WXH811A微机线路保护装置技术说明书.docx

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WXH811A微机线路保护装置技术说明书

许继电气股份有限公司

WXH-811A微机线路保护装置

技术说明书

（Version1.02）

2008.7

前言

1、应用范围

WXH-811A系列保护装置主要用作110kV电压等级输电线路的主保护及后备保护。

2、产品特点

2.1装置系统平台

●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。

●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：

●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。

2.2人机界面人性化

XJGUI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。

2.3保护性能特点

●距离保护采用变动作特性的原理；

保护的变动作特性，根据故障类型设置相应特性的保护，设置速动区、一般区、灵敏区，不同区域设置不同数字滤波算法、不同时延；

距离保护动作区域设置

●自适应的振荡判据及先进的振荡识别功能，确保距离保护在系统振荡加区外故障能可靠闭锁，而在系统未振荡时快速动作，振荡中区内故障可靠动作；

1、应用范围I

2、产品特点I

2.1装置系统平台I

2.2人机界面人性化II

2.3保护性能特点III

1概述1

1.1应用范围及保护配置1

1.2产品特点1

1.2.1保护功能特点2

1.2.2操作界面2

2技术指标2

2.1基本电气参数2

2.1.1额定交流数据2

2.1.2额定直流数据2

2.1.3打印机辅助交流电源3

2.1.4功率消耗3

2.1.5过载能力3

2.2主要技术指标3

2.2.1距离保护3

2.2.2零序电流方向保护4

2.2.3测距部分4

2.2.4重合闸4

2.2.5手合同期4

2.2.6低周减载4

2.2.7低压减载5

2.2.8记录容量及定值区容量5

2.2.9对时方式5

2.2.10输出触点5

2.2.11绝缘性能6

2.2.12冲击电压6

2.2.13机械性能6

2.2.14抗电气干扰性能6

2.3环境条件7

2.4通信接口7

3保护原理介绍8

3.1启动元件8

3.1.1相电流突变量启动元件8

3.1.2零序电流启动元件8

3.1.3静稳破坏启动元件8

3.1.4低周启动元件9

3.1.5低压启动元件9

3.2阶段式距离元件9

3.2.1三段式接地距离10

3.2.2三段式相间距离11

3.2.3变压器低压侧相间短路的后备距离12

3.3重合闸14

3.3.1重合方式14

3.3.2重合闸的充放电14

3.3.3重合闸的启动14

3.3.4重合出口15

3.3.5重合闸的告警回路15

3.3.6其它15

3.4手合同期（可选配）15

3.5低周减载元件（可选配）16

3.6低压减载元件（可选配）16

3.7失灵启动（可选配）17

3.8过负荷（可选配）17

3.9故障开放元件18

3.9.1短时开放保护18

3.9.2不对称故障开放元件18

3.9.3对称故障开放元件18

3.10辅助元件19

3.10.1TV断线检查19

3.10.2TV反序检查19

3.10.3TA断线19

3.11保护逻辑框图20

3.11.1距离保护逻辑20

3.11.2零序保护逻辑21

3.11.3不对称相继速动保护逻辑（可选配）22

3.11.4双回线相继速动保护逻辑（可选配）23

3.11.5重合闸逻辑23

3.11.6低周减载（可选配）25

3.11.7低压减载（可选配）25

4装置硬件介绍25

4.1装置整体结构25

4.2结构与安装28

4.3装置插件介绍29

4.3.1电压切换插件29

4.3.2交流变换插件29

4.3.3CPU插件30

4.3.4开入插件31

4.3.5出口插件32

4.3.6操作插件33

4.3.7通讯插件33

4.3.8电源插件34

5定值清单及整定说明35

5.1定值清单35

5.2定值整定说明38

5.3软压板40

6订货须知41

7附图42

1概述

1.1应用范围及保护配置

WXH-811A系列线路保护装置适用于110kV电压等级输电线路成套数字式保护装置。

WXH-811A系列装置的保护为三段相间及接地距离保护、四段零序保护等，配置有三相重合闸功能。

此外，该系列装置还包括双母线交流电压切换回路、适用于断路器单或双跳闸线圈的出口操作回路。

具体配置详见表1-1。

表1-1WXH-811A系列装置的保护配置

功能名称

WXH-811A/B1　

保护

功能

三段相间及接地距离

√

四段零序电流

√

三相一次重合闸

√

TV断线后过流

√

双回线相继速动

*

不对称相继速动

*

手合同期

*

低周减载

*

低压减载

*

变压器低压侧相间短路

的后备距离

*

无故障快速复归

*

断路器失灵启动

*

过负荷

*

其它

功能

电压切换回路

√

操作回路回路

√

注：

√表示该型号产品的典型配置功能，*表示该型号的可选功能

1.2产品特点

基于高性能、高冗余的许继新一代硬件平台，可视化的逻辑开发工具实现保护透明化设计，变动作特性原理使保护性能全面提升，装置定值、菜单、信息等简洁化设计是该保护装置的主要特点。

