WXBA馈线专业技术书V.docx

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WXBA馈线专业技术书V

国电南自

Q/GDNZ.J.01.97-2002

标准备案号：

1546-2002

WXB-65A

微机馈线保护测控装置

技术说明书

国电南京自动化股份有限公司

GUODIANNANJINGAUTOMATIONCO.，LTD.

WXB-65A

微机馈线保护测控装置

技术说明书

V1.20

国电南京自动化股份有限公司

2009年03月

*本说明书可能会被修改，请注意最新版本

*由国电南自技术部监制

版本声明

本说明书为WXB-65A微机馈线保护测控装置V1.20版本，对应装置CPU程序适用于V3.00以上版本。

以前说明书版本说明：

V1.00：

基本版本。

V1.10：

装置更换了开出模件，增加了一路遥控开出，保护功能部分没有变化。

V1.20：

适用于乌兹别克斯坦工程，增加了断路器失灵保护功能。

*技术支持电话：

（025）51183099

传真：

（025）51183099

Email：

liyongzheng@sac-

*本说明书可能会被修改，请注意核对实际产品与说明书的版本是否相符

*2009年3月第1版第1次印刷

目次

1装置概述1

2装置主要技术参数2

2.1环境条件2

2.2额定电气参数3

2.3功率消耗3

2.4过载能力3

2.5装置主要技术指标4

2.6绝缘性能6

2.7机械性能7

2.8电磁兼容性（EMC）7

3机箱结构8

4硬件说明9

4.1交流/采样模件9

4.2通信模件9

4.3保护CPU模件9

4.4开入模件9

4.5开出模件9

4.6出口模件9

4.7监控MMI面板10

4.8电源模件10

5软件说明10

5.1保护原理说明10

5.2保护配置方框图16

6定值参数说明20

6.1保护定值清单20

6.2保护定值整定21

6.3装置参数通信设置24

6.4装置软压板清单及说明24

6.5装置开入24

6.6装置呼唤告警事件24

附图装置背板端子图26

1装置概述

WXB-65A微机馈线保护测控装置适用于采用并联自耦变压器（AT）供电方式、串联吸流变压器（BT）与回流线的供电方式、直接供电（带回流线与不带回流线）方式的电气化铁道牵引变电所、开闭所及分区所，实现馈线的保护、测量及控制功能。

装置能适应牵引供电系统冲击性、移动性负荷、谐波含量大和故障频繁的特点。

整套装置的主要功能：

●保护功能：

电流速断保护、谐波闭锁的过电流保护及后加速保护、过负荷保护（定时限或反时限）、过热保护、失压保护、谐波闭锁的三段式自适应阻抗保护及后加速保护、三段式高阻接地保护、断路器失灵保护、一次自动重合闸、PT断线闭锁、故障测距、故障再现等。

●遥测功能：

母线电压、馈线电流、有功功率、无功功率、功率因数、线路负荷角、负荷录波、故障录波、故障报告、负荷统计、断路器分/合闸时间统计。

●遥控功能：

断路器分/合闸、电动隔离开关分/合闸、旁路电动隔离开关分/合闸、装置信号复归、保护及重合闸软压板投/退。

●遥信功能：

“当地/远方”运行方式开关位置、断路器位置、断路器手车位置、隔离开关位置、旁路隔离开关位置、接地刀闸位置、断路器储能、断路器控制回路断线、电动隔离开关控制回路断线、旁路电动隔离开关控制回路断线、保护及重合闸压板位置、保护动作、手动合闸、手动分闸、装置异常呼唤、装置告警。

