WMH800AG2技术说明书南网220kV版本.docx
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WMH800AG2技术说明书南网220kV版本
许继电气股份有限公司
许继集团
WMH-800A微机母线保护装置
技术说明书（南网220kV版）
2012年06月
许继电气股份有限公司版权所有
本版本说明书适用于WMH-800A南网标准版Ver1.00版本及以
上程序，许继电气股份有限公司保留对本说明书进行修改的权
利，当产品与说明书不符时，请以实际产品为准。
2011.11第一次印刷
前言
WMH-800A系列微机母线保护装置适用于1000kV及以下各种电压等级、各种主接线方式的母线，作为发电厂、变电站母线的成套保护装置。
WMH-800AG2适用于220kV及以下各种电压等级、各种主接线方式的母线，并完全满足《南方电网220kV母线保护技术规范》标准。
◆产品特点
Ø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。
Ø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：
Ø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。
母线保护采用图形拓扑技术，由主接线图自动生成配置文件，实现母线保护软件应用于各种接线各种电压等级时版本统一。
Ø人机界面设计人性化
XJ-GUI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。
◆专利技术
●一种母线运行方式识别的微机自动识别方法（ZL98116823X）
●一种双母线系统微机型失灵保护方法（ZL98116830.2）
●利用虚拟制动电流判断CT饱和的方法（专利号：
200510017606.7）
1概述
1.1应用范围及保护配置
WMH-800A系列微机母线保护装置是WMH-800系列微机母线保护装置的改进型产品，适用于1000kV及以下各种电压等级、各种主接线方式的母线，作为发电厂、变电站母线的成套保护装置。
WMH-800AG2完全满足《南方电网220kV母线保护技术规范》标准，适用于220kV及以下各电压等级、各种接线方式，母线上允许连接元件数最大为23个（含母联及分段元件）。
WMH-800AG2母线保护对应不同的母线主接线形式和连接元件数量有两种配置方案：
标准配置方案，保护箱
（一）加辅助箱，共2台装置；简化配置方案，保护箱
（二），共1台装置。
标准配置方案适应主接线及保护配置见表1-1，简化配置方案适应主接线及保护配置见表1-2。
表1-1WMH-800AG2标准配置适应主接线及保护配置表
序号
箱体构成
主接线方式
最大连接元件数
差动保护
电压闭锁
母联失灵保护
母联死区保护
母联过流保护
母联非全相保护
失灵保护
1
保护箱
（一）、
辅助箱
单母线
23
●
●
●
2
保护箱
（一）、
辅助箱
单母分段
23
●
●
●
●
●
●
●
3
保护箱
（一）、
辅助箱
单母三分段
23
●
●
●
●
●
●
●
4
保护箱
（一）、
辅助箱
双母线
23
●
●
●
●
●
●
●
5
保护箱
（一）、
辅助箱
双母单分段
23
●
●
●
●
●
●
●
6
保护箱
（一）、
辅助箱
双母双分段
23
●
●
●
●
●
●
●
表1-2WMH-800AG2简化配置适应主接线及保护配置表
序号
箱体构成
主接线方式
最大连接元件数
差动保护
电压闭锁
母联失灵保护
母联死区保护
母联过流保护
1
保护箱
（二）
单母线
12
●
●
2
保护箱
（二）
单母线分段
12
●
●
●
●
●
注：
保护箱
（一）和辅助箱的硬件配置可参考图4-5和图4-6以及附图B。
保护箱
（二）的硬件配置可参考图4-4以及附图A。
简化配置方案由于受开入量资源的限制不能实现断路器失灵保护功能。
