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(完整版)WXH811说明书WXH-811微机线路保护装置1 适用范围WXH-811微机线路保护装置是基于32位浮点型DSP为基本的硬件平台和实时多任务操作系统上的线路保护装置。该装置配置有三段式相间距离和接地距离保护，以及四段零序方向保护，并配置有三相一次重合闸，适用于作110kV输电线路的保护装置。该装置还含有双母线交流电压切换、适用于断路单或双跳闸线圈的出口操作回路。2 功能配置名称型号装置主要功能适用范围保护装置WXH-811具有三段式相间距离及接地距离保护具有双回线相继速动保护具有不对称故障相继速动保护.具有四段式零序电流保护具有三相一次重合闸功能。具有双母线交流电压切换回路具有出口操作回路110kV线路双母线、单母线等接线方式。也适用于单或双跳闸线圈的断路器3 主要技术原理3.1 装置主要元件装置的保护用每周24点采样.3.1.1 起动元件a. 相电流突变量起动元件DI1保护插件设有该起动元件，用于开放保护跳闸出口继电器（QDJ）回路和控制程序执行相应的故障处理程序。其判据为：Imax1。25IT+0。15In其中： ，为相电流突变量,为相电流不平衡量的最大值0.15In为固定门槛。IT为浮动门槛,随着变化量输出增大而逐步自动提高，取1。25倍可保证门槛电压始终略高于不平衡输出。Imax是取三相中最大一相电流的积分值.b。 零序电流辅助起动元件为保证在远距离故障或经大电阻接地时，保护的起动继电器(QDJ)能动作，为此，本装置设置了一个零序电流辅助起动元件，可以整定得很灵敏，动作后经40ms延时同样驱动起动继电器(QDJ）.c. 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,保护还设有静稳破坏BC相阻抗辅助起动及A相电流辅助起动。动作后同样驱动相应插件的起动继电器(QDJ）。3.1.2 选相元件选相采用相电流差突变量选相、稳态量选相相结合的方法。再辅助以综合选相判据，区分单相故障、两相接地故障、两相短路故障、三相短路故障。a. 相电流差突变量选相在保护起动后40ms之内采用相电流差突变量选相。b. 稳态量选相在保护起动40ms之后或由辅助元件引起的起动,采用稳态量选相,其中接地故障采用序分量和阻抗结合选相，不接地故障采用阻抗选相。c. 综合选相根据I0判别接地故障与不接地故障，根据I2判别对称故障与不对称故障。3.1.3 求和自检3.1.4 PT断线保护设有两种检测PT断线的判据,两种判据都带延时，且仅在线路正常运行，起动元件不起动的情况下投入,一旦起动元件起动，PT断线检测立即停止，等整组复归后才重新投入。判据为：|UA+UB+UC|7V（有效值)或UA+UB+UC|8V（有效值）且正序电压小于0。5Un. 在PT断线的条件下，距离保护将被闭锁，装置继续监视PT电压，一旦电压恢复正常，距离保护将自动解除闭锁。重合闸在检无压或检同期方式下对抽取电压Ux进行检查， 检查到抽取电压低于0.85Uxn且断路器在合位时，报抽取电压断线。3.1.5 接地综合阻抗元件接地距离保护采用多边形特性的综合阻抗元件。接地综合阻抗元件由ZA、ZB、ZC三个阻抗元件、偏移阻抗元件、零序方向元件、电抗线和电阻线组成。图3。1。1 接地综合阻抗元件的多边形特性a。 阻抗元件根据电流电压方程 U=X*j（I+KX3I0)+K1(I+KR*3I0)+I0R 求解Z=jX+R =A、B、C 零序电抗分量补偿系数 零序电阻分量补偿系数 线路正序电阻与正序电抗之比b。 偏移阻抗元件偏移阻抗元件是在原多边形特性基础上加一个包括坐标原点的小矩形特性，以保证出口短路可靠切除故障。矩形的X、R取值，按 110kV一次系统、每公里0.4、7km线路长度考虑。X=R=min0。3，0.5XD1XD1为接地距离段电抗分量定值c. 零序方向元件 零序方向元件最大灵敏度角110，保证接地距离的方向性。动作方程：d. 电抗线电抗线是为了防止接地距离超越，计算X后下倾7，接地距离的多边形特性如图6所示。e. 电阻线电阻线倾斜，与R轴夹角为60。3.1.6 相间综合阻抗元件相间距离保护采用圆特性的阻抗元件。相间阻抗元件由ZAB、ZBC、ZCA三个阻抗元件和偏移阻抗元件、电抗线、全阻抗园、背后方向性线、负荷特性曲线组成，相间阻抗元件是为保护二相、三相故障而设置.