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WXH-801(802) 系列超高压线路保护装置 技术说明书 2005.08 WXH-801(802)系列超高压线路保护装置技术说明书 前 言感谢您使用许继电气股份公司研制生产的WXH-801(802)系列微机线路保护装置。WXH-801(802) 系列微机线路保护装置完全符合ISO-9001产品质量标准。采用全汉化技术，调试、打印报告全汉化输出。提供友好的调试分析软件，便于事故分析。本说明书适用于WXH-801(802) 系列微机线路保护装置以下软件版本。保护装置保护名称版本号WXH-801(802)高频保护WXH-8012.20 WXH-8022.20 距离保护3.10 零序保护3.10 重合闸2.20 WXH-801(802)/D WXH-801/D高频保护3.10WXH-802/D3.10距离保护3.10 零序保护3.10 重合闸3.10 WXH-801(802)/A高频保护 WXH-801/A双接点方式2.20单接点方式3.10WXH-802/A双接点方式2.20单接点方式3.10距离保护 3.10零序保护 3.10重合闸双接点方式 2.20单接点方式3.10WXH-801/E距离保护2.20零序保护 2.20重合闸 2.20 目 录1. 概述1-11.1 应用范围1-11.2 保护配置1-11.3 性能特征1-22. 技术参数2-12.1 机械及环境参数2-12.2 额定电气参数2-12.3 主要技术指标2-23. 保护原理介绍3-13.1 装置采用的继电器元件3-13.2 线路保护的整体方案3-183.3 各保护的逻辑框图3-244. 装置硬件介绍4-14.1 装置整体结构4-14.2 装置面板布置图4-44.3 结构与安装4-64.4 装置接线端子4-84.5 装置开关量输入回路4-134.6 装置输出接点4-204.7 装置的通讯接口4-244.8 各插件原理说明4-265. 定值及整定计算说明5-15.1 定值内容5-15.2 定值说明5-86. 附图6-1附图6-1 跳闸插件原理图6-1附图6-2 逻辑1插件原理图6-2附图6-3 逻辑2插件原理图6-3附图6-4 电源插件原理图6-51. 概述1.1 应用范围WXH-801(802)系列超高压线路保护装置(以下简称装置)是适用于110kV及以上电压等级的成套数字式保护装置。主保护原理为纵联方向的装置包括WXH-801、WXH-801/A、WXH-801/D, 主保护原理为纵联距离的装置包括WXH-802、WXH-802/A、WXH-802/D, WXH-801/E不配置主保护。WXH-801(802)、WXH-801(802)/D主要适用于220kV及以上电压等级单、双母线接线方式；当纵联保护与收发信机配合时，WXH-801(802)/D装置高频通道逻辑由保护完成，WXH-801(802)装置高频通道逻辑由收发信机完成。WXH-801(802)/A装置主要适用于330kV及以上电压等级3/2接线方式，不配置重合闸。WXH-801/E主要适用于110kV电压等级，不配置主保护。1.2 保护配置 WXH-801(802)装置的配置及功能详见表表1-1 WXH-801(802)系列装置的配置及功能 名称型 号适用范围装置功能配置表纵联方向保护装置WXH-801适用于220kV及以上电压等级单、双母线接线方式1. 采用带补偿的正序故障分量方向元件的纵联方向保护及近端故障快速跳闸的不依赖通道的快速距离保护。2. 三段式相间距离及接地距离保护；3. 六段零序电流方向保护；4. 自动重合闸；5. 纵联保护与专用收发信机配合时,高频通道逻辑由收发信机完成，发信、停信由两副接点分别完成（简称双接点方式），保护不具备通道自检功能。WXH-801/D220kV以上电压等级单、双母线接线方式。1. 纵纵联保护与专用收发信机配合时，高频通道逻辑由保护完成，发信、停信由一副接点完成（简称单接点方式），保护具有通道自检及远方启信功能。2. 其他配置同WXH-801。WXH-801/A适用于330kV及以上电压等级3/2接线方式1 不带重合闸功能；2 满足双断路器跳闸要求，部分开入采用强电；其余配置同WXH-801；3 纵联保护与收发讯机配合时，可以选择双接点方式或单接点方式。