微機型繼電保護裝置原理與運行

微機型繼電保護裝置原理與運行劉華河南電力調(diào)度通信中心繼電保護處037167903711 932123711第一章繼電保護發(fā)展概述第一節(jié)繼電保護技術(shù)發(fā)展簡史第二節(jié)微機繼電保護技術(shù)進展.硬件進展.原理進展第二章微機繼電保護的基本原理第一節(jié)、微機型繼電保護的構(gòu)成1、硬件系統(tǒng)2、軟件系統(tǒng)第二節(jié)、微機線路保護的幾個基本概念1、相電流差變化量選相元件2、工頻工頻變化量距離繼電器3、工頻變化量方向繼電器（AF+,AF-）4、閉鎖式保護的基本原理第三章典型微機保護裝置介紹第一節(jié)WXH—11微機型線路保護裝置第二節(jié)LFP-901微機型線路保護裝置第三節(jié)RCS-900系列高壓線路保護裝置第四節(jié)PSL-600系列線路保護裝置第五節(jié)WXH-801/802線路保護裝置第六節(jié)WMH-800微機母線保護裝置第七節(jié)PST-1200微機變壓器保護裝置微機型繼電保護裝置原理與運行第一章繼電保護發(fā)展概述第一節(jié)繼電保護技術(shù)發(fā)展簡史電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)，是近百年來隨著工業(yè)化生產(chǎn)和其它新興技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一門科學。到目前，繼電保護裝置已經(jīng)生產(chǎn)了四代：即電磁型、整流型、靜態(tài)型模擬式（晶體管、集成電路保護）、靜態(tài)型數(shù)字式（微機保護）。不算19世紀末期的熔斷器，第一臺機電型繼電器是1901年問世的感應式過電流繼電器，1908年出現(xiàn)差動繼電器，1910年有了電流方向保護，1920年初研制成了距離保護，1927年開始了高頻保護研究。隨著半導體器件的生產(chǎn)，人們將其應用于保護裝置，構(gòu)成了整流型繼電保護繼電器，使維修工作大為減輕，這是60年代的一代新產(chǎn)品。微電子學的飛速發(fā)展，大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)，使分立元件的晶體管保護逐漸為集成電路保護取代，成為第二代靜態(tài)型保護，是目前世界上應用最多的模擬式保護裝置。微型計算機和微處理器的出現(xiàn)，為繼電保護數(shù)字化開辟了美好前景。在70年代初、中期，計算機本身出現(xiàn)了重大突破，大規(guī)模集成電路技術(shù)飛速發(fā)展，微處理器和微型計算機進入了實用階段，不僅價格大幅下降，而且可靠性又大為提高，這就促使計算機保護的研究出現(xiàn)熱潮。70年代中、后期，國外已有少數(shù)樣機在電力系統(tǒng)中試運行。80年代初，計算機保護逐漸在電力系統(tǒng)中開始實際應用。由于微機保護與模擬式保護相比有許多優(yōu)點，因此，它一出現(xiàn)就很快受到電力系統(tǒng)使用單位的歡迎。迄今，世界很多國家已生產(chǎn)出多種微機保護，它以比人們預料更快的速度向傳統(tǒng)式保護提出了強有力的挑戰(zhàn)。我國1955年開始大量生產(chǎn)機電型繼電器。1970年初在我國形成晶體管保護生產(chǎn)的高潮，但由于元器件質(zhì)量問題和生產(chǎn)工藝問題，嚴重影響了晶體管繼電保護的可靠性。經(jīng)1972年的整頓，它的質(zhì)量逐漸穩(wěn)定，成為與機電型、整流型并立的一種產(chǎn)品。我國對計算機保護的研究從70年代后半期開始。70年代末80年代初廣泛地開展各種算法以至樣機的研制，1984年4月，由華北電力學院楊奇遜教授主研的我國第一套微機線路保護投入運行。之后，國內(nèi)各學校、科研、生產(chǎn)單位陸續(xù)研制和生產(chǎn)出適于線路和元件的各種微機保護裝置。近十年，微機保護裝置在我國廣泛推廣應用。現(xiàn)在，它們完全能取代傳統(tǒng)的模擬式保護裝置。目前，我國高壓電網(wǎng)中95%以上的線路保護是微機保護，我省220kV及以上高壓線路，已全部是微機保護裝置，正確動作率已超過傳統(tǒng)的模擬式保護裝置；微機元件保護也開始在高壓電網(wǎng)中普及應用?？梢院敛豢鋸埖卣f，在國內(nèi)廣大科研工作者、制造廠和運行單位的共同努力下，目前我國微機保護已居于國際先進水平。第二節(jié)微機繼電保護技術(shù)進展.硬件進展受集成電路芯片的制約等因素，我國微機線路保護的發(fā)展大體上經(jīng)歷了三個階段。第一階段為以單CPU的硬件結(jié)構(gòu)為主，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由逐次逼近式的AD574芯片構(gòu)成，硬件和軟件的設計符合我國高壓線路保護裝置的“四統(tǒng)一”設計標準，其代表產(chǎn)品為WXB-01、WXH-建型微機高壓線路保護裝置；第二階段為以多個單片機構(gòu)成的多CPU硬件結(jié)構(gòu)為主，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為VFC電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，硬件及軟件的設計方面吸取了WXB-01型微機保護裝置成功運行經(jīng)驗，針對01型保護存在的問題進行了改進，同時，利用多CPU的特點，強化了自檢和互檢，使硬件故障可定位到插件，具有完善的抗干擾措施及防止拒動和誤動的措施，其代表產(chǎn)品為WXB-11、川*卜11型微機高壓線路保護裝置和南瑞繼電保護公司研制的LFP-900系列保護裝置；第三階段采用16位A/D作為數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集精度高，測量范圍大；采用32位DSP（高速數(shù)字信號處理芯片）作為保護CPU，由DSP完成所有的數(shù)字濾波、保護算法和出口邏輯。因DSP具有運算速度快、內(nèi)存大的特點，單片DSP就可以完成所有的主后備保護功能，并有較大的冗余，不需擴展外部內(nèi)存；同時，裝置采用整體面板、全封閉機箱，強弱電嚴格分開，取消傳統(tǒng)背板配線方式，因此，硬件結(jié)構(gòu)更加簡潔可靠。