在故障发生150ms之内采用带记忆的正序电压作极化量的姆欧继电器，记忆电压采用故障前八周电压.动作方程： 式中:U1m|0|为故障前的正序电压； =AB、BC、CA 1为方向特性向第一象限偏移角。150ms之后取消记忆，采用正序电压作极化量，动作方程为 若正序电压较低（15Un）,为三相短路，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、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、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。反偏或上抛的阻抗值为：Zq= min0。3,0。5ZYZY为相间距离段定值图3.1。2a 、段阻抗继电器暂态特性 图3。1.2b 、段阻抗继电器稳态特性、段阻抗继电器暂态及稳态动作特性如图7所示。段阻抗继电器的动作特性： 3.1.7 故障开放元件3.1。7.1距离保护a） 短时开放保护相电流突变量起动元件DI1，能灵敏反映各种不对称和对称故障,利用DI1短时开放保护150ms,150ms以后系统可能已引起振荡,采用不对称故障开放及对称故障开放保护逻辑。零序电流辅助起动及静稳破坏检测起动后，直接采用不对称故障开放及对称故障开放保护逻辑。b） 不对称故障判别元件不对称故障判别元件的基本出发点就是检测三相不对称度。阻抗元件在振荡时的不正确动作只是发生在两侧电势较大约130180的时刻，因此若振荡中心落在被保护线路上，距离保护要误动.不对称故障判别元件就是按照这一原则来考虑的,它的动作判据为:I2+I0mI1 .式中I0、I1、I2为保护测量到的零、正、负序电流的幅值，系数m0。50.7。式（7）以为动作量，I1为制动量，m为制动系数，式中I1制动可以确保在振荡时不会动作。采用这种故障判别元件在振荡过程中发生区外故障时不会误开放保护，在区内故障只要较小就能开放保护。若TS=0。1s，在=36的区间将历时20ms，段距离继电器可以动作.由于m1,一般线路两侧保护同时开放，在不利的情况下才是一侧保护段动作后先跳闸后另一侧纵续动作.c） 对称故障开放元件在起动元件开放150ms以后或系统振荡过程中，如发生三相故障，则上述开放措施均不能开放保护,本装置中另设置了专门的振荡判别元件,即判别测量振荡中心的电压：其中：1是线电流线电压的夹角，U为线电压。假定系统联系阻抗的阻抗角为90,则振荡时电流向量垂直于EM、EN连线，与振荡中心电压同相，如图3.1.3所示。图3。1。3 系统电压相量图在系统正常运行或系统振荡时，恰好反应振荡中心的电压.在三相短路时，设线路阻抗角为90时，是弧光电阻上的压降，三相短路时过渡电阻是弧光电阻，弧光电阻上压降小于5%Un.实际线路阻抗角不为90，因而可进行角度补偿，如图3。1。4所示.1图3.1。4 短路电流电压相量图图中0d为测量电压,=ob，因而ob反应当线路阻抗角为90时弧光电阻压降，实际的弧光压降为oa，与线路压降ad相加得到测量电压U。本装置引入补偿角，为正序阻抗角，得到=1+1，则UOS=,三相短路时，UOS=ocoa，可见可反应弧光压降。本装置采用的动作判据分两部分：1） -0.03UnUos0。08Un,延时150ms开放。实际系统中，三相短路时故障电阻仅为弧光电阻,弧光电阻上压降的幅值不大于5Un。因此三相短路时，该幅值判据满足,为了保证振荡时不误开放，其延时应保证躲过振荡中心电压在该范围内的最长时间，振荡中心电压为0。08Un时，系统角为171，振荡中心电压为-0。03Un时，系统角为183。5，按最大振荡周期计3s计，振荡中心在该区间停留时间为104ms。装置中取延时150ms已有足够的裕度。2) -0。1UnUos0.7Uxn）转为检同期，检同期过程中计算Ux与Ua之间的角度与固有角度之差小于30允许合闸。无压或同期延时固定为0.5s。连续10S不能合闸，则返回;为防止手合于故障，开关跳开后，手合开入未消失前再次合于故障上,设一手合记数器，满10s后，方可开放手合功能。 手合记数器清零的条件:手合起动后整组复归时；开关为合位；手合记数器未满时，又来手合开入；上述条件不满足手合记数器加1。3.2。6 保护跳闸保护跳闸逻辑框图如图3。2。4所示图3.2。4 保护跳闸逻辑框图3。