PRS-700系列线路保护原理.ppt

1、2020/7/28,PRS-700高压线路成套保护装置,保护原理及操作指南,深圳南瑞 刘宏君 电话：075533018612 Email： 深圳南瑞 张兆云 电话：075533018615 Email：,2020/7/28,1,报告内容,PRS-700系列简介 装置简介 通道方式 保护原理 使用指南,2020/7/28,2,第一部分：PRS-700系列简介,PRS-700系列微机线路保护装置适用于110kV 500kV电压等级、需选相跳闸的输电线路。包括以下几类装置： 线路保护装置(220KV及以上) 线路保护装置(66KV110KV) 线路辅助保护装置 光纤接口装置 操作箱,2020/7/2

2、8,3,220KV及以上电压等级的线路保护装置根据主保护原理不同，分为纵联方向保护、纵联距离保护和分相电流差动保护三种规格。 PRS-701纵联方向保护 PRS-702纵联距离保护 PRS-753光纤纵差保护,PRS-700系列简介,2020/7/28,4,66kV 110kV电压等级的线路保护装置主要有： ISA-311G距离保护装置 PRS-753D光纤纵差保护装置 其中ISA-311G可以配置纵联距离保护。,PRS-700系列简介,2020/7/28,5,与线路保护装置配合的相关辅助保护装置： PRS-721A断路器失灵保护及自动重合闸装置 PRS-722A短引线保护装置 PRS-723

3、A断路器失灵及辅助保护装置 PRS-725A过电压保护及故障起动装置,PRS-700系列简介,2020/7/28,6,与线路保护装置配合的光纤接口装置： EOC-700型完成提供光纤接口的保护装置与数字通信设备(PCM、SDH微波/光纤等)的复接功能 EOC-701型继电保护光纤通信接口装置可与各种线路保护或安全自动装置配合，独立传送八个保护命令信息 EOC-705型光纤切换装置完成光纤通道在旁路保护装置和线路保护装置间的切换，解决光纤距离/光纤差动保护作为旁路保护中光纤通道切换的技术难题,PRS-700系列简介,2020/7/28,7,与线路保护装置配合的操作箱： 分相操作箱WBC-11 三

4、相操作箱PRS-789,PRS-700系列简介,2020/7/28,8,与此同时，PRS-700系列保护装置还包括变压器保护： PRS-778变压器保护 PRS-761非电量保护,PRS-700系列简介,2020/7/28,9,第二部分：装置简介,PRS-701/702/753高压线路保护装置简介 PRS-701/702保护是由微机实现的数字式超高压线路纵联保护装置，可用于220kV及其以上电压等级输电线路的主保护及后备保护。 PRS-753保护是由微机实现的数字式超高压线路光纤分相差动保护装置，可用于220kV及其以上电压等级输电线路的主保护及后备保护。,2020/7/28,10,装置简介,

5、2020/7/28,11,装置简介,2020/7/28,12,装置简介,2020/7/28,13,PRS-701/702主保护配置 纵联方向保护（PRS-701） 纵联距离保护（PRS-702） 纵联零序保护 可变特性工频变化量电抗距离 通道检查,装置简介保护配置,2020/7/28,14,装置简介保护配置,PRS-753差动保护配置 相关电流差动保护 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,2020/7/28,15,装置简介保护配置,后备保护配置 三段式接地距离保护 三段式相间距离保护 零序电流保护及反时限零序保护 非全相运行状态保护 一次重合闸功能 合闸于故障

6、保护 紧急状态保护(TV断线时投入),2020/7/28,16,装置简介保护配置,保护的辅助功能 TV断线告警 电容电流补偿(仅差动) 差流及零序差流越限告警(仅差动) TA断线告警及闭锁差动保护(仅差动) TA饱和检测(仅差动) 远传和远跳功能(光纤通道),2020/7/28,17,装置简介硬件结构,以PRS-753装置为例（PRS-701/702同）,2020/7/28,18,装置简介硬件结构,2020/7/28,19,装置简介硬件结构,装置采用了三CPU插件：MCPU（管理板）、BCPU（主保护板）、PCPU（后备保护板），其中MCPU板采用32位RISC微处理器，BCPU和PCPU板采

