YXL311技术及使用说明书V10资料.docx
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YXL311技术及使用说明书V10资料
YXL311-L/T
数字式保护装置
技术及使用说明书
版本号：
V1.0
泉州亿兴电力有限公司
2015
年
5
月
技术说明书部分
1概述
1.1主要用途及适用范围
YXL311数字式保护装置用于110kV及以下等级的输电线路保护，是面向综合自动化变电站及厂矿企业内部馈线的新一代保护装置。
本装置采用标准5U机箱结构可以单独组屏，也可以直接与开关柜配合使用。
经南京电力系统自动化设备质量检测中心、北京电力设备及仪表质量检测中心权威检测，以及在厂矿企业现场中的大量使用说明本装置稳定、可靠，便于现场调试及维护。
现有产品型号及功能：
YXL311-L线路保护装置；
YXL311-T变压器保护装置；
功能
YXL311-L
YXL311-T
过流保护
√
√
反时限过流保护
√
√
后加速过流保护
√
√
零序过流保护
√
√
低压侧零序过流保护
√
低压侧反时限零序过流保护
√
后加速零序过流保护
√
反时限零序过流保护
√
控制回路断线告警
√
√
过负荷告警
√
√
零序过电压
√
√
低频减载
√
低压保护
√
TV断线
√
√
非电量
√
重合闸
√
遥测
√
√
遥信
√
√
遥控
√
√
GPS对时
√
√
表1－1产品型号及功能配置表
1.2技术特点
装置的保护及安全自动功能均采用基于图形化界面的逻辑可编程的方式实现。
采用逻辑可编程方式构成的定型产品，其功能配置能够满足多数用户的要求。
如对功能配置有不同要求，修改工作可以在短时内完成。
所有产品的功能配置在出厂前已由本公司完成，不增加用户额外的工作量。
采用此种方式有以下优点：
●缩短了相关产品的开发周期，产品功能的拓展也更为快速方便；
●由于功能配置的变化不需修改软件，产品的核心构成不但在硬件上，而且在软件上彻底模块化、平台化，增强了产品品质的可信赖性，简单、灵活、可靠三者得到完美的统一。
此外，本装置还具备如下特点：
◆完备的保护功能配置
装置已配置了各种保护功能。
◆一体化设计
●装置兼有遥测、遥控、遥信功能；
●测量功能对各种测量量精度可达0.5级；
●遥信可采用强电电源（110V/220VDC）直接输入，抗干扰强。
每路具有独立可设的多种属性，满足不同速度、不同性质信号的快速捕捉；
●遥控出口支持接点监视反馈，为主站控制提供防误功能；
●本间隔防误闭锁及信号提示；
●装置自带操作回路，不需附加其它设备即可直接跳合开关；
●防水、防尘、抗振动设计，可安装于环境条件较为恶劣的现场运行，如开关柜。
◆人性化设计
●产品采用全汉化液晶显示及打印，人机界面清晰易懂；
●实时显示及传送各种运行状态及数据，便于当地及远方巡检；
●配备计算机界面的调试与分析软件，调试及维护简单方便；
●可独立整定最多32套保护定值，定值切换安全方便。
◆大资源
●保护功能模件的核心为32位微处理器，配置以大容量的RAM和FlashMemory，使本产品具有极强的数据处理、逻辑运算和信息存储能力。
可记录的事件数不少于200次,且信息在装置掉电后不会丢失；
●采用12位的高精度A/D转换器，完全满足各项测量指标；
●配置了充足的开关量输入端，方便外部遥信量的接入；
●设置了高精度的时钟芯片，并配置有GPS硬件对时回路，便于全系统时钟同步；
●配备485串口，并集成了IEC60870-5-103标准通信规约。
◆高可靠性
●通过了国家级电磁兼容实验室快速瞬变、静电放电等9个项目的抗干扰试验，全部的试验结果证明其电磁兼容性能指标大大高于国家标准要求；
