中外微机型输电线路继电保护之比较

中外微机型输电线路继电保护之比较摘要：通过对几种中外微机型输电线路继电保护进行的比较，分析了它们的特点，并就一些关键技术进行了探讨。关键字：微机保护线路保护重合闸收发讯机0前言微机型继继电保护由于于具有功能强强、维护调试试方便等一系系列优点，自自问世以来就就受到普遍重重视与欢迎，近近年来更是在在国内外得到到广泛应用。由由于输电线路路保护在继电电保护中具有有重要地位，且且随着超高压压、长距离输输电线路的发发展，对输电电线路保护的的功能提出了了更新更高的的要求，加之之输电线路保保护本身具有有的复杂功能能和逻辑，使使微机保护在输输电线路保护护这一领域获获得了广泛应应用。本文结结合自身体会会，对国内外外常用的几种种微机型线路路保护装置的的一些特点进进行了分析与与比较，主要要侧重于原理理与功能方面的探探讨。这里介介绍的保护装装置是国产WXB-111型线路微机机保护和美国国SchweeizerEnginneerinngLabborataary推出的SEL-3321型线路保护护装置、SEL-2279型自动重合合闸装置和ABB公司的TCF-110B型移频式高高频收发讯机机。1装置简介WXB--11型微机线路路保护采用插插件式结构，设设置了硬件完完全相同的高高频、距离、零零序、综重4个插件，每每个插件独立立完成一种保保护功能。其其人机对话功功能通过打印机和人人机对话插件件完成。同高高频收发讯机机配合可以实实现110kV及以上电压压等级的输电电线路继电保保护的全部功功能。此外，该该保护能储存存故障前20ms和故障后40ms的各相电压压、电流采样样值并打印出出来，相当于于故障录波，并并具有故障测测距功能。SEL-3321型微机保护护采用一体化化机箱，面板板上设有液晶晶显示屏和控控制按钮，正正常运行时可可以从液晶显显示屏上读出出各相电压、电电流有效值，并并且可以显示示日期等信息。该该装置具有15个可编程触触点输出，面面板上还设有有一个RS-2332标准串行口口，可以与个个人电脑联接接，这样可以以方便地进行行整定和事件件报告。保护护动作前后的电压压、电流及各各部分的动作作过程都记录录在事件报告告中，供运行行人员查阅。在在保护功能方方面，具有四四段三相/相间阻抗圆圆；两段振荡荡闭锁用矩形形阻抗特性；；两段负荷阻抗特特性；四段接接地阻抗圆；；四段矩形接接地阻抗特性性；四段反时时限相电流过过流元件并模模拟复归功能能；反时限负负序/零序电流元元件(以上电流元元件可由功率率方向或阻抗元件控控制)；四段瞬动动或定时限负负序电流/零序电流元元件。除了以以上保护功能能外，该保护护也具有故障障测距功能。该该保护本身不不具备重合闸闸功能，该功功能由其他装装置来实现。该该保护可以与与高频收发讯讯机配合，构构成输电线路路的全线速动动保护。2阻抗元件在WXB--11型微机线路路保护中，高高频部分和距距离部分各自自设有独立的的相间阻抗元元件，距离部部分还设有接接地阻抗元件件(阻抗元件均均采用多边形形特性)，如图1所示。图1WXB--11型微机保护护阻抗元件动动作特性阻抗元件件动作特性确确定为多边形形，一是因为为通过阻抗计计算求得的X和R分量和此动动作特性相比比较以判断是是否在区内最最方便；二是是此种特性容容易满足长线线路和短线路路的不同要求求。对短线路路可以加大RDZ/XXDZ值，以增强强允许过渡电电阻的能力；；对长线路则则可以减小RDZ/XXDZ值，以避越越负荷阻抗。图图中第二象限限和第四象限的边界线线均倾斜15°，是因为tg15°≈1/4，实现最方方便。为了提提高长线路避避越负荷阻抗抗的能力，多多边形的一边边与实轴的夹夹角选定为60°，α角的选择原则应以躲躲区外故障时时的超越为准准。SEL-3321的阻抗动作作特性则比较较复杂。图2是三相/相间阻抗特特性，图3是接地阻抗抗特性。图2SEL--321型微机保护护的三相/相间阻抗特特性图3SEL--321型微机保护护接地阻抗特特性从以上图中中可以看出，SEL-3321的三相/相间阻抗特特性是典型的的方向阻抗圆圆特性，振荡荡闭锁用的阻阻抗特性则采采用矩形特性性。所有阻抗抗特性都可以以设置为正/反方向，其其接地阻抗特特性则分为方方向圆特性和和矩形两种，正正向三段，反反向一段，可可在整定时选选择所需的阻阻抗特性。