CSC-103AC/103BC数字式超高压线路保护装置说明书
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4 CSC-103AC103BC 数字式超高压线路保护装置说明书 重 要 提 示 为了安全、正确、高效地使用本装置,请您务必注意以下重要提示:1)本说明书仅适用于线路有串联电容器装置的 CSC-103AC、CSC-103BC 数字式超高压线路保护装置,适用于 V1.2*及以上版本的保护程序。2)请仔细阅读本说明书,并按照说明书的规定整定、调试和操作。若有特殊定制,请以工程说明书、工程资料为准。3)为防止装置损坏,严禁带电插拔装置各插件、触摸印制电路板上的芯片和器件。4)请使用合格的测试仪器和设备对装置进行试验和检测。5)装置如出现异常或需维修,请及时与本公司服务热线联系。6)本装置的出厂操作密码是:8888。7)此版说明书是在 V1.20 版说明书基础上作了如下改进:a)装置背板端子增加了几个开入量,其相应图及说明也做了修改;b)录波报告增加了一些开关量;c)在附录中增加了有关 V1.2*C 版本的说明。目 录 第一篇 装置的技术说明第一篇 装置的技术说明.1 1 概述1 概述.1 1.1 适用范围.1 1.2 产品主要特点.1 1.3 装置执行的标准.3 2 技术条件2 技术条件.4 2.1 环境条件.4 2.2 电气绝缘性能.4 2.3 机械性能.4 2.4 电磁兼容性.5 2.5 安全性能.5 2.6 热性能(过载能力).5 2.7 功率消耗.5 2.8 输出触点容量.6 2.9 装置主要技术参数.6 3 装置硬件3 装置硬件.8 3.1 装置结构.8 3.2 装置功能组件概述.9 3.3 交流插件.10 3.4 CPU 插件.10 3.5 管理板.10 3.6 开入板.11 3.7 开出插件.11 3.8 电源插件.11 3.9 扩展板插件.11 4 装置软件4 装置软件.12 4.1 保护程序整体结构.12 4.2 保护基本元件.12 4.3 检测功能和其他判别.19 4.4 纵联电流差动保护功能说明.22 4.5 差动保护逻辑框图.31 4.6 三段式距离保护功能说明.34 4.7 距离保护逻辑框图.36 4.8 零序保护功能说明.39 4.9 零序保护的逻辑框图.42 4.10 综合重合闸.45 4.11 综合重合闸逻辑框图.47 第二篇 用户安装使用第二篇 用户安装使用.50 5 开箱检查5 开箱检查.50 6 安装调试6 安装调试.50 6.1 安装.50 6.2 通电前的检查.50 6.3 装置通电检查.51 6.4 软件版本检查.54 6.5 打印功能检查.54 6.6 功能压板检查.54 6.7 开入量检查.55 6.8 开出传动.55 6.9 模拟量通道检查.58 6.10 光纤通道检查.59 6.11 保护整组试验.60 7 整定值及整定计算说明7 整定值及整定计算说明.63 7.1 定值清单.63 7.1.1 CSC-103AC 保护定值.63 7.1.2 CSC-103BC 保护定值.66 7.1.3 定值说明.69 7.1.4 控制字说明.75 7.1.5 控制字的输入、显示及打印说明.78 7.2 通信参数.79 8 装置接线及端子说明8 装置接线及端子说明.80 8.1 电流、电压回路接线图.80 8.2 CSC-103AC/103BC 装置端子说明.80 9 人机接口及其操作9 人机接口及其操作.89 9.1 装置正面布置图.89 9.2 正常运行与显示.90 9.3 菜单结构.91 10 运行及维护10 运行及维护.95 10.1 装置投运前检查.95 10.2 运行情况下注意事项.95 10.3 设备更换软件或 CPU 后的操作.96 10.4 设备更换软件或 MASTER 板后的操作.96 10.5 设备更换开入或开出插件后的操作.96 10.6 设备更换交流插件后的操作.96 10.7 更换电源插件后的操作.96 10.8 几点说明.96 11 保护报文汇总11 保护报文汇总.98 11.1 事件报告.98 11.2 告警报告.99 11.3 运行报文.101 12 动作报告的格式和典型报告分析12 动作报告的格式和典型报告分析.102 12.1 保护动作报告及分析.102 12.2 故障录波报告调取及分析.103 13 运输、储存13 运输、储存.107 14 订货须知14 订货须知.107 15 附录 1:CSPC 调试软件使用简介15 附录 1:CSPC 调试软件使用简介.108 16 附录 2:字符和中文字符集16 附录 2:字符和中文字符集.118 16.1 使用说明.118 16.2 ASCII 16 进制字符表.118 16.3 中文字符表.119 17 附录 3 CSC-103AC 保护装置 V1.2*C 