PRS—701超高压线路成套保护装置技术说明书.doc

此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 PRS 701 000 JS PRSPRSPRS 701701701 超高压线路成套保护装置超高压线路成套保护装置超高压线路成套保护装置 技技技技术术术术说说说说明明明明书书书书 Ver 1 00 国国 电电 自自 动动 化化 研研 究究 院院 深圳南京自动化研究所深圳南京自动化研究所 深圳南瑞科技有限公司深圳南瑞科技有限公司 二二 四年十月四年十月 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 目 录 1 装置概述 1 1 1 装置软件编号及版本定义 1 1 2 保护功能基本配置 1 1 3 主要性能特点 2 1 4 硬件原理图 2 2 技术参数 4 2 1 机械及环境参数 4 2 2 额定电气参数 4 2 3 主要技术指标 4 2 4 通讯接口 5 3 保护原理 6 3 1 启动元件 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 暂态电流方向继电器 12 3 5 零序方向继电器 15 3 6 距离继电器 15 3 7 零序电流保护 20 3 8 振荡闭锁 20 3 9 TV 断线检测和紧急状态保护 21 3 10 合闸于故障保护 22 3 11 非全相运行 22 3 12 重合闸 23 3 13 纵联保护逻辑框图 24 3 14 重合闸逻辑框图 30 3 15 跳闸逻辑框图 31 4 辅助功能 32 4 1 出口接点 32 4 2 信号接点输出 33 4 3 输入开关量 33 4 4 事故分析 35 5 定值及整定说明 38 5 1 系统参数及公用定值 38 5 2 纵联保护定值 39 5 3 距离保护定值 39 5 4 定值整定说明 41 6 装置使用 44 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 6 1 面板使用说明 44 6 2 菜单操作与显示 45 6 3 自检信息 51 7 装置接线与安装 52 8 装置调试与投运 52 8 1 调试资料准备 52 8 2 试验仪器 52 8 3 环境与电源 52 8 4 通电前检查 52 8 5 上电检查 53 8 6 定值整定 53 8 7 整机调试 53 8 8 注意事项 55 9 订货须知 57 附录 A 58 附图 1 装置交流端子接线图 58 附图 2 装置正面布置及柜上安装开孔图 58 附图 3 装置背视图 58 附图 4 装置开入开出端子排接线图 58 附图 5 装置输出接点说明 58 附图 6 装置信号继电器接点说明 58 附图 7 装置部分原理接线图 58 附录 B 保护装置通讯说明 IEC60870 5 103 规约 59 物理接口 59 定值和交流量 59 保护事件 61 保护开关量 62 自检报告 62 故障录波实际通道序号表 ACC 63 附录 C 保护装置特殊版本说明 64 三相不一致保护 64 失灵启动 64 其它说明 64 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 1 装置概述 PRS 701 超高压线路成套保护装置主要适用于 500KV 110KV 电压等级的高压线路 具 有安全可靠 快速 灵敏 方便的特点 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 PRS 701 装置为标准 6U 整层机箱 由交流板 WB615 电源板 WB660 管理板 WB621 主保护板 WB620B 后备保护板 WB620P 开入开出板 WB630 WB632 等 7 个插件组成 本装置内部无扎线 使用 WB601 总线背板和 WB602 显示面板 1 1 装置软件编号及版本定义 软件编号 P PR RS S 7 7 0 01 1 X X X X X X 厂家产品代号 产品设计序列号 继电器IEC序号额定交流电流 5 5A 1 1A 额定频率 50Hz 通信接口 S 串口 RS485 软件版本 X X V VX X X XX X X X B 主保护板 P 后备保护板 软件版本号 额定交流电流 5 5A 1 1A 装置出厂后 对应某一装置的具体软件名称及版本号可在装置的查看菜单中查看到 1 2 保护功能基本配置 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 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 选相及分相出口跳闸功能 一次重合闸功能 可配置单重 三重 综重及停用方式 纵联暂态方向 纵联零序方向保护以及工频变化量电抗距离保护合称为主保护 在主 保护板 WB620B 上运行 阶段式距离及零序过流保护 重合闸等在后备保护板 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 WB620P 上运行 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 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 具备在弱电源侧的正确保护功能 灵活的自动重合闸功能 完善的故障信息输出 事件记录 运行记录 故障录波及打印功能 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 5V 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 硬件原理图 本装置采用了三个独立 CPU 板的结构 MCPU 管理板 BCPU 主保护板 以及 