7SD24固态线路差动保护继电器.docx
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7SD24固态线路差动保护继电器
1前言
1.1应用
1.2特点
2设计
2.1尺寸
2.1.1嵌入式安装标准箱7XP20
2.1.2表面安装标准箱7XP20
2.1.3输入综合变流器4AM4930
2.2订货数据
3技术数据
3.1差动保护继电器7SD24
3.2综合变流器4AM4930
3.3系统数据
4工作原理
4.1输入综合变流器4AM4930
4.2测量装置
4.2.1测量值的形成
4.2.2差电路
4.2.3特性曲线
4.3导引线监视/联跳
4.4电源
4.5对电流互感器的要求
4.6对导引线的要求
4.7一次电容
5安装说明
5.1安装及接线
5.1.1嵌入式安装型7SD2400-*C***和柜内安装型7SD2400-*E***
5.1.2表面安装型7SD2400-*D***
5.2投产前
5.3连接图
6运行说明
6.1安全注意事项
6.2整定
6.2.1导引线电阻调整
6.2.2测量电路
6.2.3导引线监视/联跳
6.2.4工作指示灯，报警和输入继电器
6.2.5测试插孔
6.2.6整定元件及工作指示器的位置
6.3整定汇总
6.4准备投运
6.5投运
7测试及维护
8故障查找和修理
9储藏
10图
10.1联接图
10.27SD24方框图
1.
前言
1.1应用
对于所有电压等级的电缆和架空线路，不论其系统中性点接地方式如何，高速静态逻辑线路差动继电器7SD24是具有高度选择性的保护继电器。
该继电器尤其适合于保护因线路太短致使距离继电器不能整定的短线路。
正如所有差动继电器一样，7SD24要求在线路每一端设一组电流互感器。
保护范围就由这些流互的安装位置确定，从而使差动继电器绝对具有选择性。
整个差动保护要求在被保护线路每一端设一个7SD24继电器和一个综合变流器4AM4930，并且用两根导引线将两端连接起来。
导引线的回路电阻须低于1250欧姆。
导引线之间及导引线对地都须有足够的绝缘。
（见4.6）
图27SD24差动保护继电器的连接方法
连接线路两端差动继电器的两根导引线是保护的重要组成部分。
保证它们的正确安装和完好是差动保护安全运行的先决条件。
因此，建议在保护装置中加入导引线监视器。
而在7SD24-**A10这类型号的继电器中已内置了导引线监视器。
当保护范围内含有变压器时，该线路保护差动继电器不适用。
1.2特点
—在线路的两端分别测量
—保护范围内任何地方故障发瞬时跳闸信号
—单侧电源线路故障两侧都跳
—全静态逻辑的测量和分析系统
—跳闸时间短
—流互负载低
—对于穿越故障时的流互饱和有电流制动补偿
—用独立交流信号源（2000HzPCM）来监视导引线并进行联跳
—安装和使用简单
—维护要求低
—用DC/DC变换器从电气上隔离了直流电源
2.设计
包括DC/DC变换器在内的整个继电器安装在抽出式DEF插件上，该插件或者是放在标准箱7XP2020内，或者是在装到西门子19英寸支架（ES902）上之后再装入保护柜。
安装在支架或标准箱上的插座（模块就插在它上面）都有一个螺钉和一个搭扣端子用于设备连接。
模块一旦拔出，大电流插座会使CT回路自动短接。
在插入之前，插件的保护性接壳是由一只先闭后断的接地触点来保证的。
插件上标有坐标，指明其安装部位（如1A2），插件内部的各个插头从左到右（从背部看）依次编号（如1A2）。
见图3。
表面安装的型号在上下部都装有端子排（见图4.2）。
1
A
2
水平位置
垂直位置
端子号
图3端子插座后视图
2.1尺寸
2.1.1标准箱7XP2020嵌入式安装（图4.1）
1）螺丝截面最大1.5mm2
并联的搭扣端子W73073-C2389-C1最大截面1.5mm2
2）螺丝截面最大4.0mm2
并联的搭扣端子W73705-A1-C4最大截面2.5mm2
图4.1嵌入式安装标准箱7XP2020尺寸
2.1.2表面安装标准箱7XP20
图4.2表面安装标准箱7XP20尺寸
2.1.3输入综合变流器4AM4930
输入综合变流器4AM4930配备有螺丝端子（最大2.5mm2）和并列搭扣接头（6.3mm）。
两个固定角钢用于固定综合变流器。