7、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，通过串行通信与MCPU交换信息，通信不影响保护行为。MCPU带有320240点阵汉字液晶显示屏，用作人机对话的接口，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显示等，均通过串行通信由MCPU完成。,2020/7/28,20,装置简介硬件结构,2020/7/28,21,标准6U整层机箱，采用模压成型，背插式结构，强弱电彻底分离，密封性好。 机箱内插件有屏蔽盒，抗干扰措施均内藏于机箱内，真正实现全屏蔽，抗干扰性能强。 主要插件采用表面贴装技术，元器件筛选严格，板件质量过硬。,装置简介硬件结构,2020/7/28,

8、22,高速的保护CPU:采用快速的DSP作保护CPU，可对测量元件多次计算，并辅以综合判据，保证了装置的安全性、可靠性。 独立的16位高精度A/D:数据采集精度高，测量范围大；任一A/D损坏不影响其它保护的运行。 CPLD可编程逻辑控制阵列:减少CPU板元器件，提高CPU板可靠性。 采用嵌入式操作系统作人机对话。 双CPU互为闭锁，任何一块CPU工作异常均能可靠闭锁出口，保证装置动作的安全性。,装置简介硬件结构,2020/7/28,23,装置简介硬件结构,装置对外接口 三个TCP/IP以太网口 三个485口 一个串行打印口 一个差分校时口 一个空接点校时输入口 支持秒脉冲、分脉冲和IRIG校时

9、方式，三种校时方式自适应,2020/7/28,24,装置简介,透明化分析 装置保护透明化分析功能，可以详细记录保护起动、出口、返回前后录波时段内每一步逻辑流程走向，通过保护工程师站可以对保护逻辑流程动态再现，配合录波数据进行分析，能够客观真实的反映保护内部动作过程，使保护动作过程实现真正意义上的透明化。,2020/7/28,25,主保护与通道 仅反应线路一侧的电气量不可能区分本线路末端和对侧母线或相邻线始端的故障，主保护要有选择地切除全线故障，只有反映线路两侧的电气量即需要将线路一侧的电气量信息传送到对侧。 纵联保护（包括高频纵联、光纤差动）是用某种通信通道将输电线路两端的保护装置纵向联结起来

10、，将本端的电气量信息状态传送到对端进行比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外，从而实现全线速动切除区内故障。,第三部分：通道方式,2020/7/28,26,高频保护接线,每侧保护方向元件利用本端电气量判断故障方向，两侧保护交换其判别结果逻辑量，两侧都判为正方向即为区内故障 通道中传送的是逻辑信号，即通道使两侧保护只建立了逻辑联系间接比较,2020/7/28,27,电流差动保护接线,差动元件直接比较两侧电气量判断故障 通过通道交换两侧电流量的波形（采样点）和相量，通道将两侧交流回路联系起来,2020/7/28,28,保护的通道类型,2020/7/28,29,装置提供了两路独立的全双工数

11、字通信通道。两路通道工作方式灵活，通过硬件配置可实现三种工作方式：单通道工作（另一停用）、一主一热备、两独立通道。 装置具备通信误码检测以及通道自动监测功能。通道故障自动闭锁，通道恢复时延时恢复保护。 装置之间传递采样值，并时刻检测两侧采样的同步状态。 提供公务电话。公务电话部分由电话手柄、通道指示灯、呼叫开关（各2组）和蜂鸣器组成。,光纤通道方式,2020/7/28,30,光纤的连接方式,2020/7/28,31,线路码速率： 2MHz 线路码型： CMI 光接头： FC/PC 光模块收发模式：单模，1310nm 发送功率： -9dBm 接收灵敏度： -40dBm 饱和光功率： -3dBm

