WXH-813A技术说明书(1.01).doc

WXH-813A线路保护装置技术说明书许继电气股份有限公司 WXH-813A微机线路保护装置技术说明书 （Version 1.01） 2007.9 前言1、 应用范围WXH-813A系列保护装置主要用作110kV电压等级输电线路的纵联差动主保护及后备保护。2、 产品特点2.1装置系统平台l 逻辑开发可视化国内首家在高压保护上实现可视化逻辑编程，保护源代码完全由软件机器人自动生成，正确率达到100%，杜绝了人为原因产生软件Bug。所有的保护逻辑由基本的元件和组件组成。 l 事故分析透明化 通过分层、模块化、元件化的设计，装置内部实现了元件级、模块级、总线级三级监视点，可以监视装置内部任一个点的数据，发生事故后通过透明化事故分析工具，可以对故障进行快速准确的定位。故障波形回放： l 工程应用柔性化采用功能自描述和数据自描述技术，实现了内容可以通过描述文件以不同的形式重组，功能可以通过配置文件形式重构，解决了不同用户差异化需求和软件版本集中管理的矛盾。2.2 人机界面人性化XJGUI和现场调试向导的成功应用，降低了现场维护和运行人员的工作强度，使运行维护工作变得轻松。l 借助XJ-GUI界面设计工具，实现操作界面的灵活定制及人性化设计；l 主接线图及丰富的实时数据的显示；l 类WINDOWS菜单，通过菜单提示，可完成装置的全部操作。 2.3保护性能特点l 全线内典型金属性故障小于20ms；配置快速的自适应浮动门槛的瞬时差动保护；l 差动保护、距离保护采用变动作特性的原理；保护的变动作特性，根据故障类型设置相应特性的保护，设置速动区、一般区、灵敏区，不同区域设置不同数字滤波算法、不同时延； 差动保护动作区域设置 距离保护动作区域设置l 自适应的振荡判据及先进的振荡识别功能，确保距离保护在系统振荡加区外故障能可靠闭锁，而在系统未振荡时快速动作，振荡中区内故障可靠动作；2.4进的光纤通道技术l 通道监测按照G.826规范要求，详细的通道信息使用户直观了解通道质量，可进行准确的故障定位；l 通道传输采样值修补功能，利用插值算法修复通道偶尔丢帧或误码引起的坏采样点,提高保护抗通道误码的能力； l 光纤通道自适应主从定位技术，主从状态免整定；l 自适应TA变比，即无需整定对侧变比值；3、 专利技术l 利用电流互感器二次测量电流动态补偿其传递产生的幅值和相位误差(200610017752.4)l 差动保护TA变比自适应技术(200310110258.9)l 采样序号调整同步技术(200310110259.3)l 快速数据窗相量算法技术(200310110258.9)l 纵联差动保护中电流互感器TA断线识别方法及差动保护方法(200310110257.4)l 继电保护故障检测模块(200310110260.6)l 高压电网永久性故障自适应判别方法(200410010372.9)目 录1概述11.1应用范围及保护配置11.2产品特点21.2.1保护功能特点21.2.2光纤通道技术21.2.3操作界面32技术指标32.1基本电气参数32.1.1额定交流数据32.1.2额定直流数据32.1.3打印机辅助交流电源32.1.4功率消耗32.1.5过载能力42.2主要技术指标42.2.1纵差保护42.2.2距离保护42.2.3零序电流方向保护52.2.4测距部分52.2.5重合闸52.2.6手合同期52.2.7低周减载52.2.8低压减载62.2.9记录容量及定值区容量62.2.10对时方式62.2.11输出触点62.2.12绝缘性能72.2.13冲击电压72.2.14机械性能72.2.15抗电气干扰性能72.3环境条件82.4通信接口82.5光纤通道技术参数92.5.1光纤接口92.5.2继电保护复用接口93保护原理介绍93.1启动元件103.1.1相电流突变量启动元件103.1.2零序电流启动元件103.1.3静稳破坏启动元件103.1.4差流启动元件113.1.5低周启动元件113.1.6低压启动元件113.2数字通信接口