PCPU 后备保护板 其中 MCPU 板采用 32 位 RISC 微处理器 BCPU 和 PCPU 板采用 32 位浮 点 DSP 处理器 BCPU 和 PCPU 插件的数据采集回路完全独立 共用一组 TA 和 TV 通过串行 通信与 MCPU 交换信息 且通信不影响保护行为 装置的整定 调试等操作以及工况查看 保护动作和自诊断信息的显示等均通过串行通信由 MCPU 完成 MCPU 带有 320 240 点阵汉 字液晶显示屏 操作界面友好简捷 装置充分发挥微机保护的优越性 具有丰富的辅助功 能 装置硬件原理框图见图 1 1 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 交流信号 低通滤波A D DSP1 主保护CPU 光 耦 光 耦 MCPU 管理CPU 外部开入 出口 继电器 E QDJ 串口通信 以太网通信 打印 BCPU板 MCPU板 低通滤波A D DSP2 后备保护CPU 光 耦 光 耦 PCPU板 外部开入 出口 继电器 QDJ E 液晶显示 键盘 串 口 串 口 图 1 1 装置硬件原理框图 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 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 嵌入式安装 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 直流工作电源 220V 110V 允许偏差 20 15 交流电压 100V 或 100 V 交流电流 5A 或 1A 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 交流电流回路 In 5A 每相不大于 1VA In 1A 每相不大于 0 5VA 交流电压回路 每相不大于 1VA 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 80 115 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 近处 3 10ms 末端 20ms 纵联保护全线路动作时间 25ms 距离保护 I 段 30ms 2 3 2 定值精度 电流定值误差 5 电压定值误差 5 3 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 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 2 3 3 暂态超越 快速保护暂态超越均不大于 5 2 3 4 自动重合闸 检同期元件角度误差 3 2 3 5 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 多付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 6 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 7 电磁兼容 幅射电磁场干扰试验符合国标 GB T 14598 9 的3级规定 快速瞬变干扰试验符合国标 GB T 14598 10 的4级规定 静电放电试验符合国标 GB T 14598 14 的4级规定 1MHz脉冲群干扰试验符合国标 GB T 14598 13 的3级规定 浪涌 冲击 抗扰度试验符合国标 GB T 17626 5 的 3 级规定 2 3 8 绝缘试验 绝缘试验符合国标 GB T14598 3 93 6 0 的规定 冲击电压试验符合国标 GB T14598 3 93 8 0 的规定 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 一个 GPS 秒脉冲接入口 5V 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 通讯速率可整定 1200 38400bps 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 3 保护原理 3 1 启动元件 装置启动采用以下方案 对分立板件的主 后备保护设置相同的启动元件 其功能可 相当于一个总的启动元件但具有两个独立的电源 两个启动元件的动作将分别用于开放对 方保护板出口继电器的正电源 对方板启动元件和本板保护元件动作的出口以 与 逻辑 的方式作用 它们共同的动作决定本板保护继电器的出口跳闸 所设置的总启动元件共分电流突变量启动及零序过流启动部分 1 1 电流突变量启动元件 电流突变量启动元件 该元件测量相电流的工频变化量 具体判据为 setT III 25 1 式中 表示 A B C 三种相别 为相电流突变量 为浮动门槛 为 I T I set I 电流突变量启动定值 当任一相电流突变量满足启动门槛时保护启动 2 2 零序过流启动元件 零序过流启动元件 为了防止远距离故障或经大电阻故障时 以上启动元件的灵敏度不够而设置 采用付 氏算法 在零序电流大于启动门槛值并持续 30ms 后 启动元件动作 3 2 选相元件 选相元件在整个保护装置中的重要作用主要体现在以下几个方面 1 确定了故障的类型和相别就可以有针对性地采用最佳的保护特性进行测量 2 在振荡中发生故障时 如果选出故障相后由故障相的电压和电流进行测量 就可以得到正确的结果 3 故障测距也需要知道故障相别 4 可以节省计算量 先选相再测量有很大优点 但若选相出错将造成保护拒动 因此本保护采取用突变量 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 只在保护启动后 30ms 内投入 稳态量选相用多重判据选相 用电流选相与电压选相相结合 