图54AM4930尺寸（mm）
2.1定货数据
7SD2400
—
A
0
直流电压
24/48V
60/110/125V
220/250V
2
4
5
外壳
表面安装
D
嵌入式安装7XP20
C
柜内安装（无前端玻璃盖）
E
供选组件
无导引线监视及联跳
有导引线监视及联跳
0
1
差动继电器必须与带有非线性电阻的综合变流器连接，需另外定货：
4AM4930—6DBIN=5A
4AM4930—7DBIN=1A
3.技术数据
3.1差动继电器7SD24
电流输入
额定电流
额定频率
20mA
50Hz/60Hz
热过负荷能力
长期
10s
1s
2IN
30IN
100IN
IN时导引线回路电阻对应的功率消耗
450
850
1250
欧
0.05
0.08
0.1
VA
DC电源回路
额定电压UHN
24/48
60/110/125
220/250
Vdc
Vdc
Vdc
工作范围
0.8≦UH/UHN≦1.15
最大纹波
6%
功率消耗：
动作前
动作时
约4W
约7W
测量回路
单侧电源时动作值
60Hz时的附加误差
1.2IN±5%（标准连接，见图6）
±5%
跳闸时间（包括出口继电器的在内）
动作
返回
单侧电源
2IN
约65ms
约85ms
20IN
约25ms
约60ms
双侧电源
2IN
约35ms
约125ms
20IN
约20ms
约160ms
返回系数（单侧电源）
约95%
大功率出口继电器
接点
2付常开接点
接通容量
1000W/VA
开断容量
30W/VA
最大操作电压
250V
最大电流长期
5A
0.5s
30A
信号继电器
接点
其中一只继电器是1付常闭接点外其余都是1付常开接点
切换容量
20W/20VA
最大操作电压
250V
最大电流
1A
输入继电器
操作电压
24...60/110...250Vdc
导引线
数量
2
最好使用回路电阻率为73Ω/km；60nF/km的对称通讯电缆
800Hz时的芯/芯对称度
1×10-3
最大回路电阻及电容量有以下三档
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
450Ω，370nF
850Ω，700nF
1250Ω，1030nF
回路电阻调节
通过差动元件内部的调节电阻进行调节
IN时的导引线电流
—穿越性故障
—双侧电源的区内故障
0mA
5mA
最大纵向感应电压
—直接耦合到导引线
≦1.2kV但不得超过导引线试验电压的60%
—通过隔离变压器耦合到导引线
≧1.2kV但不得超过导引线及隔离变压器试验电压的60%
导引线监视/联跳
额定频率
2000Hz，PCM
导引线回路电阻为850欧姆时的监视电压
—发讯机
—收讯机
报警延时
联跳延时
联跳返回时间
约1.4V
约0.35V
约3s
约45ms
约650ms
连接
嵌入式安装
1套插入式封装，包括1个大功率电流插件和7个电压插件
表面安装
20个螺丝固定的端子
标准箱
尺寸
重量
7XP2020
表面安装使用7XP2121
见2.1
约3kg
3.2综合变流器4AM4930
连接
4AM4930-7DB
4AM4930-6DB
额定输入电流
A至M
1A
5A
匝数
—输入绕组
A-B
5
1
C-D
E-F
G-H
I-K
K-L
L-M
10
15
30
30
30
60
2
3
6
6
6
12
—输出绕组
Y-Z
1736
1736
热过负载能力
—最大持续电流
A-B
C-D
E-F
G-H
I-K
K-L
L-M
Y-Z
4.5A
4.5A
4.5A
4.5A
1.2A
1.2A
1.2A
0.2A
20A
20A
20A
20A
6.5A
6.5A
6.5A
0.2A
在三相对称额定输入电流下，按照图6所示的标准连接时的额定输出电流
Y-Z
20mA
20mA
3.3系统数据（差动继电器的一般数据及工作环境要求）
标准
在总体上,保护装置及继电器的制造依据VDE0435标准。
在设计新的固态保护单元时还参考了VDE0435标准的第303部分。
耐压试验
保护系统中的部件依据VDE0435及IEC255-4标准进行如下试验：
●工频耐压试验（绝缘测试）2kVrms，1min（例行试验）
●冲击电压试验（绝缘测试）