●组屏或安装于开关柜时不需增加辅助抗干扰模件。
◆硬件免调试概念
●在采样回路中，选用高精度、高稳定的器件，保证正常运行的高精度，避免因环境改变或长期运行而造成采样误差增大；
●完善的自检功能，满足状态检修的要求；
●产品中无可调节元件，无需在现场调整采样精度，大大提高运行稳定性。
1.3功能配置
1.3.1保护功能
●三段式过流保护（可经复合电压启动，可带方向）；
●三段式零序过流保护（可带方向）；
●反时限过流保护；
●反时限零序过流保护；
●后加速过流保护；
●后加速零序过流保护；
●三相重合闸；
●低频减载；
●零序过电压、过负荷、控制回路断线、TV断线告警。
1.3.2测控功能（遥测、遥信、遥控、对时）
●14路外部开关量遥信采集（例：
远方状态、弹簧未储能及手车位置等）；
●8路内部开关量信号采集（断路器位置、手合记录及手跳记录等）；
●三相电压，三相电流，P，Q，功率因数，频率等模拟量采集的遥测；
●可进行就地以及远方合闸/分闸等操作；小电流接地探测遥控分闸；
●GPS-B码对时输入。
1.3.3录波功能
本装置可对12路动作开关量以及11路交流模拟量进行录波，在装置保护动作后，用户可以通过笔记本调看故障录波波形，方便客户进行故障分析和判断。
2技术性能及电气参数
2.1环境条件
正常工作环境温度：
-20℃～＋60℃；
装置贮存、运输允许的环境温度：
-40℃～＋70℃；
正常工作相对湿度：
5％～85％；（产品内部不凝露，不结冰）；
正常工作大气压力：
66kPa～110kPa。
2.2额定电气参数
2.2.1电源
●直流：
额定电压：
220V、110V；
允许偏差：
-20%～+15%；
波纹系数：
不大于5％。
●交流：
额定电压：
220V；
允许偏差：
-10%～+10%；
波纹系数：
不大于5％。
2.2.2额定电流、电压
●交流电流：
5A、1A；
●交流电压：
100V、57.7V；
●频率：
50Hz。
2.3功率消耗
交流电流回路：
当In=5A时，每相不大于1VA；
当In=1A时，每相不大于0.5VA；
直流电源回路：
正常工作时不大于15W；保护动作时不大于30W；
交流电压回路：
不大于1VA/相。
2.4状态电平
开关量输入电平：
交直流220V；
2.5模拟量精度
电压（100V）：
2%；
电流（5A）：
2%；
频率：
0.01Hz；
2.6接点容量
信号继电器触点：
DC220V、5A；
出口继电器触点：
DC220V、5A；
2.7过载能力
交流电流回路：
2倍额定电流，连续工作；
10倍额定电流，允许10s；
40倍额定电流，允许1s；
交流电压回路：
2倍额定电压，连续工作；
电源回路：
80%～115%电压连续工作；
2.8绝缘性能
●绝缘电阻
装置的带电部分和非带电部分及外壳之间以及电气上无联系的各电路之间用开路电压500V的兆欧表测量其绝缘电阻值正常试验大气条件下各等级的各回路绝缘电阻不小于100MΩ。
●介质强度
在正常环境下，各导电回路对地，各导电回路之间，对于额定绝缘电压＞60V的回路，装置能承受2KV的工频电压；对于额定绝缘电压≤60V的回路，装置能承受500V的工频电压；历时1min且无击穿闪络及元件损坏现象。
●冲击电压
在正常环境下，各导电回路对地，各导电回路之间，对于额定绝缘电压＞60V的回路，装置能承受1.2/50s，50kV的标准雷电波的短时冲击电压试验；对于额定绝缘电压≤60V的回路，装置能承受1.2/50s，1kV的标准雷电波的短时冲击电压试验；装置无绝缘损坏。
2.9耐湿热性能
装置通过GB/T2423.9第21章规定的湿热试验。