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 无需用户整定 使用方便 并且稳态量 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 1 1 突变量选相元件 突变量选相元件 在故障后 30ms 内采用突变量选相 比较电压电流复合突变量 的幅值 由于补偿电压中没有零序分量 使选相变得明确 其次 ZxIUU 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 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 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 2 2 稳态量选相元件 稳态量选相元件 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 选相逻辑 首先采用判据 1 判断是否接地 当判断为接地故障时 采用 2 3 选相 当判断为非接地故障时 采用 4 选相 1 利用零序电压和零序电流大小确定是不接地故障还是接地故障 2 在接地故障中 利用和的相位关系 把故障分为 3 个区 确定可能的故障类 0 I 2 I 型 当 时选 AG BCG 区 6060 2 0 A I I Arg 当 时选 BG CAG 区 6060 2 0 B I I Arg 当 时选 CG ABG 区 6060 2 0 C I I Arg 3 根据电压的关系 确定是单相接地还是两相接地 4 在不接地故障中 通过电压的大小确定是三相故障还是两相故障 并确定两相故 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 ZOP UU 对相间故障 ZDOP ZIUU 对接地故障 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 为动作 OP U OP U ZD Z Z U 门槛 取故障前工作电压的记忆量 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 Z U I 对于 220KV 线路 与 与 之间的相位约为 80 而在单相高电阻 Z U I Z U I 接地故障时 与之间的相位可以小到 10 以内 Z U I 因此 如果能同时利用记忆电压的幅值信息和与 与 之间的 Z U I Z U I 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 动作方程 动作方程 接地距离 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 JJZD UUMZIKIUM 0 31 3 3 1 相间距离 JJZD UUMZIUM 1 3 3 2 其中 为整定阻抗 为保护安装处变化量相电压或相间电压 ZD Z U U 为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 I I J U J U 相电压或相间电压 为补偿系数 M10 M 动作特性分析动作特性分析 正方向故障 以相间距离为例 正方向故障时 3 3 2 式推导如下 JJZD UUMZIUM 1 上式两边同除以得 I SKSKZDS ZZZZMZZM 1 设 SKZDS ZZMZZMA 1 SK ZZB 按照幅值比较动作方程转化为相位比较动作方程的公式 SKZDSSK ZZMZZMZZABD 1 SKZDS ZZMZZM 11 KZDS ZMZMZ112 上式两边同时除以得 1 M SZDK ZMZMMZ1 21 1 SKZDSSK ZZMZZMZZABC 1 ZDSSK ZZMZZM 11 ZDK ZMZM11 上式两边同时除以得 1 M ZDK ZZ 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 由此 可以得到如下相位比较方程 27090 D C Arg 270 1 21 1 90 SZDK ZDK ZMZMMZ ZZ Arg 3 3 3 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 当时 3 3 3 式为 1 0 M 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 3 3 3 式为 5 0 M 270 43 90 SZDK ZDK ZZZ ZZ Arg 其图形为大圆 圆内为动作区 当时 3 3 3 式为 0 1 M 270 90 SZDK ZDK ZZZ ZZ Arg 其中 正无穷 其图形为与垂直的直线 直线下方为动作区 ZD Z 正方向故障动作特性如下图 3 1 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 图 3 1 可变特性工频变化量电抗元件正方向动作特性 反方向故障 反方向故障 以相间距离为例 反方向故障时 3 3 2 式推导如下 JJZD UUMZIUM 1 2 式两边同除以得 I SKSKZDS ZZZZMZZM 1 SKSKZDS ZZZZMZZM 1 设 SKZDS ZZMZZMA 1 SK ZZB 按照幅值比较动作方程转化为相位比较动作方程的公式 SKZDSSK ZZMZZMZZABD 1 KZD ZMZM11 上式两边同时除以得 1 M M 1X M 0 5 ZZD M 0 1 R 1 22 ZZD 2 22ZS 3ZZD 4ZS 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 KZD ZZ SKZDSSK ZZMZZMZZABC 1 SKZDS ZZMZZM 11 SZDK ZZMZM 