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WXH813A技术说明书南网

许继电气股份有限公司

WXH-813AG微机线路保护装置

技术说明书

（Version1.00）

2011.12

前言

1、应用范围

WXH-813A系列保护装置主要用作110kV电压等级输电线路的纵联差动主保护及后备保护。

2、产品特点

2.1装置系统平台

●逻辑开发可视化

国内首家在高压保护上实现可视化逻辑编程，保护源代码完全由软件机器人自动生成，正确率达到100%，杜绝了人为原因产生软件Bug。

所有的保护逻辑由基本的元件和组件组成。

●事故分析透明化

通过分层、模块化、元件化的设计，装置内部实现了元件级、模块级、总线级三级监视点，可以监视装置内部任一个点的数据，发生事故后通过透明化事故分析工具，可以对故障进行快速准确的定位。

故障波形回放：

●工程应用柔性化

采用功能自描述和数据自描述技术，实现了内容可以通过描述文件以不同的形式重组，功能可以通过配置文件形式重构，解决了不同用户差异化需求和软件版本集中管理的矛盾。

2.2人机界面人性化

XJGUI和现场调试向导的成功应用，降低了现场维护和运行人员的工作强度，使运行维护工作变得轻松。

●借助XJ-GUI界面设计工具，实现操作界面的灵活定制及人性化设计；

●主接线图及丰富的实时数据的显示；

●类WINDOWS菜单，通过菜单提示，可完成装置的全部操作。

2.3保护性能特点

●全线内典型金属性故障小于20ms；

配置快速的自适应浮动门槛的瞬时差动保护；

●差动保护、距离保护采用变动作特性的原理；

保护的变动作特性，根据故障类型设置相应特性的保护，设置速动区、一般区、灵敏区，不同区域设置不同数字滤波算法、不同时延；

差动保护动作区域设置距离保护动作区域设置

●自适应的振荡判据及先进的振荡识别功能，确保距离保护在系统振荡加区外故障能可靠闭锁，而在系统未振荡时快速动作，振荡中区内故障可靠动作；

2.4先进的光纤通道技术

●通道监测按照G.826规范要求，详细的通道信息使用户直观了解通道质量，可进行准确的故障定位；

●通道传输采样值修补功能，利用插值算法修复通道偶尔丢帧或误码引起的坏采样点,提高保护抗通道误码的能力；

●光纤通道自适应主从定位技术，主从状态免整定；

●自适应CT变比，即无需整定对侧变比值；

3、专利技术

●利用电流互感器二次测量电流动态补偿其传递产生的幅值和相位误差（200610017752.4）

●差动保护CT变比自适应技术（200310110258.9）

●采样序号调整同步技术（200310110259.3）

●快速数据窗相量算法技术（200310110258.9）

●纵联差动保护中电流互感器CT断线识别方法及差动保护方法（200310110257.4）

●继电保护故障检测模块（200310110260.6）

●高压电网永久性故障自适应判别方法（200410010372.9）

目录

1、应用范围I

2、产品特点I

2.1装置系统平台I

2.2人机界面人性化II

2.3保护性能特点III

2.4先进的光纤通道技术IV

3、专利技术IV

1概述1

1.1应用范围及保护配置1

1.2产品特点1

1.2.1保护功能特点2

1.2.2光纤通道技术2

1.2.3操作界面2

2技术指标3

2.1基本电气参数3

2.1.1额定交流数据3

2.1.2额定直流数据3

2.1.3打印机辅助交流电源3

2.1.4功率消耗3

2.1.5过载能力3

2.2主要技术指标4

2.2.1纵差保护4

2.2.2距离保护4

2.2.3零序电流方向保护5

2.2.4测距部分5

2.2.5重合闸5

2.2.6记录容量及定值区容量5

2.2.7对时方式6

2.2.8输出触点6

2.2.9绝缘性能6

2.2.10冲击电压6

2.2.11机械性能6

2.2.12抗电气干扰性能7

2.3环境条件8

2.4通信接口8

2.5光纤通道技术参数8

2.5.1光纤接口8

2.5.2继电保护复用接口9

3保护原理介绍9

3.1启动元件9

3.1.1相电流突变量启动元件9

3.1.2零序电流启动元件10

3.1.3静稳破坏启动元件10

3.1.4差流启动元件10

3.2数字通信接口及同步调整10

3.2.1通信接口10

3.2.2通道信息和误码监测11

3.2.3同步调整12

3.3电流差动元件12

3.3.1分相稳态量差动元件13

3.3.2分相增量差动元件13

3.3.3零序电流差动元件13

3.4阶段式距离元件14

3.4.1三段式接地距离14

3.4.2三段式相间距离15

3.4.3相间距离Ⅳ段17

3.5重合闸19

3.5.1重合方式19

3.5.2重合闸的充放电19

3.5.3重合闸的启动19

3.5.4重合出口20

3.5.5重合闸的告警回路20

3.5.6其它20

3.6故障开放元件21

3.6.1短时开放保护21

3.6.2不对称故障开放元件21

3.6.3对称故障开放元件21

3.7辅助元件22

3.7.1PT断线检查22

3.7.2PT反序检查22

3.7.3CT断线23

3.7.4CT饱和24

3.7.5远跳信号24

3.8保护逻辑框图25

3.8.1差动保护逻辑25

3.8.2距离保护逻辑26

3.8.3零序保护逻辑27

3.8.4PT断线过流保护逻辑28

3.8.5不对称相继速动保护逻辑28

3.8.6双回线相继速动保护逻辑29

3.8.7重合闸逻辑29

4装置硬件介绍31

4.1装置整体结构31

4.2结构与安装33

4.3装置插件介绍34

4.3.1电压切换插件34

4.3.2交流变换插件35

4.3.3CPU插件35

4.3.4光纤接口35

4.3.5开入插件36

4.3.6出口插件37

4.3.7操作插件38

4.3.8通信/通信转换插件39

4.3.9稳压电源插件41

5定值清单及整定说明42

5.1装置参数及整定说明42

5.2定值清单43

5.3定值整定说明45

5.4控制字整定说明47

5.5软压板48

6订货须知48

7附图50

1概述

1.1应用范围及保护配置

WXH-813A系列线路保护装置是适用于110kV电压等级输电线路成套数字式保护装置。

WXH-813A系列装置的主保护为分相电流差动保护,后备保护包括四段相间、三段接地距离保护及四段零序过流保护等，配置有三相重合闸功能。

此外，该系列装置还包括双母线交流电压切换回路、适用于断路器单或双跳闸线圈的出口操作回路。

WXH-813AG适用于专用光纤或复用2Mb/s通信接口方式。

表1-1WXH-813A系列装置的保护配置

功能名称

WXH-813A-GD　

保护

功能

分相电流差动

√

四段相间及三段接地距离

√

四段零序电流

√

三相一次重合闸

√

两段PT断线后过流

√

不对称相继速动

√

双回线相继速动

√

其它

功能

电压切换回路

√

操作回路回路

√

通信

接口

专用光纤及复用2Mb/s通信接口

√

1.2产品特点

基于高性能、高冗余的许继新一代硬件平台，可视化的逻辑开发工具实现保护透明化设计，变动作特性原理使保护性能全面提升，先进的光纤通道技术，装置定值、菜单、信息等简洁化设计是该保护装置的主要特点。

