PCS-931线路保护

PCS-931线 路 保 护 装 置南 京 南 瑞 继 保 电 气 有 限 公 司2011.12 一 . PCS931概 述二 . PCS平 台 介 绍三 . PCS931硬 件 系 统四 . 差 动 保 护 原 理五 . 距 离 保 护 原 理六 . 零 序 过 流 保 护 原 理七 . 重 合 闸 目 录 一 . 概 述 PCS-900线 路 保 护 PCS-900系 列 超 高 压 及 高 压 线 路 保 护 是 在 总 结 并发 展 RCS-900保 护 先 进 的 原 理 与 技 术 和 成 熟 的 运 行经 验 的 基 础 上 ， 在 硬 件 结 构 和 软 件 方 面 作 了 较 大 改进 ！ PCS-900系 列 保 护 全 面 满 足 目 前 传 统 变 电 站 和数 字 化 变 电 站 的 各 种 需 求 ：u支 持 传 统 电 磁 型 TA、 TV以 及 ECVT， 并 支 持 各 侧 传 统 互 感 器 和 ECVT混 用 方 式 。u支 持 61850规 约 后 台 通 信 方 式 。 支 持 GOOSE跳 闸 方 式 。 u同 时 接 线 端 子 与 国 内 广 泛 采 用 的 RCS-900系 列 的 保 护 基 本 兼 容 。 装 置 采 用 了 32位 高 性 能 的 CPU和 DSP、 内 部 高 速 总 线 、 智 能I/O， 硬 件 和 软 件 均 采 用 模 块 化 设 计 ， 具 有 插 件 、 软 件 模 块 通 用 ，灵 活 可 配 置 ， 易 于 扩 展 、 易 于 维 护 的 特 点 ， 将 为 用 户 带 来 备 品 备件 种 类 少 替 换 方 便 的 优 点 。 UAPC平 台 按 照 具 有 长 达 10-15年 的 生 命 周 期 设 计 ， 装 置 插 件根 据 需 要 可 以 在 保 持 与 平 台 兼 容 的 情 况 下 平 滑 升 级 ， 从 而 为 用 户的 设 备 投 资 提 供 了 长 期 稳 定 的 保 障 。 装 置 采 用 双 重 化 设 计 ， 具 有 双 重 化 的 采 样 回 路 和 完 全 独 立 的 启 动和 保 护 DSP， 可 以 有 效 保 证 装 置 动 作 的 安 全 性 和 可 靠 性 。 装 置 具 有 友 好 的 人 机 界 面 ， 液 晶 为 320 240点 阵 ， 可 以 通 过整 定 选 择 中 文 或 英 文 显 示 。PCS900装 置 特 点 具 有 完 善 的 事 件 报 文 处 理 ， 可 保 存 最 新 256次 动 作 报 告 ， 64次 故障 录 具 有 与 COMTRADE兼 容 的 故 障 录 波 。 具 有 灵 活 的 通 讯 方 式 ， 配 有 2个 独 立 的 以 太 网 接 口 和 2个 独 立 的RS-485通 信 接 口 。 支 持 电 力 行 业 通 讯 标 准 DL/T667-1999（ IEC60870-5-103） 和 变 电 站 通 讯 标 准 IEC61850。 装 置 抗 干 扰 能 力 优 越 ， 达 到 了 电 磁 兼 容 各 项 标 准 的 最 高 等 级 。 波 报 告 ， 256次 遥 信 报 告 ， 64次 遥 控 记 录 。 PCS-931系 列 保 护 包 括 以 分 相 电 流 差 动 和 零 序 电 流 差 动 为 主 体 的 快 速主 保 护 ， 由 工 频 变 化 量 距 离 元 件 构 成 的 快 速 段 保 护 ， 由 三 段 式 相 间 和接 地 距 离 及 多 个 零 序 方 向 过 流 构 成 的 全 套 后 备 保 护 ， PCS-931系 列 保 护 有分 相 出 口 ， 配 有 自 动 重 合 闸 功 能 , 对 单 或 双 母 线 接 线 的 开 关 实 现 单 相 重合 、 三 相 重 合 和 综 合 重 合 闸 。PCS-931系 列 保 护 根 据 功 能 有 一 个 或 多 个 后 缀 ， 各 后 缀 的 含 义 如 下 ：PCS931概 述序 号 后 缀 功 能 含 义A 两 个 延 时 段 零 序 方 向 过 流B 四 个 延 时 段 零 序 方 向 过 流D 一 个 延 时 段 零 序 方 向 过 流 和 一 个 零 序 反 时 限 方 向 过 流L 过 负 荷 告 警 、 过 流 跳 闸 M 光 纤 通 信 为 2048 kbit/s数 据 接 口 （ 缺 省 为 64kbit/s数 据 接 口 ） 、两 个 M为 两 个 2048kbit/s数 据 接 口 （ 如 PCS-931AMM）S 适 用 于 串 补 线 路 PCS-931系 列 保 护 具 体 配 置 如 下 ：PCS931概 述型 号 配 置 通 信 速 率PCS 分 相 电 流 差 动零 序 电 流 差 动工 频 变 化 量 距 离三 段 式 接 地 距 离三 段 式 相 间 距 离 自 动 重 合 闸 2个 延 时 段 零 序 方向 过 流 64kbit/sPCS-931AS 适 用 于 串 补 线 路 64kbit/sPCS-931AL 过 负 荷 告 警 过 流 跳 闸 64kbit/sPCS-931AM 2048kbit/sPCS-931AMM 2048kbit/sPCS-931AMS 适 用 于 串 补 线 路 2048kbit/sPCS-931B 4个 延 时 段 零 序 方向 过 流 64kbit/sPCS-931BS 适 用 于 串 补 线 路 64kbit/sPCS-931BM 2048kbit/sPCS-931BMM 2048kbit/sPCS-931BMS 适 用 于 串 补 线 路 2048kbit/sPCS-931BML 过 负 荷 告 警 过 流 跳 闸 2048kbit/sPCS-931D 1个 延 时 段 零 序 方向 过 流1个 零 序 反 时 限 方向 过 流 64kbit/sPCS-931DS 适 用 于 串 补 线 路 64kbit/sPCS-931DM 2048kbit/sPCS-931DMM 2048kbit/sPCS-931DMS 适 用 于 串 补 线 路 2048kbit/s PCS931与 RCS931比 较 与 RCS-931相 比 ， PCS 931在 数 据 采 样 、 同 步 技术 、 互 联 和 差 动 算 法 方 面 都 作 了 较 大 改 进 。 