211 上式两边同时除以得 1 M SZDK ZMZMMZ 1 21 1 由此 可以得到如下相位比较方程 27090 D C Arg 270 1 21 1 90 SZDK ZDK ZMZMMZ ZZ Arg 3 3 4 270 1 21 1 90 ZDK SZDK ZZ ZMZMMZ Arg 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 ZD Z K Z S Z 抗 时 3 3 4 式为 1 0 M 270 22 2 22 1 90 ZDK SZDK ZZ ZZZ Arg 其图形为小圆 圆内为动作区 时 3 3 4 式为 5 0 M 270 43 90 ZDK SZDK ZZ ZZZ Arg 其图形为大圆 圆内为动作区 时 3 3 4 式为 0 1 M 270 90 ZDK SZDK ZZ ZZZ Arg 其中 正无穷 其图形为与垂直的直线 直线上方为动作区 ZD Z 反方向故障动作特性如下图 3 2 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 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 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M 常用的工频变化量继电器 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M 条与整定阻抗垂直的电抗线 其动作特性完全不受过渡电阻影响 而且补偿系数的引入 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 暂态电流方向继电器 本装置由暂态电流方向元件和零序方向元件 经过通道交换信号构成全线路快速跳闸 的方向保护 即装置的纵联保护 暂态电流方向元件为由两种判据组成 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 其动作判据为 以下公式中的电流电压均是相电流相电压 正方向判据 M 0 1 M 0 5 M 1 3 ZZD 4 Z S X 1 22 ZZD 2 22 Z S ZZD R ZK 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 UKZIU L 7 02 反方向判据 L ZIUKU7 02 其中 为电压 电流变化量IU 为线路全长阻抗 设 即整定到线路 70 阻抗处 L Z LZD ZZ7 0 为补偿系数K 以三相短路为例 当正方向故障时 系统计算用图 3 3 则可以得到 S ZIU 取补偿系数 则正方向判据为 2 K UKZIU L 7 02 SZDS ZIZIZI 22 3 4 1 SZDS ZZZ 22 反方向判据为 L ZIUKU7 02 ZDSS ZIZIZI 22 3 4 2 ZDSS ZZZ 22 设系统阻抗角与线路阻抗角一致 则正方向故障时 3 4 1 式成立 正方向元件可 靠动作 3 4 2 式不成立 反方向元件不可能动作 图 3 3 正方向故障计算用图 ZS EN 0 EM 0 ZK I Zzd U EF 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 同理 当反方向故障时 系统计算用图 3 4 则可以得到 S ZIU 取补偿系数 则正方向判据为 2 K UKZIU L 7 02 SZDS ZIZIZI 22 3 4 3 SZDS ZZZ 22 反方向判据为 L ZIUKU7 02 ZDSS ZIZIZI 22 3 4 4 ZDSS ZZZ 22 设系统阻抗角与线路阻抗角一致 则正方向故障时 3 4 3 式不成立 正方向元件 可靠不动作 3 4 4 式成立 反方向元件可靠动作 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 同时 由公式推导过程可知 判据的方向性与接地过渡电阻无关 总的来说 此方向元件安全可 靠 无电压死区 不受负荷电流和过渡电阻影响 有很高的灵敏度 图 3 4 反方向故障计算用图 ZK EN 0 EM 0 Z S I Zzd EF 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 3 5 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 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 ZD I0 ZD I0 ZDZD II 00 纵联零序方向过流定值 D488 ZD I0 零序电流启动值 D317 ZD I0 常规零序方向判据公式 正方向判据 340 3 3 180 0 0 I U Arg 反方向判据 150 3 3 10 0 0 I U Arg 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 判别公 式如下 正方向判别 0100 3137 033UZKIU 反方向判别 1000 137 0333ZKIUU 其中零序补偿系数 110 3 ZZZK 3 6 距离继电器 本装置设置三段式相间和接地距离继电器 3 6 1 相间距离继电器 相间故障的过渡电阻是电弧电阻 电弧电阻是非线性的 考虑电弧上的压降接近常数 约为相间电压额定值的 5 可将电弧电阻的阻值用相对于系统阻抗 流经保护向故 arc R 障点供给短路电流的电源阻抗和到故障点之间的线路阻抗之和 的常数值来表示 S Z L Z 即 由于不大 用姆欧继电器完全可以满足要求 LSarc ZZR 05 0 arc R 3 6 1 1 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 