北京四方CSC101C101D说明书0SF451042V100.docx

1、北京四方CSC101C101D说明书0SF451042V100CSC-101C/101D 数字式超高压线路保护装置说明书CSC-101C/101D数字式超高压线路保护装置说明书编 制：张月品 魏会利 校 核：徐振宇 标准化审查：梁路辉 审 定：黄少锋出 版 号：V1.00文 件 代 号：0SF.451.042出 版 日 期：2005年1月版权所有：北京四方继保自动化股份有限公司注：本公司保留对此说明书修改的权利。如果产品与说明书有不符之处，请您及时与我公司联系，我们将为您提供相应的服务。：010-*重 要 提 示感谢您使用北京四方继保自动化股份有限公司的产品。为了安全、正确、高效地使用本装置，

2、请您务必注意以下重要提示：1)本说明书仅适用于CSC-101C、CSC-101D数字式超高压线路保护装置。2)请仔细阅读本说明书，并按照说明书的规定调整、测试和操作。如有随机资料，请以随机资料为准。3)为防止装置损坏，严禁带电插拔装置各插件、触摸印制电路板上的芯片和器件。4)请使用合格的测试仪器和设备对装置进行试验和检测。5)装置如出现异常或需维修，请及时与本公司服务热线联系。6)本装置的出厂操作密码是：8888。第一篇 技术与原理说明1 概述1.1适用范围CSC-101C/101D (以下简称装置或产品)是适用于220kV及以上电压等级的数字式超高压线路保护装置，其主要功能包括纵联距离保护、

3、三段式距离保护、四段式零序保护、综合重合闸等。本装置侧重应用于同杆并架双回线路时，装置设计了传输允许式分相跳闸信号功能，可以保护区内跨线故障，并可以选相跳闸。1.2产品主要特点a)高性能、高可靠、大资源的硬件系统采用DSP和MCU合一的32位单片机，高性能的硬件体系保证了装置对所有继电器进行并行实时计算，并保持了总线不出芯片的优点，有利于保护装置的高可靠性。采用全新的前插拔组合结构，保持了前插拔维护方便的优点，兼有后插拔强弱电分离、强电回路直接从插件上出线的优点。大容量的故障录波，储存容量达4M，可以保存不少于24次事故录波。完整的事件记录和动作报告，可保存不少于2000条动作报告和2000次

4、操作记录，停电不丢失。 b)硬件自检智能化装置内部各模块采用智能化设计，在增加了模拟量、开入量、开出量和电源的自检功能后，实现了装置各模块的全面实时自检。模拟量采集回路采用双A/D冗余设计，实现了模拟量采集回路的实时自检。继电器检测采用新方法，可以检测到继电器励磁回路线圈完好性，实现了继电器状态的检测与异常告警。开入回路采用注入检测信号的新方法，开入状态经两路光隔同时采集后，才予确认和判断。对机箱内温度进行实时监测。c)用户界面人性化采用大液晶显示，可实时显示电流、电压、功率、压板状态、定值区等信息，汉化操作菜单简单易用，提供四个快捷键，可以实现“一键化”操作，方便了现场运行人员的操作。d)动

5、作过程透明化装置可以记录保护内部各元件的动作过程、逻辑过程和各种计算值，可通过四方公司提供的分析软件CSPC分析保护动作全过程。e)通信接口多样化装置可以提供两个高速的电以太网接口(可选光纤以太网接口)，以及一个LonWorks网络接口和一个RS-485接口。可采用IEC60870-5-103规约或四方公司CSC-2000规约，实现与变电站自动化系统和保护信息管理系统的接口。还在装置的前面板提供一个用于调试分析的RS-232接口。f)各种保护原理的综合应用各种保护继电器并行处理，充分利用各种突变量、稳态量等各种保护原理的优点，每一种原理均应用在充分条件下，实现在任何时候、任何故障情况都有全线快

6、速保护。g)各种选相原理的综合应用充分利用电流突变量选相、阻抗选相、电压选相、零负序稳态量选相原理的优点，实现在振荡闭锁、弱电源、复杂故障等情况下都能正确选相跳闸。h)具有同杆并架双回线跨线故障选相功能针对同杆双回线故障特点，以超范围允许式工作，不需引入另一回线的电量，仅依据本回线保护安装处的电流、电压，利用分相式通道传输允许信号，实现跨线故障选相跳闸。i)振荡闭锁解决方案采用零序和负序电流比较、R/T等判据，综合判断振荡闭锁期间的各种故障，并可根据不同系统情况、不同振荡周期等运行工况，自适应调整其动作门槛，保证了系统振荡时不失去快速保护功能。j)采用按相补偿方法将“按相补偿”方法应用于阻抗测