2.10电磁兼容性能
●静电放电抗干扰度
装置通过GB/T14598.14-1998中规定的试验等级为4级的静电放电抗干扰试验；
●射频电磁场辐射抗干扰度
装置通过GB/T14598.9-2002中规定的试验等级为3级的辐射电磁场抗干扰试验；
●快速瞬变脉冲群抗干扰度
装置通过GB/T14598.10-2007中规定的试验等级为4级的快速瞬变抗干扰试验；
●脉冲群干扰
装置通过GB/T14598.13-2008中规定的试验等级为3级的脉冲群干扰试验；
●浪涌（冲击）抗扰度
装置通过GB/T14598.18-2007中规定的试验等级为3级的浪涌（冲击）干扰试验；
●射频场感应的传导骚扰度
装置通过GB/T14598.17-2005规定的射频场感应的传导骚扰度3级试验；
●工频磁场抗扰度
装置通过GB/T14598.19-2007规定的工频磁场抗扰度5级试验；
●电磁发射限值试验
能符合GB/T14598.16-2002中规定的电磁发射限制值；
2.11机械性能
●振动响应
装置通过GB/T11287-2000中规定的严酷等级为1级的振动响应试验；
●振动耐受度
装置通过GB/T11287-2000中规定的严酷等级为1级的振动耐受试验；
●冲击响应
装置通过GB/T14537-1993中规定的严酷等级为1级的冲击响应试验；
●冲击耐受度
装置通过GB/T14537-1993中规定的严酷等级为1级的冲击耐受试验；
●碰撞耐受度
装置通过GB/T14537-1993中规定的严酷等级为1级的碰撞耐受试验。
3装置硬件
3.1硬件架构
本装置机箱、交流模件、CPU板、操作板、母板及液晶板组成。
图3-1装置硬件系统框图
3.2机箱结构
机箱采用多块铝合金拼装而成。
在正常外力冲击下，箱体不变形。
面板上的操作按键根据人体工程学设计，按键可靠性和灵敏度超出国内同类产品。
■机箱外形尺寸及开孔尺寸参见说明书后的附图。
前面板上包括了大屏幕液晶显示器、操作键盘、信号指示灯等。
线路板采用背插式结构，即插件从装置的背后插拔，各插座间通过母板进行的连接，母板位于机箱的前中部。
该结构具有以下优点：
a）各插件自带可插拔端子，方便线路板安装更换。
b）母板布线按总线方式布置，使装置在功能配置上具有很强的灵活性，可以根据用户的需要扩充或更改装置的功能。
■机箱背端定义图参见说明书后的附图。
3.3交流插件
交流插件包括电压输入、电流输入、电源输入三部分，不同型号的装置其电压和电流输入元件的数目不同，类型不同。
基本配置为4路电压输入，7路电流输入，1路电源输入。
■端子定义参见说明书后的附图。
3.4CPU插件
CPU插件原理简图如下：
图3-2CPU模件原理示意图
CPU插件由以下几部分构成
●CPU系统
装置采用32位高速处理器（STM32F103ZET6），扩展1片4M片外高速RAM存储器，1片32Mflash存储器存储大量的录波数据。
所以装置具有实现各种复杂的故障处理及记录能力。
●开关量输入及输出
CPU插件共有14个光电隔离开关量输入，由CPU板提供接入点。
其中开关位置信号、手跳信号、手合信号及复归按键信号已经由装置本身采集，不占用了开入开关量。
CPU插件上还有11个光电隔离开关量输出，经过母板提供给操作板。
●通讯部分
本装置带有2个标准的串行数据接口和一个GPS对时接口。
A）串口1为标准RS232接口，可以用来与PC机进行后台调试分析。
B）串口2为标准RS485接口，提供普通103规约通信。
C）装置提供标准GPS对时硬件回路，并采用分对时方式。
■端子定义参见说明书后的附图。
3.5操作开出板？
●操作回路