及同步调整123.2.1通信接口123.2.2双通道工作方式（可选）123.2.3通道信息和误码监测133.2.4同步调整133.3电流差动元件143.3.1分相稳态量差动元件143.3.2分相增量差动元件143.3.3零序电流差动元件153.4阶段式距离元件153.4.1三段式接地距离153.4.2三段式相间距离163.4.3变压器低压侧相间短路的后备距离183.5重合闸203.5.1重合方式203.5.2重合闸的充放电203.5.3重合闸的启动203.5.4重合出口213.5.5重合闸的告警回路213.5.6其它213.6手合同期213.7低周减载元件223.8低压减载元件223.9失灵启动233.10故障开放元件233.10.1短时开放保护233.10.2不对称故障开放元件233.10.3对称故障开放元件243.11辅助元件243.11.1TV断线检查243.11.2TV反序检查253.11.3TA断线253.11.4TA饱和263.11.5远跳、远传信号263.12保护逻辑框图273.12.1差动保护逻辑273.12.2距离保护逻辑283.12.3零序保护逻辑293.12.4不对称相继速动保护逻辑303.12.5双回线相继速动保护逻辑313.12.6重合闸逻辑313.12.7低周减载333.12.8低压减载334装置硬件介绍344.1装置整体结构344.2结构与安装364.3装置插件介绍374.3.1电压切换插件374.3.2交流变换插件374.3.3CPU插件384.3.4光纤接口384.3.5开入插件394.3.6出口插件404.3.7操作插件414.3.8通讯插件424.3.9电源插件435定值清单及整定说明445.1定值清单445.2定值整定说明475.3软压板506订货须知517附图52511 概述1.1 应用范围及保护配置WXH-813A系列线路保护装置是适用于110kV电压等级输电线路成套数字式保护装置。WXH-813A系列装置的主保护为分相电流差动保护,后备保护包括三段相间及接地距离保护及四段零序保护等，配置有三相重合闸功能。此外，该系列装置还包括双母线交流电压切换回路、适用于断路器单或双跳闸线圈的出口操作回路。WXH-813A/B1适用于专用光纤或复用2Mb/s通信接口方式；WXH-813A/B2适用于复用64kb/s通信接口方式。具体配置详见表1-1。 表1-1 WXH-813A系列装置的保护配置功能名称WXH-813A/B1WXH-813A/B2保护功能分相电流差动三段相间及接地距离四段零序电流三相一次重合闸TV断线后过流双回线相继速动不对称故障相继速动手合同期*低周减载*低压减载*变压器低压侧相间短路的后备距离*无故障快速复归*断路器失灵启动*其它功能电压切换回路操作回路回路通信接口专用光纤及复用2Mb/s通信接口 复用64kb/s通信接口注：表示该型号产品的典型配置功能，*表示该型号的可选功能另外光纤双通道接口方式请在订货时注明。1.2 产品特点基于高性能、高冗余的许继新一代硬件平台，可视化的逻辑开发工具实现保护透明化设计，变动作特性原理使保护性能全面提升，先进的光纤通道技术，装置定值、菜单、信息等简洁化设计是该保护装置的主要特点。1.2.1 保护功能特点 动作速度快，差动保护全线内典型金属性故障小于20ms； 先进TA抗饱和方案，差动保护抗区外饱和指标不大于3ms； 可选功能可通过配置工具，可靠、快捷的完成； 采用高性能、可信赖、功能强大的许继新一代硬件平台，16位高精度的双AD，浮点运算32位DSP，充分考虑冗余及功能扩展。 