版本的说明17 附录 3 CSC-103AC 保护装置 V1.2*C 版本的说明.123 18 附图18 附图.123 附图 1 交流插件原理图.124 附图 2 CPU 简化原理图.125 附图 3 MASTER 板简化原理图.126 附图 4 A 型装置开入插件 X4 电原理图.127 附图 51 B 型装置开入插件 X4 电原理图.128 附图 52 B 装置开入插件 X5 电原理图.129 附图 61 A 型装置开出插件 X6 电原理图.130 附图 62 A 型装置开出插件 X7 电原理图.131 附图 63 A 型装置开出插件 X8 电原理图.132 附图 64 A 型装置开出插件 X9 电原理图.133 附图 71 B 型装置开出插件 X7 电原理图.134 附图 72 B 型装置开出插件 X8 电原理图.135 附图 73 B 型装置开出插件 X9 电原理图.136 附图 8 电源插件原理图.137 附图 9 扩展插件原理图.138 附图 10 CSC-103AC 型装置背板端子图.139 附图 11 CSC-103BC 型装置背板端子图.140 CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -1-第一篇 装置的技术说明 1 概述 第一篇 装置的技术说明 1 概述 1.1 适用范围 CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置(以下简称装置或产品)适用于220kV 及以上电压等级的高压输电线路,主要适用于带串联电容器补偿装置的线路保护,经控制字投退后也可适应于不带串补的输电线路。主要适用于带串联电容器补偿装置的线路保护,经控制字投退后也可适应于不带串补的输电线路。其主保护为纵联电流差动保护、后备保护为三段式距离保护、四段式零序电流保护、综合重合闸等,其主要功能配置如下表 1 所示。表 1 主保护 后备保护 装置型号 纵联电流差动 三段式相间和接地距离 四段式零序及 零序反时限 综合 重合闸备注 CSC-103AC 适用于双母线及一个半断路器接线的各种形式CSC-103BC 适用于双母线接线形式 1.2 产品主要特点 高性能硬件系统、强大灵活的通信功能和模块化软件设计是该新型保护装置的主要特点。1.2.1 高性能的硬件系统 a)a)采用 DSP 和 MCU 合一的 32 位单片机,程序完全在片内运行,保持了总线不出芯片的优点。同时高性能、高速的芯片满足了并行实时计算要求;b)b)采用全新的前插拔组合结构,保持了前插拔维护方便的优点,兼有后插拔强弱电分离、强电回路直接从插件上出线的优点;c)c)其内部总体结构为网络化设计,有利于提高硬件的可靠性、灵活性和可扩展性,简化的硬件实现了“积木式”结构,例如增加开入、开出,只须增加插件而不影响 CPU 插件;d)d)大容量的故障录波,储存容量达 4Mbyte,全过程记录故障,可以保存不少于24 次录波,打印时可以选择数据或图形方式。完整的事件记录,可保存动作报告、告警报告、启动报告和操作记录均不少于 2000 条,停电不丢失;e)e)双 CPU 和双 A/D 采集,并实现了 A/D 的互检。1.2.2 软件设计思想 a)a)软件设计模块化,保护功能配置灵活,可满足不同用户的要求。b)b)各种保护原理的综合应用 CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -2-充分利用各种突变量、稳态量保护原理的优点,完善振荡闭锁的算法,实现在任何时候、任何故障情况都有全线快速保护。c)c)各种选相原理的综合应用 充分利用电流突变量选相、电压选相、零负序稳态量选相原理的优点,实现在振荡闭锁、弱电源、复杂故障等情况下都能正确选相 跳闸。d)d)振荡闭锁解决方案 采用零序和负序电流比较、R/T等判据,综合判断振荡闭锁期间的各种故障,并可根据不同系统情况、不同振荡周期等运行工况,自适应调整其动作门槛,保证了系统振荡时不失去快速保护功能。e)e)采用按相补偿方法 将“按相补偿”方法应用于阻抗测量中,使接地阻抗继电器具备较好的选相功能。结合按相补偿和快速滤波、快速计算等方法,构成了快速距离 I 段。1.2.3 强大、灵活的通信功能 a)a)装置可以提供两路高速的电以太网接口(可选光纤以太网接口)、两路LonWorks 网络接口和 RS-485 接口、串行打印接口,用户可以根据工程需要选订。可采用 IEC60870-5-103 规约或四方公司 CSC-2000 规约,实现与变电站自动化系统和保护信息管理系统的接口;在装置的前面板上还提供一个用于调试分析的 RS-232 接口,便于外接 PC 机。