1.2.1保护功能特点

✧动作速度快，差动保护全线内典型金属性故障小于20ms；

✧先进CT抗饱和方案，差动保护抗区外饱和指标不大于3ms；

✧可选功能可通过配置工具，可靠、快捷的完成；

✧采用高性能、可信赖、功能强大的许继新一代硬件平台，16位高精度的双AD，浮点运算32位DSP，充分考虑冗余及功能扩展。

✧可视化的逻辑开发工具VLD，在VLD开发环境下，所有的保护逻辑都是由不同的可视化柔性继电器组成，实现微机保护的完全透明化设计；

✧软件运行时内存内容“日志系统”及保护逻辑信息“黑匣子”记录，实现异常情况的快速、准确定位；

✧装置采用整体面板、标准6U机箱，插件后插拔，强弱电回路严格分开，大大提高装置的抗干扰能力；

✧装置的AD回路、CPU插件、继电器线圈等全面自检；

1.2.2光纤通道技术

✧完全支持成帧通信格式，可实现通道故障精确诊断和定位功能；

✧通道监测按照G.826规范要求，详细的通道信息使用户直观了解通道质量，可进行准确的故障定位；

✧可输出双端的瞬时数据，便于通道测试、检测和维护；

✧通道传输采样值修补功能，利用插值算法修复通道偶尔丢帧或误码引起的坏采样点,提高保护抗通道误码的能力；

✧光纤通道自适应主从定位技术，不需用户整定；

✧自适应CT变比，即无需整定对侧变比值；

✧专用光纤通道：

2Mb/s高速数据传输；

复用传输通道：

复用2Mb/s数率数据（E1）接口传输。

1.2.3操作界面

✧借助XJ-GUI界面设计工具，实现操作界面的灵活定制及人性化设计；

✧主接线图及丰富的实时数据的显示；

✧中文下拉式菜单，通过菜单提示，可完成装置的全部操作。

2技术指标

2.1基本电气参数

2.1.1额定交流数据

✧额定交流电压Un：

V；

✧额定交流电流In：

5A或1A；

✧额定频率fn：

50Hz。

2.1.2额定直流数据

220V或110V，允许变化范围：

80%～115%。

2.1.3打印机辅助交流电源

220V，0.7A，50Hz/60Hz，允许变化范围：

80%～115%。

2.1.4功率消耗

✧交流电压回路：

不大于0.5VA/相（额定电压下）；

✧交流电流回路：

不大于1VA/相（In=5A）；

不大于0.5VA/相（In=1A）；

✧直流回路：

保护装置不大于50W（正常进行）；

保护装置不大于100W（保护动作）；

每路开入回路不大于0.5W。

2.1.5过载能力

✧交流电压回路：

1.5Un------------------连续工作；

✧交流电流回路：

2In------------------长期运行；

10In-----------------10s；

40In-----------------1s；

2.2主要技术指标

2.2.1纵差保护

✧动作电流整定范围：

0.1In～2In

✧CT断线后差动电流定值整定范围：

0.05In～20In；

✧整定误差：

2.5%或0.01In;