90270 1BCzdpBC A IZU Uj Arg 阻抗平面上的动作特性如图 3 5 所示 图 3 6 a 和图 3 6 b 分别为被保护线路 正 反方向故障时的计算用图 对应图 3 6 图 3 5 中的圆 C1 和 C2 分别为正 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 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 图中倒梯形 用阴影示出 为正方向经电弧电阻短路时测量阻 抗的区域 梯形底宽为 正方向时测量阻抗落于圆 C1 内 继 YSZZ LS 05 0 05 0 电器能灵敏的动作 反方向短路时测量阻抗落于第 象限 继电器肯定不会动作 方向性 十分明确 图 3 5 相间距离元件 即姆欧继电器 动作特性 Zp1zd Zs C3 C1 C2 Y S j X Z s 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 3 6 1 2 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 90270 3 1 BCzdpBC BCzdpBC IZU IZU Arg 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 zdp Z 3 得大 满足远后备保护的要求 图 3 7 为距离保护的整定计算用图 三段式相间距离保护的动作特性如图 3 8 所示 a 正方向故障计算用图 ZS ENEM ZK M N I Zzd b 反方向故障计算用图 ZK ENEM Z S M N I Zzd 图 3 6 被保护线路正 反方向故障时的计算用图 AB C ZS ZL 图 3 7 相间距离保护整定计算用图 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 3 6 1 3 三相故障相间距离继电器 I 段 三相故障仍用 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 90270 1 0 BCzdpBC BC IZU U Arg 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 因而动作特性变成同图中的圆 0BC U C3 此圆称为继电器的稳态特性 对正 反方向故障都适用 因此在记忆作用消失后 继 电器对出口和母线上故障的方向判别将变得不明确 措施是给稳态特性设电压死区 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启动断路器失灵保 护 3 6 2 接地距离继电器 为了使接地距离继电器动作特性能覆盖较大的接地过渡电阻又不会发生超越 本装置 图 3 8 三段相间距离保护动作特性 I 段 II 段 III 段 Zp1zd A Zp3zd Zp2zd j X R C B 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 采用了零序电抗继电器 接地距离保护第 I 段 II 段与 I 段同 的零序电抗继电器的动作 判据为 180 360 0 01 I IKIZU Arg zde 其动作特性在阻抗平面上为经过整定阻抗矢量末端的直线 直线下方半个平面都是动 作区 同时 使用零序功率方向继电器来保证方向性 在零序电抗继电器的动作判据中将 相位后移 度 以限制其动作区 提高安全性 0 I 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 顺便指 出 两相短路又接地时接地电流在两故障相中产生的附加电流分量完全相等 所以 BC 两 相短路接地与不接地时 相间距离继电器测量到的电压 和电流 完全相同 这 BC U BC I 就是说相间距离继电器的动作不受接地过渡电阻的影响 本装置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 本装置对于接地距离继电器超范围误动作问题用增设姆欧继电器解决 此姆欧继电器 假设为 A 相 的动作判据为 90 270 03 IKIZU Uj Arg AzdeA CB 极化电压的相位后移 度 其作用是在短线路应用时 将方向阻抗特性向第 I 象限 偏移 以扩大允许故障过渡电阻的能力 可见 零序电抗继电器与姆欧继电器的配合使用 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 9 三段接地距离保护动作特性 ZS j X 0 30 Z e 1 zd Ze2zd Ze3 zd R 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 3 7 零序电流保护 本装置后备保护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 的投退可由用户设定 并符合现场用户习惯 3 7 1 分段式零序电流保护 零序过流保护各段可独立选择是否带方向元件 非全相运行时的不灵敏零序保护除外 可根据整定确定是否在 TV 断线时投入零序保护 保护装置设有 零序总投退 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保护 不包括纵联零序方 向保护 均退出 零序过流 IV 段定值同时也作为接地故障选相的门槛 必须不大于其它各段 不论是否 投入零序 IV 段 零序电流 IV 段定值必须正确整定 零序过流 I 段 II 段又分为灵敏段和不灵敏段 其中 不灵敏 I 段和 II 段在非全相 运行时才有效 不经方向元件控制 并可由软压板选择是否投入 本装置的零序电流由保护自动产生 即 