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1概述

本装置系由微型计算机构成的输电线路成套保护装置，适用于110KV及以下电压等级的输电线路。

装置的主要特点：

1）三段式相间距离、三段式接地距离、四段式零序电流方向保护、三相一次重合闸；

2）设有反映两相电流差的电流突变量起动元件和零序电流辅助起动元件；

3）距离保护采用带偏移的四边形特性阻抗元件和带记忆的正序方向元件，以提高耐受过渡电阻的能力和保证出口短路的方向性；

4）六个回路阻抗同时计算，并采用多种原理综合判别的选相元件，以提高转换性故障时的选相能力；

5）可以投入或退出振荡闭锁元件。

振荡闭锁元件中具有实时检测系统振荡的功能，系统不振荡时发生故障，距离保护能够快速开放；另外，还具有振荡伴随故障时的保护开放功能；

6）PT断线时闭锁距离保护，可以选择自动投入过流保护。

电压恢复正常时，距离保护自动投入，同时退出过流保护；

7）距离保护具有不对称故障相继速动和双回线相继速动功能；

8）零序电流保护各段均可带方向或不带方向。

零序电压由三相电压自产，PT断线时零序方向元件自动退出；

9）重合闸由保护动作起动和断路器不对应起动。

重合方式可以选择检无压、检同期和非同期方式，线路电压可以抽取相电压或线电压；

10）具有强大的故障信息记录功能。

除了故障录波和事件记录外，还能记录装置内部所有软件继电器的状态改变情况，使保护程序‘透明化’，便于故障分析；

11）全汉化的液晶显示和打印输出；

12）调试手段丰富。

除了装置面板上的键盘和液晶显示外，还可通过面板上配置的标准RS－232串口连接PC机，在WINDOW环境下对装置进行各种测试、整定以及故障分析；

13）跳闸出口双路输出、互为备用；

14）装置有电压切换继电器和操作回路。

2主要技术数据

2.1额定数据

2.1.1额定直流电压：

220V或110V（订货注明）。

2.1.2额定技术数据:

a）交流电流：

5A或1A（订货注明）；

b）相电压：

；

c）线路抽取电压：

100V或

；

d）频率：

50Hz。

2.1.3功率消耗

a）交流电流回路：

不大于1.0VA/Φ；

b）交流电压回路：

不大于0.5VA/Φ；

c）直流回路：

正常工作时，不大于40W；

保护动作时，不大于60W。

2.2主要技术指标

2.2.1整定范围：

a）电流整定范围：

0.1~20In；

b）阻抗整定范围：

0.01~45Ω；

c）时间整定范围：

0～99.99S。

注：

In为额定值，下同。

2.2.2精确工作范围：

距离元件：

a）电压：

0.5~75V；

b）电流：

0.1~20In。

零序方向保护：

a）最小动作电压：

2V（固定）；

b）最小动作电流：

<0.1In。

2.2.3整组动作时间

a）相间和接地距离I段：

0.7倍整定值时测量，不大于20ms；

b）零序I段：

1.2倍整定值时测量，不大于20ms。

2.2.4测量元件特性的正确度

暂态超越：

<5%；

测距误差：

<2.5%。

2.3正常工作大气条件

a）环境温度：

-5~+40℃；

b）相对湿度：

5%~95%；

c）大气压力：

80kPa~110kPa。

2.4机械性能

a）工作条件：

能承受严酷等级为I级的振动响应、冲击响应；

b）运输条件：

能承受严酷等级为I级的振动耐久、冲击耐久、碰撞。

2.5绝缘电阻、介质强度和冲击电压

2.5.1绝缘电阻

在正常试验大气条件下，装置的带电电路部分和非带电金属及外壳之间，以及电气无联系的各电路之间，根据被测试回路额定绝缘电压等级，分别用开路电压250V或500V的兆欧表测量绝缘电阻值；正常试验大气条件下,不同额定电压等级的各回路绝缘电阻应不小于表1中的规定值。