纵联距离保护置WXH-802适用于220kV及以上电压等级单、双母线接线方式1. 采用综合距离元件的纵联距离保护及具有近端故障快速跳闸的不依赖通道的快速距离保护；2. 三段式相间距离及接地距离保护；3. 六段零序电流方向保护；4. 自动重合闸；5. 纵联保护与专用收发信机配合时,高频通道逻辑由收发信机完成，发信、停信由两副接点分别完成（简称双接点方式），保护不具备通道自检功能。WXH-802/D220kV以上电压等级单、双母线接线方式1. 纵纵联保护与专用收发信机配合时，高频通道逻辑由保护完成，发信、停信由一副接点完成（简称单接点方式）,保护具有通道自检及远方启信功能；2. 其他配置同WXH-802。WXH-802/A适用于330kV及以上电压等级3/2接线方式1. 不带重合闸功能；满足双断路器跳闸要求，部分开入采用强电；2. 其余配置同WXH-802；3. 纵联保护与收发讯机配合时，可以选择双接点方式或单接点方式。WXH-801/E适用于110kV电压等级1. 三段式相间距离及接地距离护；2. 四段零序电流方向保护；3. 三相重合闸功能。1.3 性能特征 动作速度快，线路近端故障跳闸时间小于10ms，末端故障跳闸时间小于 25ms。 自适应的振荡判据，保证保护在系统振荡加区外故障时能可靠闭锁，而 在振荡加区内故障时能可靠切除故障。 完备的综合选相方案，保证保护在各种复杂工况下的正确选相跳闸功能。 自适应带补偿的故障分量方向元件,提高了保护对各种故障的灵敏度。 带浮动门槛的工频变化量元件，既能防止系统不平衡及干扰造成的频繁启动，又能保证对线路故障的灵敏度。 高性能的32位DSP硬件平台，保证了保护中各种继电器的并行实时计算。 装置采用整体面板、标准6U机箱，强弱电回路严格分开，同时在软件设计上也采取相应的抗干扰措施，装置的抗干扰能力大大提高，对外的电磁辐射也满足相关标准。 完善的事件报文处理,可保存最新16次动作报告及录波报告，100次保护事件报告记录；如装置上电、修改定值等记录。 友好的人机界面、液晶显示全汉化、中文报告打印。 灵活的后台通信方式，配有RS-485/422或LonWorks通信接口或以太网。 支持IEC60870-5-103国际标准通信规约、四方公司CSC-2000通讯规约、及许继CBZ-8000通讯规约。 与COMTRADE兼容的故障录波。配套有完善、灵活的调试软件及离线分析软件，便于事故分析。6-5 2. 技术参数2.1 机械及环境参数机箱结构尺寸：482.6mm266mm245mm 安装方式： 嵌入式正常工作温度： 040极限工作温度： -1050贮存及运输： -2570相对湿度: 最湿月的平均最大相对湿度为90%，同时该月的月平均最低温度为25且表面无凝露。最高温度为+40时，平均最大相对湿度不超过50%。大气压力: 80kPa110kPa(海拔高度相对1km及以下)。2.2 额定电气参数2.2.1 额定交流参数 交流电压Un：u 相电压：100/Vu 线路抽取电压：100/V或100V 交流电流In：5A或1A 频率:50Hz2.2.2 额定直流电压：220V或110V2.2.3 打印机工作电压：AC 220V 50HZ 2.2.4 热性能(过载能力)交流电压：在1.2倍额定电压下持续工作，在1.4倍额定电压下允许10s。 交流电流：在2倍额定电流下持续工作，在10倍额定电流下允许10s,在 40倍额定电流下允许1s。2.2.5 功率消耗 交流电流： 1VA/相 （In=5A）0.5VA/相（In=1A） 交流电压： 0.5VA/相 直 流： 正常时35W 跳闸时60W2.3 主要技术指标2.3.1 成套保护主要指标 被保护线段范围内各种类型金属性故障整组动作时间不大于25ms。故障全过程均有快速保护。 被保护线段范围内各种类型故障有正确选择性。 有可靠选相、分相跳闸的性能。 设有TV二次回路断线闭锁及TA二次回路断线检测功能。 在系统发生振荡时不会误动作。 对500kV线路，接地电阻到300能可靠切除故障；对220kV线路，接地电阻到100能可靠切除故障。 功率倒方向时保护延时动作。 具有一次自动重合闸。