PSL603ACD线路保护技术说明书.docx

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PSL603ACD线路保护技术说明书

PSL603（A、C、D）型

数字式线路保护装置

技术说明书

V3.1

国电南京自动化股份有限公司

2003年3月

*本说明书可能会被修改，请注意最新版本资料

*由国电南自技术部监制

本技术说明书适用于以下版本的保护程序：

PSL603差动保护版本：

3.16

PSL600距离零序保护版本：

3.16

PSL600综合重合闸版本：

3.16

装置修改说明：

1.差动保护定值单改动较大，取消了制动系数的整定等。

2.增加电容电流补偿功能、双端故障测距功能、远跳功能、两路远传功能、通道告警节点、CT断线告警节点、远传永跳功能。

3.显示增加差动电流、制动电流和误码率。

4.距离和零序保护增加一个控制字（KG3），其中1）增加快速距离投退控制位，2）零序Ⅳ段在非全相运行时是否加速控制位（零序Ⅳ段时间定值减去0.5s），3）零序Ⅳ段在是否增加一个辅助段，其电流定值和Ⅳ段相同，无方向，延时比Ⅳ段时间长1s。

5.“CT反序”修改为只在装置上电2小时之内检查。

6.电流定值的最小值由0.1A改为0.05A。

7.“非全相永跳投入或退出”控制字，改为“非全相再故障永跳或三跳”。

8.零序保护零序Ⅰ段和Ⅱ段的处理：

控制字选择为不灵敏段只在非全相运行及合闸100ms内投入，选择为灵敏段则只在全相运行时投入，合闸时延时100ms后才启动灵敏段的判断。

9.零序保护增加3U0突变量开放零序保护控制字，突变量取60ms前的，保证3I0启动而不是突变量启动时也能判出3U0突变。

10.增加输出沟通三跳接点：

当重合闸退出、三重方式、充电未满或装置失电时沟通三跳接点闭合，正常运行时打开沟通三跳接点。

11.增加合后继开入量输入，解决先给保护电源再给操作电源时，位置启动重合时可能动作的问题。

现在位置启动重合逻辑如下：

当控制字整定为“合后继可用”时，位置启动重合除满足常规条件外，还需合后继动作。

12.AD转换硬件改为AD加DSP模件。

目次

1概述

1.1保护配置及型号

PSL603（A、C、D）型光纤电流差动保护装置以分相电流差动保护和零序电流差动保护作为全线速动主保护，以距离保护和零序方向电流保护作为后备保护。

保护有分相出口，可用作220kV及以上电压等级的输电线路的主保护和后备保护。

保护功能由数字式中央处理器CPU模件完成，其中一块CPU模件（CPU1）完成电流差动功能，另外一块CPU模件（CPU2）完成距离保护和零序电流保护功能。

PSL600系列数字式高压线路保护CPU模件硬件完全相同，其出口回路完全独立。

对于单断路器接线的线路，保护装置中还增加了实现重合闸功能的CPU（CPU3）模件，可根据需要实现单相重合、三相重合、综合重合闸功能或者退出。