其代表產(chǎn)品為南瑞繼電保護公司研制的RCS-900系列保護裝置、PSL-600系列保護裝置、許繼電氣股份有限公司研制生產(chǎn)的WXH-800系列保護裝置。.原理進展微機獨特的智能作用使新型微機保護的研制與開發(fā)創(chuàng)造了前所未有的良機。在短暫的十余年中，繼電保護的面目已為之一新，其技術(shù)性能已超過傳統(tǒng)保護。微機保護新原理的研究一直是國內(nèi)外重視的研究課題，其中利用故障分量和自適應保護兩個方面的研究成果和動向最為引人注目。（一）利用故障分量的微機保護故障分量的主要特征是：.故障分量在系統(tǒng)發(fā)生故障時出現(xiàn)，在非故障狀態(tài)中，不存在故障分量。.故障分量與系統(tǒng)運行方式有關(guān)。.故障點的電壓故障分量最大，系統(tǒng)中性點的電壓故障分量為零。.保護安裝處的電壓故障分量與電流故障分量之間的幅值和相位關(guān)系僅由該處到系統(tǒng)中性點的阻抗決定，且不受故障電阻的影響。.線路兩端的電流故障分量間的相位關(guān)系與電勢和負載無關(guān)。故障分量中包括有穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)分量，二者都是可以利用的。目前利用穩(wěn)態(tài)分量的微機保護裝置大多使用其中的工頻成分，其代表產(chǎn)品為南瑞繼電保護公司研制的LFP-900系列保護裝置；使用暫態(tài)分量時則主要建立在暫態(tài)行波成分基礎上，故稱為行波保護。我國在行波保護方面也進行了一些研究并引進了國外產(chǎn)品，主要用于500kV線路。（二）自適應保護能根據(jù)電力系統(tǒng)的運行或故障狀態(tài)而實時改變保護功能、特性或定值的保護，稱為自適應保護。近年來，國內(nèi)外在這方面進行了大量的研究。事實上，傳統(tǒng)的保護裝置也力圖適應系統(tǒng)運行方式變化和故障的條件，例如：電流速斷定值的整定要考慮在所有運行方式和故障類型下，都能正確動作；差動保護中的制動特性，距離保護中考慮了轉(zhuǎn)換性故障，并在系統(tǒng)發(fā)生振蕩時閉鎖1、2段等。但由于定值必須按電力系統(tǒng)最嚴重的運行方式和故障條件整定，且裝置本身也缺乏實時檢測和處理的功能，因此保護性能不能保持在理想狀態(tài)。例如：某一單電源的線路上裝設電流速斷。傳統(tǒng)的保護定值是按照在系統(tǒng)最大運行方式下，躲過線路末端三相短路的條件整定的，可是，在兩相短路和最小運行方式下，保護范圍將顯著變小甚至縮小到零。即使在經(jīng)常的主要運行方式下，保護的作用也會明顯惡化。此時，若裝設自適應微機保護，便可以利用故障分量的方法，實時獲得故障時的實際系統(tǒng)阻抗和故障類型，因此能實時地確定出對應地電流速斷值和保護范圍。西安交通大學與南京電力自動化設備廠共同研制的WXB-32型饋電線自適應電流保護裝置是其代表。由于目前的光纖通信網(wǎng)尚未遍及所有220kV變電站，以及高壓電網(wǎng)的重要性，在高壓電網(wǎng)的保護中，自適應原理僅有局部應用，如在WXH-801/802微機線路保護中，采用了自適應數(shù)字濾波技術(shù)、自適應保護判據(jù)、自適應后加速等；RCS-915母線保護裝置中采用自適應阻抗加權(quán)法來解決電流互感器飽和問題等。盡管如此，盡管自適應繼電保護還處在初級發(fā)展階段，但現(xiàn)有的研究成果已經(jīng)有力地說明了它的優(yōu)越性。.保護性能最佳化保護性能最佳化是在考察現(xiàn)有保護（包括微機保護）存在的問題的基礎上提出的。在微機保護出現(xiàn)以前，由于技術(shù)條件的限制，保護最佳化的目標是難以實現(xiàn)的，與之相對應的是保守的思維方式和決策方法。與傳統(tǒng)保護不同，自適應保護的突出特點之一就是要具有自動識別系統(tǒng)運行狀態(tài)和故障狀態(tài)的能力，并針對狀態(tài)的變化，實時自動地調(diào)整保護性能，其中包括動作原理、動作特性和整定值，從而使其達到最佳效果。.整定計算在自動化、在線化繼電保護的整定計算是一項復雜又艱巨的任務，這是由電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變化、運行情況的復雜性和多樣性決定的，目前計算機輔助整定計算已大大提高了效率，但都是在人工和離線條件下進行的。自適應繼電保護技術(shù)的發(fā)展預示出未來整定計算自動化、在線化的可能性。前面提到的自適應過電流保護就具有在線整定計算的能力。雖然電力系統(tǒng)繼電保護整定計算遠比這種最簡單的電流保護復雜的多，但隨著自適應繼電保護技術(shù)的進步，特別是電力系統(tǒng)繼電保護信息網(wǎng)的形成和發(fā)展，可以預見，整定計算自動化、在線化的時期一定會到來。.使用簡單化微機保護之所以在十余年會取得如此迅速的發(fā)展，并受到用戶熱情歡迎，其主要原因之一是簡化了裝置的調(diào)試和維護，自適應保護將進一步發(fā)揮計算機的智能作用，使裝置的使用更加簡便化?？傊?，自適應繼電保護是充分發(fā)揮微機保護的潛在智能作用的一個充滿希望的研究方向。它的成功，或許會再一次改變繼電保護的面貌。第二章微機繼電保護的基本原理、微機型繼電保護的基本系統(tǒng)傳統(tǒng)保護——布線邏輯微機保護——硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)廠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)1、微機保護——硬件系統(tǒng) 3輸入、輸出接口電源部分數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的作用——將模擬信號變成數(shù)字信號。它包括：輔助變換器低通濾波器（ALF）采樣保持器（S/H）多路開關(guān) （MPX）模/數(shù)變換器（A/D）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)作用一它將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)進行分析處理，完成各種繼電保護功能。它包括：