2.3.2 纵联保护 WXH-801纵联方向保护u 正序故障分量电流元件整定范围：0.3In 2In，整定值误差不超过10%u 正序故障分量电压元件最小动作值为4Vu 动作范围：不大于140，不小于100u 整组动作时间：不大于25ms（不含通道时间），近端故障不大于10ms WXH-802纵联距离保护u 整定范围：0.150(In=5A) 0.5250(In=1A)u 整定值误差不超过2.5%u 整组动作时间：不大于25ms（不含通道时间），近端故障不大于10ms2.3.3 距离保护 相间距离保护测量阻抗元件具有圆特性，接地距离保护测量元件具有多边形特性。 整定范围：0.0150(In=5A) 0.05250(In=1A)每段可分别整定，整定值误差不超过2.5%最大灵敏角为6085（线路阻抗角）精确工作电压：0.5V60V 精确工作电流范围：0.1 In 20In段的暂态超越不大于5%、段延时时间元件：0.2s9.9s，整定值误差不超过1%20ms段整组动作时间：在0.7倍整定阻抗内不大于25ms测距误差不超过2.5%（金属性短路时）2.3.4 零序保护 整定范围：0.1 In 20In，整定值误差不超过2.5%或0.01In 零序功率方向元件的死区电压：不小于1V，不大于2V 零序功率方向元件动作范围：不大于180，不小于140 延时段时间元件：0.2s9.9s，误差不超过1%20ms 段整组动作时间：在2倍整定值的条件下，不大于20ms；在1.2倍整定值的条件下，不大于25ms。2.3.5 自动重合闸 具有单重、三重、综重及停用四种功能 无压检定元件整定范围为：0.2 Un0.7Un 同期元件整定范围为：2060,检同期角度误差不大于3 重合闸延时时间元件：0.3s9.9s，误差不超过1%20ms 重合闸充电时间为15s2.3.6 绝缘性能 绝缘电阻用开路电压为500V的测试仪器测试其绝缘电阻值应不小于100M,符合GB/T14598.3-1993 6.0的规定。 介质强度各带电的导电电路分别对地之间、交流回路与直流回路之间及交流电流回路和交流电压回路之间，能承受50Hz、2kV(有效值)的交流电压，历时1min的检验无击穿或闪络现象, 符合GB/T14598.3-1993 6.0的规定。 冲击电压各带电的导电端子分别对地、交流回路与直流回路之间及交流电流回路和交流电压回路之间，能承受5kV(峰值)的标准雷电波冲击检验,符合GB/T14598.3-1993 6.0的规定。 2.3.7 电磁兼容 能承受GB/T 14598.13-1998规定的频率为1MHz及100kHz衰减振荡波(第一个半波电压幅值共模为2.5kV、差模为1kV)脉冲群干扰检验。 能承受GB/T 14598.14-1998规定的严酷等级为级的静电放电干扰检验。 能承受GB/T 14598.9-1995规定的严酷等级为级的辐射电磁场干扰检验。 能承受GB/T 14598.10-1996规定的严酷等级为级的快速瞬变干扰检验。 能承受GB/T 17626.6-1998 规定的射频场感应的传导骚扰抗扰度检验。 能承受GB/T 17626.8-1998 规定的工频磁场抗扰度检验。 能承受GB/T 17626.9-1998 规定的脉冲磁场抗扰度检验。 能承受GB/T 17626.5 规定的浪涌（冲击）抗扰度检验。 2.3.8 输出触点 信号接点容量：允许长期通过电流3A切断电流0.1A（DC250V，时间常数为5ms0.75ms） 其它辅助继电器接点容量：允许长期通过电流5A切断电流0.2A（DC250V，时间常数为5ms0.75ms） 跳闸出口接点容量：允许长期通过电流5A切断电流 0.2A（DC250V，时间常数为5ms0.75ms）,不带电流保持2.3.9 机械性能 工作条件：能承受相应国家标准或行业标准规定的严酷等级为级的振动响应、冲击响应检验。 运输条件：能承受相应国家标准或行业标准规定的严酷等级为级的振动耐久、冲击耐久及碰撞检验。2.3.10 通信接口 两个RS-485/422通信接口,或两个LONWOKS通讯接口，也可实现双以太网接口；支持IEC60870-5-103标准通讯规约、许继CBZ-8000通讯规约及四方公司CSC-2000通讯规约。 一个用于打印的RS-232接口（装置背面)； 一个用于GPS对时的RS-232接口； 一个用于调试的RS-232接口（前面板）。WXH-801(802)系列超高压线路保护装置技术说明书 3. 