12、允许最大时延： 15ms,光纤的连接方式接口特性,2020/7/28,32,专用光芯直接连接 复用SDH设备连接,光纤的连接方式连接方式,2020/7/28,33,直接光纤连接,光纤的连接方式专用通道,直连光纤,PRS-753,PRS-753,2020/7/28,34,光纤的连接方式专用通道,光纤直接连接方式 直接连接是指采用专用的光纤通道连接线路两端的保护装置，是一种可靠性非常高的连接方式。 连接方式简单，只需将两侧装置的收发交换连接即可。,2020/7/28,35,光纤的连接方式专用通道,光纤直接连接方式 光纤直接连接长度受光收发器件的发送功率Ps 、接收灵敏度Pr以及固定波长的光信号在光

13、纤中传输的衰耗率决定。可简单的用下式计算,2020/7/28,36,光纤的连接方式专用通道,光纤直接连接方式 按照以上公式，可结算出配置标准的光模块,装置最长直连距离为77km,2020/7/28,37,光纤的连接方式专用通道,计算光纤直连距离需考虑的问题 光缆铺设的终端熔接在ODF架上，熔接头有衰耗。 装置透过跳线与ODF连接，这个过程中，接头之间有衰耗。 综合考虑这两方面的问题，PRS-753装置推荐直连距离不超过70km。 对直连距离超过70km的线路，需要通过更换特殊的光模块来解决。这可通过订货记录中做特殊说明。,2020/7/28,38,光纤的连接方式复用通道,经复接设备连接（两种方

14、式） 通过EOC-700装置复接PCM设备或SDH设备 直接2M电口或64K口复接PCM设备或SDH设备,2020/7/28,39,经EOC-700复接,光纤的连接方式复用通道,PRS-753,EOC-700,SDH设备,2020/7/28,40,直接电口复接,保护 C P U 板,内置通信板,同左,光纤,光纤的连接方式复用通道,PRS-753,SDH设备,2M电口,2020/7/28,41,光纤的连接方式复用通道,经复接设备连接的方式主要应用长线路无法进行直接连接的线路。 复用光纤通道可采用64kbit/s或2Mbit/s连接方式 复用光纤通道要求 通道的收发必须在同一路径。（保证收发路径的

15、延时是相同的。） 通道的单向传输时间小于15ms。 建议通道通道误码率小于10-7。,2020/7/28,42,光纤的连接方式复用通道,EOC-700通过2M电口与SDH设备连接，连接的媒质采用同轴电缆，建议同轴电缆的长度不超过50m。,2020/7/28,43,光纤的连接方式通道监视,通道状态的分类 通道中断 通道异常（误码率高） 通道正常 通道误接,2020/7/28,44,光纤的连接方式通道监视,通道误码的分类 硬件CRC检测 帧代码和检测 控制字互补校验,2020/7/28,45,光纤的连接方式通道监视,通道监视功能 误码个数统计 程序记录48小时内以及自装置上电来的误码个数，可通过通

16、讯状态查看。 记录差动保护瞬时闭锁的时间 通过光纤记录查看。程序记录保护瞬时闭锁差动开始的时刻和开放差动 保护的时刻，可记录菜单中的光纤记录查看。 光纤通道自检信息 “光纤通道中断”以及“光纤通道异常” 信号灯以及中央信号,2020/7/28,46,光纤连接方式通道误接,怎样防止在双回线均采用差动保护（或走光纤通道的高频保护）时，两台通讯接反时拒动或误动 ？,2020/7/28,47,光纤连接方式通道误接,对策： 装置定值中有“本侧识别码”和“对侧识别码”两个定值。 在程序中通过对比从对侧传过来的这两个地址信息来校验通讯是否正确。 装置定值的“本侧识别码”和“对侧识别码”两个定值在运行过程中不

17、能相同，否则认为是自环。,2020/7/28,48,第四部分：保护原理,起动元件 高频保护原理 差动保护原理 距离保护原理 重合闸,2020/7/28,49,起动元件,起动元件的作用 打开起动继电器 保护计算的前提 起动元件的组成 突变量起动 零序过流起动 相过流起动 差流起动（仅纵差保护）,2020/7/28,50,起动元件,2020/7/28,51,高频保护原理,高频保护装置是一种利用高频载波信号（或光纤信号）传输输电线路两侧阻抗方向或零序方向来判别保护线路内部或者外部故障的保护。 当线路发生故障时，区内故障线路两侧的短路功率方向均为正；区外故障时两侧短路功率方向却相反，而近故障侧总是负的