支 持 传 统 电 磁 型 TA、 TV以 及 ECVT， 并 支 持 线 路 各侧 传 统 互 感 器 和 ECVT混 合 使 用支 持 61850规 约 后 台 通 信 方 式 。支 持 GOOSE跳 闸 方 式 。接 线 端 子 与 RCS-931系 列 的 保 护 基 本 兼 容 。支 持 RCS 931和 PCS 931的 互 联 。差 动 算 法 改 进 电 流 差 动 继 电 器 的 变 化 ： PCS 931与 RCS 931相 比 ， 差 动 算 法 作 如 下 改 动 ：（ 1） 保 护 定 值 中 不 再 设 “ 差 动 高 定 值 ” 、 “ 差 动 低 定 值 ” ； 改用 一 个 “ 差 动 电 流 定 值 ” ， 方 便 整 定 。 差 动 电 流 定 值 ： 差 动保 护 的 最 低 起 动 值 ， 按 躲 最 大 负 荷 情 况 下 的 最 大 不 平 衡 电 流整 定 ， 建 议 整 定 ： 一 次 电 流 300A 600A。 若 “ 投 电 容 电 流 补偿 ” 控 制 字 置 0（ 即 不 投 入 电 容 电 流 补 偿 ） ， 可 将 此 定 值 适 当放 大 一 点 ， 建 议 一 次 电 流 500 800A 。（ 2） 差 动 算 法 中 加 入 新 的 异 步 法 思 想 的 抗 TA保 护 判 据 。（ 3） 全 新 的 差 动 同 步 技 术 。（ 4） 暂 态 电 容 电 流 补 偿 方 案 。（ 5） 纵 联 码 功 能 把 关（ 6） 远 跳 远 传 功 能 经 两 侧 差 动 压 板 把 关PCS931与 RCS931比 较 定 值 方 面 的 主 要 区 别(7)增 加 “ 本 侧 电 抗 器 阻 抗 ” 、 “ 本 侧 小 电 抗 阻 抗 ” 、 “ 对侧 电 抗 器 阻 抗 ” 、 “ 对 侧 小 电 抗 阻 抗 ”(8)增 加 “ 投 电 容 电 流 补 偿 ” ： 电 容 电 流 不 大 的 线 路 如 220kV线 路 及 500kV的 短 线 路 （ 80kM以 内 ） 可 以 不 投 入 电 容 电 流补 偿 ， 220kV特 别 长 线 路 及 500kV的 长 线 ， 即 使 电 抗 器 已 经补 偿 大 部 分 的 电 容 电 流 ， 仍 建 议 投 入 电 容 电 流 补 偿 。 PCS931与 RCS931比 较 二 . PCS平 台 介 绍 LFP平 台 （ 上 世 纪 90年 代 初 ） ： 基 于 Intel80C196微 控 制 器 ； 开 创 了 实 时 的 保 护 并 行 计 算 、 可 靠 的 独 立 起 动 元 件 的 保 护 控 制 设 计理 念 ； 加 速 了 微 机 保 护 全 面 国 产 化 的 历 程 ； 产 品 系 列 ： 高 压 线 路 及 辅 助 保 护 、 元 件 保 护 、 变 电 站 综 合 自 动 化 系统 ； 平 台 发 展 历 史 _LFP平 台 RCS平 台 （ 本 世 纪 初 ） ： 基 于 Intel 80C196、 Motorola MC68332微 控 制 器 ； 引 入 DSP数 字 信 号 处 理 器 参 与 保 护 计 算 ， 大 大 提 升 了 保 护 控 制 性 能； 交 流 保 护 占 据 了 重 要 的 市 场 份 额 ； 产 品 系 列 ： 高 压 线 路 及 辅 助 保 护 、 元 件 保 护 、 变 电 站 综 合 自 动 化 系统 、 稳 定 控 制 系 统 、 励 磁 控 制 系 统 ；平 台 发 展 历 史 _RCS平 台 PCS平 台 ： 基 于 Motorola PowerPC微 处 理 器 ； 根 据 不 同 应 用 可 选 定 点 、 浮 点 DSP； 灵 活 配 置 的 适 应 常 规 变 电 站 、 数 字 化 变 电 站 各 种 输 入 输 出 接 口 ， 统一 的 配 置 调 试 分 析 工 具 软 件 ， 满 足 当 今 各 类 形 式 的 智 能 变 电 站 的 应用 需 求 ； 产 品 系 列 ： 高 压 线 路 及 辅 助 保 护 、 元 件 保 护 、 变 电 站 综 合 自 动 化 系统 、 稳 定 控 制 系 统 、 励 磁 控 制 系 统 ， 故 障 录 波 器 、 PMU、 直 流 保 护控 制 系 统 ， 电 子 式 互 感 器 合 并 单 元 、 智 能 终 端 等 智 能 一 次 设 备 、SVC控 制 系 统 等 等 ；平 台 发 展 历 史 _PCS平 台 LFP - RCS - PCS： 从 名 称 看 变 化 LFP（ Line Fast Protection)： 从 线 路 保 护 开 始 起 家 RCS（ Relay and Control System） ： 继 电 器 及 变 电 站 控 制 系 统 PCS（ Protection and Control System） ： 整 个 电 力 系 统 二 次 及 一二 次 融 合 保 护 、 控 制 系 统平 台 发 展 历 史 _内 涵 的 变 化 总 体 架 构 UAPC架 构 Unified Advanced Platform for Control 或 在 TV断 线 的 情 况 下 对 侧 电 流 大 于 本 侧 电 流 的 4 倍 并 延 时 30ms。 收 到 对 侧 的 允 许 信 号 。 