5kV；1.2/50μs；
3个正冲击和3个负冲击，每个冲击的间隔时间为5s（型式试验）
●高频试验（故障试验）
2.5kV；1MHz；
400次/秒；τ=15μs；试验时间为2秒（型式试验）
机械应力试验，依照标准DIN40046
●运行状态
10-60Hz；振幅0.03mm
60-500Hz；0.5g加速度
●运输状态
5-8Hz；振幅7.5mm
8-500Hz；2g加速度
环境试验
所有部件都是依据VDE0435标准的第303部分中所定义的环境条件进行设计的。
允许环境温度（室内温度）
●运行期间-5℃—+55℃
●储存期间-25℃—+55℃
●运输期间-25℃—+70℃
储存和运输时要使用厂家的标准包装！
各模块是按照能够正常工作于55℃的安装环境而设计的。
按DIN40040标准的湿度等级
●F级
我们建议所有的保护单元都安装在阳光不可直接照射和温度波动不大（容易结露）的地点。
保护等级及最大导线尺寸
保护等级及最大导线截面已在相应的设备外壳上作了标注。
对于特殊型式的外壳请参阅相应的说明书。
运行环境
固态继电保护系统是按照安装在标准的继电器室/间而设计的，正确的安装即可满足电磁兼容性（EMC）的要求。
安装时须注意以下两点：
●在固态继电保护设备附近安装的继电器及接触器都须装消弧线圈。
●对于110kV及以上的变电所，所有仪用互感器的引线应该用能通过强电的屏蔽层加以屏蔽。
对于低电压等级的变电所通常不需要采取特别措施。
4工作原理
4.1输入综合变流器4AM4930
输入综合变流器4AM4930将主回路流互来的三相电流综合成20mA的单相电流输出。
标准接线如图6所示：
*）用于开路保护的非线性电阻
图64AM4930综合变流器的标准接线
在原边电流为额定值时，次边电流I2的大小取决故障类型，如表所示：
故障类型
I2
L1-L2-L3
（对称）
20.0
mA
L1-L2
（相间）
23.1
mA
L2-L3
（相间）
11.5
mA
L3-L1
（相间）
11.5
mA
L1-E
（单相对地）
57.7
mA
L2-E
（单相对地）
34.6
mA
L3-E
（单相对地）
46.2
mA
为了在特定故障类型时获得更高灵敏度，可以改变一次绕组抽头。
例如，如果要两相接地、单相接地故障示灵敏些，可以调节流变变比，综合变比或者选择其他连接方式。
改变如图6所示的接线示要注意：
——线路两侧继电器应以同样方式联接
——不能超越7SD24技术数据，如热过载能力
——单侧电源时，7SD24的动作值对应于输入综合变流器次边输出24mA电流，相当于标准连接时的1.2IN。
图7表示主回路中只有两个流互时的连接方案（只适用于中性点不接地系统）。
图7主回路中只有两个流互时，4AM4930综合变流器的接线图
（只适用于中性点不接地系统）
4.2测量装置
差动继电器可用于50Hz或60Hz系统中。
保护系统按照电流比较原理工作，要求被保护线路每侧设一个差动继电器和一个综合变流器，两侧继电器通过2根导引线联接起来，每侧都比较回路电流，如果两侧电流之间存在明显差别，则表明故障发生在保护范围内，为了防止由于两侧流互特征差异或穿越故障时的流互饱和效应造成保护误动作，7SD24采取了防误动措施，提高了稳定性，见4.22节
4.2.1测量值的形成
线路差动保护系统要求在线路两侧都形成电流之和与差，图8为比较电路接线图，图中有二根导引线，在每侧的测量变流器WA中形成和电流，在WB中形成差电流（指的是两侧均向线路流入电流）。
对于7SD24线路差动保护继电器，图8也是其基本的连接电路，下面将详细介绍7SD24继电器。
图8带制动的差动保护电路原理
假设每侧电流互感器的终端电阻都等于导引线回路电阻的1/6。
这样，保护范围内短路时，短路电流I1I2由两侧馈入，电流就按图8所示分配。
电流互感器W1和W2的次边电流i1和i2，根据电阻分布关系，流过终端电阻的电流为本侧电流互感器次边电流的7/8，剩下的电流才流过导引线和对侧电阻。
根据所给的绕组匝数，流过WA及WS的总电流如下：
变电站1：
WA8×1/8×（i1+i2）=i1+i2
WS6×1/8（i1+i2）-2×（7/8×i1-1/8×i2）=i2-i1
变电站2：
WA8×1/8×（i1+i2）=i1+i2