✧整组动作时间：

典型金属性故障不大于25ms。

2.2.2距离保护

✧整定范围：

0.01Ω～25Ω（In=5A）

0.05Ω～125Ω（In=1A）

✧阻抗动作值准确度：

在线路阻抗角下、满足精工电压的条件下，测量阻抗整定值平均误差不超过±2.5%或±0.05/InΩ。

✧精确工作电压：

0.25V～60V

✧精确工作电流范围：

0.1In～30In

✧Ⅰ段的暂态超越不大于5%；

✧Ⅱ、Ⅲ段延时时间元件：

0.05s～10s，整定值误差不超过±1%或±40ms；

✧Ⅳ段阻抗整定范围：

0.01～40Ω（In=5A）、0.05Ω～200Ω（In=1A）；

✧Ⅳ段时间元件：

0.05s～10s，整定值误差不超过±1%或±40ms；

✧Ⅰ段整组动作时间：

Ⅰ段整定延时为0s时，在0.7倍整定阻抗内不大于30ms；

2.2.3零序电流方向保护

✧整定范围：

0.1In～20In，整定值误差不超过±2.5%或±0.01In；

✧零序功率方向元件动作区：

；

✧时间元件：

延时段时间元件：

零序I段0s～10s，误差不超过±1%或±40ms；零序Ⅱ段、Ⅲ段、IV段0.05s～10s，误差不超过±1%或±40ms。

2.2.4测距部分

单端电源金属性故障时允许误差：

<±2.5%

2.2.5重合闸

✧具有三相一次重合闸功能；

✧同期角度整定范围为：

10°～60°；

✧重合闸延时时间元件：

0.3s～10s，误差不超过±1%或±40ms；

✧一次重合闸时间间隔为15s；

✧同期角度整定误差：

不大于±3°。

2.2.6记录容量及定值区容量

✧故障录波内容和故障事件报告容量

记录保护跳闸前4个周波、跳闸后6个周波所有电流电压波形；保护装置可循环记录50次故障事件报告。

✧正常波形记录容量

正常时保护可记录10个周波所有电流电压波形，以供记录或校验极性。

✧异常记录容量

可循环记录200次事件记录和装置自检报告。

事件记录包括软、硬压板投退、开关量变位等；装置自检报告包括硬件自检出错报警、装置长期启动等。

✧装置提供30套定值区

2.2.7对时方式

✧IRIG-B码对时；

✧GPS脉冲对时（分脉冲或秒脉冲）；

✧监控系统绝对时间的对时命令；

2.2.8输出触点

✧在电压不大于250V，电流不大于1A，时间常数L/R为5ms±0.75ms的直流有感负荷电路中，触点断开容量为50W，长期允许通过电流不大于5A。

✧电寿命：

装置输出触点电路在电压不超过250V，电流不超过0.5A，时间常数为5ms±0.75ms的负荷条件下，装置能可靠动作及返回1000次。

✧机械寿命：

装置输出触点不接负荷，能可靠动作和返回10000次。

2.2.9绝缘性能

✧绝缘电阻

装置所有电路与外壳之间的绝缘电阻在标准试验条件下，不小于100MΩ。

✧介质强度

装置所有电路与外壳的介质强度能耐受交流50Hz，电压2kV（有效值），历时1min试验，而无绝缘击穿或闪络现象。

2.2.10冲击电压

装置的导电部分对外露的非导电金属部分外壳之间，在规定的试验大气条件下，能耐受幅值为5kV的标准雷电波短时冲击检验。

2.2.11机械性能

✧工作条件

能承受国家或行业标准规定的严酷等级为Ⅰ级的振动和冲击响应检验。

✧运输条件

能承受国家或行业标准规定的严酷等级为Ⅰ级的振动耐久、冲击耐久及碰撞检验。

2.2.12抗电气干扰性能

1）抗辐射电磁场骚扰能力：