本装置的零序电压由保 CBA IIII 0 3 护自动产生 即 CBA UUUU 0 3 母线 TV 断线时 可由软压板选择是否投入零序保护 II III IV 段 但此时零序 功率方向元件自动退出 3 7 2 零序过流反时限保护 零序过流反时限保护的动作特性为 Tdt I I S 1 2 0 0 式中为零序电流启动定值 为时间常数定值 S I0T 装置中以下述离散方式实现 TItII Ss 2 0 2 0 2 0 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 II III 段已元件已经动作 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 振荡闭锁回路还可以由对称分量元件开放 该元件的动作判据为 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 120 ImII 其中 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m 验算 并留有相当的裕度 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 其测量振荡中心电压 其测 量方法如下 cos UUOS 其中 为 BC 相线电压 为线电压与线电流的补偿夹角 U 对称故障用判断两侧电势的相位差 在 180 时 接近于 0 cosU cosU 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 cosU 5 故障时如此之小 使得非常容易区分正常运行 进入振荡和发生故障等各种 cosU 状态 装置在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 cosU 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 cosU cosU 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 cosU 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 非全相运行振荡闭锁判据参见非全相运行 3 9 TV 断线检测和紧急状态保护 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 启动 元件不启动的条件下投入 一旦启动元件启动 TV 断线检测立即停止 直到整组复归后重 新投入 3 9 1 TV 断线检测 1 单相或两相断线检查 三相电压相量和大于 8V 延时 1 3s 报 TV 断线 2 三相断线检查 正序电压低于 6V 且任一相有电流 延时 n II06 0 1 3s 报 TV 断线 3 9 2 抽取电压断线 当重合闸投入 如果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 线路有流 TV 有电压 并检测到抽取电压低于无压定值 相电压 40V 或相间电压 70V 报 抽取电压断线 同时闭锁重合闸 当重合闸退出或检同期 检无压方式均退出时 不检查 抽取电压断线 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 3 9 3 紧急状态保护 当检测到 TV 断线后立即发出断线信号 保护转为紧急状态保护 将纵联保护 工频变 化量距离 后备距离 方向零序退出 同时投入 TV 断线下的两段无方向延时过流保护和无 方向零序保护 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 无方向性的零序电流保护 它实际上是原有零序电流保护将零序方向元件取消 无时限的零序 I 段退出 其余段定值不变 三相电压恢复正常后延时 10s 复归断线信号 在程序中消除电压断线标志 恢复正常 保护程序 3 10 合闸于故障保护 本装置设有合闸于故障保护 手合或重合闸动作后 当重合相有流或 TWJ 由跳位变为 合位的开始 400ms 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 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 N UIZUIZU5 025 1 25 1 000212 其中 为线路全长正序阻抗 为线路全长零序阻抗 1 Z 0 Z 3 10 1 2 合闸于对称故障 对于合闸于对称故障 采用电流速断保护和阻抗保护相配合 其动作判据要求同时满 足以下两个条件 且 eA II2 1 AzdpA IZU 2 3 10 3 合闸过流加速段 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 动作延时固定为 100ms 3 11 非全相运行 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 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 两相非全相状态下 即有两 相正常运行 一相断开 将纵联零序退出 保留暂态电流方向纵联保护 退出与断开相相 关的相 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 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 400ms 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 3 11 1 非全相运行状态的确定 单相跳闸动作 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 