7、量中，使接地阻抗继电器具备较好的选相功能。结合按相补偿和快速滤波、快速计算等方法，构成了快速距离一段。1.3产品规格及功能配置装置的主要保护功能的配置见表1-1。 表1-1 CSC-101C/101D保护功能配置装置型号保 护 功 能纵联距离三段式距离保护四段式零序保护综合重合闸CSC-101CCSC-101D型号说明举例：1)装置型号说明见图1-1：CSC 10 1 C 适用于同杆并架线且无重合闸 纵联距离为主保护高压线路保护系列四方公司CSC系列产品代号图1-1 型号说明2)CSC-101C不包括综合重合闸功能。可适用于包括双母线和一个半断路器接线的各种接线形式。3)CSC-101D包括综

8、合重合闸功能。适用于双母线接线形式。1.4产品外形尺寸和安装尺寸装置使用符合IEC60297-3标准、高度为4U的19英寸机箱。采用整体嵌入式安装，插座与接线端子直接连接。安装开孔尺寸见图12。图1-21.5产品执行的标准装置执行的标准为北京四方继保自动化股份有限公司企业标准：Q/HDSFJ009-2003CSC-100系列数字式超高压线路保护装置。2. 技术条件2.1环境条件装置在以下环境条件下能正常工作：a)工作环境温度：-1055，运输中短暂的贮存环境温度-2570， 在此极限值下不施加激励量，装置不出现不可逆的变化，温度恢复后，装置应能正常工作；b)相对湿度：最湿月的月平均最大相对湿度

9、为90，同时该月的月平均最低温度为25且表面无凝露；c)大气压力：80kPa110kPa；d)使用场所不得有火灾、爆炸、腐蚀等危及装置安全的危险和超出本说明书规定的振动、冲击和碰撞。2.2额定参数交流电压：100/V（相）；线路抽取电压：100V或100/V。交流电流：5A或1A（由用户选择，并在订货时说明）。交流频率：50Hz。直流电压：220V或110V（由用户选择，并在订货时说明）。2.3电气绝缘性能2.3.1介质强度产品能承受GB/T14598.3-1993（eqv IEC60255-5）规定的交流电压为2kV（弱电回路为500V）、频率为50Hz、历时1min的介质强度试验，而无击穿

10、和闪络现象。2.3.2绝缘电阻用开路电压为500V的测试仪器测定产品的绝缘电阻值不小于100M，符合IEC60255-5：2000的规定。2.3.3冲击电压产品能承受GB/T14598.3-1993（eqv IEC60255-5）规定的峰值为5kV（强电回路）或1kV（弱电回路）的标准雷电波的冲击电压试验。2.4机械性能2.4.1振动产品能承受GB/T 11287（idt IEC60255-21-1）规定的级振动响应和振动耐受试验。2.4.2冲击和碰撞产品能承受GB/T 14537（idt IEC60255-21-2）规定的级冲击响应和冲击耐受试验，以及级碰撞试验。2.5电磁兼容性2.5.1脉

11、冲群干扰装置能承受GB/T 14598.13（eqv IEC60255-22-1）规定的1MHz和100kHz脉冲群干扰试验（第一半波电压幅值共模为2.5kV，差模为1kV）。2.5.2静电放电干扰产品能承受GB/T 14598.14（idt IEC60255-22-2）规定的4级（接触放电8kV）静电放电干扰试验。2.5.3辐射电磁场干扰产品能承受GB/T 14598.9（idt IEC60255-22-3）规定的3级（10V/m）的辐射电磁场干扰试验。2.5.4快速瞬变干扰装置能承受GB/T 14598.10（idt IEC60255-22-4）规定的级（通信端口2 kV，其它端口4kV）