表1-1PSL603（A、C、D）型数字式超高压线路保护的配置和型号表

型号

主要功能

备注

纵联保护

距离保护和

零序方向电流保护

自动

重合闸

PSL603

分相电流差动

零序电流差动

快速距离保护

三段式相间距离保护

三段式接地距离保护

四段式零序电流保护

有

适用于单断路器（如双母线）

PSL603A

同上

同上

无

适用于

接线

PSL603AS

同上

同上，适用于串补电容线路及相邻线

无

适用于

接线，适用于串补电容线路及相邻线

PSL603C

同上

同PSL603，并且

距离保护在同杆双回线跨线故障时选跳

有

适用于单断路器

同杆双回线

PSL603D

同上

同PSL603，并且

距离保护在同杆双回线跨线故障时选跳

无

适用于

接线

同杆双回线

1.2性能特征

（1）采用分相电流差动继电器和零序电流差动继电器作为线路全线速动保护。

（2）

具备优异的抗CT1）饱和和CT断线能力。

（3）采用光纤作为通道通讯介质，保证通信的可靠性，可采用专用光纤或复用光纤。

（4）先进的数值同步技术，保证两侧数据的一致性，可适用两侧CT变比不一致的情况。

（5）自动检测通道故障，实时显示差流、通道误码率，通道故障时自动闭锁差动保护。

（6）具有远方跳闸功能、两路远传命令，独创的远传永跳功能，防止再次重合于永久故障。

（7）动作速度快，线路近处故障动作时间小于10ms，线路70％处故障典型动作时间达到12ms，线路远处故障小于25ms。

（8）完善可靠的振荡闭锁功能，能快速区分系统振荡与故障，在振荡闭锁期间，系统无论发生不对称性故障还是发生三相故障，保护都能可靠快速地动作。

（9）采用电流电压复合选相方法，在复杂故障和弱电源系统故障时也能够正确选相。

（10）完善的自动重合闸功能，可以实现单重检线路三相有压重合闸方式，专用于大电厂侧，以防止线路发生永久故障，电厂侧重合于故障对电厂机组造成冲击。

（11）采用了多CPU共享AD的高精度模数转换自主专利技术，解决了多CPU共享AD的难题，提高了装置的模数转换精度，简化了调试和维护的工作量。

（12）通过了国家级电磁兼容实验室电磁辐射、瞬变干扰等10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。

（13）采用了全汉化显示/操作界面和全汉化、图形化、表格化打印输出。

（14）采用透明化设计思想，保护内部元件在系统故障时的动作过程可以全息再现，便于分析保护的动作过程。

（15）强大的故障录波功能，可以保存1000次事件，12至48次故障录波报告（含内部元件动作过程），故障时有重要开关量多次变化时会自动多次启动录波并且记录重要开关量（如跳闸、合闸等）的变化。

