PSL603G数字式线路保护装置技术说明.docx

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PSL603G数字式线路保护装置技术说明

PSL603G数字式线路保护装置技术说明

1．概述

1.1应用范围

本装置为微机实现的数字式超高压成套快速保护装置，可用作220KV及以上电压等级输电线路的主保护及后备保护。

1.2保护配置

PSL603G系列以及分相电流差动和零序电流差动为主体的全线速动保护，由波形识别原理构成的快速Ⅰ段保护；由三段式相间和接地距离保护及零序方向电流保护构成的后备保护。

保护有分相出口，并配有自动重合闸功能，对单或双母线接线的断路器实现单项重合、三相重合、综合重合闸功能。

2.保护原理说明

2.1保护程序整体结构如下图

所有保护CPU程序主要包括主程序、采样中断程序和故障处理程序。

正常运行主程序，每隔1ms采样间隔定时执行一次采样中断程序，采样中断程序中执行启动元件，如果启动元件没有动作，返回主程序；如动作则进入故障处理程序（此时定时采样中断仍然执行），完成相应保护功能。

整组复归时启动元件返回，程序进入正常运行的主程序。

主程序中进行硬件自检（包括ROM、RAM、EEPROM、开出光耦等）、交流电压断线检查、定值校验、开关位置判断、人机对话模件和CPU模件运行是否正常相互检查等。

采样中断程序中进行模拟量采集和向量计算、开关量的采集、交流电流断线判别、重合闸充电、数据同步、合闸加速判断和启动元件计算等。

故障处理程序中进行各种保护的算法计算、跳合闸判断和执行、事件记录、故障录波、保护元件的动作过程记录，最后进行故障报告的整理和记录所用定值。

2.2启动元件和整组复归

2.2.1启动元件

保护启动元件用于启动故障处理程序及开放保护跳闸出口继电器的负电源。

各个保护模块以相电流突变量为主要的启动元件，启动门坎由突变量启动定值加上浮动门坎。

在系统振荡时自动抬高突变量启动元件的门坎。

零序电流启动元件、静稳破坏检测元件为辅助启动元件，延时30ms动作以确保相电流突变元件的优先动作。

1）相电流突变量启动突变元件

当相电流不平衡量的最大值当任一相电流突变量连续三次大于门坎时，保护启动。

2）零序电流辅助启动电流

为防止远距离故障或经大电阻故障时相电流突变量启动元件灵敏度不够而设置的。

该元件在零序电流大于启动门坎并保持30ms后动作。

3）静稳破坏检测元件

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而设置。

2.2.2启动继电器的闭锁措施

交流模拟量分别引入两个AD模件，由独立的数据采集回路进行转换。

其中一块AD模件的数据送给保护，完成保护功能；另一块AD模件以“逻辑与”的方式和保护模块的启动回路构成启动继电器开放回路。

只有两个AD模件同时启动，保护才能出口，这样增强保护的可靠性性。

2.2.3整组复归

各保护模件启动后就发出“禁止整组复归”的信号。

如本保护所有的启动元件和故障测量元件都返回，并且持续6s，本保护模件就收回“禁止整组复归”的信号。

保护收到任一个模件“禁止整组复归”的信号就保持原先的启动状态，直到所有模件都收回“禁止整组复归”的信号时才能整组复归。

2.3选相元件

选相元件是区分故障相别，以满足距离保护和零序保护分相跳闸的要求。

分相电流差动元件的动作相即为故障相，不需另设选相元件。

在后备距离保护中为了在特殊系统（如若电源）和转换性故障等复杂故障下能够正确选相并有足够的灵敏度，采用电压电流复合突变量和复合序分量两种选相原理相结合的方法。

在故障开始时采用快速和高灵敏的突变量选相方法，以后采用稳定的序分量选相方法。

2.4振荡闭锁的开放元件