18、，远故障侧总是正的。,2020/7/28,52,高频保护原理,线路MN区内故障时,线路MN正常运行或区外故障时,M侧正方向 N侧反方向,M侧正方向 N侧正方向,2020/7/28,53,高频保护原理,传输两端的短路功率方向，经过比较后，确认两端均为正方向时保护才能发出跳闸脉冲。其中，传输的功率方向信息有两种方法： （1）传输保护闭锁信息； （2）传输允许跳闸信息。 闭锁方式只传送负侧短路功率方向信息，表示故障不在本线路保护范围内；允许方式传送正侧短路功率方向信息，对侧收到的信号是允许跳闸的信号。最终能否跳闸还取决于本侧的短路功率方向，为正时才能跳闸。,纵联保护信号的传输方式,2020/7/28

19、,54,高频保护原理,否,保护元件,闭锁信号,跳闸脉冲, (2)收信机在收到上述持续信号后又收不到信号 (3)本侧判短路功率方向为正方向并已经停信,本侧停信,收信57ms,曾经收信后又中断,&,&,发跳闸令,2020/7/28,58,高频保护原理,0 5 10 A B C D E F ms,故障功率方向倒向 故障线路断路器断开 保护出口 对侧信号消失 本侧停信 对侧传来信号 收信机开始有输出 保护启动发信 故障开始,停信,区内故障,区外故障,区内外故障收信闭锁时间示意图,2020/7/28,59,高频保护原理,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和远方起信逻辑： 1

20、) 通道检测逻辑 在装置正常运行期间，线路两侧装置定时或由人工触发进行通道信号交换，本侧先发信，当收信200ms后停止发信；收到对侧信号达5s后本侧再次发信，10s后停止发信，结束本次通道试验。 2) 远方起信逻辑 当收到对侧闭锁信号，经2ms延时确认后，如果TWJ未动作，立刻起动发信回路10s，若TWJ动作，则延时100ms起动；当定值中“弱馈保护投退”投入时，收到闭锁信号后如果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。,2020/7/28,60,高频保护原理,闭锁式纵联保护正常时逻辑,2020/7/28,61,高频保护原理,当启动元

21、件动作，立刻进入故障测量程序，收发信机被启动发闭锁信号。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。 1) 启动元件动作后，连续收信8ms后才允许正方向元件投入工作； 2) 在反方向元件不动作的前提下，正方向元件动作时停信； 3) 当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； 4) 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。 5) 区内故障时，两侧均停信，经8ms延时纵联保护出口。

22、为防止区外故障后，在断合开关的过程中，故障功率方向出现倒方向，设有功率倒方向延时回路：当连续收信40ms以后，纵联保护停信后延时20ms才能动作。,2020/7/28,62,高频保护原理,启动后闭锁式纵联保护逻辑,2020/7/28,63,高频保护原理,允许式纵联保护的基本原理,(1)通道不堵塞时保护动作逻辑,(2)通道堵塞时保护动作逻辑：为了防止本线路故障时通道堵塞而据动，允许式方式下均设置了“解除闭锁方式”，仅在相间故障时投入，并且要求保护启动前监频信号是正常的。,2020/7/28,64,高频保护原理,在保护未启动的情况下，正常运行中的允许式纵联保护逻辑是：收到对侧信号后，如果三相TWJ

23、均动作且线路无流，或弱馈侧正向故障条件满足，则发100ms允许信号。,允许式纵联保护正常时逻辑,2020/7/28,65,高频保护原理,在保护未启动的情况下，正常运行中的允许式纵联保护逻辑是：收到对侧信号后，如果三相TWJ均动作且线路无流，或弱馈侧正向故障条件满足，则发100ms允许信号。,允许式纵联保护正常时逻辑,2020/7/28,66,高频保护原理,启动后允许式纵联保护逻辑,2020/7/28,67,可变特性工频变化量电抗距离,在传统工频变化量距离继电器基础上，提出“可变特性工频变化量电抗距离继电器”，同时利用记忆电压的突变量幅值信息和相位信息，对线路金属性和高阻接地故障均具有良好的动作