12、的快速瞬变干扰试验。2.6安全性能产品符合GB 16836外壳防护等级不低于IP20、安全类别为类。2.7热性能（过载能力）产品的热性能（过载能力）符合DL/T 478-2001的以下规定：a)交流电流回路：在2倍额定电流下连续工作，10倍额定电流下允许工作10s，40倍额定电流下允许工作1s；b)交流电压回路：在1.2倍额定电压下连续工作，1.4倍额定电压下允许工作10s。2.8功率消耗产品的功率消耗符合DL/T 478-2001的以下规定：a)交流电流回路：当In=5A时，不大于1VA/相；当In=1A时，不大于0.5VA/相；b)交流电压回路：在额定电压下不大于0.5VA/相；c)直流电

13、源回路：当正常工作时，不大于35W；当保护动作时，不大于60W。2.9输出触点容量1) 跳闸触点容量：在电压不大于250V、电流不大于1A、时间常数L/R为（50.75）ms的直流有感负荷回路中，触点断开容量为50W，长期允许通过电流不大于5A；2) 其它触点容量：在电压不大于250V、电流不大于0.5A、时间常数L/R为（50.75）ms的直流有感负荷回路中，触点断开容量为30W，长期允许通过电流不大于3A。2.10技术参数2.10.1交流回路精确工作范围a)相电压：0.4V70V； b)检同期电压：1V120V（Un=100V）；c)电流：0.1In30In。2.10.2纵联距离元件a)整

14、定范围：0.0139.9(5A), 0.05200(1A)；b)动作时间：不大于25ms。2.10.3纵联零序方向元件a)整定范围：0.1In30In；b)零序动作电压：3U0 1V；c)动作时间：不大于25ms。2.10.4距离元件a)整定范围：0.0139.9(5A), 0.05200(1A)；b)距离段的暂态超越：不大于4%；c)距离段动作时间：0.7倍整定值以内时，不大于20ms；d)测距误差（不包括装置外部原因造成的误差）金属性短路时，不大于+2%；有较大过渡电阻时，测距误差将增大。2.10.5零序过流元件a)整定范围：0.1 In 30In；b)零序段的暂态超越 ：不大于4%；c)

15、零序电流段的动作时间：1.2倍整定值时，不大于20ms。2.10.6综合重合闸a)无电压元件：0.3 Un3%； b)有压元件：0.7 Un3%c)检同期元件：IQD或 3i0IQD其中：i=| |iK-iK-T|-|iK-T-iK-2T| |，指AB、BC、CA三种相别， 、 分别为当前时刻和1周前、2周前时刻的电流采样值； 3i0 零序电流突变量； IQD 突变量起动定值。当任意相间电流突变量或零序电流突变量连续4次大于起动定值时，保护启动。2) 零序辅助启动元件，主要用于解决大过渡电阻接地短路时，突变量启动元件灵敏度不够的问题。判据为：3I0 0.9* I0DZ其中：I0DZ 取下列情况

16、的最小值：a）零序段定值；b）零序反时限电流定值；c）纵联零序定值。此条件持续满足30ms后，保护启动。3) 为保证静稳失稳情况下，保护能够准确工作，本保护还设置了静稳失稳启动元件，其判据为：a）：A，B，C 三相电流中，三相电流均大于静稳电流定值，且电流突变量启动元件未启动。b）：AB、BC、CA三个相间阻抗，三个测量阻抗均落入距离段范围内，且电流突变量启动元件未启动。以上任一条件满足持续30ms后，判断为静稳破坏，保护启动。4) 满足以下条件时，弱馈低电压元件启动：a)电流突变量元件不启动；b)纵联压板投入，且弱电源保护的功能投入；c)电压低于30V；d)有收信（无论闭锁式还是允许式）。5

17、) 重合闸的启动元件将在重合闸功能部分介绍。3.1.2距离元件3.1.2.1距离测量元件本保护中，距离测量元件采用微分方程算法。对单相接地阻抗有：U L +R (I +Kr3I0)， = A；B； C；对相间阻抗有：U L + R I ， =AB；BC； CA； 其中： Kx=(X0-X1)/ (3X1)，Kr=(R0-R1)/ ( 3R1)。通过求解以上微分方程，可得保护安装处的测量电阻R和测量电抗 X=2fL。3.1.2.2 距离元件的动作特性距离保护的动作特性均为多边形特性（如图3-1），其中，XDZ按保护范围整定；RDZ按躲负荷阻抗整定（一般情况下）。RDZ的独立整定可满足长、短线路的