1.2.1保护功能特点

✧可选功能可通过配置工具，可靠、快捷的完成；

✧采用高性能、可信赖、功能强大的许继新一代硬件平台，16位高精度的双AD，浮点运算32位DSP，充分考虑冗余及功能扩展。

✧可视化的逻辑开发工具VLD，在VLD开发环境下，所有的保护逻辑都是由不同的可视化柔性继电器组成，实现微机保护的完全透明化设计；

✧软件运行时内存内容“日志系统”及保护逻辑信息“黑匣子”记录，实现异常情况的快速、准确定位；

✧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；

✧装置的AD回路、CPU插件、继电器线圈等全面自检；

✧可选功能可通过配置工具，可靠、快捷的完成；

1.2.2操作界面

✧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；

✧中文下拉式菜单，通过菜单提示，可完成装置的全部操作。

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：

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（正常进行）；

保护装置不大于100W（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距离保护

✧整定范围：

0.01Ω～25Ω（In=5A）

0.05Ω～125Ω（In=1A）

✧阻抗动作值准确度：

在线路阻抗角下、满足精工电压的条件下，测量阻抗整定值平均误差不超过±2.5%或±0.05/InΩ。

✧精确工作电压：

0.25V～60V

✧精确工作电流范围：

0.1In～30In

✧Ⅰ段的暂态超越不大于3%；

✧Ⅱ、Ⅲ段延时时间元件：

0.05s～10s，整定值误差不超过±1%或±40ms；

✧Ⅰ段整组动作时间：

Ⅰ段整定延时为0s时，在0.7倍整定阻抗内不大于30ms；

2.2.2零序电流方向保护

✧整定范围：

0.1In～20In，整定值误差不超过±2.5%或±0.01In；

✧零序功率方向元件动作区：

；

✧延时段时间元件：

零序I段0s～10s，误差不超过±1%或±40ms；

零序II、III段0.05s～10s，误差不超过±1%或±40ms；

零序IV段0.5s～10s，误差不超过±1%或±40ms；

2.2.3测距部分

单端电源金属性故障时允许误差：

<±2.5%

2.2.4重合闸

✧具有三相一次重合闸功能；

✧同期角度整定范围为：

10°～60°；

✧重合闸延时时间元件：

0.3s～10s，误差不超过±1%或±40ms；

✧一次重合闸时间间隔为15s；

✧同期角度整定误差：

不大于±3°。

2.2.5手合同期

✧手合时间：

0.5s；

✧无压检定元件：

30V；误差：

不超过±5%；

✧有压检定元件：

40V；误差：

不超过±5%。

2.2.6低周减载

✧整定范围：

45Hz～49.5Hz；

✧整定误差:

不超过±0.02Hz；

✧延时时间元件：

0.1s～30s；

✧整定误差：

误差不超过±2%或60ms；

✧滑差整定范围：

0.5Hz/s～10Hz/s；

✧整定误差：

误差不超过±10%或0.2Hz/s。

2.2.7低压减载

✧整定范围：

60.0V～90.0V；

✧整定误差:

不超过±2.5%；

✧延时时间元件：

0.2s～20s；

✧整定误差：

误差不超过±1%或60ms；

✧电压变化率整定范围：

10V/s～120V/s；

✧整定误差：

不超过±10%。

2.2.8记录容量及定值区容量

✧故障录波内容和故障事件报告容量

记录保护跳闸前4个周波、跳闸后6个周波所有电流电压波形；保护装置可循环记录50次故障事件报告。

✧正常波形记录容量

正常时保护可记录10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。

✧装置提供32套定值区

2.2.9对时方式

✧IRIG-B码对时；

✧GPS脉冲对时（分脉冲或秒脉冲）；

✧监控系统绝对时间的对时命令；

2.2.10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。

2.2.11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。

2.2.12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，能耐受幅值为5kV的标准雷电波短时冲击检验。

2.2.13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。

2.2.14抗电气干扰性能

1）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；

2）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；

3）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;

4）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级的的静电放电干扰；

5）电磁发射干扰能力:

按GB/T14598.16-2002第4章规定的传导发射限值和4.2规定的辐射发射限值。

6）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。

7）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。

8）抗阻尼振荡磁场干扰能力：

按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。

9）抗浪涌骚扰能力：

能承受IEC60255-22-5:

2002第4章规定的浪涌骚扰。

10）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。

11）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

✧以太网通信口：

2个；RS-485通讯接口：

2个。

通信规约可选择电力行业标准DL/T667-1999（IEC60870-5-103）规约或IEC61850规约。

12）打印口，可选RS-485或RS-232。

13）调试口，RS-232。

3保护原理介绍

本装置的保护功能设计，基于许继公司开发的可视化逻辑开发环境（VLD），同时采用分层、分模块的设计思想，将保护功能实现按数据处理、元件计算、保护逻辑、出口逻辑等进行划分。

3.1启动元件

在保护装置中，启动元件主要用于系统故障检测、开放故障处理逻辑及开放出口继电器的正电源功能，启动元件动作后，在满足复归条件后返回。

保护启动元件包含相电流突变量启动、零序电流启动、静稳破坏启动、低周启动、低压启动等启动元件，任一启动元件动作展宽7s,驱动启动继电器后开放故障处理逻辑。

3.1.1相电流突变量启动元件

通过实时检测各相电流采样的瞬时值的变化情况，来判断被保护线路是否发生故障，该元件在大多数故障的情况下均能灵敏启动，为保护的主要启动元件。

其判据为：

其中：

为电流突变量启动定值。

为浮动门槛，随着变化量输出增大而逐步自动提高，取1.25倍可保证门槛电流始终略高于不平衡输出。

3.1.2零序电流启动元件

主要用于在高阻接地故障情况下保护可靠启动，作为辅助启动元件，元件本身带30ms延时。

其判据为：

式中：

为三倍零序电流，

为零序电流启动定值。

3.1.3静稳破坏启动元件

为了检测系统正常运行状态下发生静态稳定破坏而引起的系统振荡，保护还设有静稳破坏电流启动元件。

在距离保护投入且“距离保护经振荡”控制字投入时,装置投入静稳破坏启动元件。

其判据为：

正序电流大于静稳电流定值门槛且突变量启动元件未启动时，延时30ms动作。

3.1.4低周启动元件

低周减载模块设置了一个低周启动元件,其判据为：

1）

；

2）任一相电流

；

3）

4）滑差

其中:

为系统频率，

为滑差；

为低周减载频率定值；

为低周减载低压闭锁定值；

为低周减载滑差闭锁定值。

3.1.5低压启动元件

低压减载模块设置了一个低压启动元件,其判据为:

1）无TV断线告警；

2）

且任一相电流大于0.1In；

3）三线电压均大于55V且

；

其中：

为低压减载保护模块低压定值。

3.2阶段式距离元件

装置设置了三段式相间距离及三段式接地距离保护；相间距离保护由圆特性阻抗复合躲负荷线构成，接地距离保护由多边形特性阻抗元件构成。

3.2.1三段式接地距离

由多边形特性阻抗元件、零序电抗元件、零序功率方向元件复合构成接地距离Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保护；