保护原理介绍WXH-801(802)系列保护装置可用作110kV及以上电压等级输电线路的主保护及后备保护；其中WXH-801由带补偿的正序故障分量方向元件和零序方向元件构成全线速动主保护,WXH-802由综合距离方向元件和零序方向元件构成全线速动主保护,后备保护由三段式相间距离和接地距离、六段零序电流方向保护构成；并可选择配置重合闸。3.1 装置采用的继电器元件3.1.1 启动元件 相电流突变量启动元件DI1 装置的纵联、距离、零序三种保护插件均设有该启动元件，启动元件动作后，一方面驱动相应插件的启动继电器，开放跳闸回路，并启动发信；另一方面控制程序执行相应的故障处理程序。其判据为：i1.25iT+0.2In其中：0.2In为固定门槛。iT为浮动门槛，随着变化量输出增大而逐步自动提高，取1.25倍可保证门槛电流始终略高于不平衡输出。 零序电流辅助启动元件I04为保证在单相经特大电阻接地时，纵联、距离、零序三种保护的启动继电器都应能动作，为此，本装置纵联、距离、零序在各保护的自检循环程序块中，设置了一个零序电流辅助启动元件，可以整定得很灵敏，动作后经延时同样驱动相应插件的启动继电器。 静稳破坏检测元件纵联、距离二种保护还设有静稳破坏BC相阻抗启动元件及A相电流启动元件，用于监测系统失稳，动作后同样驱动相应插件的启动继电器。u A相电流启动元件:在A相电流开始时大于静稳电流定值(IJW),之后小于0.85倍的静稳电流定值,判为静稳破坏，A相电流启动元件启动，保护进入进入故障处理程序中的振荡闭锁逻辑。u BC相阻抗元件:当BC相测量阻抗穿越多变形特性阻抗动作区并且在此期间IBC一直在变化，判为静稳破坏，进入故障处理程序中的振荡闭锁逻辑。本启动元件引入了电流变化量判据，有效的防止了系统二次TV回路接点抖动造成本元件的误启动。3.1.2 选相元件选相采用相电流差突变量选相、稳态量选相、电压选相相结合的方法。再辅助以综合选相判据，区分单相故障、两相接地故障、两相短路故障、三相短路故障。 相电流差突变量选相元件在保护启动后50ms之内采用相电流差突变量选相。Imax kI2时选用电压选相。3.1.3 正常自检元件 电压回路自检u TV断线检查装置纵联、距离、零序保护和重合闸均设有两种检测TV断线的判据，两种判据都带1s延时，且仅在线路正常运行，启动元件不启动、求和自检控制字投入的情况下投入，一旦启动元件启动，TV断线检测立即停止，等整组复归后才重新投入。1）三相电压之和不为零，用于检测一相或两相断线。判据为：|UA+UB+UC|7V(有效值)2）三相失压检测三相失压判据：三相电压有效值均低于8V，且任一相电流大于0.04In或三相电流均小于0.04In且无跳闸位置开入。检测到TV断线后，驱动告警发出本地及中央告警信号，但不切断保护出口回路的+24V电源。在TV断线的条件下，纵联、距离保护将被闭锁,后备零序保护可根据控制字退出方向元件或将受零序功率方向元件控制的各段退出，另外可根据软压板投入TV断线后两段相过流保护，作为断线时保护的后备，装置继续监视TV电压，一旦电压恢复正常，纵联、距离保护将延时1.25s自动解除闭锁，零序保护退出两段相过流保护而恢复为常规保护。u 抽取电压检查重合闸在综重或三重方式且投入检同期或检无压时对抽取电压Ux进行检查，在开关处于合位，且线路有电流，并检查到抽取电压低于无压定值时，延时报抽取电压TV断线。u 重合闸在检同期方式，未启动情况下，检查到开关处于合位，且线路有电流，则开始检查抽取电压与母线电压是否同期，若不同期，则报告检同期合位不同期，同时驱动告警继电器，不闭锁重合闸开出正电源。u TV反序自检装置零序保护设有TV反序判据，且仅在线路正常运行，启动元件不启动的情况下投入，一旦启动元件启动，TV反序检测立即停止，等整组复归后才重新投入。TV反序判据：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2min延时, 报TV反序，驱动告警电器。 电流回路检查u TA断线检查TA断线时，零序电流将长时间存在，纵联、距离、零序保护在零序电流持续12S大于零序辅助启动定值I04时将驱动告警继电器发出本地及中央告警信号，并发出TA回路异常告警报告，闭锁保护，装置继续监视零序电流，一旦零序电流消失，保护将自动解除闭锁。u TA反序检查装置零序保护设有TA反序判据，且仅在线路正常运行，启动元件不启动的情况下投入，一旦启动元件启动，TA反序检测立即停止，等整组复归后才重新投入。