2.7 相继速动相继速动逻辑框图如图3.2。5所示图3.2.5 相继速动逻辑框图3。2。8 不对称故障相继速动不对称故障相继速动逻辑框图如图3。2。6所示图3。2。6 不对称故障相继速动逻辑框图3.3 辅助保护功能3.3.1 PT断线闭锁装置在检测出一相、二相PT断线及三相失压时，PT报断线并发告警信号，同时距离保护自动退出工作。 3.3.2 极性校验新投运的保护装置，需对PT、CT一次接线进行校验。3.4 其他特性3.4.1 故障测距装置采用解微分方程算法，配合有限冲击响应（FIR)的数字滤波器，粗算出感受的电抗分量和电阻分量,再根据不同系统估算出电抗的斜率，准确计算出实际电抗.采用该自适应阻抗测距的方法，提高了经过渡电阻接地的测距的准确度。a。 阻抗粗算: b。 的计算：c. 的确定由已知电压等级线路长度或自然功率确定两侧接地变压器的零序阻抗，如图3。4。1所示。4 技术数据4.1 基本数据4。1。1额定交流数据交流电压相电压U：100/V线路抽取电压UXL：100/V或100V交流电流5A或1A（订货注明）4.1.2 频率50Hz4。1.3 额定直流电压220V或110V(订货注明）4.1。4 打印机工作电压交流220V、50Hz4.1.5 交流回路过载能力交流电压： 1。2Un持续工作交流电流： 2In-持续工作 40In-1s4.1.6 功率消耗a. 交流电压回路每相不大于0。5VAb。 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.c。 直流电压回路:正常进行时，不大于40W;动作时，不大于60W。4.1.7 输出触点4.1.8 出口跳合闸触点：在电压不大于250V,电流不大于2A，时间常数L/R为5ms0.75ms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。4.1.9 出口信号及其它触点：在电压不大于250V，电流不大于0.5A，时间常数L/R为5ms0。75ms的直流有感负荷电路中，触点断开容量为20W,长期允许通过电流不大于3A。4.2 主要技术性能指标4.2.1 距离保护a. 相间距离保护测量阻抗元件具有圆特性,接地距离保护测量元件具有多边形特性.b. 距离整定范围：0。0550(In=5A)0.25250(In=1A)每段可分别整定，整定值误差不超过5c. 最大灵敏角为5590(线路阻抗角）d. 精确工作电压:1V60Ve。 精确工作电流范围：0.1 In20Inf。 段的暂态超越不大于5%g. 距离、段延时时间元件:0.2s10s，整定值误差不超过1+20msh。 距离段整组动作时间：在0.7倍整定阻抗内不大于25msi. 测距误差不超过5%j。 距离保护还设有在PT断线时投入的两段过流，可由控制字投退。k。 过流整定范围:I段过流为0。3In20In II段过流为0。3In20In 电流整定值平均误差不超过2.5%l。 过流时间整定范围：I段时间为010s II段时间为0。2s10s 时间误差不超过120ms4.2.2 零序电流(方向）保护a. 整定范围：0.1 In20In，整定值误差不超过2.5或0。01Inb. 零序功率方向元件的死区电压：不小于1V，不大于2Vc. 零序功率方向元件动作范围:不大于180，不小于140d。 延时段时间元件：0.2s10s，误差不超过1+20mse。 段整组动作时间：在最大灵敏角及1。2倍整定值的条件下，不大于25ms。4.2.3 三相一次重合闸（手合同期)a. 具有三重、及停用两种功能 b。 同期元件整定范围为:1060, 误差不超过3c. 重合闸延时时间元件：0.3s10s，误差不超过130msd. 一次重合闸时间间隔为15se。 重合闸有压检定元件：0。75Uxn;平均误差不超过5%f. 手合时间：0。5s，时间误差不超过1%20msg。 手合无压检定元件:30V；平均误差不超过54.2.4 记录容量以下所有录波容量均按录波点数间隔为0的方式录波计算。每次录波每路及总的容量一定,故不同录波方式下录波容量不同。4.2.5 故障录波内容和故障报告容量：a. 保护起动记录起动前4个周波、起动后6个周波的所有电流电压波形.b。 保护跳闸记录跳闸前4个周波、跳闸后6个周波,以及中间有扰动的10个周波的所有电流电压波形.c. 保护装置可循环记录100次故障报告。