500KV微机线路保护教材.docx

1、500KV微机线路保护教材第一部分微机线路保护兆光电厂二期工程新建2600MW机组，2回500KV线路至霍州500KV变电站，线路长度约14km。新建机组（3#，4#）与500KV线路组成2个完整串，主接线为一个半断路器接线形式。具体间隔排列顺序如下: I母 II母第一串 霍州I 3#发变组第二串 4#发变组 霍州II第一章线路保护一.概述 兆光电厂至霍州变电站I回500KV线路采用一期运行设备，即：两套完全独立的光纤电流差动主保护，一套为上海继电器厂提供的MCD-H1光纤电流差动保护，一套为北京光耀提供的L90型光纤电流差动保护，两套主保护都有独立的选相功能。两套完全独立的后备保护均为太原南

2、瑞公司生产的RCS-902A微机距离保护。远方跳闸和就地判别由两套RCS-925A就地判别保护装置实现，构成500KV保护双重“一取一”经就地判别的方式。II回500KV线路保护配置为北京众合瑞及南瑞公司生产的7SD522及RCS-931AM（含后备保护功能）型总联电流差动保护装置各一套、国电南自公司生产的PSL602GA型后备保护装置与SSR530远方就地判别装置各一套、南瑞公司生产的RCS-925A型远方就地判别装置一套。二 两回线路保柜护具体配置 I回500KV线路保护由MXH-903/B光纤分相电流纵差保护柜，L90型分相电流差动保护柜和RCS-902A-54微机距离保护柜三个柜共同组

3、成。MXH-903/B光纤分相电流纵差保护柜包括：MCD-H1型光纤电流差动保护装置，RCS-902A型微机距离保护装置，RCS-925A型就地判别装置和打印机。L90型分相电流差动保护柜包括：L90型光纤电流差动保护装置。RCS-902A-54微机距离保护柜包括：RCS-902A型微机距离保护装置和RCS-925A型就地判别装置。 II回500KV线路保护由PSL-800型分相电流差动保护柜和PRC31AM-54型分相电流差动保护柜两柜共同组成。PSL-800型分相电流差动保护柜包括：7SD522型光纤电流差动保护装置，PSL602GA型微机距离保护装置及SSR530远方就地判别装置。PRC

4、31AM-54型分相电流差动保护柜包括：PRC931AM型光纤电流差动保护装置，RCS-925A型就地判别装置和交流打印机。三 各装原理及特点介绍 于第一套各保护装置及PSL602GA型微机距离保护装置在一期记得电气二次培训教材中已经进行过详细说明，这里就不再重复。第一节931AM型 光纤电流差动保护装置1.简介1.1 应用范围本系列装置为由微机实现的数字式超高压线路成套快速保护装置，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 性能特征􀁺 设有分相电流差动和零序电流差动继电器全线速跳功能。􀁺 后缀带字母Z 的保护装置还设有纵联距离和纵

5、联零序保护实现全线速动，可作为分相电流差动保护的补充。􀁺 采用最新算法对暂态和稳态电容电流进行补偿，提高了差动保护的灵敏度。􀁺 更加完善的同步处理，对侧电流、差动电流、补偿后差动电流在线显示。􀁺 通道状态自动检测，通道故障时自动记录当时通道状况，每个通道均有详细的通道状态量显示。􀁺 每天定时形成通道状态统计报告，便于监视通道质量的变化情况。􀁺 通道自动监测，通道接收状态在线显示，通道故障自动闭锁差动保护。􀁺 动作速度快，线路近处故障跳闸时间小于10ms，线路中间故障跳闸时间小于15ms，

6、线路远处故障跳闸时间小于25ms。􀁺 反应工频变化量的测量元件采用了具有自适应能力的浮动门槛，对系统不平衡和干扰具有极强的预防能力，因而测量元件能在保证安全性的基础上达到特高速，起动元件有很高的灵敏度而不会频繁起动。先进可靠的振荡闭锁功能，保证距离保护在系统振荡加区外故障时能可靠闭锁，而在振荡加区内故障时能可靠切除故障。􀁺 灵活的自动重合闸方式。􀁺 装置采用整体面板、全封闭机箱，强弱电严格分开，取消传统背板配线方式，同时在软件设计上也采取相应的抗干扰措施，装置的抗干扰能力大大提高，对外的电磁辐射也满足相关标准。􀁺 完善的事