电流差动保护不受系统振荡影响。

在相电流突变量启动150ms内，距离保护短时开放。

在突变量启动150ms后或零序电流辅助启动、静稳破坏启动后，保护程序进入振荡闭锁。

在振荡闭锁期间，距离Ⅰ、Ⅱ段要在振荡闭锁开放元件动作后才投入。

振荡闭锁的开放元件要满足以下几点要求：

系统不振荡时开放；系统纯振荡时不开放；系统振荡又发生区内故障时能够可靠、快速开放；系统振荡又发生区外故障时，在距离保护会误动期间不开放。

对于不可能出现系统振荡的线路，可由控制字退出振荡闭锁的功能，以提高保护的动作速度。

2.5电流差动保护

电流差动继电器动作逻辑简单、可靠、动作速度快，在故障电流超过额定电流时，确保跳闸时间小于25ms；即使在经大电阻故障，故障电流小于额定电流时，也能在30ms内正确动作。

而零序电流差动大大提高整个装置的灵敏度，增加耐过度电阻能力。

另外，电流差动保护可以借助光纤通道传输两路远传及一路远跳信号，利用两侧电气量进行双端测距等。

电流差动保护主要由差动CPU模件及通信接口组成。

差动CPU模件完成采集数据读取、滤波，数据发送、接受、数据同步，故障判断、跳闸出口逻辑；

通信接口完成与光纤得光电物理接口功能，另外专门加装得PCM复接接口装置则完成数据码型变换，时钟提取等同向接口功能。

电流差动保护由两部分组成：

分相电流差动、零序差动。

1）分相差动

2）零序差动对于经高电阻接地故障，采用零序差动继电器具有较高的灵敏度，原理同分相差动。

有两段保护，Ⅰ段延时100ms选相跳闸，Ⅱ段延时250ms三跳。

3）电容电流补偿对于高电压长距离输电线路，电容电流较大，为提高经高过渡电阻故障时的灵敏度，要考虑电容电流的影响。

4）差动辅助启动元件

a）低电压辅助启动元件，用于弱馈负荷侧的辅助启动元件，该元件在对侧启动而本侧不启动的情况下投入，相电流小于52V或相间电压小于90V时本侧被对侧拉入故障处理。

b）利用TWJ的辅助启动元件，作为手合于故障时，一侧启动另一侧不启动时，未合侧保护装置的启动元件。

5）数据同步，可以灵活快速同步，数据同步只需3个点，而不需额外数据调整算法和过程。

两侧装置采样同步的前提条件为通道单相最大传输延时≤16ms。

6）CT断线CT断线瞬间，断线侧的启动元件和差动继电器可能动作，但对侧的启动元件不动作，不会向本侧发差动保护动作信号，从而保证纵联差动不会误动。

非断线侧经延时后报“长期有差流”，与CT断线同样处理。

PSL603G型CT断线闭锁方案CT断线时发生故障或系统扰动导致启动元件动作，若定值中控制字“CT断线闭锁保护”则闭锁电流差动元件；若定值中控制字“CT断线不闭锁保护”且断线相差流大于“分相差动电流定值”，仍开放电流差动保护。

7）CT饱和采用了自适应比率制动的全电流差动继电器，通过制动系数自适应调整使得差动保护在提高区外故障时安全性的同时保证区内故障时动作的可靠性。

在电流严重畸变时，由于采用了较高的制动系数，使得差动保护在区外故障不误懂的前提下给区内故障留有足够的动作范围。

8）手合故障处理

手动合闸时，差动定值自动抬高门槛至In，防止正常合闸时线路充电电流造成差动保护误动。

如线路上有故障时，差动动作值达不到门槛时，可以由距离手合加速动作。

9）双侧测距功能采用双端电气量完成测距计算，大大提高了测距结果的精度。

10）远跳、远传功能本装置利用数字通道，不仅交换两侧电流数据，同时也交换开关量信息，实现一些辅助功能。

包括远跳、远传。

11）通信接口说明数字保护的关键时线路两侧差动保护之间电流数据的交换，本装置以1024或2048kbit/s速率传输的专用光纤通、以64kbit/s速率复接PCM同向接口，以2048kbit/s速率复接PDH或SDH系统的2048kbit/s（E1）接口三种通道方式。