4.2.6 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。4.2.7 事件报告记录：可循环记录200次异常报警和装置自检报告。异常事件报告包括各种装置硬件自检出错报警、装置长期起动报警、CT异常报警、PT断线报警、过负荷等。4.2.8 通信接口设有两组独立的通讯接口。RS485或Lonworks灵活配置，支持IEC60870-5-103通讯规约。通过配套规约转换器可以满足Ethernet组网的要求,并且适应更多通讯规约.4.2.9 对时方式a。 外部正脉冲秒对时;b。 RS485方式的同步时钟秒对时;c。 监控系统绝对时间的对时报文。4.2.10 绝缘性能4.2.11 绝缘电阻各带电的导电电路分别对地（即外壳或外露的非带电金属零件）之间，交流回路与直流回路之间，交流电流回路和交流电压回路之间，用开路电压为500V 的测试仪器测试其绝缘电阻值应不小于100M。4.2.12 介质强度各带电的导电电路分别对地（即外壳或外露的非带电金属零件）之间，交流回路与直流回路之间,交流电流回路和交流电压回路之间，能承受50Hz、2kV（有效值)的交流电压,历时1min的检验无击穿或闪络现象。弱电回路（直流24V回路、网络通信端子）对地能承受50Hz、500V（有效值）的交流电压，历时1min的检验无击穿或闪络现象。4.2.13 冲击电压各带电的导电端子分别对地,交流回路与直流回路之间,交流电流回路和交流电压回路之间，能承受5kV（峰值）的标准雷电波冲击检验。4.2.14 抗电气干扰a. 能承受GB/T 14598.13-1998规定的频率为1MHz及100kHz衰减振荡波（第一个半波电压幅值共模为2。5kV、差模为1kV)脉冲群干扰检验。b。 能承受GB/T 14598。14-1998规定的严酷等级为级的静电放电干扰检验。c。 能承受GB/T 14598.9-1995规定的严酷等级为级的辐射电磁场干扰检验。d。 能承受GB/T 14598.10-1996规定的严酷等级为级的快速瞬变干扰检验.4.2.15 机械性能4.2.16 工作条件：能承受GB/T112872000 电气继电器 第21部分：量度继电器和保护装置的振动、冲击、碰撞和地震试验 第1篇 振动试验(正弦)和GB/T145371993 量度继电器和保护装置的冲击和碰撞试验规定的严酷等级为级的振动响应、冲击响应检验.4.2.17 运输条件:能承受GB/T112872000 电气继电器 第21部分：量度继电器和保护装置的振动、冲击、碰撞和地震试验 第1篇 振动试验（正弦）和GB/T145371993 量度继电器和保护装置的冲击和碰撞试验规定的严酷等级为级的振动耐久、冲击耐久及碰撞检验。4.3 环境条件4.3.1 工作环境温度：10+50，24h内平均不超过35。4.3.2 储运：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。4.3.3 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超过50。4.3.4 大气压力:80kPa110kPa。4.3.5 直流电压波动范围直流电压波动范围：80110%额定直流.5 结构与安装示意图保护装置采用新一代32位基于DSP技术的通用硬件平台.整体大面板,全封闭机箱，硬件电路采用后插拔式的插件式结构,CPU电路板采用6层板，并采用表面贴装技术，提高了装置可靠性。机箱采用19in、6U宽机箱,抗干扰能力强。a. 装置的外形尺寸如图5.1所示。图5.1 外形尺寸b. 装置的安装尺寸如图5.2所示。图5。2 安装尺寸c。 装置的端子图如图5.3所示。详细端子定义参见Error! Reference source not found.7# 电压切换14 跳闸插件 交流输入15 重动插件9# 采样保持16# 操作插件12# DSP主板17 通讯插件13 开入插件18 稳压电源1#6#、10、11#为备用插件图3 端子图装置有一个CPU板,具有独立的采样、A/D变换、逻辑计算及起动功能。另有一块人机对话板，由一片DSP专门处理人机对话任务.人机对话担负键盘操作和液晶显示功能。正常时,液晶显示主菜单。人机对话中所有的菜单均为简体汉字.通过本公司为保护提供的软件，可对保护进行更为方便、详尽的监视与控制.