录波数据可以保存为COMTRADE格式。

具有双端测距功能。

（16）灵活的通信接口方式，配有RS-232、485和以太网通信接口。

（17）通讯归约支持IEC60870-5-103标准。

2技术参数

2.1额定电气参数

2.1.1额定直流电压

220V或110V（订货请注明），允许工作范围：

80％～115％

2.1.2额定交流数据

a）相电压

（额定电压Un）

b）线路抽取电压100V或

V（有重合闸时可用，软硬件自适应）

c）交流电流5A或1A（订货请注明，额定电流In）

d）额定频率50Hz或60Hz（60Hz时订货请注明）

e）过载能力

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

电压回路：

1.2倍额定电压，连续工作

1.8倍额定电压，允许10s

2.1.3功率消耗

a）直流回路正常时<40W，跳闸时<50W

b）交流电压回路<0.5VA/相

c）交流电流回路<0.5VA/相（In＝5A和In＝1A）

2.1.4接点容量

跳闸、信号、其他辅助继电器接点容量：

a）允许长期通过电流8A

b）切断电流0.2A（直流220V，L/R=7ms）

2.1.5状态量电平

a）各CPU及通信接口模件的输入状态量电平24V（18V～30V）

b）GPS对时脉冲输入电平24V（18V～30V）

c）各CPU输出状态量（光耦输出）允许电平24V（18V～30V）

d）各CPU输出状态量（光耦输出）驱动能力150mA

2.2主要技术性能

2.2.1采样回路精确工作范围

a）相电压：

0.2V－70V

b）线路抽取电压：

0.3V－120V

c）电流：

0.04In－40In

2.2.2模拟量测量精度

电流、电压：

0.5级，相电流和零序电流的最小定值可达0.05A。

2.2.3整组动作时间

a）相间和接地距离I段（0.7倍整定值）动作时间：

不大于20ms，典型值不大于12ms

b）零序I段的动作时间

1.2倍整定值时测量：

不大于20ms

c）纵联保护

全线速动时间不大于25ms

2.2.4暂态超越

快速保护均不大于2%

2.2.5最小整定阻抗（不包括因装置外部原因造成的误差）

暂态超越不大于5%的最小整定二次侧阻抗值为0.01Ω（短路残压大于0.5V）

2.2.6测距误差（不包括因装置外部原因造成的误差）

金属性故障时，不大于±2%。

2.3绝缘性能

2.3.1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50MΩ。

2.3.2介质强度

在正常试验大气条件下，装置能承受频率为50Hz，电压2000V（信号输入端子为500V）历时1分钟的工频耐压试验而无击穿闪络及元件损坏现象。

试验过程中，任一被试回路施加电压时其余回路等电位互联接地。

2.3.3冲击电压

在正常试验大气条件下，装置的电源输入回路、交流输入回路、输出触点回路对地，以及回路之间，能承受1.2/50s的标准雷电波的短时冲击电压试验，开路试验电压5kV。

2.3.4耐湿热性能

装置能承受GB7261第21章规定的湿热试验。

2.4电磁兼容性能

2.4.1静电放电抗干扰度

通过GB/T17626.2－1998标准、静电放电抗干扰4级试验。

2.4.2射频电磁场辐射抗干扰度

通过GB/T17626.3－1998标准、射频电磁场辐射抗干扰度3级试验。

2.4.3电快速瞬变脉冲群抗扰度

通过GB/T17626.4－1998标准、电快速瞬变脉冲群抗扰度4级试验。

2.4.4浪涌（冲击）抗扰度

通过GB/T17626.5标准、浪涌（冲击）抗扰度3级试验。

2.4.5射频场感应的传导骚扰度

通过GB/T17626.6－1998标准、射频场感应的传导骚扰度3级试验。

2.4.6工频磁场抗扰度

通过GB/T17626.8－1998标准、工频磁场抗扰度5级试验

2.4.7脉冲磁场抗扰度

通过GB/T17626.9－1998标准、脉冲磁场抗扰度5级试验。

2.4.8阻尼振荡磁场抗扰度

通过GB/T17626.10－1998标准、阻尼振荡磁场抗扰度5级试验。

2.4.9振荡波抗扰度

通过GB/T17626.12－1998标准、振荡波抗扰度4级试验。

2.4.10辐射发射限值试验

通过GB9254－1998标准、辐射发射限值A类试验。

2.5机械性能

2.5.1振动

装置能承受GB7261中16.3规定的严酷等级为I级的振动能力试验。

2.5.2冲击