3启动元件和和振荡闭锁WXB-111型微机线路路保护的高频频、距离、零零序、综重4个插件中都都设有各自的的由差突变量量原理构成的的启动元件，用用于启动各自自的判别程序序。4个启动元件件还可以驱动动中间继电器QDJ，除综重以以外的三个QDJ接成三取二二回路，即只只有当三个QDJ中有两个动动作时，跳闸闸回路才允许许开放。此外外，高频插件件中的QDJ还可以驱动QXJ，启动收发发讯机发讯。SEL-3321型微机保护护中的各段相相间/三相阻抗元元件和接地阻阻抗元件都设设有各自的过过电流启动元元件，可独立立整定，用于于启动各段阻阻抗元件。这两种微微机保护中都都设有振荡闭闭锁元件。WXB-111型微机保护护除了常规的的阻抗三段之之外，按感受受阻抗先有突突变而后持续续0.1s不变的原理理来检出振荡荡中的短路故故障，从而设设置了带0.2s延时的相间间一段和接地地一段，该原原理动作条件件如下：a.感受阻抗先先有一个突变变；b.阻抗突变后后又在0.2s内电阻分量量变化很小；；c.阻抗0.2s均在一段范范围内。当满足上述述三个条件后后，保护动作作不再选相，一一律跳三相。SEL-3321型的振荡闭闭锁原理与传传统的同心圆圆振荡闭锁原原理相同，只只是动作特性性由同心圆改改为两个矩形形，如图2。当感受阻阻抗在这两个个矩形之间的的停留时间长长于设定值时时，保护的有有关各段将被被闭锁，被闭闭锁的时间也也可以整定。4控制与逻辑辑WXB-11的的各项控制功功能是由控制制字来实现的的。4个独立的保保护元件中均均有各自的控控制字，每个个控制字由16位二进制数数来表示，若若置“1”则投入该功功能，置“0”则闭锁该功功能。这些控控制字作为定定值的一部分分，确定了保保护的功能。SEL-3321的控制与逻逻辑功能是通通过一种名叫叫SEL-llogic的逻辑表达达式来表示的的。该保护的的每段保护区区、振荡闭锁锁元件和各项项内部固定逻逻辑(如手合故障线路路等)都有固定的的逻辑变量与与之相对应，还还可以人为设设置一些逻辑辑变量，这些些逻辑变量与与逻辑运算符符配合构成了了逻辑表达式式，从而大大大丰富了保护护功能提高了保护灵活活性，可以适适应不同的保保护要求，这这可以说是SEL-3321独具特色的的一项功能。这这里举两例说说明：例例1.MTCCS=M2PP+Z2G式中MTCS表示在高频频或其他通讯讯手段控制下下的跳闸功能能，M2P表示相间距距离段，Z2G表示接地距距离二段，“+”表示“或”逻辑，所以以该式的意思思是在相间距距离二段或接接地距离二段段动作，并满满足通讯逻辑辑时，保护将将出口跳闸。例2.MTUU=M1P++Z1G+MM2PT+ZZ2GT+MM3PT+ZZ3GT+551NT式中MTU表示无条件件跳闸，其他他变量的含义义是：M1P——相间距离一一段带延时；；Z1G——接地距离一一段带延时；；M2PT、M3PT——相间距离二二、三段带延延时；51NT——零序反时限限过流带延时时。显然然上式的意思思是以上任一一种保护功能能动作时，保保护将无条件件出口跳闸。5零序保护与与过电流保护护WXB-11的的零序保护主主要性能包括括：a.设置了4段全相运行行时投入的零零序保护、两两段非全相运运行时投入的的不灵敏段零零序保护。各各段零序保护护的方向元件件均可由控制制字整定投入入或退出；重重合加速全相运行零序序保护二、三三、四段亦可可由控制字分分别投入或退退出；后加速速时间固定为为0.1s，另外零序序一段在重合合闸后带0.1s延时投入；；b.本装置保护护由IA或3I0突变量启动动，为防止电电流互感器断断线导致零序序保护误动，特特设置了3U0突变量闭锁锁，此功能可可由控制字整整定投入或退退出。由由以上可见，WXB-111的零序保护护的核心是定定时限过流特特性，而SEL-3321的零序保护护除设有定时时限过流元件件之外，还设设有反时限过过流元件，同同时SEL--321还设有定时时限/反时限相电电流/负序电流元元件。大量使使用反时限过过电流元件是是欧美继电保保护的一个重重要特点，不不仅早期的感感应型元件，后后期发展起来来的集成电路(SoliidStatte)继电保护以以及微机保护护中都广泛采采用了这种特特性。