口继电器的动作时间）；g)故障序号：装置起动元件的总起动次数。注：保护动作事件记录中提供的“保护累计动作次数”是按各保护段（即动作类型）统计的；该数和出口时最大故障量可作为断路器检修的参考。另外，显示内容中还包括该动作事件记录是否被“复归”及是否“上传”的状态。当保护动作已返回且有复归操作时，才能复归相应的动作记录。装置的保护返回事件记录只包含保护动作事件记录中的a）和b）两项，即只记录事件类型及其相应的返回发生时刻。表4-2 装置保护动作信息表序号动作类型显示参数起动录波1差流速断保护动作故障相别、差流值y2突变量比率差动保护动作故障相别、差流值、跳闸时间y3稳态量比率差动保护动作故障相别、差流值y4零序比率差动保护动作零序差流值y5差流越限告警故障相别、差流值y6零序差流越限告警零序差流值y7ta断线告警8远方跳闸动作9对侧ta断线10突变量距离继电器动作故障相别故障相最大动作电流最大零序电流3i0跳闸时间y11距离i段动作y12距离ii段动作13距离iii段动作14零序过流i段动作故障相别零序最大动作电流值3i0跳闸时间y15零序过流ii段动作16零序过流iii段动作17零序过流iv段动作零序最大动作电流值3i0跳闸时间y18零序过流反时限动作y19合闸于故障保护动作y20合闸于故障过流加速段动作故障相别故障相最大动作电流y21i段