CPU——微處理器；EPROM——程序存儲器；EEPROM——定值存儲器；RAM——隨機存儲器；CIOCK——時鐘。輸入、輸出接口部分輸入、輸出接口部分的作用一是微機與外設的聯(lián)系部分。因輸入、輸出信號都是開關(guān)量信號（即接點的通、斷），所以又稱為開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出電路。例：開入量：保護的壓板；連接片；屏上的切換開關(guān)；保護動作接點。開出量：驅(qū)動啟動、跳閘出口、信號繼電器等。電源部分電源部分的作用一提供裝置正常工作所需要的各等級電壓：+5V—微機系統(tǒng)用；+15V、+12V—數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用；+12V—繼電器回路用。機保護硬件電路示意初始化和自檢循環(huán)程序「主程序1「故障處理程序2、微機保護一軟件系統(tǒng)定定時采樣中斷服務程序＜中斷服務程序yI串行口通信中斷服務程序、微機線路保護的幾個基本概念1相電流差變化量選相元件突變量作為選相元件的最大優(yōu)點是不反應負荷分量。選相元件共用3個繼電器，它們分別反應于△1ab=|A1a-A1d

AIbc=|AIb-AIClca=|AIc-AIA單相故障時兩健全相電流突變量之差為零，所以反應兩健全相電流突變量之差的電流繼電器能可靠不動作，其它各繼電器都能靈敏地動作。表3-1示出的各種故障情況下，各繼電器的動作情況。由表可見只需根據(jù)各繼電器動作情況，作出邏輯判斷就可在單相故障時正確選出故障相。為了對繼電器動作的靈敏度作校驗，依圖3.3.3.2給出了各種情況下兩相電流差突變量的幅值。表3-1相元件故障類型aiABaiBCaiCA選相AO++選A跳BO++選B跳CO++選C跳ABO,BCO,CAO,AB,BC,CA,ABC+++選三跳表中+動作，-不動作3種短路下電流的相量圖如圖3.3.3.2所示。圖3.3.3.2短路附加狀態(tài)的電流相量圖（a）單相短路接地；（b）BC相短路；（c）BC相短路接地2工頻工頻變化量距離繼電器2.1系統(tǒng)故障分量的分析方法電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，其故障相短路電流、電壓可分解為故障前負荷狀態(tài)的電流電壓分量和故障分量，如圖3.2.1.1的短路狀態(tài)（A）可分解為圖（B）、（C）二種狀態(tài)下電流電壓的迭加。反應工頻變化量的繼電器不受負荷狀態(tài)的影響，只要考慮圖C）的故障附加分量。這是一個很簡單的電路，在該電路中只有一個電勢，它的位置在故障點，它的大小與短路前故障點的大小相同、但方向相反。當故障點不同時，它的位置也不同，因而在正反方向故障時，要采用不同的電路來分析。在正方向故障電路圖中計算的特性，只對正方向故障有效。在反方向故障電路圖中計算的特性，只對反方向故障有效。工頻變化量距離繼電器的動作方程工頻變化量距離繼電器測量工作電壓的工頻變化量的幅值，其動作方程為：|AUOP\>UZ對相間故障： UOP①①=U①①-1①①義ZD①①=AB,BC,CA對接地故障： UOP①二U①一G①+K*310）*ZDO=A,B,CZD為整定阻抗，一般取0.8?0.85倍線路阻抗；UZ為動作門坎，取故障前工作電壓的記憶量。(A)MNEEF((A)MNEEF(B)MFNAEMFNAE=0AE=0(C)圖3.2.1.1短路系統(tǒng)圖工頻變化量距離繼電器動作的定性分析圖3.2.1.3為保護區(qū)內(nèi)外各點金屬性短路時的電壓分布，設故障前系統(tǒng)各點電壓一致(空載情況)，即各故障點故障前電壓為UZ，則AEFJ=|AEf2=\AEFJ=UZ；對反應工頻變化量的繼電器，系統(tǒng)電勢為零，因而電源僅需考慮故障點附加電勢AEF。圖中△I在相地故障時為A(IJ3KI。)，在相相故障時△I迪區(qū)內(nèi)故障時，如圖3.2.1.3(B), AU0P在本側(cè)系統(tǒng)至AEF1的連線的延長線上，可見，AU0P>AEF1，繼電器動作。反方向故障時，如圖3.2.1.3(C),AU0P在AEF2與對側(cè)系統(tǒng)的連線上，顯然，AU0P<AEF2，繼電器不動作。區(qū)外故障時，如圖3.2.1.3(D),AU在AE與本側(cè)系統(tǒng)的連線上，AU<AE,OP F3 OP F3繼電器不動作。在有負荷的情況下，對不同點故障，因故障前各點的電位不一致，致使各點故障時故障網(wǎng)絡中的AE也略有不同，但U總為故障前工作電壓的記憶量，在整定點故障，△U=U=U，總處于理想臨界狀態(tài)，”與負荷無關(guān)且測量準確，如圖3.2.1.3(E)所示