美国和和国际电工委委员会(IEC)各自规定了4种反时限过过流元件特性性曲线及公式。选择哪一一条反时限特特性曲线完全全取决于负荷荷特性和与其其他相邻继电电保护相配合合。反时限特特性特别适用用于保护直配配线、变压器器、电动机以以及低压配电电线路，尤其其是在线路有分分支线，且分分支线用高压压熔断器保护护时具有更优优秀的保护特特性。在我国国，反时限过过流保护应用用的范围很小小，还没有充充分认识到它它的优越性，应应用反时限原原理的继电器也也仅有感应型型和用电容充充放电来模拟拟等几种，作作者认为在这这方面应向国国外同类继电电保护学习。6事件报告WXB-11在在系统故障时时能通过打印印机打印多种种信息，如故故障时刻、故故障类型、短短路点距保护护安装处距离离、各种保护护动作情况和和动作时间顺顺序及每次故故障前20ms和故障后40ms各相电压/电流采样值值。SEL-3321在以下四种种情况之一时时，产生事件件报告。a.保护出口跳跳闸；b.键入Triggger(启动报告)命令；c.由SEL-llogic控制的启动动报告的事件件发生；d.外部启动。产生的事事件报告有4种形式，可可根据需要任任选一种：a.摘要模式：：简要显示故故障信息及动动作顺序；b.缺省模式：：每隔1/4周期记录一一次采样值及及继电器动作作顺序；c.延长模式：：每隔1/16周期记录一一次采样值及及继电器动作作顺序；d.计算机模式式：通过RS-2332标准串行口口与PC机相联，并并应用专门程程序读出事件件详细记录并并产生故障录录波图。7高频保护WXB-11型型微机保护的的高频保护元元件在相间故故障时用高频频距离保护，单单相接地故障障时用高频零零序方向保护护，但同装置置内的距离和和零序保护插插件相互独立立。高频保护护自身带有方方向元件，其其主要性能如如下：a.相电流差突突变量启动元元件在电网发发生故障时，启启动元件动作作驱动QDJ，并首先执执行一个由相相电流差突变变量原理构成成的选相程序序，判断故障障类型及相别别；b.若判断为相相间故障时，则则计算故障相相间阻抗，并并由带记忆的的多边形方向向阻抗动作特特性判别方向向；正方向时时，驱动TXJ动作，并等等待对侧信息息。在两侧均均为正方向时时出口跳三相相，如果经100ms不跳闸，进进入振荡闭锁锁状态，闭锁锁高频距离；；c.如判断为单单相接地故障障，由零序方方向元件判别别方向，在对对侧也是正方方向时出口跳跳闸，如判断断为反方向，立立即进入振荡荡闭锁状态；；d.通过控制字字可以选择闭闭锁式或允许许式两种工作作方式。闭锁式：由由QDJ触点启动发发信，由TXJ控制停信。装装置的收信输输入端子监视视收发讯机收收信继电器触触点的状态，保保护动作的判判据是QDJ动作后至少少连续5ms后收不到信信号，并且本本侧在停信状状态。允允许式：不用用QDJ触点去启动动发信，而用用TXJ常开触点去去控制发信，向向对侧发送允允许信号。保保护动作跳闸闸的判据是本本侧判断为正正方向，同时时有收到对侧侧发来的允许许信号；e.本装置工作作于闭锁方式式时，要求收收发讯机具有有远方启动功功能。SEL-3321型微机保护护本身不设有有单独的高频频保护，但是是可以通过整整定值选择高高频保护逻辑辑，并与该保保护中有关阻阻抗元件配合合，构成完整整的高频保护护。SEL--321最常常用的高频保保护逻辑叫做做“方向比较解解锁式”(简称DCUB)，这是一种种国外常见而而国内很少见见的高频保护护逻辑，这里里有必要做一一介绍。方向比较解解锁系统(DCUBB)，在正常运运行时连续传传送一个闭锁锁信号，而在在线路故障时时传送一个解解锁信号，这这要求收发讯讯机是一种长长期发讯移频频式收发讯机机。正常运行时时长期发送一一个闭锁(监控)频率，区内内故障时，发发讯机将频率率改变为“解锁”(跳闸)频率。正常常运行时发信信功率为1W，区内故障障发讯机移频频后将发信功率增至10W。简化化的DCUB逻辑框图如如图4所示，保护护示意图和直直流回路图如如图5所示。如图图，每个断路路器的故障检检测元件应检检测出被保护护线路上的所所有故障，它它可以是相间/接地距离元元件，也可以以是方向元件件，但必须将将保护区延伸伸到下一线路路始端。两侧侧的发收讯机机使用不同的的工作频率，也也就是说每台台收发讯机的的发信频率和和收信频率不同，这是DCUB逻辑一个独独具的特色。