7、件报文处理，可保存最新256 次动作报告，24 次故障录波报告。􀁺 友好的人机界面、汉字显示、中文报告打印。􀁺 后台通信方式灵活，配有RS-485 通信接口(可选双绞线、光纤)或以太网。􀁺 支持三种对时方式：秒脉冲对时、分脉冲对时、IRIGB 码对时。􀁺 支持电力行业标准DL/T667-1999（IEC60870-5-103 标准）的通信规约。􀁺 与COMTRADE 兼容的故障录波。2 技术参数2.1 机械及环境参数机箱结构尺寸：482mm177mm291mm；嵌入式安装正常工作温度：040极限工作温度：

8、-1050贮存及运输： -25702.2 额定电气参数直流电源：220V，110V 允许偏差：+15，-20交流电压：100 3V （额定电压Un）交流电流：5A，1A （额定电流In）频 率：50Hz/60Hz过载能力：电流回路： 2 倍额定电流，连续工作10 倍额定电流，允许10S40 倍额定电流，允许1S电压回路：1.5 倍额定电压，连续工作功 耗：交流电流：1VA/相（In=5A）0.5VA/相（In=1A）交流电压：0.5VA/相直 流：正常时35W跳闸时50W2.3 主要技术指标2.3.1 整组动作时间工频变化量距离元件：近处310ms 末端20ms差动保护全线路跳闸时间：25ms

9、（差流1.5 倍差动电流高定值）距离保护段：20ms2.3.2 起动元件电流变化量起动元件，整定范围0.1In0.5In零序过流起动元件，整定范围0.1In0.5In2.3.3 工频变化量距离动作速度：10ms（ OP Z U 2U 时）整定范围：0.17.5（In=5A） 0.537.5（In=1A）2.3.4 距离保护整定范围： 0.0140(In=5A) 0.05200(In=1A)距离元件定值误差：5精确工作电压：0.25VNARI-RELAYS RCS-931AM(Z)_SC 型超高压线路成套保护装置3 软件工作原理3.1 装置总起动元件起动元件的主体以反应相间工频变化量的过流继电器

10、实现，同时又配以反应全电流的零序过流继电器互相补充。反应工频变化量的起动元件采用浮动门坎，正常运行及系统振荡时变化量的不平衡输出均自动构成自适应式的门坎，浮动门坎始终略高于不平衡输出。在正常运行时由于不平衡分量很小，装置有很高的灵敏度，当系统振荡时，自动抬高浮动门坎而降低灵敏度，不需要设置专门的振荡闭锁回路。因此，起动元件有很高的灵敏度而又不会频繁起动，装置有很高的安全性。3.1.1 电流变化量起动 IMAX 是相间电流的半波积分的最大值；Izd 为可整定的固定门坎； It 为浮动门坎；该元件动作并展宽秒，去开放出口继电器正电源。3.1.2 零序过流元件起动当外接零序电流和自产零序电流均大于整

11、定值时，零序起动元件动作并展宽秒，去开放出口继电器正电源。3.1.3 位置不对应起动这一部分的起动由用户选择投入。当控制字“不对应起动重合”整定为“1”,重合闸充电完成的情况下，如有开关偷跳，则总起动元件动作并展宽15 秒，去开放出口继电器正电源。3.1.4 低电压或远跳起动发生区内三相故障，弱电源侧电流起动元件可能不动作，此时若收到对侧的差动保护允许信号，则判别差动继电器动作相关相、相间电压，若小于65额定电压，则辅助电压起动元件动作，去开放出口继电器正电源秒。当本侧收到对侧的远跳信号且定值中“远跳受本侧控制”置“0”时，去开放出口继电器正电源500ms。3.2 保护起动元件保护起动元件与总