TA反序判据：负序电流（I2）大于四倍正序电流（I1）且负序电流（I2）大于0.04In。此判据带2min延时, 报TA反序，驱动告警电器。 过负荷检查 纵联、距离保护在未起动的情况下，BC相阻抗在四边形全阻抗定值（纵联保护为XD/RD、距离保护为XD3/RD1）范围内且IBC大于0.5倍额定电流或A相电流大于IJW定值持续30s，报系统过负荷，驱动告警继电器。3.1.4 故障分量方向元件 正序故障分量方向元件按对称分量理论，三相系统中电气量在任何情况下都可分解为正序、负序、零序三个对称分量。根据叠加原理，可将正序分量分解为正常分量和故障分量的叠加。负序分量和零序分量包含有故障信息，可用于判别故障，在继电保护中得到广泛应用，其缺点是不能反映三相短路。各种对称和不对称短路时都会出现正序分量，而在消除正常分量后，正序故障分量就成为一个比负序、零序分量更为完善的新的故障特征，也就是说，在正序故障分量中包含有更丰富的故障信息。图3.2示出一个简单系统发生故障时的正序故障分量等效网络，故障点附加电源是由故障前该点电压的故障边界条件决定的，正序故障分量可分解为不同的成分。图3.2 正序故障分量等效网图（）其中：、为正序故障分量中的工频量。、为正序故障分量中的谐波分量，本方向元件采用工频量、的相位关系来检测故障发生的方向。图3.3 内部故障正序故障分量等效网图图3.3示出保护线路区内发生各种类型故障正序故障分量等效网络。在超高压系统中，输电线路保护均取线路侧电压并规定电流的正方向为由母线流入被保护线路，当用和分别表示正序电压和电流故障分量中的工频量时，按图3.3得关系式： （）图3.4 外部故障正序故障分量等效图保护范围外部故障的等效网络如图3.4所示，这时对R端保护为反方向，对S端为正方向，按图4-4可得： （）由式（2）和式（3）可见，正反方向故障时方向元件检测到电压和电流的关系有明显的区别。假定系统阻抗角和线路阻抗角为90，当正方向故障时，正序电流故障分量超前正序电压故障分量90，而反方向故障时则有截然相反的关系。由此可见，反应和的相位关系构成的正序故障分量方向元件具有明确的方向性。由于数字式滤波器本身的暂态和TA、TV暂态产生的误差，同时为了使方向元件有足够的灵敏度，选用下述动作判据：正向动作判据：（）反向动作判据：（）反向电流动作灵敏度自适应为正方向的1.25倍。图3.5 正序故障分量方向元件动作范围 工频变化量方向元件本方向元件利用保护安装处相间工频电流、电压的故障变化量的极性来判别故障的方向。从图3.6可以看出，R侧方向元件正向动作判据和有如下关系。正向故障时，U/I=-ZSR，反之，如为反向故障时，则。由以上两式可以看出，当正向故障时，和的极性相反，而反方向故障时，和的极性相同。工频变化量方向元件就是利用和的这个极性构成的。(a)区内故障(b)区外故障图3.6 系统故障分析图工频变化量方向元件的动作范围与正序故障分量方向元件相同。 带补偿的故障分量方向元件为提高正方向元件电压灵敏度不足，装置采用带补偿的正序故障分量方向元件和工频变化量方向元件，即： ZCOM为补偿阻抗，ZCOM =0.5 XL，XL为被保护线路全长电抗。正向元件引入补偿电压是为了在大系统长线路Zs较小的情况下，可以改善方向元件的灵敏度，保护根据系统故障情况自适应采用电压补偿。 故障分量方向元件的特点：u 不受系统振荡的影响；u 不受过渡电阻的影响；u 不受串补电容的影响；u 不受零序序网的影响；u 正序故障分量方向元件的方向判断不受故障相别的影响。3.1.5 工频变化量阻抗元件(Z)电力系统发生短路故障时，其短路电流、电压各分解为二部分进行计算，一部分为故障前负荷状态的电流电压，另一部分为故障产生的故障分量，如图3.7a的短路状态可分解为图3.7b和图3.7c二种状态下电流电压的叠加。由于反映工频变化量的继电器不受负荷状态的影响，因此，只要考虑图3.7c的故障分量。图3.7a图3.7b图3.7c图3.7短路系统图工频变化量阻抗元件动作方程为：|UOP| UZ （6）对相间故障：UOP= U- IZzd=AB、BC、CA对接地故障：UOP=U-(I+K*3I0)Zzd=A，B，CZzd为整定阻抗，装置中Zzd=0.1XL，XL线路全长电抗值。UZ为整定门槛，取故障前工作电压的记忆量。图3.8表示出保护区内外各点金属性短路时的电压分布，设故障前各点电压一致，即各故障点故障前电压为UZ。