表1

额定绝缘电压Ui

绝缘电阻要求

MΩ

＜60

≥20（用250V兆欧表）

≥60

≥20（用500V兆欧表）

2.5.2介质强度

在正常试验大气条件下，装置能承受频率为50Hz，历时1min的工频耐压试验而无击穿闪络及元器件损坏现象；试验电压值见表2；

表2V

被试电路

额定绝缘电压等级Ui

试验电压

整机引出端子和背板线—地

60～250

2000

直流输入回路—地

60～250

2000

交流回路—地

60～250

2000

信号输出触点—地

60～250

2000

整机带电部分—地

≤60

500

2.5.3冲击电压

在正常试验大气条件下，装置的直流输入回路、交流输入回路、信号输出触点诸回路对地，以及回路之间，能承受（1.2／50）μｓ的标准雷电波的短时冲击电压试验，开路试验电压5kV，无绝缘损坏。

2.7抗干扰性能

2.7.1脉冲群干扰

装置能承受IEC255-22-1规定的1MHz脉冲群干扰试验和GB6162-85规定的100kHz脉冲群干扰试验。

试验严酷等级为Ⅲ级,试验电压共模2.5kV,差模1kV。

2.7.2静电放电干扰

装置能承受IEC255-22-2中规定的严酷等级为Ⅲ级,即接触放电试验电压为6kV、允许偏差±5％,空气放电试验电压为8kV、允许偏差±5％的静电放电干扰试验。

2.7.3辐射电磁场干扰

装置能承受GB/T14598.9-1995中规定的严酷等级为Ⅲ级的辐射电磁场干扰试验,即试验场强为10V/m。

2.7.4快速瞬变干扰

装置能按GB/T14598.10-1996中规定的严酷等级为Ⅲ级快速瞬变干扰试验，即试验电压为2kV，允许偏差±10％。

3保护原理和软件说明

3.1起动元件

起动元件动作时，驱动起动继电器QDJ，开放跳闸出口回路和重合闸出口回路；同时程序转入故障处理程序（保护和重合闸程序）。

在检测到系统发生故障、系统振荡以及重合闸起动时，起动元件动作。

起动元件包括以下几个元件，任一元件动作时起动元件动作：

1）突变量起动元件

采用相电流差突变量判据。

三个相电流差为

ibc=ib-ic;ica=ic-ia;iab=ia-ib;