U U NU65.0 三 相 同 时 差 流 元 件 也 动 作 时 发允 许 信 号 的 作 用 （ 4）在 N侧 断 路 器 处 于 三 相 跳 闸 状 态 下 线 路 上 发 生 短 路 。N侧 所 有 起 动 元 件 都 不 会 起 动 ， 故 而 N侧 无 法 向 M侧发 允 许 信 号 ， 导 致 M侧 电 流 纵 差 保 护 拒 动 。为 此 采 取 当 三 相 ,同 时 差 流 元 件 也 动 作 , 则 发允 许 信 号 的 措 施 。 这 样 当 线 路 上 发 生 短 路 时 ， 对 侧 电流 纵 差 保 护 就 可 以 动 作 。1TWJ 1TWJ FMSE RE 三 相 断 开 N 差 动 联 跳 继 电 器 （ 5） 当 线 路 上 发 生 短 路 ， 本 侧 装 置 内 任 何 保护 发 出 跳 闸 命 令 同 时 向 另 一 侧 发 一 个 分 相 跳闸 命 令 。 另 一 侧 装 置 接 收 到 对 侧 的 分 相 跳 闸命 令 后 ， 用 本 侧 的 高 灵 敏 度 的 差 动 继 电 器 作为 就 地 判 据 跳 对 应 相 ， 装 置 显 示 “ 差 动 保 护动 作 ” 。 高 灵 敏 度 的 差 动 继 电 器 就 用 零 差 中 的 选相 用 的 经 电 容 电 流 补 偿 的 分 相 差 动 继 电 器 。 本 跳 闸 命 令 受 差 动 保 护 压 板 控 制 。 电 流 纵 差 保 护 的 主 要 问 题 （ 6） 在 线 路 一 侧 发 生 高 阻 接 地 短 路 时 ， 远 离 故 障 点 的 一 侧 各个 起 动 元 件 可 能 都 不 起 动 ， 造 成 两 侧 差 动 保 护 都 不 能 切除 故 障 的 后 果 。 由 于 零 序 差 动 保 护 有 较 强 的 保 护 过 渡 电阻 的 能 力 ， 为 了 使 近 故 障 点 的 一 侧 保 护 能 先 动 作 跳 闸 ，零 序 差 动 保 护 增 加 了 一 条 跳 闸 路 径 。 在 线 路 一 侧 发 生 高 阻 接 地 短 路 时使 零 序 差 动 保 护 可 靠 动 作 的 措 施 其 跳 闸 条 件 为 ： 起 动 元 件 起 动 。 零 序 差 动 继 电 器 （ 段 或 段 ） 及 故 障 相 的 差 流 选 相 元 件动 作 。 3U03V或 3U2 3V。 三 相 相 电 压 U 40V。 这 样 当 线 路 一 侧 发 生 高 阻 接 地 短 路 时 ， 近 故 障 点 的 一 侧 可 由此 跳 闸 路 径 先 选 相 跳 闸 ， 并 向 远 离 故 障 点 的 一 侧 发 差 动 动作 的 允 许 信 号 。 近 故 障 点 的 一 侧 先 跳 闸 后 短 路 电 流 重 新 分配 ， 远 离 故 障 点 的 一 侧 起 动 元 件 再 起 动 ， 又 检 查 到 零 序 差 动继 电 器 及 差 流 选 相 元 件 动 作 ， 再 加 上 收 到 对 侧 差 动 动 作 的 允 许 信 号 ， 也 可 相 继 发 跳 闸 命 令 输 电 线 路 电 流 纵 差 保 护 的 主 要 问 题 (7)两 侧 采 样 不 同 步 ， 造 成 不 平 衡 电 流 的 加 大 。 线 路 纵 差 保 护 与 主 设 备 保 护 中 用 的 纵 差 保护 不 同 ， 线 路 纵 差 保 护 两 侧 电 流 是 由 不 同 装 置采 样 的 。 如 果 两 侧 电 流 采 样 时 间 不 一 致 ， 使 动作 电 流 不 是 同 一 时 刻 的 两 侧 电 流 的 相 量 和 ， 这将 加 大 区 外 故 障 时 的 不 平 衡 电 流 。 解 决 方 法 ： 采 用 采 样 时 刻 调 整 法 达 到 采 样 同 步 。 931保护 采 用 在 同 步 端 小 步 幅 调 整 采 样 周 期 达 到 两 侧采 样 同 步 。 测 通 道 延 时 Td主 机从 机 tmr tmstss tsr 2 tmrtmstsstsrTd Td采 样 时 刻 调 整 法 从 机 采 样 时 刻 调 整主 机从 机 Td0Ts采 样 时 刻 调 整 法 通 道 连 接 方 式 (1) 装 置 可 采 用 “ 专 用 光 纤 ” 或 “ 复 用 通 道 ” 。 在 纤 芯 数 量 及 传 输 距 离 允 许 范围 内 ， 优 先 采 用 “ 专 用 光 纤 ” 作 为 传 输 通 道 。 当 功 率 不 满 足 条 件 ， 可 采 用“ 复 用 通 道 ” 。专 用 光 纤 的 连 接 方 式 如 图 所 示 ：64kbit/s复 用 的 连 接 方 式 如 图 3.4.4所 示 ： 2048kbit/s复 用 的 连 接 方 式 如 图 所 示 ：双 通 道 2048kbit/s两 个 通 道 都 复 用 的 连 接 方 式 如 图 所 示 ： 双 通 道 差 动 保 护 也 可 以 两 个 通 道 都 采 用 专 用 光 纤 ； 或 一 个 通 道 复用 ， 另 外 一 个 通 道 采 取 专 用 光 纤 ， 这 种 情 况 下 ， 通 道 A优 先 选 用 专 用光 纤 。 通 道 连 接 方 式 (2) 纵 联 标 识 码 为 提 高 数 字 式 通 道 线 路 保 护 装 置 的 可 靠 性 ， 保 护 装 置 提 供 纵 联 标 识 码 功 能 ,在 定 值项 中 分 别 有 “ 本 侧 识 别 码 ” 和 “ 对 侧 识 别 码 ” 两 项 用 来 完 成 纵 联 标 识 码 功 能 。 本 侧 识 别 码 和 对 侧 识 别 码 需 在 定 值 项 中 整 定 ， 范 围 均 为 0 65535， 识 别 码 的 整 定 应保 证 全 网 运 行 的 保 护 设 备 具 有 唯 一 性 ， 即 正 常 运 行 时 ， 本 侧 识 别 码 与 对 侧 识 别 码 应不 同 ， 且 与 本 线 的 另 一 套 保 护 的 识 别 码 不 同 ， 也 应 该 和 其 它 线 路 保 护 装 置 的 识 别 码不 同 （ 保 护 校 验 时 可 以 整 定 相 同 ， 表 示 自 环 方 式 ） 。 