对工频变化量阻抗元件，系统电势不起作用，因而仅需考虑故障附加电压UF。图3.8保护区内外各点金属性短路时电压分布图区内故障时，如图3.8b所示，UOP在本侧系统零电位至故障点的UF1连线的延长线上，可见， 继电器动作。反方向故障时，如图3.8c所示，UOP在UF2与对侧系统的连线上，显然， 继电器不动作。区外故障时，如图3.8d所示， UOP在UF3与本侧系统的连线上，继电器不动作。正方向故障时，经过渡电阻故障时的动作特性可用解析法分析，如图3.9所示。设 则 代入式(6)，得： 即： 图3.9 正方向故障计算用图式中ZK是阻抗元件的测量阻抗，是变量，在阻抗平面上是以矢量- ZS的末端为圆心，以为半径的圆，如图3.10所示，当ZK矢量末端落于圆内时动作。可见这种阻抗元件有大的允许过渡电阻的能力，并且，尽管过渡电阻数值上仍受助增电流In的影响，但由于In一般与I同相位，过渡电阻压降始终与I同相位，过渡电阻的影响始终呈电阻性，与R轴平行，因此，不存在由于对侧电流助增所引起的超越问题。图3.10 正方向短路阻抗元件动作特性对反方向短路，如图3.11所示。图3.11反方向故障计算用图仍假设则 代入式(6)，得： 即： 这里以-ZK为变量，-ZK的动作轨迹在阻抗平面上是以矢量末端为圆心，以为半径的圆，见图3.12，动作圆在第一象限，而因为ZK总是电感性的，-ZK在第三象限，因此，阻抗元件具有明显的方向性。图3.12反方向故障阻抗元件动作特性3.1.6 多边形特性阻抗元件接地距离保护和纵联距离保护采用多边形特性的综合阻抗元件。接地距离保护的多边形特性的综合阻抗元件由ZA、ZB、ZC三个阻抗元件、偏移阻抗元件、电抗线、电阻线和零序方向元件组成。纵联距离保护的多边形特性的综合阻抗元件由ZA、ZB、ZC、ZAB、ZBC、ZCA三个阻抗元件、偏移阻抗元件、电抗线、电阻线组成。 阻抗元件根据电流电压方程U=X*j (I+KX*3I0)+K1(I+KR*3I0)+I0*R求解： Z=jX+R=A、B、C 零序电抗分量补偿系数 零序电阻分量补偿系数 线路正序电阻与正序电抗之比 偏移阻抗元件偏移阻抗元件是在原多边形特性基础上加一个包括坐标原点的小矩形特性，以保证出口短路可靠切除故障。矩形的X、R取值，按500kV一次系统、每公里0.3、10公里线路长度考虑，220kV一次系统、每公里0.4、7公里线路长度考虑。X=R=min3TA/TV,0.9XD1TA为TA变比TV为TV变比XD1为接地距离段电抗分量定值 零序方向元件零序方向元件属故障分量方向元件，其方向特性与阻抗元件方向特性相反，按线路阻抗角考虑，零序方向元件最大灵敏度角-110，保证接地距离元件的方向性。动作方程： 电抗线电抗线是为了防止接地距离超越，计算X后下倾，多边形特性如图3.13所示。 图3.13多边形特性 电阻线电阻线倾斜，与R轴夹角为60。3.1.7 圆特性阻抗元件相间距离保护采用圆特性的阻抗元件。相间阻抗元件由ZAB、ZBC、ZCA三个阻抗元件和全阻抗元件组成，相间阻抗元件是为保护两相、三相故障而设置。在故障发生40ms之内采用带记忆的正序电压作极化量的姆欧继电器，记忆电压采用故障前三周电压。动作方程：式中：U1m|0|为故障前的正序电压；=AB、BC、CA1为方向特性向第一象限偏移角。ms之后取消记忆，采用正序电压作极化量，动作方程为 若正序电压较低（15%Un），为三相短路，为保证正方向故障能动作，反方向故障不动作，设置了偏移特性。在、段距离继电器暂态动作后，增加一个全阻抗继电器，保证继电器动作后能保持到故障切除。在、段距离继电器暂态不动作时，去掉一个全阻抗继电器，保证母线及背后故障时不误动。对段及后加速则一直投入全阻抗继电器。全阻抗继电器为：|ZqI| U| Zq= min3TA/TV，0.9ZZ1ZZ1为相间距离段定值图3.14a 、段阻抗继电器暂态特性 图3.14b 、段阻抗继电器稳态特性在单相故障跳开后，DI2元件又开放计算Z时，为消除断开相（TV在线路侧）引起正序电压频率偏差的影响，改用健全相电压作极化量，动作方程为： 、段阻抗继电器暂态及稳态动作特性如图3.14所示。段阻抗继电器的动作特性：3.1.8 故障开放元件 纵联保护纵联方向保护采用正序故障分量方向元件、零序方向元件，具有不怕振荡的优点。纵联距离保护采用阻抗元件复合正序故障分量方向元件，也具有不怕振荡的优点。