WS6×1/8（i1+i2）-2×（7/8×i2-1/8×i1）=i1-i2
这样在每侧WA的次边取得与（i1+i2）成比例的电流，在WS的次边取得与±（i1-i2）成比例的电流。
来自两侧WS的电流一正一负，通过整流形成直流信号。
由变流器WA及其整流器取得的与|i1+i2|成比例的电流在差动继电器中起动作作用，以下称作A（动作电流）。
同样，由变流器WS及其整流器取得的电流在差动继电器中起制动作用。
以下称作S（制动电流）。
为说明接线图，分析以下三个重要工作状态：
a）穿越故障
I2与图8中的方向相反，或者说改变其正负号，此时|I1|=|I2|，将i2=-i1代入上面公式：
A=i1+i2=i1-i1=0=无动作电流
S=±（i1-i2）=|2i1|=制动电流达到最大值
b）双侧电源线路发生内部短路，且两侧电流相等
I1=I2
i1=i2
A=i1+i2=2i1=动作电流达到最大值
S=±（i1-i2）=±（i1-i1）=0=无制动电流
c）单侧电源线路发生内部短路
I2=0
i2=0
A=i1
S=i1
从该计算结果中可以看出，在电流相同（即A=S）的情况下，WA对后面继电器的作用显然应该比WS的更大些，以使差动继电器能工作于单侧电源的线路。
4.2.2差电路
7SD24测量电路的简化框图如图9所示。
由上图可见，WA次边电流转换成相应的电压，然后通过F1、F2、V1、F3进行滤波，最后在GA中整流。
WS来的制动电流在GS内整流和分流，这个制动电压的峰值存入KS，其放电时间为50至100ms，动作回路中对动作量的滤波和制动回路中对制动量的记忆保证了在因穿越性故障而导致电流互感器饱和情况下继电器不误动。
动作量和制动量分别通过RA和Rs1加到幅值比较器（VS和GR）。
回路中设电阻RV是为了使当来自WA的动作量大于等于来自WS的制动量的1/3时出口继电器就动作。
系数1/3用制动系数K表示。
制动系数K可以通过开关S203.6改变为1/2。
对于穿越性故障和两侧电流互感器饱和特性差异大的情况，饱和检测器SI也额外增加了继电器的稳定性。
图97SD24测量电路的简化框图
4.2.3特性曲线
图10至12显示了对应于各种不同参数的典型特征曲线。
图10跳闸特征曲线（k=0.33）
图11跳闸特征曲线（k=0.33及k=0.5）
Ra=850Ω，Ca=700nF
图127SD24典型跳闸及复归时间
4.3导引线监视/联跳
导引线通道是影响整套保护投用率的一个主要因素。
型号为7SD2400-*A10的差动继电器可对导引线进行监视。
同时在监视器可选件中还包含有联跳装置。
导引线监视可选件不间断地监视联络回路，定为发讯机的继电器通过导引线每秒钟向对侧继电器（定为收讯机）发12次2KHz信号，每次16ms。
如果由于导引线故障而使受讯机收不到信号，经过延时后通过发光二极管（LED）和继电器接点发出报警信号。
如果2个7SD24之中有一个发出跳闸指令，且S203.5开关在ON位，则向对侧发联跳信号。
联跳命令也可以通过联跳输入继电器由外部信号源发出。
联跳信号为每秒钟发60个2KHz脉冲（8msON，8msOFF）。
继电器内部逻辑能正确区分是监视信号还是联跳信号。
4.4电源
电源使用集成电路变换器，该变换器用脉冲控制，而且外部蓄电池电路与内部继电器电路在电气上进行隔离。
保护二极管用以防止蓄电池极性接反造成的损害。
继电器内部电路对电源进行监视，电源故障通过一个常开接点指示。
4.5对电流互感器的要求
建议在线路两侧使用同型号的电流互感器，决不能在线路一侧用闭合铁心的电流互感器，而在另一侧使用线性电流互感器。
如果线路两侧差动保护所用的电流互感器都是线性电流互感器，那么必须保证电流互感器所带总负载不能大于其额定二次负载。
如果线路两侧使用普通电流互感器，则应该确定其实际过电流系数p’。
实际过电流系数p’可以从电流互感器参数和所带二次负载计算出，应用以下公式：
这里：
p’——实际过电流系数
p——额定过电流系数
PN——电流互感器额定输出
PE——电流互感器内部二次负载
PW——电流互感器所带二次负载（连接导线+综合变流器+继电器）
电流互感器内部二次负载很少在铭牌上给出，因此必须通过测量电流互感器二次绕组电阻来确定，与其额定输出没有直接的关系。