本装置的主要保护功能：
✧差动保护（常规差动、突变量差动、大差后备）；
✧母联死区保护；
✧母联失灵保护；
✧母联过流保护；
✧母联非全相保护；
✧失灵保护；
✧复合电压闭锁；
✧CT断线判别；
✧PT断线判别。
1.2装置主要特点
1.2.1保护性能
✧动作速度快，典型动作时间不大于20ms；
✧抗CT饱和能力强，差动保护抗区外饱和指标不大于2.5ms；
✧采用稳态量差动保护和突变量差动保护相结合，在保证保护可靠性基础上，大大提高了高阻接地故障和振荡中故障时保护的灵敏度；
✧采用主接线拓扑结构自动识别技术，通过绘制主接线即可自动实现软件定义，自动获取母线接线结构、特殊元件定义等信息，使同一个版本的软件可以适用于所有常规主接线方式，设置有“主接线形式”定值项，如果整定定值项跟主接线拓扑不一致时，会提示报警并闭锁保护；
✧自适应能力强：
可以自动适应母线的各种运行方式，双母线倒闸过程自动识别，自动完成各种运行方式下的母线各段小差电流计算和出口回路的动态切换；
✧CT变比设置灵活：
对CT变比无特殊要求，允许母线上各连接元件CT变比不一致。
CT变比均可由用户现场直接设置，简单、方便。
1.2.2高性能、高冗余的许继新一代软、硬件平台
✧采用管理板、启动板、保护板3个CPU并行工作的硬件结构，采用32位高性能DSP处理器、32位逻辑处理器和16位的高速AD，保护出口跳闸采用“启动＋保护动作”的方式，杜绝保护装置硬件故障引起的误动；
✧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；
✧完善的A/D采样回路自检能避免A/D采样出错导致的装置误动；开出回路自检可以准确检测任一路开出回路断线或开出击穿故障，发出告警并可靠闭锁保护；定值自检能够检测定值存储区出错、定值越限等；具备＋5V、±15V电源自检功能，当电源电压不正常时，装置发告警信息，并闭锁保护；
✧硬件存储容量大，可存储多达200条保护事件报告记录和100条保护动作报告记录；
✧分层化、模块化、元件化的软件设计，实现了不同产品软件的最大限度公用，保证了软件的可靠性；
✧许继独立产权的“VLD”可视化工具，实现了业界在高电压等级采用继电保护语言开发软件的梦想；
✧独特的“日志系统”设立总线级、模块级、元件级共三级检测点，并具备离线的逻辑仿真功能，实现了事故分析“透明化”，以消除不明原因事故。
1.2.3开放性、灵活配置的通信功能
✧提供有PC调试口、就地打印口，另外还提供有4个以太网+1个485接口或2个485接口。
通信接口兼容性、开放性强，采用国际通用标准规约（IEC60870-5-103或IEC61850）。
1.2.4直观丰富的操作界面
✧采用类Windows图形界面设计，菜单简洁、操作方便，实现了用户使用“免学习”；
✧许继独立产权的“XJ-GUI”界面设计工具，实现了操作界面的灵活定制及人性化设计；
✧彩色大液晶可自动显示美观的主接线图和丰富的实时数据。
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：
100/
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（正常运行）；
保护装置不大于70W（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差动保护
✧差动保护启动电流整定范围：
0.2In～20In；
✧差动电流动作值误差：
±2.5%；
✧差动保护整组动作时间：
在两倍整定电流、0.5倍低电压定值下，整组动作时间不大于20ms。
2.2.2母联失灵保护
✧母联失灵保护电流定值整定范围：
0.05In～20In；
✧母联失灵保护电流定值误差：
±2.5%；
✧母联失灵保护时间元件整定范围：
0.1s～10s；
✧母联失灵保护时间元件整定值误差：
误差不大于1%或30ms。
2.2.3失灵保护
✧失灵保护电流（相电流、零序电流、负序电流）定值整定范围：
0.05In～20In；