保 护 装 置 根 据 本 装 置 定 值 中 本 侧 识 别 码 和 对 侧 识 别 码 定 值 决 定 本 装 置 的 主 从 机 方 式， 同 时 决 定 是 否 为 通 道 自 环 试 验 方 式 ， 若 本 侧 识 别 码 和 对 侧 识 别 码 整 定 一 样 ， 表 示为 通 道 自 环 试 验 方 式 ， 若 本 侧 识 别 码 大 于 等 于 对 侧 识 别 码 ， 表 示 本 侧 为 主 机 ， 反 之为 从 机 。 保 护 装 置 将 本 侧 的 识 别 码 定 值 包 含 在 向 对 侧 发 送 的 数 据 帧 中 传 送 给 对 侧 保 护 装 置 ，对 于 双 通 道 保 护 装 置 ， 当 通 道 A接 收 到 的 识 别 码 与 定 值 整 定 的 对 侧 识 别 码 不 一 致 时 ， 退 出 通 道 A的 差 动 保 护 ， 报 “ 纵 联 通 道 A识 别 码 错 ” 、 “ 纵 联 通 道 A异 常 ” 告 警 。“ 纵 联 通 道 A识 别 码 错 ” 延 时 100ms展 宽 1S报 警 ； 通 道 B与 通 道 A类 似 。 对 于 单 通道 保 护 装 置 ， 当 接 收 到 的 识 别 码 与 定 值 整 定 的 对 侧 识 别 码 不 一 致 时 ， 退 出 差 动 保 护， 报 “ 纵 联 通 道 识 别 码 错 ” 、 “ 纵 联 通 道 异 常 ” 告 警 。 在 通 道 状 态 中 增 加 对 侧 识 别 码 的 显 示 ， 显 示 本 装 置 接 收 到 的 识 别 码 ， 若 本 装 置 没 有接 收 到 正 确 的 对 侧 数 据 ， 对 侧 识 别 码 显 示 “ -” 符 号 。 五 . PCS931距 离 保 护 （ 一 ） PCS931线 路 距 离 保 护 基 本 概 念 基 本 概 念 ： 输 电 线 路 是 金 属 导 体 ， 输 电 线 路 的 长 度 和 阻 抗 成 正 比 关 系。 当 线 路 发 生 故 障 ， 根 据 保 护 安 装 处 测 量 的 电 压 和 电 流 ， 由 欧 姆 定 理即 可 计 算 出 故 障 点 到 保 护 安 装 处 的 阻 抗 ， 称 为 短 路 阻 抗 ， 用 这 个 短 路阻 抗 和 整 定 的 阻 抗 比 较 ， 如 果 比 整 定 阻 抗 小 ， 则 故 障 发 生 在 区 内 ， 如果 比 整 定 阻 抗 大 ， 则 故 障 发 生 在 区 外 。 如 图 所 示 ： 假 设 线 路 MN全 长 100KM， 全 线 路 阻 抗 为 40 ， 以 40 做 为整 字 值 ， 即 ， 当 故 障 点 K在 线 路 MN区 内 时 ， 保 护 装 置 计 算 出的 短 路 阻 抗 ： 将 Z K和 整 定 阻 抗 Zset比 较 ， 即 可 判 断 故 障 是 在 区 内 还 是 区 外 。 MMK IUZ 40setZ （ 二 ） PCS931线 路 距 离 保 护 基 本 公 式距 离 保 护 分 单 相 接 地 距 离 元 件 和 相 间 距 离 元 件PCS900单 相 接 地 距 离 公 式 ： 如 图 所 示 的 系 统 中 ， 线 路 上 K点 发 生 短 路 。 保 护 安 装 处 的 相 电 压 应 该是 短 路 点 K的 该 相 电 压 与 输 电 线 路 上 该 相 的 压 降 之 和 。 输 电 线 路 上 该 相的 压 降 是 该 相 上 的 正 序 、 负 序 、 和 零 序 压 降 之 和 。 对 于 输 电 线 路 ， 其 正序 阻 抗 等 于 负 序 阻 抗 ， 保 护 安 装 处 相 电 压 的 计 算 公 式 为 ： 10 101 11 1001021 10001021 1010002211 )3( 3 33)( )( ZKII KZIZI ZZ ZZIZIII ZIZIZIII ZIZIZIZIZIU （ 1-1） PCS931线 路 距 离 保 护 基 本 公 式所 以 ：公 式 中 、 、 、 、 K零 序 电 流 补 偿 系 数 （ 定 值 ） , KII UZ 01 3 1I 2I 0I 流 过 保 护 的 该 相 的 正 序 、 负 序 、 零 序 电 流 。 1Z 2Z 0Z 短 路 点 到 保 护 安 装 处 的 正 、 负 、 零 序 阻 抗 。 1110 3 ZZZZZK MKU 短 路 点 的 该 相 电 压 。 PCS931线 路 距 离 保 护 基 本 公 式相 间 距 离 保 护 公 式 ： 保 护 安 装 处 的 相 间 电 压 可 以 认 为 是 保 护 安 装 处 的 两 个 相 电 压 之 差 。 考 虑 到如 （ 1-1） 式 所 示 的 相 电 压 的 计 算 公 式 后 ， 保 护 安 装 处 相 间 电 压 的 计 算 公 式为 ： 1 1 1010)( )3()3( )(ZI ZII ZKIIZKII UUU AB BA BA BAAB ABAB1 IUZ 所 以 ： （ 三 ） PCS900线 路 距 离 保 护 配 置距 离 保 护 配 置 综 述 ： 在 PCS900保 护 中 ， 距 离 元 件 可 以 分 为 ： （ 1） 常 规 距 离 元 件 ； （ 2） 低 压 距 离 元 件 ； （ 3） 电 抗 距 离 元 件 ； （ 4） 负 荷 限 制 距 离 元 件 ; （ 5） 工 频 变 化 量 距 离 元 件 。 当 正 序 电 压 大 于 10%U N时 ， 采 用 常 规 距 离 元 件 ， 常 规 距 离 元 件 极 化 电压 不 带 记 忆 。 