可视化的逻辑开发工具VLD，在VLD开发环境下，所有的保护逻辑都是由不同的可视化柔性继电器组成，实现微机保护的完全透明化设计； 软件运行时内存内容“日志系统”及保护逻辑信息“黑匣子”记录，实现异常情况的快速、准确定位； 装置采用整体面板、标准6U机箱，插件后插拔，强弱电回路严格分开，大大提高装置的抗干扰能力； 装置的AD回路、CPU插件、继电器线圈等全面自检；1.2.2 光纤通道技术 装置可选配双光纤通信接口，且两接口独立，轻松实现双通道、双差动，充分满足双通道的冗余； 完全支持成帧通信格式，可实现通道故障精确诊断和定位功能； 通道监测按照G.826规范要求，详细的通道信息使用户直观了解通道质量，可进行准确的故障定位； 可输出双端的瞬时数据，便于通道测试、检测和维护； 通道传输采样值修补功能，利用插值算法修复通道偶尔丢帧或误码引起的坏采样点,提高保护抗通道误码的能力； 光纤通道自适应主从定位技术，不需用户整定； 自适应TA变比，即无需整定对侧变比值； 专用光纤通道：2 Mb/s高速数据传输；复用传输通道：复用2Mb/s数率数据（E1）接口传输，复用64kb/s数率数据传输（PCM）。1.2.3 操作界面 借助XJ-GUI界面设计工具，实现操作界面的灵活定制及人性化设计； 主接线图及丰富的实时数据的显示； 中文下拉式菜单，通过菜单提示，可完成装置的全部操作。2 技术指标2.1 基本电气参数2.1.1 额定交流数据 额定交流电压Un： V； 额定交流电流In：5 A或1 A； 额定频率fn：50 Hz 。2.1.2 额定直流数据220 V或110 V，允许变化范围：80%115%。2.1.3 打印机辅助交流电源220 V，0.7 A，50 Hz/60 Hz，允许变化范围：80%115%。2.1.4 功率消耗 交流电压回路：不大于0.5 VA/相（额定电压下）； 交流电流回路：不大于1 VA/相（In=5 A）；不大于0.5 VA/相（In=1 A）； 直流回路： 保护装置不大于50 W（正常进行）；保护装置不大于100 W（保护动作）；每路开入回路不大于0.5 W。2.1.5 过载能力 交流电压回路：1.5 Un-连续工作； 交流电流回路： 2 In -长期运行；10 In -10 s；40 In -1 s；2.2 主要技术指标2.2.1 纵差保护动作电流整定范围：0.05In2In整定误差：2.5%或0.01In;整组动作时间：典型金属性故障不大于20ms。2.2.2 距离保护 整定范围：0.0125(In=5A)0.05125(In=1A) 阻抗动作值准确度：在线路阻抗角下、满足精工电压的条件下，测量阻抗整定值平均误差不超过2.5%或0.05/In 。 精确工作电压：0.25V60V 精确工作电流范围：0.1In30In 段的暂态超越不大于3%； 、段延时时间元件：0.05s10s，整定值误差不超过1%或40ms； 段整组动作时间：段整定延时为0s时，在0.7倍整定阻抗内不大于30ms；2.2.3 零序电流方向保护 整定范围：0.05In20In，整定值误差不超过2.5%或0.01In； 零序功率方向元件动作区：； 延时段时间元件：零序I段0s10s，误差不超过1%或40ms； 零序II、III段0.05s10s，误差不超过1%或40ms； 零序IV段0.5s10s，误差不超过1%或40ms；2.2.4 测距部分单端电源金属性故障时允许误差：0.08In,允许重合。具有偷跳启动重合控制方式。3.6 手合同期有手合同期开入且开关处于跳位，满足手合同期条件，延时到方可合闸。检同期过程中监视开关一直处在跳位。定值为Ux超前Ua的固有角度，自适应检无压或检同期，检查两侧电压，任一侧无压(0.7Uxn)转为检同期，检同期过程中计算Ux与Ua（Uab）之间的角度与固有角度(即定值)之差小于30允许合闸。无压或同期延时固定为0.5 s。连续10 s不能合闸，则返回。为防止手合于故障，开关跳开后，手合开入未消失前再次合于故障上，设一手合记数器，满10 s后，方可开放手合功能。当有压力低开入时闭锁手合同期。手合记数器清零的条件：1手合启动后整组复归时；2开关为合位；3手合记数器未满时,又来手合开入；上述条件不满足手合记数器开始计时。3.7 低周减载元件利用这一元件可以实现分散式的频率控制，当系统频率低于整定频率时此元件就能自动判定是否切除负荷；低周减载功能逻辑中设有一个滑差闭锁元件以区分故障情况、电机反充电和真正的有功缺额；当UAB电压低于闭锁频率计算电压时，低周减载元件将自动退出；该元件在TV断线时退出。