●装置能预设定8套定值，可实现远方或就地切换。

●装置具有在线自动检测功能，能发出装置异常信号并闭锁保护出口。

●装置具有网络对时和手动对时功能，时钟精度：

24h误差在±3s范围内。

●装置在直流电源消失时，时钟、信号、定值、故障数据均不丢失。

●装置具有网络接口（以太网、CAN网、RS-485网），可选用双绞线或光纤作为通信介质与变电站自动化系统配套使用，并可通过网络打印机实现当地打印。

●装置具有串行通信接口（RS-232C），可与便携计算机通信，实现故障报告收集、故障再现、保护运行参数修改等功能。

●装置具有全汉化液晶显示屏及操作键盘，信息显示人性化，操作方便。

整套装置的主要特点：

●采用一套装置负责一台断路器的保护、测控模式。

●采用基于32位CPU的通用硬件平台。

●采用基于16位A/D转换和有源滤波技术的高精度数据采集系统。

●保护与测量回路独立设置。

●具有以太网、CAN网、RS-485网和RS-232C等多种通信接口。

●采用基于实时多任务操作系统的通用软件平台。

●采用过程全息再现技术，再现装置动作的全过程。

●具有完善的自检功能，满足状态检修功能。

●可直接显示阻抗角，以检查装置外部接线极性是否正确。

●采用多层印制电路板布线技术及SMT表面贴装技术。

●采用印制板背插式机箱结构，使装置内部强、弱电回路在走线上完全分开，避免了相互干扰，提高了装置抗干扰能力。

●高标准的电磁兼容性能，密闭、抗震的机箱结构，外壳防护符合IP50的要求，设备可下放至开关柜安装。

2装置主要技术参数

2.1环境条件

2.1.1正常工作大气条件

a）环境温度：

-25℃～+55℃；

b）相对湿度：

5%～95%（装置内部不凝露、不结冰）；

c）大气压力：

70kPa～106kPa。

2.1.2正常实验大气条件

a）环境温度：

+15℃～+35℃；

b）相对湿度：

45%～75%；

c）大气压力：

86kPa～106kPa。

2.1.3仲裁实验标准大气条件

a）环境温度：

+20℃±2℃；

b）相对湿度：

60%～70%；

c）大气压力：

86kPa～106kPa。

2.1.4贮存、运输极限环境温度：

-40℃～+70℃。

2.1.5周围环境

a）不允许有超过2.8规定的电磁场存在；

b）场地应符合GB9361—1988中B类安全要求；

c）装置的使用地点不出现超过GB/T11287—2000规定的严酷等级为1级的振动；不发生超过GB/T17742—1999规定的烈度为Ⅶ度的地震；

d）装置的使用地点应无爆炸危险的物质，周围介质中不应含有能腐蚀金属、破坏绝缘和表面敷层的介质及导电介质，不允许有严重的霉菌存在；

e）有防御雨、雪、风、沙、尘埃的措施；

f）接地电阻应符合GB/T2887—2000中4.4的要求。

2.1.6特殊环境条件

当超出2.1.1～2.1.5规定的环境条件时，按合同约定。

2.2额定电气参数

2.2.1直流电源

a）额定电压：

110V、220V；

b）允许偏差：

-20%～+20%；

c）纹波系数：

不大于5%。

2.2.2交流回路

a）交流电流：

5A、1A；

b）交流电压：

100V；

c）频率：

50Hz。

2.3功率消耗

a）交流电流回路：

当额定电流为5A时，每相不大于0.5VA；

当额定电流为1A时，每相不大于0.1VA；

b）交流电压回路：

额定电压时，每相不大于0.5VA；

c）直流电源回路：

正常工作时，不大于20W；

保护动作时，不大于25W。

2.4过载能力

a）交流电流回路：

2倍额定电流，连续工作；

60倍额定电流，允许1s；

b）交流电压回路：

1.2倍额定电压，连续工作；

1.4倍额定电压，允许10s。

装置经受电流或电压过载后，无绝缘损坏，并符合2.6的要求。

2.5装置主要技术指标

2.5.1保护元件的准确度

a）整定值误差：

在±2%范围内；

b）变差：

在±2%范围内（正常工作大气条件下）；

c）一致性：

在±2%范围内。

2.5.2时间元件的误差：

在±2%范围内。

2.5.3测量元件的误差

a）电压、电流：

在±0.2%范围内；

b）有功功率、无功功率、功率因数：

在±0.5%范围内。