装置核心部分采用德州仪器公司(Texas Instruments)的32位数字信号处理器TMS320C32，主要完成保护的出口逻辑及后台功能，使保护整体精确、高速、可靠.模拟量变换由交流变换插件完成，功能是将CT、PT二次电气量转换成小电压信号.保护出口和开入由1块开入插件和1块出口插件、1块重动插件、1块操作插件构成,完成所有跳闸出口、信号出口、开关量输入等功能。5.1 交流电压切换继电器板（7#）电压切换插件安装在本装置7插件位置，其功能相当于电压切换箱。能满足双母线或其他接线方式的交流电压切换。本交流电压切换继电器板采用双位置继电器，PT电压隔离刀闸的合位辅助触点驱动切换继电器的动作线圈，分位触点驱动切换继电器的复归线圈。继电器仅在切换过程中励磁。装置面板上有I母和II母运行显示灯。交流电压切换继电器板原理图见Error! Reference source not found.5.2 交流输入插件（AC）（8）本插件将系统电压互感器、电流互感器二次侧信号变换成保护装置所需的弱电信号,同时起隔离和抗干扰作用。WXH-811保护设有九个模拟量输入变换器（YH及LH）,分别用于三相电压、三相电流，3U0（备用)、3I0，另有一路YH,用于接重合闸所需要的抽取电压。5.3 DSP主板插件（12）DSP主板插件是在分析和借鉴了国内外同类产品基础上，从技术和开发手段的先进性,软硬件资源的通用性，系统的可靠性等方面出发，开发研制的DSP型保护插件。作为基本的软硬件平台，在单块PCB板上完成了数据采集、I/O、保护及控制功能等。5.4 跳闸插件（14）5.4.1 总述本插件提供了两组跳闸出口继电器，每组跳闸出口都包括了三跳CKJQ和永跳CKJR出口继电器及重合闸ZHJ继电器。还设有手动合闸出口SHJ继电器及相继速动XJSDJ继电器. 5.4.2 保护动作信号包括动作信号继电器CXJ 一个重合闸动作信号继电器ZHXJ。这两个继电器都是磁保持的，在失去直流电源时也不会返回,必须由保护屏面板上的信号复归按钮或通过操作面板上的信号复归按钮驱动复归继电器FJ，由其触点FJ-1使之反向磁化才能消磁复归.这两个继电器的触点一方面连至装置面板上的本地信号灯,一方面其触点引至中央信号回路。5.4.3 告警信号本装置设计了两种告警方式:一种是保护CPU自检发现有严重异常情况，如CPU、A/D错，定值自检错等。保护装置一方面驱动告警继电器,一方面闭锁所有的保护。另一种是检查到外部回路有异常情况。如CT回路异常、开入回路异常等。此时保护装置亦相应驱动告警继电器。5.4.4 其他信号本插件还设有不保持的PT断线告警继电器，其触点并至GJ2-2触点发中央信号，还有重合闸在充电满时发充电监视开出连至装置面板上的本地信号灯。5.4.5 重动插件（15#）重动插件主要作用为扩展相关继电器触点数量,满足不同需求。5.5 出口操作继电器板 （16#)本插件作为三相断路器操作的辅助控制回路，使用于110kV及以下电压等级系统带单或双跳闸线圈的断路器控制操作。除能正确反映跳合情况外,还设有防止跳跃的防跳闭锁继电器TBJ,TBJ采用进口快速继电器,能防止断路器多次跳-合现象.为防止在运行中由于控制跳闸的气（液）压触点接触不良造成闭锁环节失灵，压力监视继电器还设有预告信号。为防止在运行中操作电源失压，还设有操作电源监视继电器。如果断路器自身具有防跳回路,可通过跳针把本插件的防跳回路短接。装置面板上有跳位和合位显示灯。5.6 通讯插件（17）通讯插件是通用的人机接口功能模块，作为基本的软硬件平台，适应各种继电保护装置,其主要功能如下:l 完成继电保护装置的人机对话功能。l 管理各保护模块。l 处理、显示和发送各种保护报文。l 作为监控系统的智能终端。通讯插件 提供一个RS232C标准串口，一个与PC机连接的RS232C标准串口，一个GPS对时接口,及双（RS422 ,RS485 或LON）与保护管理机、变电站自动化系统的通信接口。5.7 电源插件（18#）本插件为直流逆变电源插件。直流220V或110V电压输入经抗干扰滤波回路后，利用逆变原理输出本装置需要的四组直流电压,即5V、15V及24V1、24V2，四组电压均不共地，且采用浮地方式,同外壳不相连.5V用于各CPU15V用作模拟电源及通信电源+24V1用于驱动继电器的正电源+24V2作为开入的正电源电源插件具有失电告警功能