24、特性，继电器的动作速度也有所提高。,2020/7/28,68,可变特性工频变化量电抗距离,动作方程：,相比较传统工频变化量距离继电器动作方程：,M(0M1)为补偿系数,2020/7/28,69,可变特性工频变化量电抗距离,本判据同时利用了故障前记忆电压的幅值信息和记忆电压与电流变化量之间的相位信息，公式中M(0M1)为补偿系数 M=0时，即为常用的工频变化量继电器 M=1时，其动作特性为一条与整定阻抗垂直的电抗线 （具体公式推导请参看PRS-701/702技术说明书）,2020/7/28,70,可变特性工频变化量电抗距离,2020/7/28,71,差动保护原理,差动保护配置 相关电流差动保护

25、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,2020/7/28,72,差动保护原理,稳态量电流比率差动保护,2020/7/28,73,差动保护原理,内部故障时示意图,2020/7/28,74,差动保护原理,动作电流： 制动电流： 所有流入故障点电流都成为差动电流；穿越性电流为制动电流。差动电流大于制动电流，差动保护动作。,2020/7/28,75,差动保护原理,外部故障时示意图,2020/7/28,76,差动保护原理,动作电流： 制动电流： 穿越性电流不差生差流，只产生制动电流。差动电流远小于制动电流，差动保护不动作。,2020/7/28,77,差动保护原理,稳态量电

26、流比率差动保护动作特性,2020/7/28,78,差动保护原理,突变量电流比率差动保护 判据：,2020/7/28,79,差动保护原理,突变量电流比率差动保护特点 突变量的计算采用当前计算值对其两周波前的计算结果的差分。因而突变量差动只在故障初始的40ms内有效。,2020/7/28,80,差动保护原理,突变量电流比率差动保护特点 突变量差动采用的是故障分量，不受负荷电流的影响。保护的差动量和制动量之比由系统阻抗和故障点的位置决定（见图） 。,2020/7/28,81,差动保护原理,2020/7/28,82,差动保护原理,突变量电流比率差动保护特点 突变量差动区内故障和区外故障存在明显的间隔区

27、间，内部故障时，差动量和制动量之比大于1，外部故障时远远小于1，动作边界明确。,2020/7/28,83,差动保护原理,相关差动保护 判据：,2020/7/28,84,差动保护原理,2020/7/28,85,差动保护原理,2020/7/28,86,差动保护原理,2020/7/28,87,差动保护原理,相关差动保护的优点 具有反时限的动作特性。 内、外部故障的选择性好。 具有天然的抵抗电容电流能力，内部故障时无需进行电容电流补偿。,2020/7/28,88,差动保护原理,相关差动保护的优点 采用故障分量，不受负荷电流的影响。 基于相关差动保护原理，不受系统振荡的影响。 在TA断线及TA饱和的情况

28、下不会误动，不需闭锁。,2020/7/28,89,差动保护原理,相关差动保护的缺陷 不能反映空投故障。 单端电源及弱馈线故障等情况不能适用。,2020/7/28,90,差动保护原理,零序电流比率差动保护 判据： 选相：差流最大相为故障相,2020/7/28,91,差动保护原理,零序电流比率差动保护的特点 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。对于外部故障和系统振荡，由于流过被保护线路的零序电流是穿越性的，故不会误动作。,2020/7/28,92,差动保护原理,零序电流比率差动保护的特点 零序比率差动动作延时整定值动作，主要是考

29、虑躲过三相合闸不同时及TA暂态过程等因素的影响。,2020/7/28,93,差动保护原理,分时分段的差动保护 多判据的差动保护 不同的差动判据在不同的时段调用,2020/7/28,94,差动保护原理,相关差动只在保护启动元件动作后020ms内投入； 故障分量比率差动在保护启动元件动作后040ms内投入； 稳态量比率差动和零序电流差动在保护启动元件动作后一直投入。,2020/7/28,95,差动保护原理,2020/7/28,96,差动保护原理,PRS-753装置采用了多判据的差动保护，不同的差动判据在不同的时段调用，以发挥最优的差动性能。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