18、不同要求，通过灵活调整可提高对短线路允许过渡电阻的能力，以及对长线路避越负荷阻抗的能力，适当选择多边形上边的下倾角，可提高躲区外故障超越能力。 (a) (b)图3-1 距离元件的动作特性设置小矩形动作区是为了保证在出口故障和重合闸时，保证距离保护动作的可靠性。小矩形动作区的X、R取值见表3-1：表3-1X取值当XDZ 时，取XDZ/2 当XDZ 时，取 (In=1A、5A)R取值8倍上述X取值与RDZ/4两者中的最小值其中，XDZ 是相应元件的电抗定值，RDZ 是相应元件的电阻定值。3.1.2.3距离方向元件 为了解决距离保护出口故障的死区问题，在距离保护中设置了专门的方向元件，1）对于对称故

19、障，采用记忆电压（即故障前的电压），同故障后电流比相来判别故障方向。2）对于不对称故障，采用负序方向来作为方向判别依据。距离元件的动作条件为：方向元件判为正方向，且计算阻抗在整定的四边形范围内。3.1.3零序方向元件零序元件也设有正、反两个方向的方向元件，正向元件的整定值可以整定，反向元件不需整定，灵敏度自动比正向元件高，反方向元件电流门槛取为正方向元件的0.625倍。零序方向元件的动作区见图32。零序正方向动作区为：18arg（3I0/3U0）180。零序反方向动作区为：-162arg（3I0/3U0）0。图3-2 零序方向动作区a) 零序正方向元件的动作判据为：3I03I0DZ，且零序方向

20、元件位于正方向动作区。其中：3I0DZ指纵联零序电流定值3I0、零序段电流定值I01、I02、I03和I04的最小值。b) 零序反方向元件的动作判据为：3I00.625*3I0DZ，且零序方向元件位于反方向动作区。鉴于零序方向保护因3U0极性接反而误动作的事件屡见不鲜，本保护采用自产3U0，即由软件将三个相电压相加而获得3U0，供零序方向元件方向判别用。用于判零序方向的3U0门槛为1V有效值。3.1.4负序方向元件负序方向元件主要作为不对称故障时开放阻抗方向的判据。负序方向元件的动作区见图33。负序正方向动作区为：18arg（3I2/3U2）180。负序反方向动作区为：-162arg（3I2/

21、3U2）0。图3-3 负序方向元件动作区在CSC-101C/101D保护装置中，纵联负序方向元件不设专门定值，采用纵联零序定值作为负序方向元件的定值。3.1.5选相元件选相元件用以判别故障的相别，利用各种选相原理判别不同故障情况以满足保护选相跳闸的要求。CSC-101C/101D保护装置针对不同的情况，综合利用各种选相原理，在电流突变量起动后的故障初期采用电流突变量选相元件。在振荡闭锁模块中，退出突变量选相元件，采用稳态序分量选相元件。电流突变量选相和稳态序分量选相均不适用于弱电源、终端变等故障小电流或无电流的情况，此时采用低电压选相元件。3.1.5.1电流突变量选相元件电流突变量选相元件采用

22、相电流差突变量IAB、IBC和ICA，通过对三个相间电流的大小比较，得到故障相别。各种故障下相电流差的突变量IAB、IBC和ICA 的大小比较如表3-2所示（表中“”表示较大，“”表示很大，“”表示较小）：表32选相结果电流突变量ABCABBCCAABCIABIBCICA 如果将IAB、IBC和ICA 按大、中、小排序，得到Imax、Imid和Imin对不同类型故障有以下结果： 单相接地故障： （Imax - Imid） （Imid - Imin） 相间故障： （Imax - Imid） （Imid - Imin） 三相故障： （Imax Imid Imin ） 其中的符号含义分别为： 远小于

23、； 远大于； 约等于。对单相接地故障，Imax和Imid对应的公共相即为故障相。例如：在ImaxIAB和ImidICA时，判定A相为故障相。对相间故障，则Imax 对应的相别即为故障相。例如：在ImaxIAB时，判定AB相为故障相。3.1.5.2稳态序分量选相元件稳态序分量选相元件主要根据零序电流和负序电流的角度关系，再结合相间测量阻抗排除法进行选相。根据理论分析，当发生A相接地或BC两相接地（包括经较小弧光电阻接地）时，如果以为基准向量，那么，位于-30+30区内，当BC两相短路接地电阻增大时，越滞后于。根据的角度关系划分为六个相区，如图3-4所示。（1）-30+30 对应A或BC；（2）+