当 正 序 电 压 低 于 10%UN时 ， 采 用 低 压 距 离 元 件 ， 原 因 是 当线 路 发 生 母 线 出 口 处 三 相 短 路 时 ， 由 于 正 序 电 压 很 低 ， 幅 值 接 近 0的 相 量无 法 进 行 相 量 的 计 算 ， 此 时 常 规 接 地 距 离 和 相 间 距 离 动 作 圆 过 零 点 ， 正 方向 故 障 继 电 器 会 拒 动 ， 反 方 向 会 误 动 ， 为 此 PCS900保 护 装 置 配 置 一 个 低压 距 离 保 护 元 件 ， 其 极 化 电 压 带 记 忆 。 为 了 防 止 故 障 时 过 渡 电 阻 造 成 保 护 误 动 ， 又 加 上 电 抗 距 离 保 护 元 件 。 对 于 距 离 远 负 荷 重 的 输 电 线 路 ， 为 保 证 距 离 继 电 器 躲 开 负 荷 测 量 阻 抗， 装 置 设 置 了 接 地 、 相 间 负 荷 限 制 继 电 器 。 PCS931线 路 距 离 保 护 配 置PCS900常 规 距 离 继 电 器 ： 常 规 距 离 保 护 分 相 间 距 离 保 护 I段 、 II段 、 III段 和 接 地 距 离 保 护 I段 、II段 、 III段 。1. 距 离 I段 和 II段 ： （ A） 距 离 I段 和 II段 采 用 正 序 电 压 为 极 化 电 压 ， 极 化 电 压 不 带 记 忆 。 （ B） 距 离 I段 和 II段 带 偏 移 角 ， 偏 移 角 可 以 整 定 ， 分 别 为 0度 、 15度和 30度 。 （ C） 距 离 I段 和 II段 加 电 抗 型 继 电 器 ， 防 止 过 渡 电 阻 造 成 保 护 误 动 作， 距 离 继 电 器 和 电 抗 继 电 器 组 成 与 的 关 系 。2. 距 离 III段 ： （ A） 距 离 III段 采 用 正 序 电 压 为 极 化 电 压 ， 极 化 电 压 不 带 记 忆 。 （ B） 距 离 III段 做 为 后 备 保 护 ， 配 置 应 尽 量 简 单 ， 不 带 偏 移 角 。 （ C） 距 离 III段 不 加 电 抗 型 继 电 器 。 PCS931线 路 距 离 保 护 配 置PCS900低 压 距 离 继 电 器 ： 针 对 三 相 出 口 处 短 路 ， 正 序 电 压 低 于 10%UN时 ， 采 用 低 压 距 离 继 电器 。 低 压 距 离 继 电 器 也 分 I段 、 II段 、 III段 。 （ A） 低 压 距 离 元 件 采 用 正 序 电 压 为 极 化 电 压 ， 极 化 电 压 带 记 忆 。 （ B） 低 压 距 离 元 件 的 极 化 电 压 UP加 上 插 入 电 压 Uins。 （ C） 低 压 距 离 III段 为 后 备 保 护 ， 在 反 方 向 出 口 处 也 有 动 作 区 ， 会 误动 ， 靠 时 限 去 躲 。 低 压 距 离 保 护 只 应 用 于 一 种 情 况 ， 即 线 路 出 口 处 三 相 短 路 ， 此 时 正序 电 压 很 低 ， 稳 态 情 况 下 阻 抗 动 作 圆 过 零 点 ， 此 时 正 方 向 故 障 容 易 拒 动， 反 方 向 故 障 容 易 误 动 。 低 压 距 离 继 电 器 极 化 电 压 U P带 记 忆 ， 同 时 极 化电 压 UP中 加 入 插 入 电 压 Uins， 解 决 了 稳 态 情 况 下 的 问 题 。 由 于 三 相 短 路 时 三 相 是 对 称 的 ， 所 以 低 压 距 离 继 电 器 采 用 单 相 接 地距 离 的 公 式 。 5.1 PCS931线 路 常 规 距 离 继 电 器相 量 分 析 PCS931线 路 常 规 距 离 继 电 器 相 量 分 析PCS900相 间 阻 抗 继 电 器 的 动 作 特 性 分 析 ： 相 间 阻 抗 继 电 器 用 来 保 护 各 种 相 间 短 路 ， 它 的 工 作电 压 、 极 化 电 压 以 及 动 作 方 程 分 别 为 ： 极 化 电 压 ：工 作 电 压 ：动 作 方 程 ： setOP ZIUU 1UUP oPOPo UUarg 27090 PCS931线 路 常 规 距 离 继 电 器 相 量 分 析（ 一 ） 常 规 距 离 继 电 器 正 向 两 相 短 路 稳 态 动 作 特 性 分 析 ： 设 发 生 BC相 间 短 路 ， 假 设 短 路 前 空 载 ， 下 面 各 式 中 的 电 流 都 是 故 障 分 量 电流 。 用 上 图 所 示 系 统 图 里 的 参 数 来 表 达 工 作 电 压 和 极 化 电 压 。 工 作 电 压 ： （ 2 1） setmBsetmCB setCBmCBsetCBBCOPBC ZZIZZII ZIIZIIZIIUU 2 PCS931线 路 常 规 距 离 继 电 器 相 量 分 析 考 虑 到 短 路 以 前 空 载 ， 短 路 前 保 护 安 装 处 的 电 压 等 于 保 护 背 后 电 源 电势 ， 因 此 极 化 电 压 为 ： （ 2 2）M.U1SE SmBSBmSB SCBmSCB SCBSCSB SCSCSBSB CM.CBM.B CBBCPBC ZZIZIZZI ZIIZZII ZIIEE ZIE)ZIE( UUUU UUUU 2122 1111 11 1111 111 CB II BCB III 11以 上 公 式 用 到 了 BC两 相 短 路 时 ：；。 PCS931线 路 常 规 距 离 继 电 器 相 量 分 析将 式 （ 2 1） 和 式 （ 2 2） 代 入 动 作 方 程 ， 消 去 分 子 分 母 中 的 2IB得 ：oSm setmo ZZ ZZarg 2702190 SZ 为 保 护 背 后 电 源 的 等 值 正 序 阻 抗 。 