✧失灵保护电流（相电流、零序电流、负序电流）定值误差：
±2.5%；
✧失灵保护时间元件（跟跳延时、跳母联延时、跳母线延时）整定范围：
0.1s～10s；
✧失灵保护时间元件整定值误差：
在1.2倍电流整定值下动作时间误差不大于1%或30ms。
2.2.4母联过流保护
✧母联过流保护电流（相电流、零序电流）定值整定范围：
0.05In～20In；
✧母联过流保护电流（相电流、零序电流）定值误差：
±2.5%；
✧母联过流保护时间元件整定范围：
0.1s～10s；
✧母联过流保护时间元件整定值误差：
在1.2倍电流整定值下动作时间误差不大于1%或30ms。
2.2.5母联非全相保护
✧母联非全相保护电流（零序电流、负序电流）定值整定范围：
0.05In～20In；
✧母联非全相保护电流（零序电流、负序电流）定值误差：
±2.5%；
✧母联非全相保护时间元件整定范围：
0.1s～10s；
✧母联非全相保护时间元件整定值误差：
在1.2倍电流整定值下动作时间误差不大于1%或30ms。
2.2.6记录容量
✧故障录波内容和故障事件报告容量
记录保护跳闸前2个周波、跳闸后3个周波所有电流电压波形；保护装置可循环记录100次故障事件报告、8次波形数据。
✧正常波形记录容量
正常时保护可记录5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。
2.2.7对时方式
✧外部GPS脉冲对时；
✧RS-485/RS-232方式的串口对时；
✧监控系统绝对时间的对时报文；
✧B码对时。
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，能承受幅值为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
✧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；
✧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；
✧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；
✧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级的静电放电干扰；
✧射频传导发射干扰能力：
符合GB/T14598.16-2002第4章规定的传导发射限值；
✧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；
✧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；
✧抗阻尼振荡磁场干扰能力：
能承受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；
✧抗浪涌骚扰能力：
能承受IEC60255-22-5:
2002第4章规定的浪涌骚扰；
✧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；
✧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
✧4个以太网通信接口+1个RS-485通讯接口
或2个RS-485通讯接口；
✧就地打印口：
1个（RS-232）；
✧PC调试口：
1个（RS-232）。
3保护原理介绍
WMH-800A微机母线保护装置设有两套保护用计算机系统和一套人机接口计算机系统，CPU2完成启动（大差、失灵、母联失灵、母联过流、母联非全相等保护启动），CPU1完成出口（大差及各段母线小差、复合电压闭锁、失灵保护、母联失灵保护、母联过流保护、母联非全相保护等），双CPU模式可防止一块CPU意外故障而引起保护误出口。
此外，CPU1还具有母线运行方式的自动识别元件、CT断线闭锁元件、CT饱和检测元件、母联死区保护元件和PT断线判别元件等。