24、90 +30 对应AB；（3）+150 +90 对应C或AB；（4）-150 +150对应CA；（5）-90 -150对应B或CA；（6）-150 -30对应BC。在以上（2）、（4）、（6）单一故障类型的相区，直接确认为相应的两相接地故障。在（1）、（3）、（5）有单相及两相接地两种故障类型的相区，由于两种故障类型的相别总是不相关的，所以，可通过计算相间阻抗来区别。若相间测量阻抗在相间阻抗的动作特性以外，则排除了相间故障的可能性，这样，就可以判为相应相别的单相接地故障。否则判为相应相别的相间故障。 图3-4 稳态序分量选相区域3.1.5.3低电压选相元件低电压选相元件主要是为了满足弱电源侧保

25、护选相的要求，在电流突变量选相和零负序稳态量选相失败的情况下，且未出现TV断线时，才投入低电压选相元件。其判据为：1)某一相电压小于30V，且其他两相电压都大于0.8Un，则判定电压低的那一相为故障相；2)相间电压低于30V，判为相间故障。3.1.5.4跨线故障选相元件跨线故障选相元件采用基于故障电压比较、故障相电流相位判别的电压电流综合选相元件。该元件首先判别跨线相别，以相间电压最小或相电流最大的两相假定为跨线故障相，然后，根据故障相电流相位的区别，再判别是跨线故障还是同一点发生了相间故障。3.1.6振荡闭锁开放元件在电流突变量启动后的150ms之内，系统不会出现振荡情况，因此，CSC-10

26、1C101D保护装置不考虑振荡闭锁，固定投入所有距离元件；在电流突变量启动150ms之后或经静稳失稳或零序辅助启动后，距离元件需要经开放元件开放，防止振荡过程中距离保护元件的误动作。对于不对称故障和三相短路，振荡闭锁开放元件是不同的。1）不对称故障开放元件：利用零序和负序电流特征可区分是发生了故障还是振荡。其开放判据为：|I0|m1|I 1|或|I 2|m2|I 1|为了防止振荡系统切除时零序和负序电流不平衡输出引起保护的误动，保护经短延时确认动作。2）三相故障开放元件。振荡中三相故障的判别主要是基于如下分析：a)系统振荡时，保护安装处的测量电阻或测量阻抗随时间不断地持续变化，且有时变化缓慢、

27、有时变化剧烈，变化速率取决于振荡周期和功角。其中，测量电阻随时间变化的情况如图3-5（a）中的曲线1或曲线2所示。图中，Rf为负载电阻分量，Tz为振荡周期。振荡时，测量阻抗在RX平面上的轨迹如图3-5（b）所示。测量阻抗轨迹是一条直线还是圆弧，决定于两侧电源等值电动势的大小。b)被保护线路发生短路后，测量阻抗的电阻分量虽然也可能因电弧拉长而有所变化，但分析和计算指出，电弧电阻的变化速率远小于迄今记录的最大可能的振荡周期所对应的电阻变化速率。于是，短路后，测量电阻基本上为短路电阻RK，其数值变化很小或几乎维持不变，如图3-6所示。测量阻抗也有类似的规律。图3-5 振荡时测量电阻的轨迹（a）Rm随

28、时间变化； （b）RX平面轨迹图3-6 故障前后测量电阻随时间变化的轨迹对比图3-5和 3-6可以看出，如果在某一个时间段内，测量电阻一直在变化，且超过一个门槛值，则可以判定为系统处于振荡状态。为此，考察振荡期间电阻变化最小的情况。由图3-5和分析可以知道，电阻变化最小的情况出现在：（1）180附近；（2）最大的振荡周期TZMAX。于是，将这一部分的电阻变化轨迹放大后，示于图3-7。 图3-7 测量电阻变化最小的情况由图3-7可知，对应一个时间，就得出一个电阻变化的最小值，这样，在任何的振荡周期和任何的时间期间，均有：。因此，考虑误差和裕度后，取下式作为振荡判别的条件： （1）其中，K为小于1的可靠系数。当然，公式（1）还应考虑系统的综合阻抗。并且，每调整一个时间，就可以得出对应的