2.5.4各项定值的调整级差

a）电流：

0.01A；

b）电压：

0.01V；

c）时间：

0.01s。

2.5.5精确工作电流、电压范围

a）保护精确工作电流范围：

（0.1～20）倍额定电流；

b）精确工作电压范围：

0.2V～120V；

c）电流测量线性工作范围：

（0.01～2）倍额定电流。

2.5.6接点容量

a）操作回路接点负载：

直流220V5A（不断弧）；

b）信号回路接点负载：

直流220V0.5A（不断弧）。

2.5.7保护动作性能指标

2.5.7.1二次谐波闭锁元件

a）可靠闭锁谐波分量：

10%～50%；

b）解除闭锁时间：

不大于10ms。

2.5.7.2电流速断保护

a）电流整定范围：

（0.1～10）倍额定电流；

b）返回系数：

不小于0.95；

c）固有动作时间：

不大于30ms（1.2倍整定值时）；

d）时间整定范围：

0.01s～9.99s。

2.5.7.3过电流保护

a）电流整定范围：

（0.1～10）倍额定电流；

b）返回系数：

不小于0.95；

c）时间整定范围：

0.01s～9.99s。

2.5.7.4过负荷保护（定时限或反时限）

a）电流整定范围：

（0.1～10）倍额定电流；

b）返回系数：

不小于0.95；

c）时间整定范围：

0.1s～300s；

d）反时限特性：

一般反时限、非常反时限、极端反时限。

2.5.7.5过热保护

a）电流整定范围：

（0.1～10）倍额定电流；

b）时间常数整定范围：

1min～100min。

2.5.7.6失压保护

a）电压整定范围：

10V～90V；

b）返回系数：

不大于1.05；

c）时间整定范围：

0.01s～9.99s。

2.5.7.7阻抗保护（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段）

a）阻抗整定范围：

-250Ω～+250Ω；

b）固有动作时间：

不大于30ms（0.7倍整定值阻抗时）；

c）时间整定范围：

0.01s～9.99s。

2.5.7.8高阻接地保护（Ⅰ段）

a）电流整定范围：

（0.1～1）倍额定电流；

b）时间整定范围：

0.01s～9.99s。

2.5.7.9高次谐波抑制

以电流中的二次谐波、三次谐波、五次谐波含量总和占基波的百分比为抑制量，自动调整阻抗保护动作边界。

2.5.7.10断路器失灵保护

a）时间整定范围：

0.01s～9.99s。

2.5.7.11一次自动重合闸

a）重复动作间隔时间整定范围：

1s～30s；

b）时间整定范围：

0.5s～5s；

c）后加速保持时间：

1s；

d）重合闸脉冲宽度：

100ms；

e）加速跳闸后闭锁手动合闸时间整定范围：

0～180s；

f）检压重合电压整定范围：

10V～90V；

g）大电流闭锁重合闸电流整定范围：

（1～10）倍额定电流。

2.5.7.12PT断线检测

a）电流整定范围：

（0.1～10）倍额定电流；

b）电压整定范围：

10V～90V。

2.5.7.13故障测距元件

a）精确工作电流范围：

（0.1～10）倍额定电流；

b）测距误差：

不超过500m（金属性故障时）。

2.5.8遥测

a）负荷录波：

记录10个周波的负荷电流及母线电压波形；

b）故障录波：

记录20份故障录波数据，每份录波数据最长可达70个周波；

c）电流/电压峰值统计：

统计每小时内的馈线最大电流、母线最高电压、母线最低电压。

2.5.9遥控正确率：

100%。

2.5.10遥信正确率：

≥99.99%。

2.5.11事故顺序记录分辨率：

1ms。

2.6绝缘性能

a）介质强度：

在正常实验大气条件下，装置的各回路对地及各回路之间，能承受2500V的工频实验电压、历时1min的介质强度实验；

b）绝缘电阻：

在正常实验大气条件下，装置的各回路对地及各回路之间，用开路电压为1000V的兆欧表测量其绝缘电阻值，大于100MΩ；

c）冲击电压：

在正常实验大气条件下，装置的各回路对地及各回路之间（其它回路应连接到一起并接地），能承受5000V的实验电压、参数为1.2µs/50µs的标准雷电冲击波的实验。