操作回路由各种操作回路继电器构成，包括手合继电器，手跳继电器、跳闸位置继电器（TWJ）、合闸位置继电器（HWJ）、跳闸保持继电器（TBJ）、合闸保持继电器（HBJ）和防跳继电器（FTJ）。
用户在订货时需注明操作回路操作电源类型，以及防跳回路是否需要。
●开出回路
开出部分共有8个继电器，这些控制跳闸和信号的继电器由CPU插件直接驱动。
继电器具体描述如下：
继电器名称
继电器功能
K1
装置异常信号继电器
K2
信号告警信号继电器
K3
保护动作信号继电器
K4
备用
K5
备用
K6
备用
K7
备用
K8
备用
表3-1继电器描述表
■端子定义参见说明书后的附图。
■继电器连接参见说明书后的附图。
■操作回路连接图参见说明书后的附图。
3.6交流板
●装置电源
本装置采用的是交直流逆变开关电源。
交流220V、直流220V或110V电压输入后，经抗干扰滤波回路。
●电流电源采集回路
本装置拥有12个模拟输入通道。
12路模拟输入信号首先经一阶RC滤波器及采样保持器，再经多路模拟开关和运放，连接到A／D转换器的输入端上，进行分辨率为16位A/D转换工作。
图3-3A/D系统原理示意图
■端子定义参见说明书后的附图。
3.7液晶板
采用大屏幕液晶显示，字符显示清晰明了。
液晶板上的操作按键全部采用进口欧姆龙按键开关设计，使用寿命长，按键反应灵敏度恰到好处。
该线路板主要功能是显示保护工作状态信息，接受从键盘输入的操作控制命令。
在液晶的左侧，有一排信号灯，显示装置工作状态，保护动作情况，以及断路器位置。
为延长液晶的工作寿命，当液晶在无人操作的情况下，经过150秒延时，会自动进入屏保状态，屏幕无显示，当有按键操作时，屏幕自动恢复工作状态。
4保护软件功能说明
本装置保护逻辑软件是采用通用的继电保护逻辑开发平台开发的。
该软件应用了图形化编程和逻辑图下载方式来完成保护逻辑功能。
此功能不但易于在实际的情况下通过更改逻辑图来，实现软件的升级，改进等更新工作。
还可以为用户根据现场情况制定特殊需要的保护装置，更贴近用户的需求。
本节主要介绍线路保护和变压器保护的各个主要功能的逻辑控制算法。
功能列表详见概述部分。
4.1过流保护
过流保护判据如下
●主判据：
A、B、C中最大一相电流值在满足延时定值条件下大于过流定值；
即：
MAX{IA,IB,IC}>=I（定值）T>=T（定值）保护启动
●闭锁条件：
低电压闭锁：
在三个线电压中的任意一个低于低电压定值时开放被闭锁的保护，否则闭锁过流保护，也可经低电压控制字取消该闭锁功能。
即：
MIN{UAB,UBC,UCA}<=U（定值）开放保护
复合电压闭锁：
复合电压为低电压和负序电压，任意一个条件满足都开放保护。
负序电压闭锁是当负序电压高于负序电压闭锁定值时，开放被闭锁保护元件。
当TV断线后，复压闭锁元件自动退出。
方向闭锁：
方向依据90°接线原则进行判别，如果启动相电流与对应电压角度在动作区内，就开放被闭锁的保护。
如果在动作区外就闭锁过流保护。
也可经方向控制字取消该闭锁功能。
I、U方向判别的90°原则：
最大电流I
对应电压U
IA
UBC
IB
UCA
IC
UAB
表4-1I、U方向判别关系表
动作区域的划分：
TA的接线原则：
电流以母线流向线路为正方向。
图4-1带方向过流保护动作区域的划分
●过流控制字：
过流控制字控制该保护功能的投退，每段保护有独立的控制字可以选择投退，方向闭锁和低电压闭锁。
投入后过流动作默认为带动断路器跳闸。
■详细逻辑图参见说明书后的附图。
4.2零序过流保护
零序过流保护判据如下
●主判据：
ABC三相零序采样电流值在满足延时定值条件下大于过流定值；