30、的要求。,2020/7/28,97,差动保护原理,分时分段差动保护的优点 相关差动保护判据不受线路电容电流、负荷电流及TA饱和等的影响；无需进行电容电流补偿，无需进行TA饱和和TA断线闭锁判别；动作灵敏快速； 故障分量比率差动不受负荷电流的影响，是差动的灵敏段,2020/7/28,98,差动保护原理,分时分段差动保护的优点 稳态量比率差动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用于反映线路上较为常见的高阻接地故障。,2020/7/28,99,差动保护原理,TA饱和 采用时差法判TA饱和。 采用波形识别技术，保证区外故障引起饱和后转为区内故障能快速动作。,2020/7/28,100

31、,差动保护原理,TA断线判据：,2020/7/28,101,差动保护原理,TA断线对差动保护的影响（标准版本） TA断线不闭锁相关差动 但差流1.2In时，TA断线不闭锁任何差动保护 差流1.2In时，TA断线始终闭锁突变比差 差流1.2In时，当“TA断线闭锁差动”1时，TA断线始终闭锁稳态量比差和零序比差 差流1.2In时，当“TA断线闭锁差动”0时，TA断线不闭锁稳态量比差和零序比差,2020/7/28,102,差动保护原理,TA断线对差动保护的影响（东北地区） TA断线不闭锁相关差动 TA断线始终闭锁突变比差 当“TA断线闭锁差动”1时，TA断线始终闭锁稳态量比差和零序比差 当“TA断

32、线闭锁差动”0时，TA断线不闭锁稳态量比差和零序比差,2020/7/28,103,差动保护原理,电容电流补偿 每百km架空线容抗和电容电流参考值,2020/7/28,104,差动保护原理,电容电流对差动保护的影响 导致差动保护误动 降低差动保护的灵敏度 对于220KV线路，不考虑电容电流补偿。,2020/7/28,105,差动保护原理,差动动作标记 作用 发送的情况,2020/7/28,106,差动保护原理,本侧开关位置对差动保护的影响 本侧开关故障相已经跳开，不再发跳闸令 本侧开关三相跳开，直接发允许标志，允许对侧在差流满足条件的情况下跳闸。,2020/7/28,107,距离保护原理,相间距

33、离,2020/7/28,108,距离保护原理,接地距离,2020/7/28,109,重合闸,重合闸的四种方式： 单重 综重 三重 停用,2020/7/28,110,第五部分：使用指南,本节主要介绍PRS-700线路保护装置的使用，介绍不周全的的方参考说明书。,2020/7/28,111,第五部分：使用指南,2020/7/28,112,使用指南信号灯,装置的信号灯分为三类 1、运行类 2、告警类 3、动作类 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”,2020/7/28,113,使用指南信号灯,运行类信号灯（绿色）: 1、管理运行 正常运行时常亮 2、主保护运行

34、 正常运行时常亮 3、后备保护运行 正常运行时常亮 4、重合允许 亮:重合闸已充电，闪烁:正在充电，灭:放电或退出 5、1TV 部分地区无此信号灯 6、2TV,2020/7/28,114,使用指南信号灯,告警类信号灯（黄色）: 1、总告警 正常运行时不亮，不保持 2、TV断线 正常运行时不亮，自保持 3、通道故障 正常运行时不亮，不保持 4、TA断线 正常运行时不亮，自保持,2020/7/28,115,使用指南信号灯,动作类信号灯（红色）: 1、TA 2、TB 3、TC 4、重合闸 5、主保护动作 6、后备保护动作,2020/7/28,116,使用指南键盘,键盘布局,2020/7/28,117,使用指南键盘,键盘布局 1、确认：装置上电后，彩屏显示主界面，按“确认”键进入一级菜单界面，此时再按“确认”键可进入二