12）差动保护跳闸逻辑

（1）差动保护可分相差动，区内单相故障时，单独将该相切除，保护发跳闸令后250ms故障相仍有电流，补发三跳令；三跳令发出后250ms故障相仍有电流，补发永跳令。

（2）两相以上区内故障时，跳三相。

（3）控制字采用三相跳闸方式时任何故障均跳三相。

（4）零序电流差动具有两段，Ⅰ段延时100ms选相跳闸，Ⅱ段延时250ms三跳。

（5）功能控制字为“远跳经本地启动”时，启动后收到对侧远跳信号，三相跳闸并闭锁重合闸（永跳）。

功能控制字为“远跳不经本地启动”时，收到对侧远跳信号，直接三相跳闸并闭锁重合闸（永跳）。

差动总投入、分相差动投入、零序差动投入指示屏上“硬压板”投入。

只有在差动总投硬压板投入后，分相差动、零序差动硬压板才有效。

2.6波形比较法快速距离保护

对于基于工频量的保护，都要采用某种算法（或录波器）来滤除故障暂态过程中的非周期分量和谐波分量。

数据窗的长度越长，滤波效果越好，但保护的动作速度也越慢。

本装置设置的快速距离Ⅰ段保护，采用了基于波形识别原理的快速算法，能够通过故障电流的波形时时估计噪声的水平，并据此自动调整动作门槛。

大大提高保护的动作速度。

2.7距离保护

距离保护设有Zab、Zbc、Zca三个相间距离保护和Za、Zb、Zc三个接地距离保护，还设有辅助阻抗元件，共24个阻抗继电器。

在全相运行时24个继电器同时投入；非全相时只投入健全相的阻抗继电器。

2.7.1接地距离

接地距离由偏移阻抗元件Zpyφ、零序电抗元件Xoφ和正序方向元件F1φ组成。

2.7.2相间距离

相间距离偏移阻抗元件Zpyφφ和正序方向元件F1φφ组成。

2.7.3距离保护逻辑

1）接地距离Ⅰ段保护区内短路故障时，ZφⅠ段动作后经T2延时（一般整定为0）由或门H4、H2至选相元件控制的回路跳闸；跳闸脉冲由跳闸相过流元件自保持，直到跳闸相电流元件返回才收回跳闸脉冲。

相间故障动作后经T3延时（一般整定为0）由或门H7、H18、H19进行三相跳闸。

2）当选相元件拒动时，H2的输出经Y19、H23、选相拒动时间延时元件T8（150ms）、H24、H19进行三相跳闸；因故单相运行时，同时经T8延时实现三相跳闸。