AE(B)(C)(E)AAE(B)(C)(E)AEN=0AEM=0圖3.2.1.3保護區(qū)內(nèi)外各點金屬性短路時的電壓分布圖工頻變化量阻抗繼電器的動作特性正方向經(jīng)過渡電阻故障時的動作特性可用解析法分析，如圖3.2.1.4所示:10

=0A=0AEN=0圖3.2.1.4a正方向經(jīng)過渡電阻故障計算用設UZ=|AEF|由AEF=-AIx（ZS+Z）=-AIx^Z^+ZF+CR）C=（AI+AIN）/AIAUP=AU-AIxZ/d=-AIx（Z^+Zz）則|AIx（ZS+ZzD）>|AIx（ZS+ZK^Z^s+ZzdI>lZs+ZkI式中ZK為測量阻抗，它在阻抗復數(shù)平面上的動作特性是以矢量-ZS為圓心，以|Zs+ZZDI為半徑的圓，如圖3.2.1.4b所示，當工長矢量末端落于圓內(nèi)時動作，可見這種阻抗繼電器有大的允許過渡電阻能力。當過渡電阻受對側(cè)電源助增時，由于AIN一般與AI是同相位，過渡電阻上的壓降始終與AI同相位，過渡電阻始終呈電阻性，與區(qū)軸平行，因此，不存在由于對側(cè)電流助增所引起的超越問題。注意：圖3.2.1.4b所示的動作特性只對正方向故障有效，因為分析用電路圖是正方向故障電路圖（電勢在本線路）。圖3.2.1.4b圖3.2.1.4b正方向短路動作特性圖3.2.1.4c反方向短路動作特性對反方向短路，如圖3.2.1.4d所示。11

AEMAEM=0- AEN=0圖3.2.1.4d反方向故障計算用圖仍假設UZ=\aef\由AEF=-AIx(Z；+Zr)AUP=AU-AI義ZzD=-AI義(Z'$—ZD)則Z丁ZzJ<ZJZJ測量阻抗-Zk在阻抗復數(shù)平面上的動作特性是以矢量J為圓心，以|Z；-ZZDI為半徑的圓，如圖3.2.1.4c動作圓在第一象限，而因為-Zk總是在第三象限，因此，阻抗元件有明確的方向性。3工頻變化量方向繼電器(AF+,AF-)RCS-901A由變化量方向和零序方向繼電器，經(jīng)通道交換信號構(gòu)成全線路快速跳閘的方向保護，即裝置的縱聯(lián)保護。3.2.2.1工頻變化量方向繼電器測量相角表示式工頻變化量方向繼電器測量電壓、電流故障分量的相位。其正方向元件的測量相角為：=Arg其反方向元件的測量相角為:41-AU=Arg IAIxZ1D其中：無零序分量;AU、AI為電壓、電流變化量的正負序綜合分量，無零序分量;ZD為模擬阻抗；3.2.2.2工頻變化量方向繼電器動作行為分析當正方向故障時，如圖3.2.1.3(a),Z,為系統(tǒng)正序阻抗，并假設系統(tǒng)的負序阻12

抗等于正序阻抗，將工頻變化量電壓電流分解為對稱分量，則:AU=—AIxZS設系統(tǒng)阻抗角與ZD的阻抗角一致，則正方向元件的測量相角為:①=Arg(-A①=Arg(-AIxZ、 AIxZV DJ=Arg二180。反方向元件的測量相角為:(7\①=Arg二①=Arg二0。VZDD/反方向故障時，如圖3.2.1.4(d)，反方向故障時，如圖3.2.1.4(d)，Z'S為線路至對側(cè)系統(tǒng)的正序阻抗，將電壓電流分解為對稱分量有:設系統(tǒng)阻抗角與ZD設系統(tǒng)阻抗角與ZD的阻抗角一致，則正方向元件的測量相角為:①=①=Arg二0。反方向元件的測量相角為:①=Arg①=Arg二180。由上可見，正方向故障時，中+接近于180°，正方向元件可靠動作，而①接近于0°，反方向元件不可能動作，而反方向故障時，中+接近于0°，正方向元件不可能動作，而中接近于180°，反方向元件可靠動作。以上分析未規(guī)定故障類型，所以對各種故障，方向繼電器都有同樣優(yōu)越的方向性，且過渡電阻不影響方向元件的測量相角，另外，由于方向元件不受負荷電流影響，因而該方向元件有很高的靈敏度，可允許測量很大的故障過渡電阻。另外，方向元件不受串補電容的影響(因為<Z/Zc<Z；)。工頻變化量方向繼電器受浮動門坎的限制，因此，當系統(tǒng)中出現(xiàn)不平衡分量或者系統(tǒng)振蕩時，繼電器不會誤動作，只是自動降低靈敏度。13