能承受GB/T14598.9-2002第4章规定的严酷等级为Ⅲ级的辐射电磁场骚扰；

2）抗快速瞬变干扰能力：

能承受GB/T14598.10-1996第4章规定的严酷等级为Ⅳ级的快速瞬变干扰；

3）抗衰减振荡波脉冲群干扰能力：

能承受GB/T14598.13-1998第3章和第4章规定的严酷等级为Ⅲ级的脉冲群干扰试验;

4）抗静电放电干扰能力：

能承受GB/T14598.14-1998第4章规定的严酷等级为Ⅲ级的的静电放电干扰；

5）电磁发射干扰能力:

按GB/T14598.16-2002第4章规定的传导发射限值和4.2规定的辐射发射限值。

6）抗工频磁场干扰能力：

能承受GB/T17626.8-1998第5章规定的严酷等级为Ⅳ级的工频磁场干扰。

7）抗脉冲磁场干扰能力：

能承受GB/T17626.9-1998第5章规定的严酷等级为Ⅳ级的脉冲磁场干扰。

8）抗阻尼振荡磁场干扰能力：

按GB/T17626.10-1998第5章规定的严酷等级为Ⅳ级的阻尼振荡磁场干扰。

9）抗浪涌骚扰能力：

能承受IEC60255-22-5:

2002第4章规定的浪涌骚扰。

10）抗射频场感应的传导骚扰能力：

能承受IEC60255-22-6:

2001第4章规定的射频场感应的传导骚扰。

11）抗工频干扰能力：

能承受IEC60255-22-7:

2003第4章规定的工频干扰。

2.3环境条件

✧工作环境温度：

－10℃～＋55℃，24h内平均温度不超过＋35℃

✧储运环境温度：

－25℃～＋70℃，在极限值下不加激励量，装置不出现不可逆变化，温度恢复后装置应能正常工作。

✧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大于50%。

✧大气压力：

80kPa～110kPa。

2.4通信接口

✧通信接口通过选用不同的通信插件，可以具有下列两种模式：

模式1：

4个以太网通信口+1个RS-485通讯接口；

模式2：

2个RS-485通讯接口；

✧通信规约可选择电力行业标准DL/T667-1999（IEC60870-5-103）规约或IEC61850规约；

✧打印口，可选RS-485或RS-232；

✧调试口，RS-232。

2.5光纤通道技术参数

2.5.1光纤接口

1）光纤类型：

单模，特性符合CCITTRee.G652

2）光波长：

1310nm（复用或50km以内专用）

1550nm（50km～100km专用）

3）光纤接收灵敏度：

≤－34dBm

4）发送电平：

≥－5dBm

5）光纤连接器类型：

FC

2.5.2继电保护复用接口

✧2Mb/s接口

速率：

2.048Mb/s；

阻抗：

75Ω不平衡或120Ω平衡；

编码：

HDB3；

接口码型：

符合G703.6接口码型要求；

允许通道传输延时：

单向不大于15ms。

3保护原理介绍

本装置的保护功能设计，基于许继公司开发的可视化逻辑开发环境（VLD），同时采用分层、分模块的设计思想，将保护功能实现按数据处理、元件计算、保护逻辑、出口逻辑等进行划分。

3.1启动元件

在保护装置中，启动元件主要用于系统故障检测、开放故障处理逻辑及开放出口继电器的正电源功能，启动元件动作后，在满足复归条件后返回。

保护启动元件包含相电流突变量启动、零序电流启动、静稳破坏启动、差流启动、低周启动、低压启动等启动元件，任一启动元件动作展宽7s,驱动启动继电器后开放故障处理逻辑。