3）Ⅱ段保护区内短路故障时，接地距离和相间故障的动作情况与Ⅰ段保护区内故障时相同。

4）非全相运行过程中，健全相发生短路故障时，振荡闭锁元件开放，保护区内发生接地或相间短路故障时，三相跳闸。

5）手合或重合于故障线路，进行永跳。

2.8零序电流保护

本装置零序保护设有四段、加速段，均由控制字选择是否带方向性，还设有控制字投退的一段PT断线时投入的零序保护（该段不受压板控制）。

设有零序Ⅰ段、零序Ⅱ段和零序总投入压板。

零序总投入压板退出时，零序保护各段都退出。

零序Ⅰ段、零序Ⅱ段可由控制字设定为不灵敏段或灵敏段。

在非全相和重合闸时，设定为不灵敏Ⅰ段或Ⅱ段自动投入，设定灵敏段Ⅰ段或Ⅱ段自动退出。

在全相运行时只投入灵敏段Ⅰ段或Ⅱ段。

零序Ⅲ段及加速段若需单独退出，可将该段的电流定值及时间定值整定到最大值。

在非全相运行自动退出。

零序Ⅳ段电流定值也作为零序电流启动定值，若需退出零序Ⅳ段，可将时间定值整定为100s。

要将零序Ⅳ段电流整定和其他保护模件的零序电流启动定值相同，以便各保护模件由相同的零序电流启动灵敏度。

零序Ⅳ段在非全相运行不退出。

零序电压3Uo由保护自动求和完成，即3Uo＝Ua+Ub+Uc

零序电压的门槛按浮动计算，在固定增加0.5V。

零序各段是否带有方向可由控制字选择投退。

线路PT时，在非全相运行和合闸加速期间，自产3Uo已不单纯是故障形成，零序功率方向元件退出，按规程规定零序电流保护自动不带方向。

当PT断线后，零序电流保护的方向元件不能正常工作，零序保护是否还带有方向性由“PT断线零序方向投退”控制字选择。

如果选择PT断线零序方向投入，则PT断线时所有带方向性的零序电流段均不能动作，这样可以保证PT断线期间反向故障，带方向的零序电流保护不会误动。

2.9零序反时限保护

反时限元件是动作时限与被保护线路中电流大小自然配合的保护元件，通过平移动作曲线，可以非常方便地实现全线的配合。

常见的反时限特性解析式大约分为三类：

标准、非常、极端反时限。

本装置中反时限特性由整定值中的反时限指数整定。

2.10非全相运行

2.10.1单相跳开形成的非全相运行

1、单相TWJ持续动作50ms或者单相跳闸反馈开入量动作，并且对应的相无流元件动作对应相判为跳开相。

2、两个健全相电流差动保护及后备距离保护投入，和健全相间的后备距离保护投入。

3、对健全相求正序电压作为距离方向元件的极化电压。

4、测量健全相间电流的突变量，作为非全相运行振荡闭锁开放元件。

5、断开相又有负荷电流，则开放断开相的合闸加速保护3s。

2.10.2三相断开状态

1、三相TWJ均持续动作50ms或者三项跳闸反馈开入量均动作，并且三相无电流时，置三相断开状态。

2、有电流或三相TWJ返回后开放合闸于故障保护3s，恢复全相运行。

2.11合闸于故障线路保护

1、重合和手合加速脉冲固定为3s。

2、在重合加速脉冲期间，距离保护可以瞬间加速不经振荡闭锁的带偏移特性的阻抗Ⅱ段或Ⅲ段，偏移特性的电阻分量为距离保护电阻定值的一半。

3、在手合加速脉冲期间，距离保护瞬间加速带偏移特性的阻抗Ⅲ段，电阻分量为距离保护电阻定值的一半。

零序加速段按整定的电流定值和时间定值整定。

4、在重合、手合后，距离保护Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段仍能按各段的时间定值动作。