突变量起动元件的判据为

其中IQD为突变量起动元件的整定值。

当相电流差突变量连续三次大于整定值时，起动元件动作。

2）零序起动元件

该元件是为了防止经大电阻接地时突变量起动元件灵敏度不够而设置的辅助起动元件。

该元件在零序电流大于定值后延时25ms动作。

3）静稳破坏检测元件

该元件检测系统正常运行状态下发生静态稳定破坏而引起的系统振荡。

静稳破坏会引起两种不良后果，一是振荡周期较短时会引起突变量元件的误起动，并进一步引起距离保护的误动；二是振荡中心点故障时突变量元件可能会拒动。

因此，静稳破坏检测元件的作用是，一旦判定系统振荡时起动保护程序，并使距离保护进入振荡闭锁。

静稳破坏检测元件由一个BC相间辅助阻抗元件ZFZ和一个A相振荡电流检测元件组成。

电流元件的整定值单独整定；阻抗元件的整定值与相间距离三段相同，但动作特性不同，是一个全阻抗性质的四边形特性（如图3.2所示）。

当距离保护退出或PT断线时，该元件自动退出。

与零序起动元件一样，该元件延时25ms动作。

4）重合闸起动元件

该元件是为了在线路正常运行时断路器偷跳而起动重合闸。

当重合闸充电元件充满电、无手跳信号、断路器由合闸位置变为跳闸位置时动作。

3.2距离保护

距离保护设有Zbc、Zca、Zab三个相间阻抗回路和Za、Zb、Zc三个接地阻抗回路。

六个回路总共18个阻抗元件。

接地阻抗由偏移阻抗元件ZPY、零序电抗元件X0、正序方向元件F1组成（=a,b,c）；相间阻抗由偏移阻抗元件ZPY和正序方向元件F1组成（=bc,ca,ab）。

另外，还设有选相元件XX和振荡闭锁元件ZD。

3.2.1阻抗元件

相间阻抗和接地阻抗的回路输入量为

UJ=U,IJ=I，=bc,ca,ab

UJ=U,IJ=I＋K·3I0，=a,b,c

其中，

为接地距离的零序电流补偿系数。

阻抗元件由偏移阻抗元件ZPY、正序方向元件F1和零序电抗器X0构成。

1）偏移阻抗元件的动作特性由图3.1的实线所示。

其中，阻抗定值ZZD按段分别整定，而电阻分量定值RZD和灵敏角ZD三段公用一个定值。

偏移门坎根据RZD和ZZD自动调整。

R分量的偏移门坎取

即取

的较小值.。

其中Zzd为相应段的阻抗整定值，因此，一般各段偏移量不同。

X分量的偏移门坎取

本装置还设置了一个辅助阻抗元件ZFZ。

如图3.2所示，ZFZ是全阻抗性质的四边形特性，其定值与阻抗Ⅲ段相同。

ZFZ并不作为故障范围的判别，应用于静稳破坏、故障选相、相继速动等元件中。

图3.1ZPY和X0的动作特性图3.2ZPY的动作特性

2）由于ZPY不能判别故障方向。

因此还设有正序方向元件F1。

该元件采用正序电压和阻抗回路电流进行比相。

以A相接地阻抗Za为例，令U1=1/3（Ua+aUb+a2Uc）,Za的正序方向元件F1a的动作判据为

动作特性如图3.3所示。

图3.3F1的动作特性

正序方向元件的特点是引入了健全相的电压，因此在线路出口处发生不对称故障时仍能保证正确的方向性，但发生三相出口故障时，正序电压为零，不能正确反应故障方向。

为此当三相电压都低时采用记忆电压进行比相，并将方向固定。

电压恢复后重新用正序电压进行比相。

3）在两相短路经过渡电阻接地、双端电源线路单相经过渡电阻接地时，接地阻抗继电器会产生超越。

由于零序电抗元件能够防止这种超越，因此接地阻抗还设有零序电抗器X0。

X0的动作方程为（以A相零序电抗器X0a为例）

其中δ=12°。

X0的动作特性如图3.1的虚线所示。

从图中可以看到，X0的保护范围与ZPY一样。

3.2.2选相元件XX

该元件的作用是闭锁会引起误动的非故障阻抗回路。

该元件有六个输出：

XXa、XXb、XXc、XXbc、XXca、XXab。

它们分别控制各自的阻抗回路。

本装置采用阻抗选相，电压选相和序分量选相三种方法综合判别。

阻抗选相的原理是算出6个回路中的最小阻抗，当某个回路阻抗小于最小阻抗的1.5倍时，该回路选中。

阻抗选相存在两个问题，一是三相出口短路时，各个故障回路的阻抗都接近为零，在比较阻抗相对大小时误差很大，有的故障相可能会漏选；二是高阻单相接地时灵敏度低。

因此，本装置还设有电压和序分量辅助选相元件。

序分量选相原理是根据零序电流和负序电流的相位差，分成A，B，C三个区。

设

，有

A区：

B区：

C区：

在A区内，可能是A相接地，也可能是BC相接地，其余类型故障不会进入该区。

至于A相接地与BC相接地之间的区别，由于A相接地时，ZBC为负荷阻抗肯定在辅助阻抗ZFZ以外。

因此就可以选中A相阻抗回路XXa。