3.1.1相电流突变量启动元件

通过实时检测各相电流采样的瞬时值的变化情况，来判断被保护线路是否发生故障，该元件在大多数故障的情况下均能灵敏启动，为保护的主要启动元件。

其判据为：

其中：

为电流突变量启动定值。

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。

3.1.2零序电流启动元件

主要用于在高阻接地故障情况下保护可靠启动，作为辅助启动元件，元件本身带30ms延时。

其判据为：

式中：

为三倍零序电流，

为零序电流启动定值。

3.1.3静稳破坏启动元件

为了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，保护还设有静稳破坏电流启动元件。

在距离保护投入且“距离保护经振荡”控制字投入时,装置投入静稳破坏启动元件。

其判据为：

正序电流大于静稳破坏电流定值门槛且突变量启动元件未启动时，延时30ms动作。

3.1.4差流启动元件

差动保护设有分相差流启动元件,用于一侧为弱电源或高阻故障时的辅助启动元件，由差流动作元件复合电压启动元件构成，动作时带30ms延时。

差流动作元件其判据为：

式中:

为相量差动电流定值；A、B、C相差流。

电压启动元件其判据为：

任一侧

或

或

。

式中：

为相电压的突变量，

为零序电压的突变量，

为零序电压。

3.2数字通信接口及同步调整

3.2.1通信接口

线路差动保护是利用线路两侧保护装置交换的数字信号,完成纵联差动功能的保护，通信接口完成本侧数据的组帧发送及接收对侧数据并完成解帧处理。

✧通道方式

以2Mb/s数据传输采用专用光纤通道；

以2Mb/s数据传输采用复接PDH或SDH系统的2Mb/s（E1）接口；

✧通道连接方式

a）

复用方式

图3-2-1复用连接方式

b）专用方式

图3-2-2专用连接方式

3.2.2通道信息和误码监测

通道状态信息在浏览菜单中，运行人员查看。

保护提供通道显示信息如下：

◆通道延时通道的时延

◆TS两侧采样时刻偏差

◆秒误码率%当前1s内的误码率

◆严重误码秒数通道累计出现严重误码的秒数

◆秒误码数当前1s内的误码数

◆丢帧数当前1s内的丢帧数

◆误码秒数通道的累计产生误码的秒数

通信模块接收到的每一帧数据都需经过CRC检验，错误数据舍弃，并认为本帧数据误码。

如果误码帧数达到一定值时，将给出通道异常告警报文信息，表示通道不可靠。

通道误码严重或通道中断时，将给出通道异常告警中央信号，差动保护将被闭锁。

通道恢复后，保护自动投入。

3.2.3同步调整

高压输电线路两端保护装置上电时刻不同和采样晶振偏差，再加上一端采样数据传送到另一端的时间延迟，因此，两端电流量的采样时刻通常不一致，不能直接进行差动计算。

为使进行计算的两端电流量的采样时刻一致，需设定一端的采样时刻为参考基准（主端），另一端参照基准调整自己的采样时刻（从端），这样将两侧保护采样时刻调整一致的过程称为同步调整。

本保护从端首先采用“梯形算法”，计算出两侧保护装置的采样偏差；再通过采样序号调整，对齐两端采样序号；从端完成同步调整后，通知主端进入同步状态，至此两侧完成同步调整过程。

3.3电流差动元件

本装置差动元件针对线路保护区内各种故障类型配置了分相稳态量差动、分相故障分量差动及零序电流差动；

稳态量差动元件设置快速区元件及灵敏区元件，快速区元件采用短窗相量自适应算法实现快速动作，使保护典型金属性故障小于20ms；灵敏区采用全周付氏向量算法作为快速区的补充；

故障分量差动不受负荷影响，对于区内高阻故障及振荡中故障性能优越，元件本身采用全周付氏向量算法并略带延时保证其可靠性；

零序电流差动作为稳态量差动及故障分量的后备延时100ms动作，主要针对缓慢爬升高阻故障；

3.3.1分相稳态量差动元件

动作方程：

式中：

动作电流

，为两侧电流矢量和的幅值；制动电流

，为两侧电流矢量差的幅值；

为相量差动电流定值，由用户整定；整定时应保证区内故障有足够的灵敏度。

3.3.2分相增量差动元件

动作方程：

式中：

动作电流

，为两侧电流变化量矢量和的幅值；制动电流

，为两侧电流矢量差的幅值；

为相量差动电流定值。

3.3.3零序电流差动元件

动作方程：

式中：

动作电流

，为两侧零序电流矢量和的幅值；制动电流

，为两侧零序电流矢量差的幅值；

为零序差动电流定值，由用户整定；三倍零序差流动作整定值，按保证经大过渡电阻接地时有足够的灵敏度整定。

该元件满足条件后延时100ms动作。

图3-3-3差动保护动作特性

图3-3-3为差动保护动作特性图，各差动元件动作特性区别仅在于差动电流定值及制动系数的不同，图中

为相应差动元件的动作定值