2.7机械性能

a）振动（正弦）：

装置能承受GB/T11287—2000中规定的严酷等级为1级的振动响应实验及振动耐久实验；

b）冲击：

装置能承受GB/T14537—1993中规定的严酷等级为1级的冲击响应实验及冲击耐久实验；

c）碰撞：

装置能承受GB/T14537—1993中规定的严酷等级为1级的碰撞实验。

2.8电磁兼容性（EMC）

a）辐射电磁场抗扰度：

装置能承受GB/T14598.9—1995中规定的严酷等级为Ⅲ级的辐射电磁场抗扰度实验；

b）快速瞬变抗扰度：

装置能承受GB/T14598.10—1996中规定的严酷等级为Ⅳ级的快速瞬变抗扰度实验；

c）1MHz（100kHz）脉冲群抗扰度：

装置能承受GB/T14598.13—1998中规定的严酷等级为Ⅲ级的1MHz脉冲群抗扰度实验及100kHz脉冲群抗扰度实验；

d）静电放电抗扰度：

装置能承受GB/T14598.14—1998中规定的严酷等级为4级的静电放电抗扰度实验；

e）浪涌（冲击）抗扰度：

装置能承受GB/T17626.5—1999中规定的实验等级为4级的浪涌（冲击）抗扰度实验；

f）工频磁场抗扰度：

装置能承受GB/T17626.8—1998中规定的实验等级为4级的工频磁场抗扰度实验。

3机箱结构

装置外形为1/219"的4U标准机箱，采用整面板、背插式结构。

整面板上包括汉化液晶显示器、操作键盘、信号指示灯等。

插箱的插件采用背插形式，接线端子直接安装在插件上，采用后接线方式，母板（总线板）在机箱的前部。

强电信号从接线端子进入装置后，变换成为弱电信号到母板上，母板上只有弱电信号，这样使强弱电信号彻底分开，避免了强电信号对弱电信号的骚扰。

装置的安全设计符合GB16836-1997的规定，外壳防护符合IP50的要求。

该结构具有以下优点：

a）各模件自带可插拔端子，母板上只有装置内部使用的弱电回路连线，强弱电完全分开，可大大减少外部电磁干扰在弱电侧的耦合，增强装置的抗干扰能力，提高其可靠性和安全性；

b）便于模件按模块化设计；

c）取消交流模件的插拔式大电流端子，提高了装置的可靠性。

由于充分考虑了装置的可靠性，并且装置内部无可调节器件，使得装置在现场调试时无需插拔模件。

装置的外形及安装开孔尺寸见图1。

装置的重量不大于8kg。

图1装置的外形及安装开孔尺寸

4硬件说明

装置在总体设计时对各模块设计、程序执行、信号指示、通信实现等方面均充分考虑了抗干扰的要求，装置整体抗干扰能力较强，组屏或安装于开关柜上时，不需加装另外的抗干扰器件。

4.1交流/采样模件

该模件提供多个电压输入和电流输入回路，分别供保护和测量用，交流量经变换后通过有源低通滤波、采样保持、多路转换送到保护模件。

4.2通信模件

该模件提供了以太网、CAN网、RS-485网和RS-232C等通信接口。

通过网络可接入变电站自动化系统；通过RS-232C串行通信接口连接PC机，可以借助PC机上安装的专用调试软件包《NDT650维护分析系统》对装置进行各种测试。

4.3保护CPU模件

该模件由CPU、RAM、ROM、FlashMemory、和串行E2PROM构成。

高性能的微处理器CPU（32位），大容量的ROM（1Mbyte）、RAM（1Mbyte）使得该CPU具有极强的数据处理能力，可以实现各种复杂的故障处理功能，通过内部专用CAN网络和监控MMI面板高速通信，使各种事件都可得到快速响应。

装置的数据采集系统采用了16位的A/D转换器，采样精度高，采样回路无可调元件，具备高度的可靠性。

4.4开入模件

该模件提供了多路开入量，所有开入量进入装置后都通过光耦进行电气隔离。

4.5开出模件

该模件提供了多路开出量，所有开出量都以继电器空接点形式输出，其中开出1为保护跳闸时瞬动给出。

4.6出口模件

该模件具有断路器操作及防跳功能，并提供保护动作信号及跳位、合位接点，其中开出2为保护重合闸时瞬动给出。

4.7监控MMI面板

该模件由CPU、RAM、ROM、FlashMemory、串行EEPROM和硬件时钟构成，负责键盘处理、液晶显示、保护报文存储及和变电站自动化系统的通信等，1Mbyte容量的FlashMemory可记录含录波数据的故障报告及开入变位事件，这些信息在装置直流电源消失时不丢失。