3.1差动保护
3.1.1比率制动差动保护
母线差动保护为分相式比率制动差动保护，设置大差及各段母线小差。
大差由除母联外母线上所有元件构成，每段母线小差由每段母线上所有元件（包括母联）构成。
大差作为启动元件，用以区分母线区内外故障，小差为故障母线的选择元件。
大差、小差均采用具有比率制动特性的分相电流差动算法，其动作方程为：
（3-1）
（3-2）
其中：
式中
为差动电流；
为制动电流；
为比率制动系数；
为差动电流定值；
为各回路电流。
为防止在母联断开的情况下，弱电源侧母线发生故障时大差比率制动元件灵敏度不够，或母线合环运行工况下母线故障小差比率制动元件可能灵敏度不够，制动系数设置了高、低两个制动特性。
制动特性根据以下三个原则自适应取值：
1）母线并列运行或单母运行情况下大差制动系数取高制动特性（0.5），分列运行时取低制动特性（0.3）；
2）双母单分段接线合环运行时小差制动特性取低制动特性（0.3），其它情况下小差制动特性均取高制动特性（0.5）；
3）双母双分接线方式配置两套母差，本套母差不识别另外一套母差所保护的母联或分段断路器的状态，当母联和两个分段元件均在合位运行时小差制动特性固定取低制动特性（0.3），其他情况下小差制动系数固定均取高制动特性（0.5）；仅当母联在合位状态时，大差制动特性取高制动特性（0.5），其他情况下大差制动特性均取低制动特性（0.3）。
如果大差和某段小差都满足上式的动作方程，判为母线内部故障，母线保护动作，跳开故障母线上的所有断路器。
对双母线接线，当某个元件在倒闸过程中两条母线经刀闸双跨或投入母线互联压板或者母联CT断线时，双母线按单母方式运行，此时不再进行故障母线的选择，如果母线发生故障，则将两条母线同时切除。
单母线分段母线互联时同样按单母线处理。
图3-1是差动保护动作曲线图。
图3-1差动保护动作曲线
对单母线接线方式，不存在大差和小差之分。
对单母分段接线方式，大差和小差的概念及意义与双母线一致。
3.1.2突变量比率差动保护
突变量比率制动差动保护与制动系数固定为0.3的常规比率制动差动保护配合使用。
动作条件为：
（3-3）
（3-4）
（3-5）
其中：
为差动定值；
；
（
为第j个连接元件的电流突变量
=
-
）
3.1.3大差后备保护
大差连续动作达到大差后备延时（无论小差是否动作），跳开母线上无隔离刀闸辅助触点位置的元件和母联，出口经复合电压闭锁。
大差后备保护主要有以下作用：
母线故障差动保护动作跳闸后，如果故障母线上还连有无隔离刀闸辅助触点位置的电源元件（故障前可能电流很小，方式识别元件不能正确识别到该元件的状态），则可通过大差后备保护来切除。
3.1.4CT饱和检测元件
当母线外部发生故障特别是母线近端发生外部故障时，CT可能发生饱和，使CT的二次电流发生畸变，不能真实反映系统的一次电流，在差动回路中有差电流存在，对母线差动保护产生不利影响,若不采取必要的闭锁措施，差动保护就可能会误动，因此在各种类型的母线差动保护中必须对CT饱和采取相应的闭锁措施。
根据分析，即使CT严重饱和时，在故障发生的初始阶段和电流过零点附近CT存在一个线性传变区，在线性传变区内差动保护不会误动作。
利用区外故障CT饱和时差动保护判据满足时刻滞后于故障发生时刻的特点，利用同步识别法判断是否为区外故障，如果是区外故障则闭锁差动保护，然后投入虚拟制动电流判别CT饱和判据，以确保母线区外转区内故障时，差动保护能可靠动作。
3.2母联死区保护
在双母线接线或单母线分段接线中，如果母联断路器两侧各装设一组CT，并且交叉接线，这时不存在死区，不设置死区保护。
如果母联断路器仅一侧装设CT，如图3-2所示，需要配置死区保护。
死区保护受差动保护软、硬压板控制。
两段母线并列运行时，K点发生故障，对Ⅱ母差动保护来说为外部故障，Ⅱ母差动保护不动；对Ⅰ母差动保护为内部故障，Ⅰ母差动保护动作，跳开Ⅰ母上的连接元件及母联断路器。