2.12重合闸模件

本装置重合闸为一次重合闸方式，可以实现单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸、停用功能。

重合闸的启动方式由本保护及其它保护的跳闸启动或断路器位置不对应启动

2.12.1重合闸方式

单重：

系统单相故障跳单相，单相重合闸；多相故障跳三相，不重合。

综重：

系统单相故障跳单相，单相重合闸；多相故障跳三相，三相重合。

三重：

系统任意故障跳三相，三相重合。

停用：

重合闸退出。

通过与保护的配合，还可以实现条件三重方式：

系统单相故障跳三相，三相重合。

多相故障跳三相，不重合；纵联差动保护和后备保护及零序保护定值中的控制字“相间故障永跳”和“三相故障永跳”投入，重合闸为三重方式。

2.12.2启动重合闸本装置的重合闸可以由以下方式启动

1、保护跳闸启动

（1）单相跳闸启动（包括本保护单跳和外部引入的单跳启动开入）

如果此时出现两相及以上的TWJ开入或两相及以上的跳闸命令，将闭锁单重。

保护单跳启动重合闸的条件为与门。

（保护发单项跳闸信号；跳闸相无电流且无跳令；不满足三相启动条件；重合闸处于单重或综重方式）

（2）保护三相跳闸启动重合闸（包括本保护三跳和外部引入的三跳启动开入）

保护三跳启动重合闸的条件为与门。

（保护发三跳信号、三相无流、重合闸处于三重或综重）

2、断路器位置不对应启动启动重合闸

断路器位置不对应启动重合闸的条件为与门。

（功能控制字“开关偷跳重合投入、单项或三相跳位继电器持续动作且断开相无流，与重合闸方式对应、合后继电器开入动作）

2.12.3重合闸放电条件

为了避免多次重合，必须在“充电”准备完成后才能启动合闸回路。

本装置重合闸逻辑中设有一软件计数器，模拟重合闸的充放功能。

1、重合闸“放电”条件。

（或门条件）

a、“充电”未满时，有跳闸位置继电器TWJ动作或有保护启动重合闸信号开入立即“放电”。

b、有三相跳位开入后200ms内重合闸仍未启动“放电”。

c、重合闸启动前压力不足，经延续400ms后“放电”。

d、重合闸停用方式时“放电”。

e、单重方式，如果三相跳闸位置继电器均动作或收到三跳命令或本保护装置三跳，则重合闸“放电”。

f、收到外部闭锁重合闸信号时立即“放电”。

G、合闸脉冲发出的同时“放电”。

H、如果现场运用重合闸的两套保护装置中的重合闸同时投入运行，以使重合闸也实现双重化。

有一套动作后，另一套立即闭锁。

2、重合闸“充电”条件。

（与门条件）

a.不满足重合闸放电条件；b.保护未启动；c.跳闸位置继电器返回。

重合闸充电时间为20秒或12秒（可选择），充电过程中装置面板的“重合闸

允许”信号灯闪烁，1秒闪烁一次，充电结束后该信号灯亮，放电以后该信号灯灭。

3.同期/无压鉴定

本装置重合闸同期/无压鉴定四种：

检无压、检同期、检无压方式时在有压时自动转检同期、非同期（不捡同期、无压）

4.沟通三跳（条件为或门）

1）重合闸处于三重方式或停用方式。

2）重合闸充电未充满。

3）重合闸失去电源。

满足沟通三跳条件后，重合闸出口板上的两付沟通三跳接点闭合，和另一条保护装置的BDJ串联，连到操作箱的三跳回路；同时若本保护发单跳命令则重合闸CPU补发三跳命令。

2.13正常运行程序

交流电压断线

PT断线检查分为不对称断线识别和三相失压识别两种。

在保护未启动时进行，保护启动后只保持启动前的标志。

PT断线时，距离保护退出，并退出静稳破坏启动元件。

零序电流保护的方向元件是否退出由控制字决定，不带方向的各段零序电流保护可以动作。

PT断线后若电压恢复正常0.5s后，装置PT断线信号自动复归，并报告相应的断线/失压消失事件，所有保护也自动恢复正常。

3.各插件原理说明

组成插件：

交流模件（AC），保护模件（CPU1、CPU2、COU3），COM模件，电源模件，跳闸出口模件（TRIP1、TRIP2），信号模件（SIGNAL），重合闸出口模件（TRIP3），远传出口模件（DTRIR），人机对话模件（MMI）。