即：
I0（实际）>I0（定值）T0>=T0（定值）保护启动
●闭锁条件：
方向闭锁：
如果采样零序电流与自产零序电压角度在动作区内，就开放被闭锁的保护。
如果在动作区外就闭锁过流保护。
也可经低方向控制字取消该闭锁功能。
动作区域的划分：
TA的接线原则：
电流以母线流向线路为正方向。
图4-2带方向零序过流保护动作区域的划分
●零序过流控制字：
零序过流控制字控制该保护功能的投退。
其中一段和二段每段保护有独立的控制字可以选择投退，方向闭锁。
投入后过流动作默认为带动断路器跳闸。
三段除带有与一段和二段相同的控制字可以选择投退，方向闭锁外，还可以根据需要选择告警或者跳闸操作。
4.3反时限过流保护
装置设置了专门的反时限过流保护，反时限保护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。
装置提供常见的三类反时限特性，即标准反时限、非常反时限、极端反时限，反时限特性由整定值中相应的“反时限曲线类型”整定。
各反时限特性公式如下：
●一般反时限
●非常反时限
●极端反时限
其中:
为时间系数，范围是（0.05～1）；
为电流基准值；
为故障电流；
为跳闸时间。
反时限过流保护可经过低电压闭锁，但不经方向元件闭锁。
反时限过流保护判据如下：
●主判据：
A、B、C中最大一相电流值在满足延时定值条件下大于过流定值；
即：
MAX{IA,IB,IC}>=I（定值）T>=T（定值）保护启动
●闭锁条件：
低电压闭锁：
在三个线电压中的任意一个低于低电压定值时开放被闭锁的保护，否则闭锁过流保护，也可经低电压控制字取消该闭锁功能。
即：
MIN{UAB,UBC,UCA}<=U（定值）开放保护
●过流控制字：
反时限过流控制字控制该保护功能的投退，每段保护有独立的控制字可以选择投退，低电压闭锁。
投入后过流动作默认为带动断路器跳闸。
4.4反时限零序过流保护
详见4.3，反时限特性由整定值中反时曲线类型整定，反时限零序过流不经方向元件闭锁，其过流判据如下：
●主判据：
ABC三相零序采样电流值在满足延时定值条件下大于过流定值；
即：
I0（实际）>I0（定值）T0>=T0（定值）保护启动
●反时限零序过流控制字：
反时限零序过流控制字控制该保护功能的投退。
4.5后加速过流保护
后加速过流保护判据如下：
●该段保护控制字投入；
●MAX{IA,IB,IC}>=I（定值）；
●T>T（定值）；
●低电压闭锁元件开放。
4.6后加速零序过流保护
后加速零序过流保护判据如下：
●该段保护控制字投入；
●I0（实际）>I0（定值）；
●T>T（定值）；
4.7三相重合闸保护：
本装置带有一段三相一次重合闸保护，具体参数如下；
●重合闸充电：
断路器在合位，同时无任何闭锁重合闸信号，经15秒后完成重合闸充电。
。
●重合闸启动：
完成重合闸充电后，有两种方式启动重合闸，分别为保护动作启动重合闸和开关“偷跳”启动重合闸。
1、保护动作启动重合闸判据
a）保护动作
b）断路器位置变成分位
c）线路无流
2、开关“偷跳”启动重合闸
a）现场无手跳操作
b）断路器位置变成分位
c）线路无流
●重合闸方式：
本装置可以通过控制字来选择重合闸的方式：
不检方式和检无压方式。
a）不检方式：
重合闸启动后只判延时就重合。
b）检无压方式：
重合闸启动后先判断三相母线或线路电压，如果电压值小于8V，则判为无压，开放无压闭锁，再经重合延时定值后重合。
如果电压值大于等于8V,则判无压条件不满足，闭锁重合闸功能。
●重合闸闭锁条件：
在下面任何一个条件满足的情况下，闭锁重合闸功能。
a）控制回路断线；
b）弹簧未储能；