7SD24通常要求额定二次负载大于等于实际二次负载，过电流系数p又足够大的电流互感器。
7SD24不允许使用特性有较大差异的电流互感器，例如在线路的一侧用线性电流互感器，而在另一侧用闭合铁心电流互感器。
差动继电器7SD24要求电流互感器具有以下性能：
a）连续流过最大故障电流时，电流互感器不应饱和：
这里：
Ikdmax=最大稳态故障电流
INpr=正常状态下C.T.原边电流
b）线路两侧电流互感器的过电流系数之比应在以下两个值之间：
4/5≤p1’/p2’≤5/4k=0.33
以上两个条件a）和b）必须同时满足。
对C.T.性能的最低要求为：
10P10；15VA。
4.6对导引线的要求
7SD24从测量技术上要求用一对对称导引线连接两个变电站。
其试验电压必须大于接地故障引起的最大纵向感应电压，至少为500V。
必须满足800Hz时，线线对称度1×10-3的电话通讯标准。
一定要考虑到接地故障时的纵向感应电压。
采用良导体作外层可减小感应电压（导引线电缆的感应系数要与高压电缆的一样小）。
7SD24的绝缘耐压为2KV，试验电压为2KV的导引线电缆可直接与7SD24连接。
如果纵向电压超过2KV绝缘电压的60%（即1.2KV），则需使用隔离变压器7XR9513（图13）。
注意！
纵向感应电压不得超过导引线试验电压的60%。
隔离变压器应安装在最接近电缆密封头的位置以避免感应电压进入保护屏。
为了安全起见，将隔离变压器在继电器一侧绕组的中间抽头接地（见图14）。
在导引线一侧的绕组则不接地。
导引线不得接地及装设放电器（surgearresters）。
图13隔离变压器7XR9513尺寸
图14隔离变压器7XR9513的连接
4.7一次电容
论述差动保护基本原理时，通过定义电流的正方向：
总是假设：
在线路无故障时，流入和流出被保护区电流的大小及其相位都是相同的。
但是，如果考虑到电容效应，那么对线路差动来说，这个假设就不那么正确了，尤其是电缆线路，电容电流可能相当大。
尽管如此，这些电容电流值通常还在差动继电器所考虑到的安全水平之内。
即使系统中发生了区外接地故障，恒定的电容电流（按通常的接线方式，在接地后，继电器的灵敏度会高出来）和暂态电流（在接地故障开始时产生）都不会对继电器的稳定性产生影响。
对于以上这些因素可能引起继电器误动作的特殊情况，加进使电容电流不起作用的补偿电路。
为了连接这些补偿电路，至少要求在线路一侧安装一组电压互感器。
补偿电路对地电容效应的安排如图所示。
这里假设综合变流器按图6所示连接。
为清楚起见，保护部分仍仿图7作原则性表示。
保护范围内的线路对地电容用C表示。
“复制”电容C’接在电压互感器WU的二次侧。
电压互感器WU二次侧再现了线路带电状态。
因此，电容C’对地状态与电容C的相同。
流过“复制”电容C’的电流与一次电容电流有相同的相位和固定的关系。
图中以L1相的电容电流为例，它由流过电流互感器W1和W2的电流IC1、IC2组成。
补偿电路对整个保护系统的作用通过表示电流方向的箭头表示出来。
从此可以看出，电流分量IC1没有出现在差动继电器回路中，因为补偿电路放在该电流分量IC1流入线路的那一侧。
对侧电流IC2当然流过导引线，但是，该电流在跳闸变流器内将被来自补偿电路数值相等相位相反的电流补偿掉。
在保护区段上流动的电容电流是由线路两端流入的，这是事实但这不要紧，补偿只须在一端进行。
4.7
5安装说明
5.1安装及连接
5.1.1嵌入式安装型7SD2400-*C***和柜内安装型7SD2400-*E***
——打开箱盖上的两个封条。
然后可以看到4个固定螺丝。
——将继电器推入保护屏的开口或框架中，上好固定螺丝。
——将接地螺丝与面板或框架上的保护接地体连接。
——连线至端子排的搭扣端子或螺丝端子，注意端子排上的标注。
5.1.2表面安装型7SD2400-*D***
——用4个螺丝将继电器固定在面板上。
——将接地端子与开关柜的保护接地体相连接
——连线至端子排的螺丝端子
5.2投产前
——核对变电站的额定值是否与铭牌上的值相符合
——对照图15，检查继
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