3.1交流模件

输入量：

三相电流和零序电流。

三相电压。

3.2AD模件（名称AD++）

3.3模数转换A/D模件主要是完成对交流模拟量的数字转换。

本装置A/D回

路采样频率为1000HZ，具有滤波回路可滤除高次谐波以减少对保护的影响。

本装置有两套A/D回路构成双AD模件。

其中一块AD模件采用16位精度AD，由DSP管理数据采集，将数据送给保护CPU完成保护逻辑运算。

另一块AD模件本身具有CPU等模块，完成交流模拟量的转换、运算及启动元件判断等功能，以“逻辑与”的方式和保护CPU模件的启动回路构成启动继电器开放回路。

只有两块AD同时动作，保护才有出口，增强保护的可靠性。

3.4保护模件（CPU1、CPU2、COU3）

保护模件完成保护算法处理功能，采用国内32位高性能设计，在辅助完善的自检功能，为保护运算提供可靠、高速度的支持。

CPU1：

为纵联差动模件（内置光端机）。

CPU2：

为距离保护模件。

（与CPU3的CPU完全一致）

CPU3：

为重合闸模件。

3.5COM模件

COM模件完成公共的开入量接入、打印和接入监控系统的功能。

提供两个RS-485口，两个以太网口，一个打印机口。

3.6电源模件（POWER）

直流经滤波器、背板电源开关至内部电源模块，输出+5V、+24V给保护其他插件供电；

3.7跳闸出口模件（TRIP1、TRIP2）

TRIP1、TRIP2两个模件的硬件完全一致，提供继电器动作空接点，且均为瞬时动作返回接点。

TQ：

为保护三跳输出，TR：

保护永跳输出闭锁重合闸。

3.8信号模件（SIGNAL）

提供保护动作信号给中央控制信号。

3.9远传出口模件（DTRIR）

用于完成对侧输入开关量状态、通道告警、CT断线、过负荷、过电压信号输出。

3.10人机对话模件（MMI）

处理人机对话部分，完成液晶显示、键盘操作和打印功能。

保护事件、定值、通信规约处理等，由于采用大液晶、全汉化显示使得用户操作简单。

4.PSL603G保护运行方式控制整定说明。

4.1非全相再故障永跳或三跳：

非全相运行时，健全相再故障保护跳闸，如果要求闭锁重合闸则选永跳，否则选三跳。

永跳表示发三跳并且闭锁重合闸。

4.2相间故障永跳投退、三相故障永跳投退：

表示多相故障时是否闭锁重合闸。

在条件三重方式，即单相故障三跳三重，多相故障三跳不重时必须选择投入。

4.3突变量启动定值：

保证线路末端故障时有足够的灵敏度。

各CPU具有相同的启动灵敏度，整定值相同。

取：

0.2倍额定电流（CT为1A取0.2A，CT为5A取1A）。

4.4零序电流启动定值：

按躲过最大零序不平衡电流整定，参照零序Ⅳ段电流定值。

各CPU具有相同的启动灵敏度，整定值相同。

4.5重合闸无压定值：

用于三相或综重方式的负荷侧，在线路故障两侧三跳后，经线路无电压元件确认电源侧开关已三跳，才允许重合闸。

一般取线路电压的20%～30%。

4.6重合闸同期角度：

用于三相或综重方式的电源侧，在受电侧三相重合闸成功时，电源侧进行同期电压鉴定。

为保证电源侧开关可靠重合成功，一般取30～40度。

4.7单重长延时：

常用于线路高频保护（或纵联保护）退出，重合闸仍使用。

此值一般按线路对侧全现有灵敏度的零序保护段的延时在附加一个时间差来整定，也可和短延时相同。

“重合闸时间控制”连片退出时选长延时。

4.8单重短延时：

常用于线路高频保护（或纵联保护）投入。

一般取系统稳定的最佳重合时间（0.6～0.8S）。

“重合闸时间控制”连片投入时选短延时。

4.9三重长延时：

用于三相或综重方式,“重合闸时间控制”连片退出时选长延时。

4.10三重短延时：

用于三相或综重方式,“重合闸时间控制”连片投入时选短延时。

在采用单重方式是，三重长和短延时均取10S左右。

4.11电压、电流自检：

重合闸除了检查母线电压，还会根据重合方式和同期方式检查线路抽取电压，并在电压断线时发信号。

建议运行时投入。