本模件的显示窗口采用汉化的大屏幕液晶显示器，人机界面清晰易懂，使得人机对话操作方便、简单。

4.8电源模件

提供五组稳压电源：

两组5V电源、两组24V电源及一组±12V电源。

两组5V电源中一组给保护CPU模件供电，一组给监控MMI面板供电；两组24V电源中一组用于驱动继电器，一组用于驱动外部开入；±12V电源给采样供电。

五组电源均不共地，接地方式采用浮空法，同外壳绝缘。

5软件说明

5.1保护原理说明

5.1.1三段式自适应阻抗元件

图2保护动作特性曲线

注：

①——三段式自适应阻抗元件边界；②——

元件边界（可调）；

③——

元件边界。

对于采用交——直电力机车牵引的电气化铁道，尤其是对于重载线路，牵引重负荷与再生制动电流迭加和牵引重负荷与励磁涌流迭加都有可能导致常规阻抗保护的误动作，同时，无论机车上是否装有功率因数补偿装置，牵引网负荷电流中总是或多或少地存在谐波分量。

本装置就是利用负荷电流中的综合谐波含量作为控制量，自适应地调节阻抗继电器的动作边界。

如常规阻抗继电器的动作边界为

，则自适应阻抗继电器的动作边界为：

（1）

式中：

为综合谐波含量。

下面以装置采用的偏移平行四边形特性的阻抗继电器Ⅰ段为例加以说明。

5.1.1.1AB边的调节原则

5.1.1.1.1整定

当保护范围末端短路时，继电器应能可靠动作，即：

（2）

式中：

——可靠系数，取1.1～1.2；

——保护范围末端短路电抗。

5.1.2.1.2调节

为了避免被保护线路上同时存在多列车分别工作在牵引、再生或启动工况下时继电器误动作，利用上述工况下谐波含量自动调节其动作边界，即：

（3）

5.1.1.2BC边的调节原则

5.1.1.2.1整定

BC边的整定是按基波最小负荷阻抗整定的，即：

（4）

式中：

——功率因数差时的负荷阻抗角；

——BC边的倾斜角，即线路阻抗角，范围为60O～80O。

5.1.1.2.2调节

为了避免重负荷时继电器误动作，BC边按下式调节：

（5）

显然，当被保护线路发生短路故障时，由于其电流接近正弦波，自适应阻抗继电器的动作边界不会改变；在再生、牵引、机车启动及过电分相等工况下，动作边界自动缩小，并且负荷电流中综合谐波含量越大，阻抗继电器的动作边界越小，从而大大地提高了阻抗继电器躲过牵引重负荷、再生负荷、启动电流及励磁涌流的能力。