setZ SZ21 上 式 动 作 方 程 对 应 的 动 作 特 性 是 以 （ ） 和 两 点 的 连 线 为 直径 的 圆 ， 如 图 所 示 。 该 圆 向 第 象 限 带 有 偏 移 。 PCS931线 路 常 规 距 离 继 电 器 相 量 分 析常 规 距 离 继 电 器 正 向 两 相 短 路 的 稳 态 动 作 特 性 分 析 ： 由 于 座 标 原 点 位 于 动 作 特 性 之 内 ， 所 以 正 向 出 口 两 相 短 路 没 有 死 区 ，不 必 采 取 其 它 措 施 。 与 传 统 的 以 Zset为 直 径 ， 动 作 特 性 经 过 座 标 原 点 的 方 向 阻 抗 继 电 器 相比 ， 由 于 在 R方 向 有 较 多 的 保 护 范 围 ， 所 以 保 护 过 渡 电 阻 的 能 力 比 传 统的 方 向 阻 抗 继 电 器 强 。 PCS931线 路 常 规 距 离 继 电 器 相 量 分 析 o0 jP eUU 1 ojOPo eUUarg 27090 1 oOPo UUarg 27090 1 oSm setmo ZZ ZZarg 2702190 为 了 进 一 步 提 高 其 保 护 过 渡 电 阻 的 能 力 ， 可 将 极 化 电 压 相 量 向 超 前 方 向 转角 （ ） 。 即 极 化 电 压 为 ： 这 样 动 作 方 程 为 ： 亦 即 ： 将 前 述 工 作 电 压 和 极 化 电 压 代 入 ， 动 作 方 程 变 换 成 ： setZ SZ21该 动 作 方 程 对 应 的 动 作 特 性 是 以 和 两 点 的 连 线 为 弦 的 圆 。 PCS931线 路 常 规 距 离 继 电 器 相 量 分 析 当 时 ， 该 圆 向 +R方 向 偏 移 ， 如 图 1-1中 的 的 圆 2所 示 。 该 动 作 特性 由 于 在 R方 向 上 有 更 多 的 保 护 范 围 ， 所 以 保 护 过 渡 电 阻 的 能 力 提 高 了 。 当该 阻 抗 继 电 器 运 用 在 短 线 路 上 时 ， 由 于 整 定 值 较 小 ， 圆 比 较 小 。 为 了 增 强保 护 过 渡 电 阻 的 能 力 ， 角 度 可 取 大 一 些 。 而 当 该 阻 抗 继 电 器 运 用 在 长 线 路上 时 ， 由 于 整 定 值 较 大 ， 圆 也 比 较 大 ， 已 经 有 较 强 的 保 护 过 渡 电 阻 的 能 力。 所 以 角 可 取 小 一 些 ， 或 取 零 度 。 角 度 的 调 整 范 围 ， 装 置 中 设 置 了 0度 、 15度 、 30度 三 档 。 当 应 用 在 短线 路 上 时 由 于 动 作 特 性 圆 小 ， 角 度 可 取 大 一 些 。 应 用 在 长 一 些 的 线 路 上时 由 于 动 作 特 性 圆 大 ， 角 度 可 取 小 一 些 。 建 议 角 的 取 值 是 ： , =0 0; , =150; , =300 需 要 指 出 ， 正 向 两 相 短 路 时 的 稳 态 动 作 特 性 虽 然 在 第 象 限 有 保 护 范围 ， 但 并 不 意 味 着 在 反 方 向 两 相 短 路 时 该 继 电 器 要 误 动 。 因 为 前 面 在 推 导动 作 方 程 时 用 的 是 正 方 向 短 路 系 统 图 里 的 参 数 。 所 以 该 动 作 方 程 只 能 用 来分 析 正 向 两 相 短 路 时 的 动 作 性 能 。o0 kMlkM 210 kMl 10 kMl 2 PCS931线 路 常 规 距 离 继 电 器 相 量 分 析（ 二 ） 常 规 距 离 继 电 器 反 向 两 相 短 路 稳 态 动 作 特 性 分 析 分 析 BC相 间 阻 抗 继 电 器 。 假 设 短 路 前 空 载 ， 下 面 各 式 中 的 电 流 都 是 故 障分 量 电 流 。 用 系 统 图 里 的 参 数 来 表 达 工 作 电 压 和 极 化 电 压 ：工 作 电 压 为 ： setmBsetmCB setCBmCBsetCBBCOPBC ZZIZZII ZIIZIIZIIUU 2 PCS931线 路 常 规 距 离 继 电 器 相 量 分 析极 化 电 压 为 ： RmBRBRmB RCBmRCB RCBRCRB RCRCRBRBCBBCPBC ZZIZIZZI ZIIZZII ZIIEE ZIE)ZIE(UUUU 2122 1111 11111 将 上 述 两 式 代 入 动 作 方 程 ， 消 去 分 子 分 母 中 的 2IB得 ：oRm setmo ZZ ZZarg 2702190 PCS931线 路 常 规 距 离 继 电 器 相 量 分 析 动 作 方 程 对 应 的 动 作 特 性 是 以 和 两 点 的 连 线 为 直 径 的 圆， 如 图 所 示 。 该 圆 向 第 象 限 上 抛 ， 远 离 了 座 标 原 点 。 当 反 方 向 发 生 两 相 短 路 时 ， 继 电 器 的 测 量 阻 抗 落 在 第 象 限 。 即 使 在反 方 向 出 口 或 母 线 发 生 短 路 ， 过 渡 电 阻 的 附 加 阻 抗 是 阻 容 性 的 话 ， 测 量 阻抗 进 入 第 象 限 也 进 入 不 了 圆 内 。 所 以 在 反 向 两 相 短 路 时 该 继 电 器 有 良 好的 方 向 性 。 setZ RZ21 5.2 PCS931线 路 低 压 距 离继 电 器 相 量 分 析 PCS931线 路 低 压 距 离 继 电 器 相 量 分 析 PCS900低 压 距 离 元 件 是 针 对 出 口 处 三 相 短 路 设 定 的 ， 三 相 短 路 时 三相 是 对 称 的 ， 所 以 在 低 压 距 离 中 采 用 接 地 阻 抗 继 电 器 即 可 。 