工頻變化量方向繼電器的特點及應用該繼電器有許多卓越的優(yōu)點，有極廣泛的適用性，較少受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運行方式，故障方式、故障點過渡電阻、非全相運行以及交流回路暫態(tài)過程等影響，理論上簡單，構(gòu)成繼電器容易實現(xiàn)，動作速度快，因而廣泛使用于RCS-900系列保護，作縱聯(lián)保護中的方向元件。4閉鎖式保護的基本原理方向縱聯(lián)保護是由線路兩側(cè)的方向元件分別對故障的方向作出判斷，然后通過高頻信號作出綜合的判斷，即對兩側(cè)的故障方向進行比較以決定是否跳閘。一般規(guī)定從母線指向線路的方向為正方向，從線路指向母線的方向為反方向。閉鎖式方向縱聯(lián)保護的工作方式是當任一側(cè)方向元件判斷為反方向時，不僅本側(cè)保護不跳閘，而且由發(fā)信機發(fā)出高頻電流，對側(cè)收信機接收后就輸出脈沖閉鎖該側(cè)保護。在外部故障時是近故障側(cè)的方向元件判斷為反方向故障，所以是近故障側(cè)閉鎖遠離故障側(cè)；在內(nèi)部故障時兩側(cè)方向元件都判斷為正方向，都不發(fā)送高頻電流，兩側(cè)收信機接收不到高頻電流，也就沒有輸出脈沖去閉鎖保護，于是兩側(cè)方向元件均作用于跳閘。這就是故障時發(fā)信閉鎖式方向縱聯(lián)保護，其基本邏輯圖如圖4.2.1.1所示。收訊跳閘收訊跳閘圖4.2.1.1閉鎖式保護a)閉鎖信號示意圖b)a)閉鎖信號示意圖b)方向元件配置圖c)邏輯圖第三章典型微機保護裝置介紹第一節(jié)WXH-11微機型線路保護裝置一.概述WXH-11微機型線路保護裝置(以下簡稱裝置)系用單片機實現(xiàn)的多CPU成套線路保護裝置，適用于110kV?500kV高壓輸電線路。裝置配置了四個硬件完全相同的插件CPU1-4,分別完成高頻保護(CPU1)、距離保護(CPU2)、零序保護(CPU3)以及重合閘(CPU4)功能。另外，還配置了一14

塊接口插件CPU0,完成對各保護(CPU)插件的巡檢、人機對話和與系統(tǒng)微機連接等功能。裝置可一次整定10套保護定值。CPU1、CPU2、CPU3、三個保護插件各設置一個啟動元件，采取三取二方式，構(gòu)成對跳閘出口的閉鎖，以提高裝置的安全性。CPU1-4插件中任意一個損壞不會影響其它三個插件的功能。借助于各CPU的自檢及CPU0對CPU1-4的巡檢，可以方便的確定故障部位所對應的CPU插件，并打印顯示出來。二.裝置硬件該裝置的硬件框圖如圖3.1.1所示。裝置由交流輸入插件、模數(shù)變換插件、保護插件、接口插件、開關(guān)量輸入插件、跳閘插件、邏輯插件、信號插件、告警插件、以及穩(wěn)壓電源插件構(gòu)成。高頻保護CPU1計數(shù)器單片機開「出重合閘CPU4計數(shù)器|高頻保護CPU1計數(shù)器單片機開「出重合閘CPU4計數(shù)器|單片機開出距離保護CPU2計數(shù)器|單片機開出零序保護CPU3計數(shù)器單片機開出接口? ;S印機外部觸點圖3.1.1WXH-11型裝置的硬件框圖三、裝置工作原理1、高頻保護CPU1：CPU1與高頻收發(fā)訊機、高頻通道組合完成高頻距離、高頻零序方向保護功能。高頻保護自身帶有阻抗和零序方向判別元件。高頻保護在相間故障時用高頻距離保護，在單相接地故障時用零序方向保護。啟動元件和選相元件均采用相電流差突變量原理。2、距離保護CPU2CPU2實現(xiàn)三段式相間距離和三段式接地距離及故障測距功能。均為四邊形阻抗特性，見圖3.1.2。啟動元件和選相元件均采用相電流差突變量原理。153、零序保護CPU3CPU3包括全相運行時的四段式零序電流保護及非全相運行中的不靈敏I段及不靈敏II段保護。各保護段均可由控制字選擇是否帶方向。重合閘后加速n、m、w段，可由控制字分別投入或退出，后加速時間固定為0.1s,零序I段在重合閘后也帶0.1s延時投入。零序保護的啟動元件和選相元件均采用相電流差突變量原理。4、綜合重合閘CPU4CPU4實現(xiàn)重合閘和外接不能選相的保護經(jīng)本重合閘出口跳閘的兩個功能。選相元件采用相電流差突變量和方向阻抗選相構(gòu)成“或門”。在啟動元件剛動作時采用相電流差突變量原理選相，以后則依賴于阻抗選相。第二節(jié)LFP-901微機型線路保護裝置.概述LFP-901微機型線路保護裝置（以下簡稱裝置）系用單片機實現(xiàn)的多CPU成套線路保護裝置，適用于220kV及以上高壓輸電線路。 裝置包括以工頻變化量方向元件和零序方向元件為主體的快速主保護，由工頻變化量距離元件構(gòu)成的快速I段保護，有三段式相間和接地距離及二個延時段零序方向過流作為后備的全套后備保護。LFP-901系列中也有帶四段的零序電流保護程序，供用戶選擇。裝置設有重合閘出口。根據(jù)需要,實現(xiàn)單相重合，三相重合和綜合重合閘方式。.裝置硬件裝置整體框圖如圖3.2.116