但此时故障仍不能切除，针对这种情况，本装置采用Ⅰ母母差动作后经150ms延时后检测母联断路器位置，若母联处于跳位，并且母联电流大于定值时，母联电流不再计算入差动保护，从而破坏Ⅱ母电流平衡，使Ⅱ母差动动作，最终切除故障。
图3-2母联死区故障示意图
若保护装置没有识别到母联断路器的位置，则母联死区故障时保护自动按母联失灵来处理。
若母联失灵保护未动作，则经母联失灵延时强制封母联CT，破坏母线差流平衡，促成母线差动动作。
在母联热备用情况下（母联检修压板投入，或者开关断开且两段母线都有电压），运行方式识别认为母联是不运行的，发生死区故障时母联电流不计入小差，只跳故障母线。
针对双母双分接线的分段间隔，由于母线保护装置无法获得另一组母线电压量，所以仅判别本装置能识别到的母线电压，即分段检修压板投入（或者分段开关断开且本母线有电压），则认为分段间隔是不运行的，分段电流不参与差流计算。
母联跳位（TWJ）为三相常闭接点（母联开关在跳闸位置时接点闭合）串联。
图3-3是母联死区保护的逻辑框图。
图3-3母联死区保护逻辑框图
注：
Ts为母联失灵时间+100ms。
图3-4是母差保护整体动作逻辑（以Ⅰ母为例）。
图3-4母差保护逻辑框图（以Ⅰ母为例）
注：
差动跳母联不经复合电压闭锁。
为防止充电至死区故障时误切运行母线，母线保护引入母联开关手合开入接点。
当满足开关处于跳位、手合变位、一段母线无压时，且母联开关无流时，保护认为母联开关为充电状态，闭锁差动保护300ms，即差动保护延时300ms动作。
1s之后自动解除对母线保护的闭锁。
图3-5充电至死区故障示意图
充电闭锁判别逻辑见图3-6：
图3-6充电状态下差动保护动作逻辑图
双母双分段接线方式下，由分段断路器对母线充电时，由于母线保护装置无法获得另一组母线电压量，仅根据分段断路器位置变化无法区分充电与合环操作。
因此，双母双分段接线方式下，分段充电状态下无图3-6所述一段母线无压逻辑。
3.3母联失灵保护
当保护向母联断路器发跳令后，经整定延时（应大于母联断路器最大动作时间）母联电流仍然大于母联失灵电流定值时，母联失灵保护切除两条母线上的所有连接元件。
母联失灵保护可由差动保护、失灵保护、母联过流保护、外部保护启动。
母联失灵保护动作后由软件内部固定启动与之相关的母联开关的母联失灵保护。
图3-7母联失灵保护的逻辑框图。
图3-7母联失灵保护逻辑框图
注：
Is为母联失灵电流；Ts为母联失灵时间。
若外部启动母联失灵开入长期存在超过10s，装置发告警信号，并报“外部启动母联失灵开入异常”，同时闭锁该开入。
3.4失灵保护
失灵保护由失灵保护软、硬压板控制。
失灵保护由各连接元件相应保护装置的失灵启动接点（或保护跳闸接点）启动（其中，软件中还有差动动作启动主变失灵逻辑，该启动逻辑由软件内部实现，和主变间隔三跳失灵启动接点逻辑或，作为主变间隔的失灵启动条件）；任一断路器失灵时，该元件的失灵启动启动断路器失灵保护，保护首先经跟跳延时跟跳该断路器。
如果故障仍然存在，断路器失灵保护判出该元件所在母线，并经设定的跳母联延时和跳母线延时来跳母联和跳失灵元件所在的母线。
线路元件失灵启动开入有跳A失灵启动、跳B失灵启动、跳C失灵启动、三跳失灵启动；变压器元件只接入三跳失灵启动开入，只有三跳启动逻辑。
若某元件失灵启动开入保持10s不返回，装置发告警信号，报“失灵启动开入异常”，并闭锁该失灵开入，当该失灵开入返回后再解除对它的闭锁。
考虑到主变低压侧故障而高压侧断路器失灵时，高压侧母线复合电压闭锁可能会因灵敏度不够而无法开放，装置对每个主变间隔引入主变失灵解闭锁开入接点，当某一主变失灵解除电压闭锁接点有效闭合（长时闭合10s以上认为开入异常，此时开入无效）时，解除失灵复合电压闭锁。
线路元件非三相失灵时，失灵电流判别采用与开入对应相的相电流判别。
当线路三跳失灵启动开入存在时，任一相的相电流满足即开放断路器失灵保护的电流判据，图3-8为线路元件失灵保护逻辑框图。
主变失灵电流判
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