✧Ⅰ、Ⅱ段动作特性：

图3-1a接地距离多边形特性图3-1b零功方向元件特性

零序电抗线：

零序功率方向：

✧Ⅲ段动作特性：

图3-1c接地距离多边形特性图3-1d零功方向元件特性

✧测量方程（X，R的测量）

其中：

，KX为零序电抗补偿系数，KR为零序电阻补偿系数。

3.2.2三段式相间距离

相间距离Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保护采用由正序电压极化的圆特性。

✧Ⅰ、Ⅱ段动作特性：

a正方向故障的动作特性（带记忆）b正方向故障的动作特性（稳态）

图3-2正方向故障的动作特性（带记忆）

✧Ⅲ段动作特性：

图3-2c正方向不对称故障时动作特性图3-2d三相故障时动作特性（偏移阻抗）

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20%以下时，由正序电压记忆量极化。

为保证正方向故障能动作，反方向故障不动作，设置了偏移特性。

在I、II段距离继电器暂态动作后，改用反偏阻抗继电器，保证继电器动作后能保持到故障切除。

在I、II段距离继电器暂态不动作时，改用上抛阻抗继电器，保证母线及背后故障时不误动。

对后加速则一直使用反偏阻抗继电器。

✧动作方程

Ⅰ、Ⅱ比相圆：

为偏移角；

电抗线：

Ⅲ段比相圆：

式中：

为极化电压，采用正序极化；

负荷线：

在重负荷时，测量阻抗可能落入阻抗元件内，因此增加负荷特性曲线。

继电器两边的斜率与线路正序阻抗角一致，Rzd为负荷限制电阻定值。

3.2.3变压器低压侧相间短路的后备距离

远后备距离元件是针对Y/△接线变压器低压侧母线相间短路而设。

对Y/△接线组别的变压器，保护范围必须包括主变低压侧母线。

一般低压侧系统为小电流接地系统，所以仅考虑两相短路和三相短路。

该元件由负序阻抗及上抛圆阻抗元件构成；

✧负序阻抗元件

负序阻抗元件是针对变压器低压侧两相短路而设置。

在Y/△接线组别的变压器中，两侧电压和电流的大小和相位均发生了变化。

由于其接线方式对正序、负序分量转换的角度不同，因此变压器低压侧两相短路对距离保护性能产生很大影响。

采用负序阻抗元件能很好解决变压器低压侧两相短路故障灵敏度与躲负荷之间的矛盾。

如图：

主变低压侧两相短路时各点正、负序电压分布图，图中F为故障点，y为保护范围末端。

、

、

、

分别为系统阻抗、线路阻抗、变压器短路阻抗和馈线阻抗。

图3-3主变低压侧两相短路时各点正、负序电压分布图

补偿序分量电压：

，

式中：

、

、

、

分别为保护安装处测量的正序电压、正序电流、负序电压、负序电流；

为远后备阻抗定值：

；

在故障点永远有

，故区内故障时

；

负序阻抗继电器动作方程：

为防止反向故障负序阻抗元件的潜动和TV断线的影响，附加辅助判据：

且

✧上抛圆阻抗元件

上抛圆阻抗元件是针对变压器低压侧发生的三相故障而设置。

在变压器低压侧发生三相短路时，不存在负序电流及电压，负序阻抗元件不动作。

采用上抛圆阻抗元件很好解决三相短路故障灵敏度与躲负荷之间的矛盾，动作方程：

式中：

，ZZ3为相间距离III段阻抗定值。

该继电器的动作特性是以ZZX、ZZ3端点之间连线为直径的上抛圆。

其保护范围包含了低压侧母线和馈线。

远后备阻抗元件是针对Y/△接线变压器低压侧母线相间短路而设。

继电器的动作特性如图

图3-41为负序阻抗，2为上抛圆阻抗

远后备阻抗定值ZZX按包含变压器低压侧最长线路整定，ZZ3为相间阻抗三段定值。

3.3重合闸

3.3.1重合方式

装置可以实现三相一次重合闸。

重合闸不用时，退出压板。

3.3.2重合闸的充放电

在软件中，专门设置了一个计数器，模仿自动重合闸中电容器的充放电功能。

重合闸的重合功能必须在“充电”完成后才能投入。

重合闸充电条件：

a）断路器在“合闸”位置，即断路器跳闸位置继电器TWJ不动作；

b）重合闸启动回路不动作；

c）没有低气压闭锁重合闸和闭锁重合闸开入；

d）重合闸压板投入；

在以上条件满足时，充电计数器开始计数。

充电时间为15s，充电满后装置面板上的“重合允许”信号灯点亮，放电后该灯熄灭。

重合闸放电条件

a）重合闸退出；

b）收到外部闭锁重合闸信号（如手跳闭锁重合闸等）；

c）重合闸启动前合闸压力不足延时200ms“放电”；

d）位置异常；

e）重合闸脉冲发出的同时“放电”；

f）重合闸“充电”未满时，跳闸位置继电器TWJ动作或有保护跳闸启动重合闸开入；

g）控制回路断线10s后；

h）TWJ开入24s；

i）有手合同期开入时立即“放电”。

在满足以上任一条件时，充电计数器清零。

3.3.3重合闸的启动

本装置设有两个启动重合闸的回路：

保护跳闸启动重合闸以及断路器偷跳启动重合闸。

a）保护跳闸启动重合闸

内部设有保护跳闸启动重合闸开入（来自跳闸继电器），重合闸在保护收跳令时开始计时。

b）断路器偷跳启动

本装置考虑了断路器偷跳启动重合闸（控制字“偷跳允许重合”置1时此功能投入；置0时此功能退出），主要用于断路器偷跳。

本装置仅利用跳闸位置继电器触点启动重合闸，二次回路设计必须保证手跳时通过闭锁重合闸开入端子将重合闸回路“放电”。

3.3.4重合出口

重合闸启动后，在未发重合令前，程序完成以下功能：

a）不断检测有无闭锁重合闸开入。

若有，则充电计数器清零。

b）根据重合闸控制字设置的检同期和检无压等方式，进行电压检查，不满足条件时，重合计数器清零。

c）若重合闸一直未能重合，等待一定延时后整组复归。

3.3.5重合闸的告警回路

本重合闸设置了以下告警回路。

重合闸投检同期或无压方式时，检查到抽取电压低于0.85Uxn且断路器在合位，则延时10s报抽取电压断线动作，抽取电压大于