5.1.2高阻接地故障检出元件

牵引网发生高阻接地故障时，其测量阻抗较常规故障时的测量阻抗要高数倍至十数倍，阻抗保护将不能正确动作。

本装置提供三种高阻检测元件。

5.1.2.1检测元件之一：

自适应

元件

该元件适用于故障电阻在0～170Ω范围。

其基本原理如式（6）所示：

（6）

式中：

——故障前后两时刻基波电流；

为综合谐波含量；

为自适应抑制系数。

分析式（6）可以看出：

负荷−→故障：

如认为故障电流为纯正弦波，则

，继电器的动作量为基波电流增量。

负荷−→负荷：

负荷电流中综合谐波含量越大，K值也就越大，继电器的动作量也就越小，继电器的动作边界也就越大，继电器越不容易动作。

5.1.2.2检测元件之二：

元件

该元件适用于故障电阻在170Ω以上范围。

由于在正常负荷时，考虑交——直电力机车负荷和线路的感性，以及负荷的畸变，其

较小，即使机车或变电所装有功率因数补偿装置，

在瞬时可能较大，但持续时间不会太长；而在高阻接地故障时，根据电弧特性，当电弧电阻很大时，

较大，且一直持续下去，该检测元件正是基于这一特征实现的。

具体检测方法如下：

（7）

根据具体的线路及运行的电力机车情况整定为0.99～0.995。

式（8）左边的

反应检测电流的畸变，

反应基波相移。

5.1.2.3检测元件之三：

电流比元件

图3AT牵引供电系统接触网断线接地故障电流及Q与距离的关系

对于图3（a）所示AT牵引供电系统接触网F线断线接地故障，其馈线、AT中性点吸上电流与故障点距离的关系曲线如图3（b）所示，AT中性点电流与馈线电流之比的曲线如图3（c）所示。

比较图3（c）中常规故障、正常负荷及断线接地故障Q曲线可以发现：

当断线故障发生在第一个AT段时，Q=1；而当线路正常运行或发生常规故障时，当且仅当故障点或一列车在变电所出口处时，Q=1，而故障点或机车在其他位置时，Q<1。

因此，可以利用Q作为AT供电系统接触网在第一个AT段发生断线接地故障的判据。

由于断线接地故障与当且仅当有一列车通过变电所电分相时，Q都为1，因此可以通过延时来躲过此时继电器的误动作。

该元件仅适用于AT牵引供电系统。

5.1.3电流速断保护

该保护是为当馈线发生近端故障时保护装置快速出口而设，整定时要求躲过馈线上最大负荷电流及最大励磁涌流，该保护可作为阻抗保护的辅助保护。

5.1.4过电流保护

该保护作为阻抗保护的后备保护，保护线路全长，整定时要求躲过馈线最大负荷电流。

5.1.5过负荷保护

该保护特性可选择为定时限或反时限，其中反时限特性提供了三种常见的反时限特性，即一般反时限、非常反时限、极端反时限，各种反时限特性公式如下：

a）一般反时限

b）非常反时限

c）极端反时限

其中：

：

时间常数；

：

动作电流定值；

：

故障电流；

：

跳闸时间。

5.1.6过热保护

当接触网电流超过接触网长期允许电流并达到一定时间，接触网将过热，装置以热状态

来体现接触网的发热情况。

其中：

：

接触网电流；

：

过热动作定值；

：

热时间常数；

：

稳态热状态。

当热状态达到110%，该保护将跳闸出口，装置可设置过热告警功能，热状态告警范围可在10%～110%之间整定。

保护跳闸动作时间公式如下：

其中：

：

接触网电流与过热动作定值之比。

当接触网电流大于6倍过热动作定值，保护按6倍过热动作定值计算。

热状态累积值可通过键盘的组合按键清零，当装置的过热功能均为退出状态时保护不计算热状态。

5.1.7失压保护

装置设有失压保护，可用于开闭所进线断路器，当进线失压时保护跳闸，给出失压动作瞬动接点，可起动进线自投。

5.1.8二次谐波闭锁元件

装置以电流中的二次谐波与基波含量之比作为闭锁条件，避免保护装置在励磁涌流情况下的误动作。

当励磁涌流含量大时，将闭锁过电流保护和三段式自适应阻抗保护出口。

5.1.9断路器失灵保护

为增加保护动作的可靠性，若保护出口后，断路器跳闸失败，则经整定值“失灵保护延时”后，出口跳开相邻断路器，并闭锁自动重合闸。

5.1.10一次自动重合闸及后加速保护

装置设一次自动重合闸。

当馈线发生瞬时性故障时，装置可发出一次重合命令，可保证供电系统正常工作；当馈线发生永久性故障时，断路器重合后，可由过电流、阻抗Ⅱ段或阻抗Ⅲ段进行加速跳闸。

高阻Ⅱ、Ⅲ段保护、过负荷保护、过热保护、失压保护出口时不启动重合闸。

重合闸的充电条件：

装置重合闸功能投入且断路器在合位，充电时间可由定值整定。

重合闸经充电延时后允许重合闸，这时面板重合允许灯将长亮，若此时保护跳闸后则经重合闸时间延时启动重合闸，但若有以下任一条件将闭锁重合闸：

1）断路器在合位；

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