同理，B区是BG或CAG，C区是CG或ABG，用同样的方法可以选出XXb和XXc。

综上所述，令Zmin=min（Za,,Zb,Zc,Zbc,Zca,Zzb）。

以XXa和XXbc为例，当满足以下条件之一时选中BC相（XXbc=1）

a）Zbc<1.5Zmin

b）Ubc<15V

当满足以下条件之一时选中A相（XXa=1）

a）Za<1.5Zmin

b）Ua<15V

c）

，且BC相ZFZ不动。

同理也可以选中其它回路。

3.2.3振荡闭锁元件ZD

振荡闭锁元件可以根据控制字投退。

振荡闭锁投入时，突变量起动后150ms的短时开放时间内，该元件开放，以后投入振荡检测元件

和不对称故障开放元件（I0＋I2>mI1）。

1）振荡检测元件

实际系统发生振荡的机率很小，绝大多数振荡闭锁期间系统并没有发生振荡。

因此若能实时检测系统是否发生振荡，当系统没有振荡时就开放距离保护，则能大大提高保护的性能。

振荡系统如图3.4所示，其中Zm、Zn为两侧系统阻抗，ZL为线路阻抗。

设两侧电源为En=Emej,不难推导出测量阻抗为

Z＝Z/（1-ej）-Zm

其中Z=Zm+Zn+ZL，为系统总阻抗。

对上式进行微分，考虑到=j2/Ts，得

dZ/dt=j2Zej/（（1-ej）2Ts）

其中Ts为振荡周期。

从上式知，＝1800时，dZ/dt达到最小值。

由于实际系统的振荡周期小于3秒，因此振荡时肯定满足dZ/dt>0.5Z

本装置的振荡检测方法就是基于这个原理。

对于三相系统，令

Z/=max（dZbc/dt,dZca/dt,dZac/dt）

振荡检测的动作判据为

<0.5Z

当判据满足时，开放距离保护。

系统不振荡时发生故障，在故障刚开始时测量阻抗会有突变，以后就不会变化，该判据经过短暂延时后动作；系统振荡时发生不对称故障，三个测量阻抗中至少有一个会变化，所以该判据不会动作；系统振荡时发生三相故障，三个测量阻抗均不变化，该判据动作，但此时距离保护能正确反应故障范围。

因此该判据能开放系统不振荡时的所有故障和系统振荡时的三相短路。

Z需要整定，整定原则为

其中，Zmmin、Znmin分别为两侧系统在最大运行方式下的系统正序阻抗，ZL为本线路的正序阻抗。

2）不对称故障开放元件

由于振荡检测元件在系统振荡下的不对称故障时不能开放，本装置设置了不对称故障的开放元件。

其动作判据为I0＋I2>mI1

其中m=0.66

该方法能有效的防止振荡下发生区外故障时距离保护的误动，而对于区内的不对称故障能够开放。

为了防止振荡系统解列时零序和负序电流不平衡输出引起保护的误动，保护延时50ms动作。

3）振荡闭锁逻辑

振荡闭锁逻辑如图3.5所示。

ZD1=1时开放阻抗I段；ZDⅡ=1时开放阻抗Ⅱ段。

振荡闭锁退出时，ZD1、ZDⅡ总是开放的。

突变量起动时，通过元件2短时开放150ms，但零序起动或静稳破坏经过25ms后通过闭锁短时开放。

由于距离Ⅱ段延时要大于短时开放时间，因此ZDⅡ还有一个Ⅱ段固定逻辑，短时开放期间若阻抗Ⅱ段动作，通过元件‘或’门3和‘与’门4将ZDⅡ固定。

图3.5振荡闭锁逻辑

3.2.4距离保护逻辑

接地距离I、II、III段的逻辑分别如图3.6、3.7、3.8所示。

图中，ZkPYa、Xk0a（k=I、II、III）表示k段的A相偏移阻抗和零序电抗；F1a、XXa表示A相的正序方向和选相。

ZD1、ZDⅡ分别是振荡闭锁元件的距离I、II段开放输出。

对于距离II段，阻抗动作后通过‘与’门1和‘或’门2将XXa和XⅡ0a固定，目的是防止发展性故障时阻抗元件的误返回。

对于距离III段，还将F1a固定，目的是防止系统振荡和故障同时发生时，方向元件的周期性返回引起保护拒动。

另外，距离III段还可以根据控制字选择带偏移特性。

相间距离的逻辑与接地距离类似，只是没有零序电抗器X0元件。

图3.6接地距离I段逻辑

图3.7接地距离Ⅱ段逻辑

图3.8接地距离Ⅲ段逻辑

3.2.5合闸加速保护

手合加速和重合闸后加速采用偏移阻抗ZPY。

可以根据控制字分别投退后加速距离Ⅱ段或Ⅲ段。

手合时则同时加速距离II段和III段。

手合加速和重合闸后加速均有独立整定的延时。

保护跳闸后10秒内线路又有电流、或者重合闸动作时触发后加速脉冲。

手合和重合闸后加速的脉冲均展宽3秒。

3.2.6双回线加速保护

如图3.9所示双回线，当负荷侧K1点故障时，保护3的Ⅲ段起动，保护2跳闸后保护3返回，保护1的Ⅱ段可以利用这个特性进行相继速动；当电源侧的K2点故障时，对于保护4，由于是反方向故障，Ⅲ段不会起动，但具有全阻抗特性的辅助阻抗继电器ZFZ（定值与Ⅲ段相同）能够起动，保护2的Ⅱ段可以利用这个