低 压 距 离 继电 器 的 构 成 方 法 是 ：工 作 电 压 ：极 化 电 压 ： 动 作 方 程 ： 因 为 是 三 相 短 路 ， 所 以 工 作 电 压 中 没 有 3I 0项 。 极 化 电 压 固 定 带 记 忆。 继 电 器 在 没 有 动 作 之 前 插 入 电 压 Uins的 符 号 取 成 与 工 作 电 压 UOP的 符 号相 反 （ 相 位 相 反 ） 。 而 在 继 电 器 动 作 之 后 将 插 入 电 压 Uins倒 置 ， 即 Uins的符 号 取 成 与 UOP的 符 号 相 同 （ 相 位 相 同 ） 。 插 入 电 压 Uins取 为 0.06UN .setOP ZIUU insMP UUU 1 oPOPo UU 270arg90 PCS931线 路 低 压 距 离 继 电 器 相 量 分 析（ 一 ） 正 方 向 三 相 短 路 时 PCS900低 压 距 离 继 电 器 的 暂 态 动 作 特 性工 作 电 压 ：极 化 电 压 ： 设 故 障 前 为 空 载 状 态 ， 暂 态 时 ， 极 化 电 压 是 记 忆 量 ， 即 故 障 前 的 电 压 Es， 这个 电 压 远 远 大 于 插 入 电 压 Uins,所 以 插 入 电 压 可 以 忽 略 ， 极 化 电 压 为 ：将 上 两 式 代 入 动 作 方 程 ， 分 子 分 母 消 去 I得 ： setmsetmsetOP ZZIZIZIZIUU mSSMP ZZIEUU 1 oSm setmo ZZ ZZ 270arg90 PCS931线 路 低 压 距 离 继 电 器 相 量 分 析正 方 向 三 相 短 路 时 PCS900低 压 距 离 继 电 器 暂 态 动 作 特 性 如 图 所 示 ： 正 向 出 口 三 相 短 路 时 继 电 器 无 死 区 。 正 向 近 处 短 路 不 会 拒 动 。 保 护 过 渡 电 阻 的 能 力 强 ， 而 且 该 能 力 也 有 一 定 的 自 适 应 能 力 ， 因 为 该 圆 的 下 端 ZS的 位 置 随 运 行 方 式 的 变 化 是 变 化 的 。 低 压 距 离 继 电 器 在 正 向 出 口 处 三 相 短 路 暂 态 特 性 PCS931线 路 低 压 距 离 继 电 器 相 量 分 析（ 二 ） 反 方 向 三 相 短 路 时 PCS900低 压 距 离 继 电 器 的 暂 态 动 作 特 性工 作 电 压 ：极 化 电 压 ： 设 故 障 前 为 空 载 状 态 ， 暂 态 时 ， 极 化 电 压 是 记 忆 量 ， 即 故 障 前 的 电 压 ER， 这个 电 压 远 远 大 于 插 入 电 压 Uins,插 入 电 压 可 以 忽 略 ， 所 以 极 化 电 压 为 ：将 上 两 式 代 入 动 作 方 程 ， 分 子 分 母 消 去 I得 ： mRRMP ZZIEUU 1 oRm setmo ZZ ZZ 270arg90 PCS931线 路 低 压 距 离 继 电 器 相 量 分 析 该 动 作 方 程 对 应 的 动 作 特 性 是 以 、 两 点 连 线 为 直 径 的 圆 。 图 中 所 示 的 暂 态 动 作 特 性 是 向 第 象 限 上 抛 的 圆 ， 远 离 座 标 原 点 。 在 反 向 发生 三 相 短 路 时 ， 测 量 阻 抗 落 在 第 象 限 ， 继 电 器 不 会 误 动 。 即 使 在 反 向 出 口 或母 线 上 发 生 三 相 短 路 ， 过 渡 电 阻 附 加 阻 抗 是 阻 容 性 时 ， 测 量 阻 抗 进 入 第 象 限， 继 电 器 也 不 会 误 动 。 所 以 该 继 电 器 的 暂 态 动 作 特 性 在 反 方 向 短 路 时 有 良 好 的方 向 性 。 setZ RZ 低 压 距 离 继 电 器 在 反 向 出 口 处 三 相 短 路 暂 态 特 性 PCS931线 路 低 压 距 离 继 电 器 相 量 分 析 （ 三 ） PCS900低 压 距 离 继 电 器 的 稳 态 动 作 特 性 前 面 介 绍 了 低 压 距 离 继 电 器 的 暂 态 动 作 特 性 ， 即 短 路 刚 发 生 时 ， 由 于 极 化 电 压UP的 记 忆 作 用 ， 在 正 方 向 故 障 时 动 作 圆 包 括 圆 点 ， 保 护 无 死 区 ， 反 方 向 故 障 时 动作 圆 为 上 抛 圆 ， 保 护 不 会 误 动 作 。 但 是 记 忆 作 用 消 失 后 ， 极 化 电 压 为 正 序 电 压 ，其 值 很 小 ， 这 时 动 作 圆 过 零 点 ， 保 护 可 能 会 不 正 确 动 作 。 低 压 距 离 继 电 器 为 了 解 决 稳 态 状 态 下 的 问 题 ， 极 化 电 压 UP加 入 差 入 电 压 Uins，Uins=0.06UN,大 于 过 渡 电 阻 上 的 压 降 。 其 、 段 接 地 阻 抗 继 电 器 的 构 成 方 法 是 ： 工 作 电 压 ： 极 化 电 压 ： 动 作 方 程 ： 继 电 器 在 没 有 动 作 之 前 ， 插 入 电 压 的 符 号 取 成 与 工 作 电 压 UOP的 符 号 相反 （ 相 位 相 反 ） 。 而 在 继 电 器 动 作 之 后 将 插 入 电 压 倒 置 ， 即 与 工 作 电 压UOP的 符 号 相 同 （ 相 位 相 同 ） 。 setOP ZIUU insMP UUU 1 oPOPo UU 90arg90 PCS931线 路 低 压 距 离 继 电 器 相 量 分 析PCS900低 压 距 离 继 电 器 的 稳 态 动 作 特 性 分 析 ： 正 方 向 出 口 处 三 相 故 障 时 ， 由 暂 态 特 性 可 知 ， 此 时 低 压 距 离 继 电 器可 靠 动 作 ， 继 电 器 动 作 后 ， 插 入 电 压 取 与 工 作 电 压 同 相 位 。 