装置能承受GB7261中17.5规定的严酷等级为I级的冲击能力试验。

2.5.3碰撞

装置能承受GB7261第18章规定的严酷等级为I级的碰撞能力试验。

2.6工作大气条件

2.6.1环境温度

正常工作温度：

0～40℃

极限工作温度：

-10～55℃

储存及运输：

-25～70℃

2.6.2正常工作相对湿度

5％～95％。

2.6.3正常工作大气压力

66kPa～110kPa

2.7光纤接口

光纤接口位于CPU1模件，光纤连接方式为FC型，光波长为1310nm，光发生器为激光二极管。

光纤种类：

1.3μm，单模，石英

发送功率：

－3dB、－7dB

接收灵敏功率：

－42dB

传输距离：

<100kM

2.8复接PCM

信道类型：

数字光纤或数字微波。

接口标准：

64k/sG.703同向数字接口。

时延要求：

单向传输时延<10ms。

3保护原理说明

3.1保护程序整体结构：

保护程序整体结构如图3.1.1所示。

图3.1.1保护程序整体结构

所有保护CPU程序主要包括主程序、采样中断程序和故障处理程序。

正常运行主程序。

每隔1ms采样间隔定时执行一次采样中断程序，采样中断程序中执行启动元件，如果启动元件没有动作，返回主程序。

如果启动元动作，则进入故障处理程序（定时采样中断仍然执行），完成相应保护功能，整组复归时启动元件返回，程序又返回进入正常运行的主程序。

主程序中进行硬件自检、交流电压断线检查、定值校验、开关位置判断、人机对话模件和CPU模件运行是否正常相互检查等。

硬件自检包括ROM、RAM、EEPROM、开出光耦等。

采样中断程序中进行模拟量采集和相量计算、开关量的采集、交流电流断线判别、重合闸充电、数据同步、合闸加速判断和启动元件计算等。

故障处理程序中进行各种保护的算法计算、跳合闸判断和执行、事件记录、故障录波、保护所有元件的动作过程记录，最后进行故障报告的整理和记录所用定值。

3.2启动元件和整组复归

3.2.1启动元件

保护启动元件用于启动故障处理程序及开放保护跳闸出口继电器的负电源。

各个保护模件以相电流突变量为主要的启动元件，启动门坎由突变量启动定值加上浮动门坎，在系统振荡时自动抬高突变量启动元件的门坎。

零序电流启动元件、静稳破坏检测元件为辅助启动元件，延时30ms动作以确保相电流突变量元件的优先动作。

（1）相电流突变量启动元件

判据为：

△iφ>IQD+1.25△IT

其中：

φ为a，b，c三种相别，T为20ms

△iφ＝|iφ（t）-2*iφ（t-T）+iφ（t-2T）|，为相电流突变量

△IT＝max（|Iφ（t－T）-2*Iφ（t-2T）+Iφ（t-3T）]|），为相电流不平衡量的最大值

当任一相电流突变量连续三次大于启动门坎时，保护启动。

（2）零序电流辅助启动元件

为了防止远距离故障或经大电阻故障时相电流突变量启动元件灵敏度不够而设置。

该元件在零序电流大于启动门坎并持续30ms后动作。

（3）静稳破坏检测元件

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而设置。

该元件判据为：

BC相间阻抗在具有全阻抗特性的阻抗辅助元件内持续30ms或者A相电流大于1.2倍In持续30ms，并且U1Cosφ小于0.5倍的额定电压。

当该元件动时，保护启动，进入振荡闭锁逻辑。

当PT1）断线或者振荡闭锁功能退出时，该检测元件自动退出。

3.2.2启动继电器的闭锁措施

PSL603（A、C、D）数字式高压线路保护CPU模件硬件完全相同，其出口回路完全独立。

任意一块CPU模件故障均不影响其他CPU模件的正常动作。

当采用三块CPU模件时，启动回路可以由CPU1～CPU3其中两个CPU启动才开放保护出口继电器的负电源，即构成“三取二方式”。

由于每个CPU都有较完善的硬件工况的监视系统，单个硬件器件故障不会引起保护误动，因此启动回路可以选用“三取一方式”。

（当只有两个保护CPU模件时，如PSL603A型保护，对应的启动继电器为“二取二方式”和“二取一方式”）。

“三取一方式”或“三取二方式”，可以通过装置母板上的跳线JP1选择。

出厂时跳线方式为“三取一方式”。

母板中跳线JP1接法如下图所示，两个连接片分别接在1和2、4和5上时（即连接片在水平位置都连在左边），启动继电器为“三取一方式”，图中标识了“1/3”；两个连接片分别接在2和3、5和6上时（即连接片在水平位置都连在右边），启动继电器为“三取二方式”，图中标识了“2/3”，当不接连接片时为“三取二方式”。