12、起动元件一致。3.3 工频变化量距离继电器电力系统发生短路故障时，其短路电流、电压可分解为故障前负荷状态的电流电压分量和故障分量，反应工频变化量的继电器只考虑故障分量，不受负荷状态的影响。正、反方向故障时，工频变化量距离继电器动作特性如下图；正方向故障时，测量阻抗K Z 在阻抗复数平面上的动作特性是以矢量S Z 为圆心，以S ZD Z + Z 为半径的圆，如上左图所示，当K Z 矢量末端落于圆内时动作，可见这种阻抗继电器有大的允许过渡电阻能力。当过渡电阻受对侧电源助增时，不存在超越问题。对反方向短路, 测量阻抗K Z 在阻抗复数平面上的动作特性是以矢量S Z 为圆心，以S ZD Z Z 为半径

13、的圆，动作圆在第一象限，而因为K Z 总是在第三象限，因此，阻抗元件有明确的方向性。工频变化量阻抗元件由距离保护压板投退。3.4 电流差动继电器电流差动继电器由三部分组成：变化量相差动继电器、稳态相差动继电器和零序差动继电器。3.4.1 变化量相差动继电器动作方程：IH 为“1.5 倍差动电流起动值”（整定值）和1.5 倍实测电容电流的大值；实测电容电流由正常运行时未经补偿的差流获得；3.4.3 稳态段相差动继电器动作方程：3.4.4 零序差动继电器对于经高过渡电阻接地故障，采用零序差动继电器具有较高的灵敏度，由零序差动继电器，通过低比率制动系数的稳态差动元件选相，构成零序差动继电器，经45m

14、s 延时动作。其动作方程：3.4.5 电容电流补偿对于较长的输电线路，电容电流较大，为提高经过渡电阻故障时的灵敏度，需进行电容电流补偿。传统的电容电流补偿法只能补偿稳态电容电流，在空载合闸、区外故障切除等暂态过程中，线路暂态电容电流很大，此时稳态补偿就不能将此时的电容电流补偿。931 采用暂态电容电流补偿方法，对电容电流的暂态分量也进行补偿。对于不带并联电抗器的输电线路，用型等效电路求得线路各相的电容电流，对于正常运行、空载合闸和区外故障切除等情况下的电容电流稳态分量和暂态分量都能给予较好的补偿，提高了差动保护的灵敏度。对于安装有并联电抗器的输电线路，由于并联电抗器已经补偿了部分电容电流，因此

15、在做差动保护时，需补偿的电容电流为上述计算的电容电流减去并联电抗器电流L i 。对于较短的输电线路，电容电流很小，差动保护无需电容电流补偿功能即可满足灵敏度的要求。可通过控制字“投电容电流补偿”将电容电流补偿功能退出。3.4.6 TA 断线TA 断线瞬间，断线侧的起动元件和差动继电器可能动作，但对侧的起动元件不动作，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TA 断线作同样处理。TA 断线时发生故障或系统扰动导致起动元件动作，若控制字“TA 断线闭锁差动”整定为“1”，则闭锁电流差动保护；若控制字“TA 断线闭锁差动”整定为“0”，且该相差流大

16、于“TA 断线差流定值”（整定值），仍开放电流差动保护。3.4.7 TA 饱和当发生区外故障时，TA 可能会暂态饱和，装置中由于采用了较高的制动系数和自适应浮动制动门槛，从而保证了在较严重的饱和情况下不会误动。3.4.8 采样同步两侧装置一侧作为参考端（纵联码大的一侧），另一侧作为同步端（纵联码小的一侧）。以同步方式交换两侧信息，参考端采样间隔固定，并在每一采样间隔中固定向对侧发送一帧信息。同步端随时调整采样间隔，直到满足同步条件为止。两侧装置采样同步的前提条件为:1、通道单向最大传输时延15ms。2、通道的收发路由一致（即：两个方向的传输延时相等）。3.4.9 通道连接方式装置可采用“专用光

17、纤”或“复用通道”。在纤芯数量及传输距离允许范围内，优先采用“专用光纤”作为传输通道。当功率不满足条件，可采用“复用通道”。专用光纤的连接方式如图 3.4.1 所示双通道差动保护也可以两个通道都采用专用光纤；或一个通道复用，另外一个通道采取专用光纤，这种情况下，建议通道A选用专用光纤。3.4.10 通信时钟数字差动保护的关键是线路两侧装置之间的数据交换。RCS-931系列装置采用同步通信方式（装置型号中带有字母M的通信速率为2048kbit/s，不带有字母M的通信速率为64kbit/s，如：RCS-931A通信速率为64kbit/s,RCS-931AM通信速 率2048kbit/s）2 。差动