在在正常运行时时，收讯机收收到对侧发来来的闭锁频率率，解锁频率率收不到，因因此或1输出为0，从而与1、与2输出为0，或2输出为0，RR不动作，CKJ不出口。区区内故障时，如FI，两侧故障检测元件P均动作，启动收发讯机将频率移至解锁频率，并准备好跳闸回路，如果收讯机收到解锁频率，经或2直接输出启动RR，从而CKJ出口跳闸，同时使与1输出为0，停止计时。若由于区内故障，信道被破坏，收讯机收不到解锁频率，这时由于两个频率都消失，或1输出为1，与1输出也为1，在时间元件计时未到150ms之前与2输出也为1，从而经或2输出启动RR出口跳闸。在150ms后，或2将被闭锁，同时输出闭锁信号。区外故障时，如FE，很显然两侧的P和RR只能有一个动作而不可能同时动作，保护不会出口跳闸。正常运行时，如果信道故障，两个频率都消失，则在150ms后闭锁保护并发信号。图4简化的DDCUB逻辑框图图5应用DCCUB逻辑的线路路保护示意图图和直流回路路图DCUB逻辑辑与我国通用用的闭锁式和和允许式高频频逻辑相比，既既具有闭锁式式的可靠性，又又具有允许式式的安全性，同同时由于采用用长期发信，能能起到信道监监视的作用，保保证不会误跳跳闸，只有在在区外故障后后150ms内信道故障障这种极恶劣劣的情况下保保护才可能误误动。而且由由于不需要启启动元件，简简化了直流回回路，使得整整套保护更加加简单可靠。以以上这些优点使使这种逻辑成成为高频保护护中最具优越越性的逻辑，在在国外已泛应应用，技术上上也十分成熟熟，而在国内内这种逻辑却却很少，我们们应当认真加加以研究。这里顺便便介绍一下DCUB逻辑所需要要的TCF-110B型可编程移移频收发讯机机，它除了具具有前面介绍绍过的基本逻逻辑之外，还还具有远方跳跳闸功能，即即在正常运行行时，发讯机机发出中心频频率fc，区内故障障时发出解锁锁频率fh=fcc+Δf，远方跳闸闸时发出另一一个下移的频频率f1=fcc-Δf,fc可在面板上上整定，Δf则取决于收发讯讯机带宽。这这套收发讯机机采用插件式式结构，内部部主要采用集集成电路元件件和晶体振荡荡器。此外，TCF-110B还可以选择择设置语言接接口插件，可可联接电话进进行全双工通通信。8重合闸在我国，对对于重合闸装装置的基本要要求是能确定定故障相，能能检无压或检同期期，在故障后后经一定延时时重合，且只只重合一次。WXB-111的综重元件件靠软件来实实现了以上功功能。对于转转换性故障，在在单跳后又三三跳时，由软软件保证重新新计时，软件件同时设置一一个计数器，以以模拟重合闸闸电容充电，每每次上电复位位或重合后都都有15s的充电时间间准备，以防防止多次重合合。如保护发发出单跳令，但但充电未准备备好，此时将将由综重发三三跳令，以防防止线路长期期非全相运行行。而在在国外，在高高电压输电线线路上常采用用瞬时重合闸闸，即在断路路器跳开后立立即重合，不不经延时也不不检同期，这这是因为国外外的输电线路路大都采用多多回线环网供供电，且采用全线路路速动保护。此此外国外还通通常采用多次次重合闸，每每次重合闸的的时间可以整整定。参考文文献［1］认为多次次重合闸确实实能提高重合合成功率，但但是第二、三三次重合成功率要明明显小于第一一次重合。SEL-2279就是根据以以上原则设计计的微机型重重合闸装置，它它用软件模拟拟一个多触点点的时间继电电器，如图6所示。图6SEL--279的时间特性性从图上可可以看出，这这个时间继电电器共有8个重合时间间整定点MT1D至MT8D，一个闭锁锁时间整定点点MTPD。每个整定定点的延时均均可独立整定定，也可以不不整定。对于每每个重合闸整整定点，可分分别通过控制制字来整定为为非同期，检检无压或检同同期。当断路路器跳闸启动动重合闸后，重重合时间继电电器动作，每每到达一个整整定点，如果果满足该点所规规定的重合闸闸条件即可发发重合令，如如不满足就继继续计时，直直至到达合适适的整定点。如如果重合成功功，则时间继继电器继续计计时至MTPD，然后启动动复位定时器器(<时间另行整整定)，复位计时时器时间到后后，回到起始始(复位)状态。如在在某一整定点点重合不成功功，重合时间间继电器继续续计时，到达达下一个重合合整定点再发发重合令。如果果重合一直不不成功，则在在