纵联保护在非全相期间采用反映健全相工频变化量方向元件复合健全相阻抗元件也不怕振荡。纵联保护不受振荡的影响。但考虑到启动元件150ms后可能振荡引起系统不平衡输出，正序电流故障分量采用浮动门槛即，式中为不平衡输出。为解决制动门坎过高，在振荡中使得方向（阻抗）元件不能被开放，还补充了反映不对称故障的负序方向元件及反映对称故障的元件作为后备。 距离保护u 短时开放保护相电流突变量启动元件DI1，能灵敏反映各种不对称和对称故障，利用DI1短时开放保护150ms，150ms以后系统可能已引起振荡，采用不对称故障判别元件及对称故障判别元件开放保护逻辑。零序电流辅助启动及静稳破坏检测启动后，直接采用不对称故障判别元件及对称故障判别元件开放保护逻辑。u 不对称故障判别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。阻抗元件在振荡时的不正确动作只是发生在两侧电势较大约130180的时刻，因此若振荡中心落在被保护线路上，距离保护要误动。把以上两点结合起来，在振荡与短路同时发生时对故障判别元件的要求如表3-1所示。在区外故障0时距离继电器能正确测量，开放了也不会误动。但在180时必须闭锁保护。在区内故障180时闭锁保护固然不好，但是变化的，只要在0时能开放保护就行。表3-1 对故障判别元件的要求故障地点0180区外无要求闭锁区内开放无要求 不对称故障判别元件就是按照这一原则来考虑的，它的动作判据为：I2+I0mI1 (7)式中I0、I1、I2为保护测量到的零、正、负序电流的幅值，系数m0.50.7。式(7)以为动作量，I1为制动量，m为制动系数，式中I1制动可以确保在振荡时不会动作。再看振荡与短路同时存在的情况。在区内故障时故障支路F中有：单相故障：I2F+I0F=2I1F两相短路：I2F=I1F两相短路接地：|I2F+I0F|=I1F可见故障支路中各序电流满足式(7)的关系。若各序电流在线路两侧的分配系数相等，则在时线路两侧电流也满足此关系，两侧保护同时被开放。若各序电流的分配系数不相等，则有一侧分配到的I0小，以致该侧不能开放保护；但另一侧相反，必能开放保护，而且一般是保护段动作。一侧开关跳闸后，另一侧必然能纵续动作。在区外故障时按考虑。由于振荡中心在线路上，若故障点靠得近，故障点电压的振荡分量必然较小，故障产生的I2和I0也较小；又由于，I1的振荡分量必然很大，式(7)不会满足。若故障点较远，故障电压的振荡分量较大, I2F和I0F也就会大一些，但由于故障点较远，保护中分到的I2和I0不大，式(7)仍不会满足。总之，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。u 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：1是线电流线电压的夹角，U为线电压。假定系统联系阻抗的阻抗角为90，则振荡时电流向量垂直于EM、EN连线，与振荡中心电压同相，如图2.15所示。 图3.15 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。在三相短路时，设线路阻抗角为90时，是弧光电阻上的压降，三相短路时过渡电阻是弧光电阻，弧光电阻上压降小于5%Un。实际线路阻抗角不为90，因而可进行角度补偿，如图3.16所示。图3.16 短路电流电压相量图图中0d为测量电压，=ob，因而ob反应当线路阻抗角为90时弧光电阻压降，实际的弧光压降为oa，与线路压降ad相加得到测量电压U。本装置引入补偿角，为正序阻抗角，得到=1+1，则UOS=，三相短路时，UOS=ocoa，可见可反应弧光压降。在系统振荡时本装置保护集中计算UOS、振荡周期TS，根据计算结果实时自适应开放保护。选取-0.1UnUos0.25Un，当振荡中心电压为-0.1Un时，系统角为191.5，振荡中心电压为-0.25Un时，系统角为151，按最大振荡周期TS =3s计，振荡中心在该区间停留时间为373ms；TS =1.5s时，振荡中心在该区间停留时间为141ms；TS =0.6s时，振荡中心在该区间停留时间为57ms。根据上述计算结果，当实时测量的振荡周期TS 0.6s时，保护延时150ms开放；当0.6sTS 1.5s时，保护延时500ms开放。振荡中实时自适应开放保护，并留有足够的裕度，确保保护较快地可靠切除故障。