18、保护装置发送和接收数据采用各自的时钟，分别为发送时钟和接收时钟。保护装置的接收时钟固定从接收码流中提取，保证接收过程中没有误码和滑码产生。发送时钟可以有两种方式，1、采用内部晶振时钟；2、采用接收时钟作为发送时钟。采用内部晶振时钟作为发送时钟常称为内时钟（主时钟）方式，采用接收时钟作为发送时钟常称为外时钟（从时钟）方式。两侧装置的运行方式可以有三种方式：1、两侧装置均采用从时钟方式；2、两侧装置均采用内时钟方式；3、一侧装置采用内时钟，另一侧装置采用从时钟（这种方式会使整定定值更复杂，故不推荐采用）。通过整定控制字“内部时钟”来决定通信时钟方式。控制字“内部时钟”置为1，装置自动采用内时钟方式

19、；反之，自动采用外时钟方式。对于64kbit/s 速率的装置，其“内部时钟”控制字整定如下：1. 保护装置通过专用纤芯通信时，两侧保护装置的“内部时钟”控制字都整定成：12. 保护装置通过PCM 机复用通信时，两侧保护装置的“内部时钟”控制字都整定成：0对于2048kbit/s 速率的装置，其“内部时钟”控制字整定如下：1. 保护装置通过专用纤芯通信时，两侧保护装置的“内部时钟”控制字都整定成：1；2. 保护装置通过复用通道传输时，两侧保护装置的“内部时钟”控制字按如下原则整定：a.当保护信息直接通过同轴电缆接入SDH 设备的2048kbit/s 板卡，同时SDH 设备中2048kbit/s

20、通道的“重定时”功能关闭时，两侧保护装置的“内部时钟”控制字置（推荐采用此方式）；b. 当保护信息直接通过同轴电缆接入SDH 设备的2048kbit/s 板卡，同时SDH设备中2048kbit/s 通道的“重定时”功能打开时，两侧保护装置的“内部时钟”控制字置；c. 当保护信息通过通道切换等装置接入SDH 设备的2048kbit/s 板卡，两侧保护装置的“内部时钟”控制字的整定需与其它厂家的设备配合。注: 对于双通道差动保护装置，两个通道的时钟分别通过“通道A内部时钟”、“通道B内部时钟”来设置。3.4.11 纵联标识码为提高数字式通道线路保护装置的可靠性， 保护装置提供纵联标识码功能,在定值

21、项中分别有“本侧纵联码”和“对侧纵联码”两项用来完成纵联标识码功能。本侧纵联码和对侧纵联码需在定值项中整定，范围均为065535，纵联码的整定应保证全网运行的保护设备具有唯一性，即正常运行时，本侧纵联码与对侧纵联码应不同，且与本线的另一套保护的纵联码不同，也应该和其它线路保护装置的纵联码不同（保护校验时可以整定相同，表示自环方式）。保护装置根据本装置定值中本侧纵联码和对侧纵联码定值决定本装置的主从机方式，同时决定是否为通道自环试验方式，若本侧纵联码和对侧纵联码整定一样，表示为通道自环试验方式，若本侧纵联码大于等于对侧纵联码，表示本侧为主机，反之为从机。保护装置将本侧的纵联码定值包含在向对侧发送

22、的数据帧中传送给对侧保护装置，对于双通道保护装置，当通道A 接收到的纵联码与定值整定的对侧纵联码不一致时，退出通道A 的差动保护，报“CHA 纵联码错”、“通道A 异常”告警。“CHA 纵联码错”延时100ms 展宽1S 报警；通道B 与通道A 类似。对于单通道保护装置，当接收到的纵联码与定值整定的对侧纵联码不一致时，退出差动保护，报“纵联码接收错”、“通道异常”告警。在通道状态中增加对侧纵联码的显示，显示本装置接收到的纵联码，若本装置没有接收到正确的对侧数据，对侧纵联码显示“”符号。若通道接收到的纵联码与定值不符，接收到的对侧纵联码会闪烁显示，提示用户纵联码接收错误。3.5 距离继电器本装置