圖3.2.1LFP-901裝置整體框圖CPU1內(nèi)是一套完整的主保護。CPU2內(nèi)是一套完整的后備保護及自動重合閘。二套保護輸出至出口繼電器。CPU3內(nèi)設裝置總起動元件，起動后開放出口繼電器正電源，同時作為通訊管理機，負責三個CPU之間通訊及人機對話。三、裝置工作原理.主保護CPU1為裝置的主保護，由工頻變化量方向繼電器和零序方向繼電器經(jīng)通道配合構(gòu)成全線路快速跳閘保護，由工頻變化量距離繼電器構(gòu)成快速獨立跳閘距離I段；由二個延時零序方向過流段構(gòu)成接地后備保護。.后備保護及重合閘CPU2為三階段式相間和三階段式接地距離保護,以及重合閘邏輯。三階段式相間和接地距離保護中的不對稱短路動作特性和對稱短路暫態(tài)特性如圖3.2.2a,圖3.2.2b為三相短路穩(wěn)態(tài)特性，圖3.2.2c為反方向故障時動作特性。為了確保0段距離元件的后備作用，III段距離元件三相短路特性包含原點。17

工正向不對稱故障暫、穩(wěn)態(tài)特性正向?qū)ΨQ故障智態(tài)特?性圖3.2.2b.工正向不對稱故障暫、穩(wěn)態(tài)特性正向?qū)ΨQ故障智態(tài)特?性圖3.2.2b.對稱故障穩(wěn)態(tài)特性C.反方向故障時動作特性阻抗繼電器基本特性.啟動和管理機CPU3CPU3設整機總起動元件，該起動元件與方向和距離保護在電子電路上（包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）完全獨立，動作后開放保護出口電源。另外，CPU3還作為人機對話的通訊接口。保護跳閘,整組復歸后,CPU3接收CPU2來的電壓電流信號,進行測距計算。第三節(jié)RCS-900系列高壓線路保護裝置RCS-900系列高壓線路保護裝置由南京南瑞繼保有限公司生產(chǎn)，其保護配置及應用范圍如表3.3所示：表3.3RCS-900保護配置及應用范圍型號主要功能應用范圍縱聯(lián)保護距離保護和零序方向電流保護RCS-901A縱聯(lián)變化量方向兩段零序220kV及以上電壓等級輸電線路RCS-9***S$表示可適用于串補線路RCS-901B縱聯(lián)零序方向工頻變化量阻抗三段接地和相間距離自動重合閘四段零序RCS-901D一段定時限加一段反時限零序RCS-902A縱聯(lián)距離方向縱聯(lián)零序方向工頻變化量阻抗三段接地和相間距離自動重合閘兩段零序RCS-902B四段零序RCS-902C兩段零序（用于分相式通道）RCS-902D一段定時限加一段反時限零序18

RCS-931A縱聯(lián)分相差動兩段零序RCS-931B縱聯(lián)零序方向工頻變化量阻抗三段接地和相間距離自動重合閘四段零序RCS-931D一段定時限加一段反時限零序RCS-900系列線路及輔助保護裝置采用單片機加DSP的結(jié)構(gòu)，將主、后備保護集成在一塊CPU板上，DSP和單片機獨立采樣，由DSP完成所有的數(shù)字濾波、保護算法和出口邏輯，由CPU完成裝置的總起動和人機界面、后臺通信及打印功能。硬件模塊見圖3.3。圖3.3硬件模塊圖因DSP具有運算速度快、內(nèi)存大的特點，單片DSP就完成了所有的主后備保護功能，并有較大的冗余，與其它采用DSP的產(chǎn)品相比，不需擴展外部內(nèi)存，設計更加簡潔可靠。由于起動單元與保護測量單元的數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)在電子電路上完全獨立，只有總起動元件動作才能開放出口繼電器正電源，從而保證任一器件損壞不致于引起保護誤動。第四節(jié)PSL-600系列線路保護裝置PSL-600系列高壓線路保護裝置由國電南京自動化股份有限公司生產(chǎn)，其保護配置及應用范圍如表3.4所示：表3.4PSL-600系列保護配置及應用范圍型號主要功能備注縱聯(lián)保護距離保護和零序方向電流保護自動重合閘PSL601能量積分方向、阻抗方向、零序方向快速距離保護三段式相間距離保護三段式接地距離保護四段式零序電流保護有適用于單斷路器（如雙母線）PSL601A同上同上無3適用于5接線19

PSL602縱聯(lián)距離、零序保護快速距離保護三段式相間距離保護三段式接地距離保護四段式零序電流保護有適用于單斷路器（如雙母線接線）PSL602A同上同上無3適用于W接線PSL602AS同上，適用于串補電容線路及相鄰線同上，適用于串補電容線路及相鄰線無3適用于5接線PSL602C縱聯(lián)距離、零序保護分相通道命令同PSL602,并且距離保護在同桿雙回線跨線故障時選跳有適用于單斷路器同桿雙回線PSL602D縱聯(lián)距離、零序保護分相通道命令同PSL602,并且距離保護在同桿雙回線跨線故障時選跳無一 3,、八適用于5接線同桿雙回線PSL600型數(shù)字式超高壓線路保護裝置保護功能由數(shù)字式中央處理器CPU模件完成。其中CPU1模件完成縱聯(lián)保護功能，CPU2模件完成距離保護和零序電流保護功能，CPU3模件完成重合閘功能。在硬件上，三塊CPU模件完全一樣；在軟件上，功能相互獨立，每個CPU模件單獨有啟動元件，起動后開放出口繼電器的負電源。裝置的插件有：交流模件（AC）、AD模件（AD）、保護模件（CPU1、CPU2、CPU3），COM模件（COM）、電源模件（POWER）、跳閘出口模件（TRIP1、TRIP2）、信號模件（SIGNAL）、重合閘出口模件（TRIP3）、人機對話模件（MMI）。具體硬件模塊圖見圖3.4。圖3.4硬件模塊第五節(jié)WXH-801/802線路保護裝置20