经延时置非全相状态 3 11 2 非全相运行单相故障 两相非全相运行状态时 以 BC 两相运行为例 当时 选非全相 90 20B IIArg 运行 B 相故障 当时 选非全相运行 C 相故障 使用接地距离二段定 90 20C IIArg 值进行测量 延时 100ms 动作跳三相 两相非全相运行时 根据 和 相位关系选相 可保证选相的正确性 又可以 0 I 2 I 保证非全相振荡时 单相距离继电器不动作 振荡中再单相接地故障时能快速开放保护测 量 因此 在非全相振荡时若发生单相故障则以选相区为非跳开相且距离继电器同时动作 作为开放条件 3 11 3 非全相运行相间故障 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方 cosU 法躲开振荡 实现方法同 3 8 3 章节 3 12 重合闸 本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 重合闸方式可以由 开入量中的 三重方式 和 综重方式 选择单相重合闸 综合重合闸 三相重合闸和停 用重合闸 其对应关系如表 3 1 重合闸起动包括两种方式 保护动作起动或开关位置不 对应起动方式 其中不对应起动方式设有软压板定值投退 并且优于保护起动方式 除此 之外 重合闸也可以通过开入端子上的 单跳启动重合 三跳启动重合 由其它保护装 置启动 为了保证重合闸动作的一次性和在手动合闸于故障时不进行重合 重合闸需要有一个 准备时间 在机械型继电器中重合继电器是由电容器的放电电流所激励 电容器的充电时 间便是重合闸的准备时间 本装置则由软件通过逻辑判断实现重合闸的一次性动作 为了 方便仍借用 充电 和 放电 叙述 在手动和自动合闸后都需要经过 20s 的 充电 时 间 重合闸的功能方才有效 断路器因故障跳闸或偷跳后若重合闸已 充电 则重合闸启 动 经过延时 称为重合闸动作时间 便进行重合闸 本装置重合闸逻辑中设有一软件计 数器 模拟重合闸充电回路 充电过程中装置面板的 重合闸允许 信号灯闪烁 充电满了 以后该信号灯点亮 放电以后该信号灯熄灭 重合闸充电条件 与门关系 1 不满足重合闸放电条件 2 保护未启动 3 跳位继电器返回 重合闸放电条件 或门关系 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 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 外部闭重 有开入 4 压板闭重 有开入 5 逻辑设定的放电条件 如 多相故障闭重等 重合闸的动作时间应大于故障处绝缘恢复和断路器恢复消弧能力所必需的时间 为了 准确计算动作时间 本装置不是简单的从重合闸的启动开始计时 而是在跳开相电流均小 于 0 1In 后才开始计时 表 3 1 重合闸方式开入量定义 本装置重合闸可以检同期和检无压重合闸 其控制由保护软压板 检同期投入 和 检无压投入 决定 其说明参见下表 表 3 2 重合闸同期 无压方式 保护定值 检无压投入检同期投入 同期无压方式 OFFOFF 不检同期和无压 OFFON 检同期 ONOFF 检无压 ONON 检同期 3 13 纵联保护逻辑框图 装置的纵联保护由暂态方向纵联保护和零序方向纵联保护组成 采取反方向元件优先 的原则 即 反方向元件启动门槛低于正方向元件 暂态方向和零序方向元件中任一反方 向元件动作就闭锁正方向元件 只有两个反方向元件均不动作时 正方向元件动作且在保 护范围以内时 保护停讯 闭锁式 或发讯 允许式 在 TV 断线及合闸加速期间退出纵 联保护 在非全相期间退出零序方向纵联保护 装置通过控制字选择是采用超范围允许式还是闭锁式 两者的逻辑有所不同 但都分 为正常运行程序和故障测量程序两种情况 装置能同各种通道设备接口 包括各种继电保护专用收发信机和复用载波机接口设备 其中发 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 5ms 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 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 3 13 1 闭锁式纵联保护逻辑 在保护未启动的情况下 正常运行中的闭锁式纵联保护逻辑包括通道试验 远方起信 逻辑 通道试验的逻辑按照四统一的方案 可以手动检测也可通过定值投入定时自动检测 其逻辑是 在装置正常运行期间 线路两侧装置 假设分别称为 M N 侧 定时或由人工触 发进行通道信号交换 M 侧先发信 200ms 后停止发信 当 M 侧收到 N 侧信号达 5s 后 M 侧 再次发信 10s 后停止发信 远方起信逻辑 当 N 侧收到 M 侧闭锁信号 经 2ms 延时确认 后 立刻起动发信回路发信 10s 考虑到某些特殊情况 若 TWJ 动作且无流 则延时 100ms 发信 或者 弱馈侧 投入且弱馈侧正向故障条件满足 延时 100ms 发信 这样既能保证 故障时对侧保护能够动作 又不影响通道的检测 在保护启动的情况下 启动元件一动作即进入故障测量程序 保护采取反方向元件优 先的原则来防止功率倒方向时误动作 即只要反方向元件动作 就闭锁所有正方向元件的 停信回路 启动元件动作后 连续收信 5MS 后才允许正方向元件投入工作 在反方向元件 不动作的前提下 纵联方向元件或纵联零序元件任一动作时停信 当本装置其他保护跳闸 或外部保护动作跳闸时 也立即停止发信 并在跳闸信号返回后 停信展宽 150MS 但在 展宽期间若反方向元件动作 立即返回 继续发信 在检测到三跳位置接点动作后 投入三跳位置停信回路以保证充电线路故障时充电侧 纵联方向保护能够动作 区内故障时 两侧均停信 经 8MS 延时纵联保护出口 为防止区外故障后 在断合开 关的过程中 故障功