23、设有三阶段式相间和接地距离继电器，继电器由正序电压极化，因而有较大的测量故障过渡电阻的能力；当用于短线路时，为了进一步扩大测量过渡电阻的能力，还可将、段阻抗特性向第象限偏移；接地距离继电器设有零序电抗特性，可防止接地故障时继电器超越。正序极化电压较高时，由正序电压极化的距离继电器有很好的方向性；当正序电压下降至10%以下时，进入三相低压程序，由正序电压记忆量极化，、段距离继电器在动作前设置正的门坎，保证母线三相故障时继电器不可能失去方向性；继电器动作后则改为反门坎，保证正方向三相故障继电器动作后一直保持到故障切除。段距离继电器始终采用反门坎，因而三相短路段稳态特性包含原点，不存在电压死区。当用

24、于长距离重负荷线路，常规距离继电器整定困难时，可引入负荷限制继电器，负荷限制继电器和距离继电器的交集为动作区，这有效地防止了重负荷时测量阻抗进入距离继电器而引起的误动。3.5.1 低压距离继电器当正序电压小于10Un 时，进入低压距离程序，此时只可能有三相短路和系统振荡二种情况；系统振荡由振荡闭锁回路区分，这里只需考虑三相短路。三相短路时，因三个相阻抗和三个相间阻抗性能一样，所以仅测量相阻抗。一般情况下各相阻抗一样，但为了保证母线故障转换至线路构成三相故障时仍能快速切除故障，所以对三相阻抗均进行计算，任一相动作跳闸时选为三相故障。正方向故障暂态动作特性如图 3.5.1，测量阻抗K Z 在阻抗复

25、数平面上的动作特性是以Z ZD 至 ZS 连线为直径的圆，动作特性包含原点表明正向出口经或不经过渡电阻故障时都能正确动作，并不表示反方向故障时会误动作；反方向故障时的动作特性必须以反方向故障为前提导出。反方向故障暂态动作特性如图 3.5.2，测量阻抗Zk 在阻抗复数平面上的动作特性是以ZZD 与Z S 连线为直径的圆，当Zk 在圆内时动作，可见，继电器有明确的方向性，不可能误判方向。以上的结论是在记忆电压消失以前，即继电器的暂态特性，当记忆电压消失后，测量阻抗K Z 在阻抗复数平面上的动作特性如图 3.5.3，反方向故障时， Z K 动作特性也如图 3.5.3。由于动作特性经过原点，因此母线和

26、出口故障时，继电器处于动作边界；为了保证母线故障，特别是经弧光电阻三相故障时不会误动作，因此，对、段距离继电器设置了门坎电压，其幅值取最大弧光压降。同时，当、距离继电器暂态动作后，将继电器的门坎倒置，相当于将特性圆包含原点，以保证继电器动作后能保持到故障切除。为了保证段距离继电器的后备性能，段距离元件的门坎电压总是倒置的，其特性包含原点。3.5.2 接地距离继电器3.5.2.1 段接地距离继电器段接地距离继电器的特性与低压时的暂态特性完全一致，见图 3.5.1、图 3.5.2，继电器有很好的方向性。3.5.2.2 、段接地距离继电器 由正序电压极化的方向阻抗继电器：、段极化电压引入移相角1，其

27、作用是在短线路应用时，将方向阻抗特性向第象限偏移，以扩大允许故障过渡电阻的能力。其正方向故障时的特性如图 3.5.4所示。1 取值范围为0、15、30。由图 3.5.4 可见，该继电器可测量很大的故障过渡电阻，但在对侧电源助增下可能超越，因而引入了第二部分零序电抗继电器以防止超越。 零序电抗继电器零序电抗特性。如图 3.5.4 中直线。当I 0与I 同相位时，直线A 平行于R 轴，不同相时，直线的倾角恰好等于I 0 相对于I+ K 3 I 0的相角差。因此，零序电抗特性对过渡电阻有自适应的特征。实际的零序电抗特性要下倾12，所以当实际系统中由于二侧零序阻抗角不一致而使I 0与过渡电阻上压降有相