u 非全相运行时的故障开放判据非全相运行时，设置了二次突变启动元件DI2，当故障时该电流突然增大达一定幅值时开放距离保护。因而非全相运行发生相间故障时保护能快速动作。3.1.9 手合判别满足下列条件，装置判为手合，保护程序进入相应的手合逻辑：跳位无流持续存在时间大于20s后跳位消失且线路有电流。3.1.10 纵联保护弱馈功能线路有一侧是弱电源，甚至是无电源，在线路内部故障时该侧方向元件、距离元件很可能灵敏度不足。若是允许式保护，弱电源侧不发允许信号，强电侧也不能跳闸；若是闭锁式保护，弱电侧的收发信机也可能启动，例如被强电源侧远方启动。弱电源侧的方向元件不能停信，强电侧也不能跳闸。该装置纵联保护针对弱电源系统采取如下措施： 弱馈端正、反方向元件均不动作。 有一相或相间低电压。 弱馈投入（控制字）满足以上条件，对专用收发信机闭锁式，弱电源端延时10ms停信，保证强电源侧快速跳闸。弱电源侧在确认收不到对侧闭锁信号30ms后，弱馈端跳闸。对允许式，在收到对侧允许信号10ms后向对侧发送允许信号，保证强电源侧快速跳闸，同时在收到对侧允许信号后，经30ms确认，弱馈端跳闸。对复用闭锁式，在收不到对侧闭锁信号时经30ms确认，弱馈端跳闸。3.2 线路保护的整体方案3.2.1 纵联方向保护本保护由带补偿的纵联正序故障分量方向保护和零序方向保护与通道接口装置等构成全线速动的主保护，以负序方向及反映三相对称故障的故障判别元件（以下简称元件）构成快速后备纵联保护，以保证无论何时发生何种类型的区内故障，都能快速将故障切除；非全相运行过程中的全线速动保护由反映健全相的工频变化量方向元件实现。本保护能正确选相，进行分相跳闸；选相元件根据故障的进展情况分别选择相电流差突变量选相或稳态量选相。本保护设有单（弱）电源判别元件，可使用于单（弱）电源的系统。 保护的正序故障分量方向元件及零序方向元件在全相运行的过程中投入，当线路发生故障时，保护的DI1启动元件动作后开放带补偿的正序故障分量方向元件及零序方向元件，在区内故障时，保护立即进入故障处理程序；区外故障50ms后，考虑到功率倒方向，此后保护的动作带30ms延时；150ms后考虑到系统可能发生振荡，此后正序故障分量方向元件的动作门槛将随系统不平衡输出的增大而自动提高。为防止制动门槛提高，在振荡中再故障正序方向元件可能不被开放，还补充了反应不对称故障的负序方向元件及反应对称故障的元件作为后备保护。 本保护的方向元件都设有正、反两个方向的元件，正方向元件正序电流定值可以整定，反方向元件不能整定，灵敏度比正方向元件灵敏（电流门槛取正方向的0.75倍），任一反方向元件动作闭锁所有的正方向元件。 为了防止静稳破坏引起系统振荡或其他原因引起的故障使DI1启动元件不能准确动作，可能造成两侧保护进入不同的故障处理程序时段，设置了静稳破坏检测元件（A相电流元件和BC相间阻抗元件及零序辅助启动元件），一旦线路检测到静稳破坏或辅助启动元件动作，立即进入150ms后的故障处理程序时段。 非全相过程中的保护:在线路发生单相故障由本保护跳单相后，或本保护未动而由本线路的其他保护动作使本线路进入非全相运行状态，此时仅有反映两健全相的工频变化量方向保护投入工作，该方向保护由带浮动门槛的DI2元件启动。在非全相运行过程中，若本线路再发生健全相的故障，将由纵联工频变化量方向保护快速切除； 在手合于故障线路或重合到永久故障时，保护设置了具有偏移特性的阻抗元件的瞬时加速切除故障的功能，此时不再依赖对侧信号。 相继动作:如果在大电源侧出口附近经大电阻接地，对侧纵联保护动作灵敏度可能不足，此时可以靠大电源侧零序段或距离段先动作，本侧断路器跳开后，由于助增作用，对侧纵联保护再相继动作。为了保证可靠的相继动作，先跳闸侧的发信或停信将在跳闸后被展宽120ms。 工频变化量阻抗元件:在线路近端发生故障，为了将故障快速切除，本侧保护可以不经两侧的信号交换直接动作出口跳闸，同时向对侧发正向动作信号，使对侧能以最快的速度动作跳闸。 为防止通道干扰使纵联方向保护误动作，设置了出口跳闸检测元件。在无零序电流或阻抗不在检测静稳破坏阻抗范围内时，装置不发跳令。3.2.2 纵联距离保护本保护由纵联综合距离(相间、接地)保护和零序方向保护与通道接口装置等构成全线速动的主保护，负序方向及反映三相对称故障的故障判别元件(以下简称Ucos元件)构成快速后备纵联保护。纵联