c）手跳、遥跳；
d）重合闸启动；
e）重合控制字未投入；
f）闭锁重合闸压板投入；
g）低频减载启动。
4.8低电压保护
当系统电压低于整定电压时，判定是否切除负荷。
低电压保护的判据为：
●
，
为低电压定值
●
，
为低电压闭锁电流，
为相电流；
●
，
为延时定值；
●断路器在合位；
4.9低频减载
低频减载功能逻辑中设有一个滑差闭锁元件以区分故障情况、电动机反馈和真正的有功缺额。
低频减载功能取A相电压进行计算，且试验时只需加A相电压。
当此电压（
）低于闭锁频率计算电压时，低频减载功能将自动退出。
低频减载功能的判据为：
●低频减载控制字投入；
●三相平衡电压，且
>
，
--低频减载低电压闭锁定值；
●滑差闭锁投入时，
，
--滑差闭锁定值；
●
，
--低频减载定值；
●
，
--低频减载延时定值；
●欠流闭锁低频减载投入时，负荷电流大于“低频减载欠流定值”；
●
。
●断路器在合位。
4.10装置告警判据
4.10.1过负荷信号告警：
●任意一项电流大于过负荷电流定值；
●过负荷电流时间满足过负荷延时定值；
●过负荷控制字投入。
4.10.2TV（PT）断线信号告警：
●三相断线：
当母线或线路三相电压都小于8V时，且开关在合位，判为TV断线，发TV断线信号。
即：
MAX（Ua,Ub,Uc）<8V
●单相或两相断线：
当自产三相零序电压值大于8V,而三相电压都小于30V，发TV断线信号。
即：
（3U0=Ua+Ub+Uc>8V）&min（Ua,Ub,Uc）<30V
●TV断线时间满足固定5s延时；
●TV断线控制字投入。
4.11零序过电压告警
零序电压告警可用于小电流接地选线判别，小电流接地选线功能由本装置和主站共同完成，当系统发生单相接地故障时，主站接收到任何3U0越限告警后，调取各装置内记录的3U0、3I0采样，计算后给出接地点策略。
动作条件：
●零序电压告警控制字投入；
●3U0=Ua+Ub+Uc>
，
--零序电压告警定值；
●
。
4.12控制回路断线告警
装置实时检测断路器位置状态，当控制回路断线告警控制字投入时，检测不到断路器位置，经10s后装置发“控制回路断线”告警。
位置状态不满足上述条件时，告警瞬时返回。
4.13非电量保护
非电量保护主要应用在变压器保护装置上，线路保护该部分为预留设计。
●非电量名称
非电量保护主要包含轻瓦斯告警、重瓦斯跳闸、超温告警、高温跳闸、温控器告警、网门跳闸6类。
●非电量开入
本装置预留6个开入量接口提供给非电量保护使用，用户可根据需要自行选择。
●非电量保护
本装置的非电量保护为用户提供了一个可以选择的平台。
用户可根据需要，选择将各类跳闸信号直接连入跳闸回路；或者接入相应的开入量，通过保护进行跳闸动作或告警。
前者，动作可靠性高，但保护不进行相应事件记录；后者，保护装置记录了所有动作时的参数，有助于故障分析，但如果保护装置掉电则可能会发生难以预料的结果。
4.14保护、告警动作后的装置现象
4.14.1保护动作后的装置现象：
当保护动作时液晶显示保护动作的类型名称、动作时间，以及动作行为发生时，各个电流电压通道的模拟量有效值和相位角。
同时面板左侧的跳闸信号灯点亮，信号灯一旦点亮后保持常亮，只有运行人员通过按复归键手动复归或通过复归开入远方复归才能将其熄灭。
4.14.2告警发生后的装置现象：
当告警时液晶显示保告警的类型名称、动作时间，以及动作行为发生时，各个电流电压通道的模拟量有效值和相位角。
同时面板左侧的告警信号灯点亮，当告警信号消失，告警灯会自动熄灭。
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