28、位差时，继电器仍不会超越。由带偏移角1 的方向阻抗继电器和零序电抗继电器二部分结合，同时动作时，、段距离继电器动作，该距离继电器有很好的方向性，能测量很大的故障过渡电阻且不会超越。3.5.3 相间距离继电器3.5.3.1 段相间距离继电器继电器的极化电压采用正序电压，不带记忆。因相间故障其正序电压基本保留了故障前电压的相位；故障相的动作特性见图 3.5.1、图 3.5.2，继电器有很好的方向性。三相短路时，由于极化电压无记忆作用，其动作特性为一过原点的圆，如图 3.5.3。由于正序电压较低时，由低压距离继电器测量，因此，这里既不存在死区也不存在母线故障失去方向性问题。3.5.3.2 、段距离继

29、电器 由正序电压极化的方向阻抗继电器：这里，极化电压与接地距离、段一样，较段增加了一个偏移角2，其作用也同样是为了在短线路使用时增加允许过渡电阻的能力。2 的整定可按0，15，30三档选择。 电抗继电器：当Z D 阻抗角为90时，该继电器为与轴平行的电抗继电器特性，实际电抗特性下倾12，使送电端的保护受对侧助增而过渡电阻呈容性时不致超越。以上方向阻抗与电抗继电器二部分结合，增强了在短线上使用时允许过渡电阻的能力。3.5.4 负荷限制继电器为保证距离继电器躲开负荷测量阻抗，本装置设置了接地、相间负荷限制继电器，其特性如下图所示，继电器两边的斜率与正序灵敏角 一致， ZD R 为负荷限制电阻定值，

30、直线A 和直线B 之间为动作区。当用于短线路不需要负荷限制继电器时，用户可将控制字“投负荷限制距离”置“0”。3.6 选相元件本装置采用工作电压变化量选相元件、差动选相元件和0 I 与A I2 比相的选相元件进行选相。3.6.1 电流差动选相元件工频变化量和稳态差动继电器动作时，动作相选为故障相；3.6.2 工作电压变化量选相元件保护有六个测量选相元件，比较三个相工作电压变化量，取最大相电压工频变化量，与另两相的相间工作电压变化量比较，大于一定的倍数即判为最大相单相故障；若不满足则判为多相故障，取相间电压工频变化量中最大的为多相故障的测量相。3.7 非全相运行非全相运行流程包括非全相状态和合闸

31、于故障保护，跳闸固定动作或跳闸位置继电器TWJ 动作且无流，经30ms 延时置非全相状态。3.7.1 单相跳开形成的非全相状态􀁺 单相跳闸固定动作或TWJ 动作而对应的有流元件不动作判为跳开相；􀁺 测量两个健全相和健全相间的工频变化量阻抗；􀁺 对健全相求正序电压作为距离保护的极化电压；􀁺 测量健全相间电流的工频变化量，作为非全相运行振荡闭锁开放元件；􀁺 跳开相有电流或TWJ 返回，开放合闸于故障保护200ms。3.7.2 三相跳开形成的非全相状态􀁺 三相跳闸固定动作或三相TWJ 均动作且

32、三相无电流时，置非全相状态，有电流或三相TWJ 返回后开放合闸于故障保护200ms；􀁺 进全相运行的流程。3.7.3 非全相运行状态下，相关保护的投退非全相运行状态下，退出与断开相相关的相、相间变化量距离继电器，RCS-931A 系列将零序过流保护段退出，段不经方向元件控制，RCS-931B 系列将零序过流保护、段退出，段不经方向元件控制，RCS-931D 系列将零序过流保护段退出，零序反时限过流不经方向元件控制。3.7.4 合闸于故障线路保护􀁺 单相重合闸时，零序过流加速经60ms 跳闸，距离段受振荡闭锁控制经25ms延时三相跳闸；􀁺 三相重合闸或手合时，零序电流大于加速定值时经100ms 延时三相跳闸；