记 忆 作 用 消失 后 ， 正 序 电 压 很 小 ， 极 化 电 压 UP主 要 为 插 入 电 压 Uins ， 而 此 时 插 出 电压 与 工 作 电 压 同 相 位 ， 动 作 方 程 满 足 ， 保 护 继 续 动 作 。 反 方 向 出 口 处 三 相 故 障 时 ， 由 暂 态 特 性 可 知 ， 此 时 低 压 距 离 继 电 器可 靠 不 动 作 ， 插 入 电 压 与 工 作 电 压 相 位 相 反 。 记 忆 作 用 消 失 后 ， 正 序 电压 很 小 ， 极 化 电 压 U P主 要 为 插 入 电 压 Uins， 而 此 时 插 出 电 压 与 工 作 电 压反 相 位 ， 动 作 方 程 依 然 不 满 足 ， 保 护 可 靠 不 动 作 。 5.3 PCS931线 路 电 抗 距 离继 电 器 相 量 分 析 PCS900相 间 电 抗 继 电 器 是 这 样 构 成 的 ： 工 作 电 压 极 化 电 压 动 作 方 程式 中 模 拟 阻 抗 ， 其 阻 抗 角 为 。 因 而 可 将 改 写 成 ： PCS931线 路 电 抗 距 离 继 电 器 相 量 分 析setOP ZIUU DP ZIU DZ oPopo UUarg 9090 o78 Ojd ReZ 78 PCS931线 路 电 抗 距 离 继 电 器 相 量 分 析正 向 相 间 短 路 PCS900电 抗 继 电 器 动 作 特 性 分 析 ： 设 发 生 BC相 间 短 路 ， 假 设 短 路 前 空 载 ， 下 面 各 式 中 的 电 流 都 是 故 障 分 量 电流 。 用 上 图 所 示 系 统 图 里 的 参 数 来 表 达 工 作 电 压 和 极 化 电 压 。 工 作 电 压 ： ）（ setmsetmsetBCOPBC ZZZZUU ZIIII BCBCBCBC PCS931线 路 电 抗 距 离 继 电 器 相 量 分 析 极 化 电 压 ： 将 工 作 电 压 和 极 化 电 压 代 入 动 作 方 程 得 ： DBCZI DP ZIU osetm ooBC setmBC jBC setBCmBC d setPOP RZZ RI ZZI I ZIZI ZI ZIUUU O258arg 78180arg Reargargarg 78 动 作 方 程 为 ： oosetmoo RZZarg 2589025890 即 ： oosetmoo RZZarg 1236012180 对 应 的 动 作 特 性 是 经 过 点 ， 沿 +R方 向 与 R轴 夹 角 为 的 一 条直 线 ， 如 下 图 中 的 直 线 所 示 ， 直 线 的 下 方 （ 阴 影 区 ） 是 动 作 区 。PCS931线 路 电 抗 距 离 继 电 器 相 量 分 析setZ o12 由 于 相 间 短 路 时 ， 过 渡 电 阻 就 是 电 弧 电 阻 ， 其 值 不 大 ， 因 此 ， 该 电 抗 特 性 下 倾12 ， 使 送 电 端 的 保 护 受 对 侧 助 增 而 过 渡 电 阻 呈 容 性 时 不 致 超 越 。 以 上 方 向 阻 抗 与 电 抗 继 电 器 二 部 分 结 合 ， 增 强 了 在 短 线 上 使 用 时 允 许 过 渡 电 阻的 能 力 。 5.4 PCS931线 路 负 荷 限 制距 离 继 电 器 PCS931线 路 负 荷 限 制 距 离 继 电 器 为 保 证 距 离 继 电 器 躲 开 负 荷 测 量 阻 抗 ， PCS900装 置 设 置 了 接地 、 相 间 负 荷 限 制 继 电 器 ， 其 特 性 如 下 图 所 示 ， 继 电 器 两 边 的 斜率 与 正 序 灵 敏 角 一 致 ， RZD为 负 荷 限 制 电 阻 定 值 ， 直 线 A和 直 线B之 间 为 动 作 区 。 当 用 于 短 线 路 不 需 要 负 荷 限 制 继 电 器 时 ， 用 户可 将 控 制 字 “ 投 负 荷 限 制 距 离 ” 置 “ 0”。 5.5 PCS931线 路工 频 变 化 量 距 离 继 电 器 PCS931线 路 工 频 变 化 量 距 离继 电 器 概 述 对 继 电 保 护 从 原 理 上 划 分 有 反 应 稳 态 量 的 保 护 和 反 应 暂 态 量的 保 护 两 大 类 。 最 早 研 究 并 使 用 的 都 是 反 应 稳 态 量 的 保 护 ， 例 如通 常 的 电 流 、 电 压 保 护 ， 零 序 电 流 保 护 ， 用 上 面 分 析 的 阻 抗 继 电器 构 成 的 距 离 保 护 ， 以 及 原 先 应 用 的 纵 联 保 护 等 都 是 反 应 稳 态 量的 保 护 。 反 应 暂 态 量 的 保 护 有 反 应 工 频 变 化 量 的 保 护 ， 反 应 行 波初 始 特 征 的 行 波 保 护 ， 反 应 电 气 量 中 的 暂 态 分 量 保 护 等 。 反 应 工 频 变 化 量 的 保 护 是 由 我 国 工 程 院 院 士 沈 国 荣 首 先 提 出并 付 诸 实 现 的 。 上 个 世 纪 八 十 年 代 初 ， 沈 国 荣 院 士 首 先 提 出 工 频变 化 量 的 阻 抗 继 电 器 和 工 频 变 化 量 的 方 向 继 电 器 的 理 论 ， 同 时 立即 将 它 们 应 用 在 微 机 保 护 中 ， 这 些 保 护 取 得 了 良 好 的 业 绩 ， 为 电力 系 统 的 安 全 稳 定 运 行 做 出 了 积 极 的 贡 献 。 工 频 变 化 量 继 电 器 等 凡 是 反 应 暂 态 分 量 的 继 电 器 的 理 论 基 础 都 是 重 叠 原 理 。 如图 所 示 ， 设 线 路 在 F点 发 生 短 路 ， 短 路 后 状 态 （ a） 原 理 图 可 以 分 解 为 正 常 负 荷 状 态（ b） 和 短 路 附 加 状 态 （ c） 的