WXH-801/802高壓線路保護裝置由許繼電氣股份有限公司生產(chǎn)，其保護配置及應用范圍如表3.5所示：表3.5WXH-801/802保護裝置主要功能名稱型號裝置主要功能適用范圍縱聯(lián)方向保護裝置WXH-801.采用帶補償?shù)恼蚬收戏至康目v聯(lián)方向保護。具有近端故障快速跳閘的獨立跳閘方式。.與SF600型收發(fā)信機、ZSJ-900光纖數(shù)字接口、音頻接口裝置、載波機或其它接口裝置配合組成縱聯(lián)保護。.具有三段式相間距離及接地距離保護。.具有六段式零序電流保護或反時限零序電流保護。.具有選相及分相傳輸信號功能。.具有重合閘功能。220?500kV線路單斷路器如雙母線、單母線等接線方式。WXH-801/A除不帶重合閘功能外，其余性能同WXH-801,滿足雙斷路器跳、合閘等回路的配合雙斷路器如3/2接線等?？v聯(lián)距離保護裝置WXH-802.采用縱聯(lián)綜合距離保護裝置。具有近端故障快速跳閘的獨立跳閘方式。.與SF600型收發(fā)信機、ZSJ-900光纖數(shù)字接口、音頻接口裝置、載波機或其它接口裝置配合組成縱聯(lián)保護。.具有三段式相間距離及接地距離保護。.具有六段式零序電流保護或反時限零序電流保護。.具有選相及分相傳輸信號功能。.具有重合閘功能。單斷路器如雙母線、單母線等接線方式。WXH-802/A除不帶重合閘功能外，其余性能同WXH-802,滿足雙斷路器跳、合閘等回路的配合雙斷路器如3/2接線等。WXH-801/802采用DSP型保護插件作為保護CPU。其中CPU1為縱聯(lián)保護，CPU2為距離保護，CPU3為零序保護，CPU4為重合閘(可選)。WXH-801(802),801A(802A)按“三取二”方式投保護跳閘，即高頻、距離、零序三個插件中至少有兩個同時啟動，保護才能開放出O24V。DSP模塊硬件原理框圖見圖3.521

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DSP霧路切換器圖3.5DSP模塊硬件原理框圖第六節(jié)微機母線保護裝置一、概述目前，河南省220kV母線保護裝置從原理上區(qū)分有母聯(lián)電流相位比較式差動保護和完全電流差動保護。其中，母聯(lián)電流相位比較式差動保護因不能避免電流互感器TA飽和而誤動，已基本被淘汰；完全電流差動保護中的中阻抗型母線保護因?qū)Χ位芈纷杩褂刑厥庖笄艺{(diào)試復雜也正在淘汰；微機型母線保護裝置正在普及應用，新建變電站和技改工程均采用微機母線保護裝置。各廠家微機母線保護均為低阻抗型完全電流差動母線保護，其主要特點是：1、裝置核心部件采用32位CPU，14位及以上AD轉(zhuǎn)換，同步采樣精度高，數(shù)據(jù)處理能力強。2、帶比率制動特性的完全電流差動保護判據(jù)，動作更靈敏。3、抗TA飽和判據(jù)，確保在系統(tǒng)發(fā)生故障、TA飽和或故障轉(zhuǎn)換、發(fā)展時，保護裝置始終正確并快速反應。4、帶有低電壓、負序電壓、零序電壓判據(jù)的復合電壓閉鎖。5、TA斷線告警、閉鎖。6、TV斷線告警。7、帶有母聯(lián)斷路器失靈保護及母聯(lián)死區(qū)保護。8、帶有母聯(lián)充電保護（過流保護）。9、可適應TA變比不一致。22

各廠家微機母線保護主要技術(shù)性能見表3.6表3.6 微機母線保護裝置主要技術(shù)性能WMZ-41RCS-915WMH-800BP-2B生產(chǎn)廠家國電南京自動化股份有限公司南瑞保護公司許繼電氣股份有限公司深圳南京自動化研究所CPU32位微處理器32位微處理器32位微處理器32位微處理器采樣頻率每周波24點每周波24點每周波24點每周波24點AD變換16位14位16位14位差動保護判據(jù)帶比率制動特性的電流差動原理工頻變化量比率差動和常規(guī)比率差動結(jié)合帶比率制動特性的電流差動原理復式比率制動特性的電流差動原理抗1人飽和方案同步識別法自適應阻抗加權(quán)法同步識別法同步識別法母線最大聯(lián)接單元26212424二、WMH-800微機母線保護原理簡介1、差動保護差動保護設置大差及各段母線小差，大差作為小差的起動元件，用以區(qū)分母線區(qū)內(nèi)外故障，小差為故障母線的選擇元件。大差，小差均采用具有比率制動特性的瞬時值電流差動算法，其動作方程為：|/d|>Idd|/d|>KIfId=kI. If=才|IJi=1 i=l式中Id為某一時刻差動電流瞬時值，If為同一時刻制動電流瞬時值，K為比率制動系數(shù)（一般為0.65），Idd為差動電流整定門坎。注：大差不包括母聯(lián)電流，每段母線小差只包括各自所有連接單元電流。制動電流也如此。差動保護動作曲線圖3.6.1所示：圖3.6.1差動保護動作曲線23