图3.2.1母板中跳线JP1引脚图（标号1～6为增加的示意标号）

3.2.3整组复归

各保护模件启动后就发出“禁止整组复归”的信号，如果本保护所有的启动元件和故障测量元件都返回，并且持续五秒，本保护模件就收回“禁止整组复归”信号。

保护收到任一个模件“禁止整组复归”的信号就保持原先的启动状态，直到所有模件都收回“禁止整组复归”信号时才能整组复归。

这样就能保证所有模件均满足整组复归条件时，装置才整组复归。

3.3选相元件

选相元件是区分故障相别，以满足距离保护和零序保护分相跳闸的要求。

分相电流差动元件的动作相即为故障相，不需要另设选相元件。

在后备距离保护中为了在特殊系统（例如弱电源）和转换性等复杂故障下能够正确选相并有足够的灵敏度，采用电压电流复合突变量和复合序分量两种选相原理相结合的方法。

在故障刚开始时采用快速和高灵敏度的突变量选相方法，以后采用稳态的序分量选相方法，保证在转换性故障时能够正确选相。

两种选相元件的原理如下：

3.3.1电压电流复合突变量选相元件

令

其中

、

为相间回路电压、电流的突变量；Z为阻抗系数，其值根据距离保护阻抗元件的整定值自动调整。

设Δmax、Δmin分别为Δab、Δbc、Δca中的最大值和最小值。

选相方法如下：

（1）当Δmin<0.25Δmax时判定为单相故障，否则为多相故障。

（2）单相故障时，若Δbc=Δmin，判定为a相故障；若Δca=Δmin，判定为b相故障；若Δab=Δmin，判定为c相故障。

（3）多相故障时，若同时满足

、

和

，判定为区内相间故障；否则为转换性故障（一正一反），采用相电流方向元件选择正向的故障相别。

（4）判据

（

）实际上是三个幅值比较方式的突变量方向继电器。

与传统的相电流差突变量选相原理相比，本方法由于引进了电压突变量以及方向判别，解决了弱电源系统和间隔时间很短的转换性故障的选相问题。

对于一般性的故障，选相的灵敏度与相电流差突变量选相原理相当。

3.3.2电压电流序分量选相元件

令

，即

为补偿点零序电压和负序电压的相角差。

其中Z为阻抗系数，与突变量选相元件类似；

为零序补偿系数。

将

的取值分成三个区，每个区内包含有两种故障。

当

时为A区，为A相接地或BC两相接地；当

时为B区，为B相接地或CA两相接地；当

时为C区，为C相接地或AB两相接地。

本选相元件就是根据这个特性进行故障相的判别。

为了进一步区分单相接地和两相接地，依次作如下判别（以A区为例）：

（1）

时，判定为A相接地；否则

（2）

或

时，判定为BCG；否则

（3）B、C相方向元件都动作时，判定为BCG；否则

（4）B相方向元件动作时，判定为BG；C相方向元件动作时判定为CG。

对于A相故障，Zbc为负荷阻抗，不会进入保护范围内，因此条件

（1）满足时肯定为A相接地；对于转换性故障（正向BG、反向CG），由于B相和C相电流的流向相反，测量到的是一个虚假的I0、I1和I2，可以证明转换性故障时条件

（2）不成立，因此通过条件（3）、（4）进行转换性故障的判别。

对于三相转换性故障（例如AG正向、BCG反向），上面的方法仍不能正确选相，因此三相电压低于15V时，通过三个相电流方向元件选择正方向的故障相。

这种选相元件除了在复杂故障时能够正确选相，另外对于弱电源侧的故障选相有足够的灵敏度。

3.4振荡闭锁的开放元件

电流差动保护不受系统振荡影响。

在相电流突变量启动150ms内，距离保护短时开放。

在突变量启动150ms后或者零序电流辅助启动、静稳破坏启动后，保护程序进入振荡闭锁。

在振荡闭锁期间，距离I、II段要在振荡闭锁开放元件动作后才投入。

振荡闭锁的开放元件要满足以下几点要求：

a）系统不振荡时开放；

b）系统纯振荡时不开放；

c）系统振荡又发生区内故障时能够可靠、快速开放；

d）系统振荡又发生区外故障时，在距离保护会误动期间不开放。

对于不可能出现系统振荡的线路，可由控制字退出振荡闭锁的功能，以提高保护的动作速度。

本装置的振荡闭锁开放元件采用了阻抗不对称法、序分量法和振荡轨迹半径检测法的三种方法，任何一种动作时就开放距离I、II保护。

前两种方法只能开放不对称故障，在线路非全相运行时退出；最后一种方法则在全相和非全相运行时都投入。

各种方法原理和判据说明如下：

1）阻抗不对称法

选相元件选中A相，并且BC相间的测量阻抗在辅助阻抗范围外时开放A相的阻抗I、II段。

对于B相接地距离保护和C相接地距离保护以次类推。

在系统振荡时，若两侧电势的功角在180°附近时，相间阻抗的辅助段会动作，该元件不会开放接地距离保护；若两侧电势的功角在0°附近时，该元件开放接地距离保护，但此时接地距离保护不会误动作。