特性加速动作。

装置设有一个开出继电器和一个开入端子，用作双回线加速。

当一条线路的Ⅲ段距离元件动作然后返回时，或者Ⅲ段不动但辅助阻抗元件动作时，起动开出继电器向另一条线路输出加速信号，加速其距离Ⅱ段元件。

该距离Ⅱ段加速动作的判据是：

1）本线路Ⅱ段阻抗动作；

2）装置起动时没有加速信号，其后收到同侧另一回线路的加速信号；

3）本线路距离Ⅱ段在满足条件2）后经一个短延时仍不返回。

3.2.7不对称故障相继速动

带负荷的线路发生不对称故障，对侧跳闸后导致本侧非故障相负荷电流消失。

本装置利用该特征加速本侧的距离Ⅱ段，动作判据是：

1）本线距离Ⅱ段动作；

2）任一相由故障时有电流（大于0.16IN）突然变为无电流（小于0.08IN）；

3）本侧距离Ⅱ段在满足条件2）后经短延时不返回。

3.3零序保护

本装置设有四段零序保护。

各段都可以根据控制字投入或退出方向元件。

零序电压由三相相电压相加产生。

PT断线时退出方向元件，也即各段都不带方向。

手动合闸和重合闸时，可以根据控制字加速零序电流段Ⅱ、Ⅲ段或Ⅳ段。

加速延时固定为100ms。

手动合闸和重合闸时，零序I段也带100ms延时，以防止断路器三相合闸不一致造成零序电流保护误动。

3.4PT断线

满足以下任一条件时，经延时发PT断线信号：

1）Ua+Ub+Uc>8伏；

2）三相电压都小于8伏，并且断路器位置处于合闸位置或者线路有电流。

只在线路正常运行时进行PT断线检查，保护起动后停止检查。

PT断线时闭锁距离保护，同时将零序电流保护的方向元件退出。

为了能保护PT断线时的相间故障，本装置设有一个相电流保护元件和延时元件。

该电流保护只在PT断线期间投入，并可以根据控制字投入或退出。

PT断线后若电压恢复正常，所有的保护也随之恢复正常。

3.5出口逻辑

由于出口继电器不能在线自检，为了提高可靠性，装置配置有两个出口回路（即‘跳闸’和‘永跳’）。

两个出口回路互为备用。

当保护动作时，若重合闸不投入或重合闸未充满，装置驱动‘永跳’出口继电器；否则驱动‘跳闸’出口继电器。

发‘永跳’令后检测到线路无流时收跳令，并且重合闸放电；发‘跳闸’令后检测到线路无流时收跳令，并起动重合闸。

若跳令发出0.25秒后线路仍有电流，则同时驱动两个出口继电器并重合闸放电。

若跳令发出5秒后线路仍有电流，装置告警。

3.6重合闸

重合闸逻辑如图3.10所示。

重合闸的起动方式设有保护动作起动和断路器位置不对应起动两种。

断路器不对应起动采用开关位置和重合闸充放电相结合的方法，因此装置不需要单独引入断路器位置不对应开入量。

在手跳时或重合闸未充满而断路器处于分闸位置时，进行重合闸放电从而闭锁重合闸。

另外在重合闸起动后一旦出现线路有电流，马上进行放电闭锁重合闸并且起动后加速。

因此在多套并列运行的装置中重合闸均投入时，能够保证一次重合闸。

重合闸起动后开放10秒。

10秒后若仍不能重合，通过重合闸放电闭锁重合闸。

闭锁重合闸都是通过对重合闸放电实现的。

为了在跳闸过程中压力暂时降低时不闭锁重合闸，在保护起动后就退出‘低气压闭锁’。

‘其它放电信号’包括手跳、手合、外部闭锁重合闸等开入量；另外，当重合闸未充满而断路器处在跳闸位置时也放电。

为了提高可靠性，用TWJ和HWJ两个开入量一起判别断路器位置。

在TWJ＝1并且HWJ＝0时，判定为‘跳闸位置’；在TWJ＝0并且HWJ＝1时，判定为‘合闸位置’。

当TWJ＝HWJ时，延时10秒发告警信号，同时重合闸放电。

重合闸设有检无压、检同期和非同期三种方式。

为了在断路器偷跳时能够重合，在检无压投入的同时自动投入检同期。

检无压的定值固定为0.25UN；检同期的电压定值固定为0.7UN。

同期角和重合闸延时由用户整定。