低周减载元件的判据为：(任一相电流）（“电流闭锁投”控制字为1时）满足以上条件经低周延时出口。其中：VBF为低周减载低压闭锁定值； FD为低周减载频率定值； DFT为滑差闭锁定值。3.8 低压减载元件该元件实现低压解列控制,当系统电压低于整定电压时判定是否低压解列及切除负荷。该元件在TV断线时退出。低压减载元件的判据为： ( 三相均大于) 满足以上条件经低压延时出口。其中：VDY为低压减载低压定值； DVT为电压变化率闭锁定值。3.9 失灵启动断路器失灵启动设有三个电流元件，即A、B、C相电流元件。断路器失灵启动电流元件的动作条件受控制字投退。为避免重负荷时负荷电流大于失灵启动电流定值情况下，失灵启动元件不能复归的缺点，断路器失灵启动设置了两个启动元件（电流突变量启动元件, 零序电流辅助启动元件），失灵启动元件必须经此两个启动元件开放。当启动元件动作后，任一相电流元件动作，则三相失灵启动出口。3.10 故障开放元件3.10.1 短时开放保护相电流突变量启动元件，能灵敏反映各种不对称和对称故障，利用该元件动作后瞬时开放保护，如识别系统失稳后的期间再发生故障时则采用不对称故障开放及对称故障开放保护逻辑。3.10.2 不对称故障开放元件不对称故障判别元件的基本出发点就是检测三相不对称度。不对称故障判别元件的动作判据为：I2+I0mI1 采用这种故障判别元件在振荡过程中发生区外故障时不会误开放保护，在区内故障只要两侧功角较小就能开放保护。若TS=0.1s，在=36的区间将历时20ms，段距离继电器可以动作。由于m1，一般线路两侧保护同时开放，在不利的情况下才是一侧保护段跳闸后另一侧纵续动作。3.10.3 对称故障开放元件在启动元件开放150ms以后或系统振荡过程中，如发生三相故障，则上述开放措施均不能开放保护，本装置中另设置了专门的振荡判别元件，即判别测量振荡中心的电压： 其中：为线路阻抗角， ， 为正序电压。 图3-9 系统电压相量图在系统正常运行或系统振荡时，恰好反应振荡中心的电压。本装置采用的动作判据分二部分： 延时150ms开放 延时500ms开放。 3.11 辅助元件3.11.1 TV断线检查TV断线仅在线路正常运行时投入，保护启动后不进行TV断线检测。 TV断线判据为：a三相电压相量和大于7 V，即自产零序电压大于7V，保护不启动，延时1秒发TV断线异常信号。b三相电压相量和小于8 V，但正序电压小于30 V时，若采用母线TV则延时1秒发TV断线异常信号；若采用线路TV，则当三相有流元件均动作或TWJ不动作时, 延时1秒发TV断线异常信号。装置通过整定控制字来确定是采用母线TV还是线路TV。 判别TV断线后退出距离保护，同时自动投入TV断线相过流和TV断线零序过流保护，零序电流方向保护I、段退出，若“零序段经方向”则退出段零序方向过流，否则保留不经方向元件控制的段零序过流。 TV断线恢复后保护延时2秒恢复正常，TV断线异常信号返回。 当重合闸投入且处于三重或综重方式，如果装置整定为重合闸检同期或检无压，开关在合闸位置时检查输入的抽取电压小于0.85UXN经10秒延时报抽取TV异常。如重合闸不投、不检定同期或无压时，抽取电压可以不接入本装置，装置也不进行抽取电压断线判别。3.11.2 TV反序检查装置设有TV反序功能。 TV反序判据为：负序电压（U2）大于四倍正序电压（U1）且负序电压（U2）大于12V。此判据带1s延时, 报TV反序，驱动告警继电器。3.11.3 TA断线由于差动保护的灵敏性，对TA二次回路的监视应更加严格，其中TA断线可能引起误动。当一侧TA断线时，本侧可能会电流突变量启动，但对侧不会电流突变量启动，且系统电压不会发生变化。由于差动保护经过以下把关逻辑：两侧电流突变量同时启动或一侧电流突变量启动时需有电压变化量，因此差动保护不会开放而误动作。基于双端量的TA断线判据只考虑系统不发生故障情况下单侧TA断线。