该方法的特点是高阻接地时，保护也能开放，缺点是只能开放单相接地故障。

2）序分量法

当I0＋I2>mI1时开放距离保护。

该方法是根据不对称故障时产生的零序和负序分量来开放保护。

m为可靠系数，以确保区外故障时保护不会误动。

3）振荡轨迹半径检测法

系统纯振荡，或振荡时发生经过渡电阻的故障，测量阻抗的变化轨迹为园。

金属性故障时，轨迹园蜕变为点。

阻抗变化率dz/dt与轨迹园的半径有内在的关系。

本方法是通过阻抗轨迹的测量来躲过会引起保护误动的振荡以及区外故障，具体方法为在满足以下条件时，开放BC相间距离：

a）

b）

c）

其中

为距离保护的整定值，

为一个不大于系统总阻抗的门坎，在装置内根据保护定值自动确定。

对CA、AB相间距离和A、B、C接地距离以次类推。

条件a）使距离保护在系统纯振荡时不误动；条件b）使距离保护在振荡中发生反向故障时不误动；条件c）使距离保护在振荡中发生区外故障时不误动。

可以证明系统振荡周期小于3s，保护不会误动。

为了进一步增加安全性，装置在检测到振荡周期很慢时自动闭锁该元件。

在发生出口故障时，条件b）将拒动。

为此还设置了一个突变量方向元件，在条件a）和c）满足但条件b）不满足时，若突变量方向元件动作，开放距离保护100ms。

3.5光纤分相电流差动保护

PSL603光纤分相电流差动保护装置以分相电流差动作为纵联保护。

分相电流差动保护可通过标准64kb/s数字同向接口复接PCM终端，或用专用光缆作为通道，传送三相电流及其他数字信号，使用专用光纤作为通信媒质时采用了1Mbps的传送速率，极大地提高了保护的性能，并采用内置式光端机，不需外接任何光电转换设备即可独立完成“光电”转换过程。

差动继电器动作逻辑简单、可靠、动作速度快，在故障电流超过额定电流时，确保跳闸时间小于25ms；即使在经大接地电阻故障，故障电流小于额定电流时，也能在30ms内正确动作，而零序电流差动大大提高了整个装置的灵敏度，增强了耐过渡电阻能力。

对于高电压长距离输电线路，考虑电容电流的影响（本功能可经控制字投退）。

本保护装置计算正常时

作为电容补偿电流。

在进行差动继电器计算时，必须满足故障的

的条件。

另外，分相电流差动保护可以借助光纤通道传输两路远方开关量信号，并各有五组出口节点。

分相电流差动保护主要由差动CPU模件及通信接口组成。

差动CPU模件完成采样数据读取、滤波，数据发送、接收，数据同步，故障判断、跳闸出口逻辑；通信接口完成与光纤的光电物理接口功能，另外专门加装的PCM复接接口装置则完成数据码型变换，时钟提取等同向接口功能。

3.5.1增加的启动元件

差动保护启动元件除了相电流突变量启动元件、零序电流辅助启动元件，还有以下辅助启动元件。

（1）低电压启动元件

用于弱馈负荷侧的辅助启动元件，该元件在对侧启动而本侧不启动的情况下投入，相电压<52V或相间电压<90V时本侧被对侧拉入故障处理。

（2）利用TWJ的辅助启动元件

作为手合于故障时，一侧启动另一侧不启动时，未合侧保护装置的启动元件。

图3-5-1分相电流差动保护启动元件逻辑框图

因为差动保护有上述低电压和TWJ启动元件，并且远方跳闸可以整定为经启动元件闭锁，所以在PSL603（A、C、D）电流差动保护装置中，启动继电器的开放应采取“三取一”方式。

三取一方式说明见3.2.2节。

3.5.2分相差动原理

动作判据如下：