如滿足上式的動作方程，判為母線內(nèi)部故障，母線保護動作，跳開聯(lián)接于故障母線的所有斷路器。大差及小差各自的保護范圍如圖3.6.2所示：圖3.6.2大差及小差各自的保護范圍示意圖對單母線（一個半斷路器）接線方式，不存在大差小差之分。對單母分段接線方式，大差小差的概念及意義是與雙母線一致的。差動保護邏輯框圖（以雙母線I母故障為例）如下：圖3.6.3 母線差動保護邏輯框圖圖中Id：大差電流Id1：I母小差電流Idd：大差門坎 Idx：小差門坎K：比率制動系數(shù)If：總制動電流 If1：I母制動電流U1bs：I母電壓閉鎖2、CT飽和的影響及防范措施當母線外部發(fā)生故障特別是母線近端發(fā)生外部故障時，由于直流分量的影響，CT可能發(fā)生飽和，使TA的二次電流發(fā)生畸變，不能真實反映系統(tǒng)的一次電流，在差動回路中有差電流存在，嚴重時可能導致差動保護誤判。為解決TA飽和對差動保護判據(jù)的不利影響，采用“同步識別法”抗TA飽和措施。同步識別法基于飽和TA特征:241）在系統(tǒng)發(fā)生故障瞬間，無論一次電流有多大，TA不可能同步飽和。從故障發(fā)生到TA飽和至少經(jīng)1/4周波的時間，在此期間TA能夠正確傳變一次電流。2）TA飽和后，二次電流波形出現(xiàn)畸變、缺損，但當一次電流過零點附近，飽和TA二次側(cè)將出現(xiàn)一個線性傳變區(qū)（即其二次電流能正確反應一次電流）。同步識別法的實質(zhì)：識別“差流越限”的出現(xiàn)與“故障發(fā)生”是否同步?！安盍髟较蕖奔磧刹顒颖Ｗo判據(jù)同時滿足，“故障發(fā)生”指制動電流量If發(fā)生突變。若“差流越限”與“故障發(fā)生”同步出現(xiàn)，則認為“差流越限”是由母線發(fā)生區(qū)內(nèi)故障而引起。此時差動保護在5ms以內(nèi)即可發(fā)出“動作出口指令”并記憶保持400ms。若“差流越限”滯后于“故障發(fā)生”，兩者不同步，則認為該“差流越限”是由母線區(qū)外故障TA發(fā)生飽和所引起。此時差動保護可靠不動作。當判別到區(qū)外故障TA發(fā)生飽和后，保護邏輯進一步主要根據(jù)上述飽和TA特征2）,通過分析在一個完整周波內(nèi)各采樣點“差流越限”的動作情況，并結(jié)合其余輔助判據(jù)，判別故障是否有轉(zhuǎn)換或發(fā)展。若在完整周波內(nèi)各采樣點值滿足“差流越限”的動作點數(shù)不夠,則判為仍是區(qū)外故障TA飽和，差動保護可靠不動作，并在隨后的每個完整周波內(nèi)重復判別，直到“差流越限”完全消失（即區(qū)外故障被切除）。3、TA斷線閉鎖及告警WMH-800母線保護裝置利用差流進行TA斷線的判別。系統(tǒng)正常運行時，大差以及各段母線小差為零。當差流連續(xù)越限時即判為TA斷線，閉鎖斷線相該段母線差動保護并發(fā)告警信號。4、電壓閉鎖元件電壓閉鎖元件含母線各相低電壓，負序電壓，零序電壓元件，各元件并行工作，構(gòu)成或門關(guān)系。PT斷線時，退出斷線相低電壓元件和負序電壓元件。5、TV斷線告警當Ua低于TV斷線定值或負序、零序電壓長時間過限（7V）時，即判為TV斷線，裝置延時發(fā)TV斷線信號。TV斷線后退出斷線相低電壓元件和負序電壓元件，保留健全相低電壓和零序電壓元件。第七節(jié)微機變壓器保護裝置一、概述目前，我省220kV電壓等級的變壓器微機型保護裝置正在普及應用，新建變電站和技改工程25均采用微機型變壓器保護裝置。各廠家保護裝置的功能配置基本相同，包括差動保護、高壓側(cè)后備保護、中壓側(cè)后備保護、低壓側(cè)后備保護。各廠家差動保護全部采用具有比率制動特性的差動保護，區(qū)別只是為了躲過勵磁涌流而閉鎖差動保護的條件有所不同。有二次諧波制動的差動保護、用間斷角閉鎖原理的差動保護以及用波形畸變閉鎖原理的差動保護。二、PST-1200系列數(shù)字式變壓器保護裝置簡介PST-1200系列數(shù)字式變壓器保護裝置由國電南京自動化股份有限公司生產(chǎn)，是以差動保護、后備保護和瓦斯保護為基本配置的成套變壓器保護裝置，適用于500kV、330kV、220kV、110kV等大型電力變壓器。本系列數(shù)字式變壓器保護裝置有兩種不同原理的差動保護。保護裝置設有完全相同的CPU插件，分別完成差動保護功能，高壓側(cè)后備保護功能，中壓側(cè)后備保護功能，低壓側(cè)后備保護功能，各種保護功