TA断线判据的逻辑图如下： 图3-10 TA断线逻辑框图图中无流门槛0.04In，差流门槛0.8倍相差定值，当装置检测到有差流存在且该相任一侧无流时，延时10秒报TA断线；若检测到有差流而该相两侧都有流，延时10秒报差流长期存在。TA断线时，发生故障或系统扰动导致启动元件动作，若“TA断线闭锁差动”整定为“1”，则闭锁该相电流差动保护；若整定为“0”，则仍开放电流差动保护。对于后备保护仍需单独设置TA断线判据，即3I0启动12S不返回且无零序电压，则发TA断线告警信号，且闭锁3I0启动保护功能，TA断线后后备仅保留距离、段保护。3.11.4 TA饱和当发生区外故障时，TA可能会饱和，如不采取措施，差动保护可能会误动，本装置采用快速区内外识别元件及TA饱和开放元件相结合，判出系统未发生饱和时开放差动保护。3.11.5 远跳、远传信号保护装置设计了两路远传信号回路，利用应用数据帧，并采用正反码效验的机制向对侧传送；对侧保护装置接收处理后各输出两付空接点，供用户灵活选择使用。保护装置还设计了可代替远跳装置的远跳命令功能，可实现远方跳闸功能；装置设远跳开入信号，可传输远跳信号到对侧，对侧收到经正反码校验的远跳后，根据“远跳经本地启动闭锁”控制字，选择是否经本侧装置的启动闭锁进行跳闸命令的处理。3.12 保护逻辑框图3.12.1 差动保护逻辑 图3-11 差动保护逻辑框图 上图以A相为例。保护投入包含软压板和硬压板，两个均投入时认为保护投入；通道数据异常包含误码高、连接错误（通道混联和装置混联）、通道中断、自环状态与自环压板不一致及两侧失步等情况；TA断线时，若TA断线闭锁控制字投入，则分相闭锁差动保护，否则若满足差动判据则出口； 3.12.2 距离保护逻辑 图3-12 距离保护逻辑框图 配置三段式相间距离及接地距离保护。 在手合故障时设置了按阻抗、段加速切除故障的功能，手合加速阻抗带偏移特性；阻抗落入段范围内时，手合加速瞬时出口；阻抗落入段范围内时，按“加速距离段延间”出口。 重合于故障时线路加速跳闸由二种方式：一是合闸故障线路时加速经不对称开放元件闭锁的段距离保护，二是由控制字投退的不经振荡闭锁的加速段距离或加速段距离。 距离保护在系统未振荡时一直投入突变量启动元件瞬时开放距离保护，当保护识别出系统振荡时则闭锁突变量启动元件，并由不对称开放元件、对称开放元件开放距离保护； 距离加速仅受距离压板控制，不经各段控制投退。3.12.3 零序保护逻辑 图3-13 零序保护逻辑框图 零序段、零序段受零序方向控制不可整定，零序段、零序段是否经方向控制可整定； 手合及重合加速零序加速段延时100ms； TV断线时投入零序过流及相过流，经同一延时动作，动作后三相跳闸并闭锁重合； TV断线时零序电流方向保护、段退出，、段若不经方向元件控制，则满足电流门槛定值动作出口，否则退出零序、段保护； 零序段动作及TV断线下保护动作时，三相跳闸并闭锁重合。3.12.4 不对称相继速动保护逻辑 图3-14 不对称相继速动逻辑框图 “不对称故障相继速动”投入时，在不对称故障时，保护测量到任一相负荷电流从有流变化到无流时，距离段元件经短延时动作；以实现段距离元件加速动作切除本线末端故障；3.12.5 双回线相继速动保护逻辑 图3-15双回线相继速动逻辑框图“双回线相继速动”投入时，段距离元件动作或本装置跳闸时，输出FXJ信号去闭锁另一回线段距离相继速跳元件，另考虑本侧为弱电侧时或负荷侧时另一回线末端故障时实现相继速动，增加故障测量阻抗在段全阻抗范围内发信，若启动后500ms内的最大相电流大于启动25 ms时的最大相电流的4倍时则停止该元件的发信回路。距离段元件动作，且收到邻线来的FXJ信号，其后FXJ信号消失，距离段元件经短延时跳闸。3.12.6 重合闸逻辑 图3-16 重合闸逻辑框图 本装置重合闸为一次重合闸方式, 可实现三相重合闸；可根据故障的严重程度引入闭锁重合闸的方式。重合闸的启动方式可以由保护动作启动或开关位置不对应启动方式。 可采用无检定、检线路（母线）无压重合闸或检同期重合闸，也可选择线路有压转检同期重合闸方式。检无压时