线路电压可以选择Ua、Ub、Uc、Ubc、Uab、Uca中的任何一个电压。

重合闸在线路正常运行（保护未起动），并且断路器处于合闸位置时进行充电。

充电时间为15秒。

图3.10重合闸逻辑

3.7保护的整组复归

连续5秒满足以下所有条件时保护装置复归：

1）零序电流小于零序起动元件动作；

2）A相电流小于静稳破坏电流元件定值；

3）距离各段阻抗以及辅助阻抗元件ZFZ均不动作；

4）重合闸不起动。

保护起动后5分钟，装置若仍不能复归，发告警信号。

3.8保护软件流程图

保护流程分正常运行程序和故障处理程序两部分。

正常运行程序如图3.11所示。

故障处理程序如图3.12所示。

在正常运行程序中检测到线路发生故障静稳破坏时或重合闸起动时，转入故障处理程序。

故障处理程序中，装置整组复归后转入正常运行程序。

保护流程图:

图3.11正常运行程序

图3.12故障处理程序

4故障信息记

具有故障录波、故障测距、事件记录、继电器集记录等功能。

故障录波由保护起动、保护跳闸和重合闸动作三种方式起动，因此在故障的过程中能够有三段录波信息。

保护起动时的录波长度为32周波，其中起动前2周波，起动后30周波。

保护跳闸时录波长度为8周波，其中起动前2周波，起动后6周波。

重合闸动作时的录波长度为16周波，其中起动前2周波，起动后14周波。

事件记录是记录保护起动、保护动作、重合闸动作、测距结果、告警等重要信息，作为事故的追忆。

共能保存255个事件。

继电器集记录是记录保护程序中所有保护元件的变位情况，以及变位时刻的电流、电压向量。

通过本装置配套的后台分析软件，可以恢复整个故障过程的保护逻辑，使得保护程序‘透明化’，便于事故分析。

5定值清单及整定建议

本装置设有10套定值，由面板上的拨转开关选择其中一组。

为了防止误切换，在线改定值组时，需要按“确认”键认后才可以切换到新的定值组。

5.1距离保护定值

序号

定值名称

整定范围

1．1

距离保护投入

投/退

1．2

接地距离I段投入

投/退

1．3

接地距离II段投入

投/退

1．4

接地距离III段投入

投/退

1．5

加速距离II段投入

投/退

1．6

加速距离III段投入

投/退

1．7

三段带偏移投入

投/退

1．8

振荡闭锁投入

投/退

1．9

PT断线转投电流保护

投/退

相间距离I段阻抗

0～45Ω

相间距离II段阻抗

0～45Ω

相间距离III段阻抗

0～45Ω

接地距离I段阻抗

0～45Ω

接地距离II段阻抗

0～45Ω

接地距离III段阻抗

0～45Ω

相间距离电阻分量

0～45Ω

接地距离电阻分量

0～45Ω

零序电流补偿系数

0~3.99

相间距离II段延时

0.10~59.99s

相间距离III段延时

0.10~59.99s

接地距离II段延时

0.10~59.99s

接地距离III段延时

0.10~59.99s

后加速延时

0~59.99s

手合加速延时

0～59.99s

阻抗灵敏角

60.00~89.99°

系统总阻抗

1.00~44.99Ω

静稳破坏电流元件

0~99.99A

过流保护定值

0~99.99A

过流保护延时

0~59.99s

定值整定说明：

a）距离保护电阻分量的整定值I、II、III段公用一个定值。

整定原则应按可靠地躲过负荷整定。

接地距离的定值为了增强耐受接地电阻的能力，整定值可以整定得较大。

相间距离的定值可以取较小值，以增强躲过负荷的能力。

b）阻抗灵敏角是接地距离和相间距离公用，可按线路正序阻抗角整定。

c）静稳破坏电流元件的定

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