b)b)装置配置两个光纤通信接口,可实现一主一备两个通道的通信方式,满足常规接线双通道冗余的要求;专用光缆通信方式:2Mbps 速率数据接口传输;复用通信方式:2Mbps 速率数据(E1)接口传输和 64kbps 速率数据(PCM)同向接口传输两种方式可选。1.2.4 人性化设计及友好界面 a)a)大屏幕液晶显示屏,实时显示时间、电流、电压、功率、压板、定值区、电容电流、通道情况等信息;b)b)汉化操作菜单简单易用,对运行人员和继保人员赋予不同权限,确保安全性。装置提供四个快捷键,可以实现“一键化”操作,方便了现场运行人员的操作;c)c)人性化、多功能的操作和故障分析软件,安装本公司故障分析软件的外接 PC机通过装置面板的标准 RS-232 串口可对装置进行各种操作,并可接收装置的各种信息并进行分析,如故障录波信息,使用本公司 PC 机分析软件 CSPC 分析故障和保护的动作行为,清晰显示保护动作全过程,使动作过程透明化;d)d)具有遥信对点功能,可以对保护动作、告警、压板、开入、模拟上送录波等量模拟对点,方便后台调试;e)e)装置面板采用一体化设计、一次精密铸造成型的弧面结构。具有造型美观,CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -3-精度高,造价低,安装方便等特点。1.2.5 实时自检硬件平台 通过装置的硬件在线检测和自检,可根本上杜绝因装置硬件损坏造成的不正确动作,并可大大减轻装置定期检验的工作量。a)a)装置内部各模块采用智能化设计,增加了开入量、开出量、模拟量和电源的在线自检,实现了装置各模块的全面实时自检;b)b)继电器检测采用新方法,可以检测到继电器励磁回路线圈完好性,实现了继电器状态的检测与异常告警;c)c)开入状态经两路光隔同时采集后,才予确认和判断;d)d)对机箱内温度进行实时监测。1.3 装置执行的标准 装置执行的标准为北京四方继保自动化股份有限公司企业标准:Q/HDSFJ009-2003CSC-100 系列数字式超高压线路保护装置。CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -4-2 技术条件2 技术条件 2.1 环境条件 装置在以下环境条件下能正常工作:a)a)工作环境温度:-1055。运输中短暂的贮存环境温度-2570,在极限值下不施加激励量,装置不出现不可逆的变化,温度恢复后,装置应能正常工作;b)b)相对湿度:最湿月的月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;c)c)大气压力:80kPa110kPa;d)d)使用场所不得有火灾、爆炸、腐蚀等危及装置安全的危险和超出本说明书规定的振动、冲击和碰撞。2.2 电气绝缘性能 2.2.1 介质强度 装置能承受 GB/T14598.3-1993(eqv IEC60255-5)规定的交流电压为 2kV(强电回路)或 500V(弱电回路)、频率为 50Hz、历时 1min 的介质强度试验,而无击穿和闪络现象。2.2.2 绝缘电阻 用开路电压为 500V 的测试仪器测定装置的绝缘电阻值不小于 100M,符合IEC60255-5:2000 的规定。2.2.3 冲击电压 装置能承受 GB/T14598.3-1993(eqv IEC60255-5)规定的峰值为 5kV(强电回路)或 1kV(弱电回路)的标准雷电波的冲击电压试验。2.3 机械性能 2.3.1 振动 装置能承受 GB/T 11287(idt IEC60255-21-1)规定的 I 级振动响应和振动耐受试验。2.3.2 冲击和碰撞 装置能承受 GB/T 14537(idt IEC60255-21-2)规定的 I 级冲击响应和冲击耐受试验,以及 I 级碰撞试验。CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -5-2.4 电磁兼容性 2.4.1 脉冲群干扰 装置能承受 GB/T 14598.13(eqv IEC60255-22-1)规定的级 1MHz 和 100kHz脉冲群干扰试验(第一半波电压幅值共模为 2.5kV,差模为 1kV)。2.4.2 静电放电干扰 装置能承受 GB/T 14598.14(idt IEC60255-22-2)规定的级(接触放电 6kV)静电放电干扰试验。2.4.3 辐射电磁场干扰 装置能承受 GB/T 14598.9(idt IEC60255-22-3)规定的级(10V/m)的辐射电磁场干扰试验。2.4.4 快速瞬变干扰 装置能承受 GB/T 14598.10(idt IEC60255-22-4)规定的级(通信端口 2 kV,其他端口 4kV)的快速瞬变干扰试验。2.5 安全性能 装置符合 GB 16836 规定的外壳防护等级不低于 IP20、安全类别为 I 类。2.6 热性能(过载能力)装置的热性能(过载能力)满足 DL/T 478-2001 的规定,达到以下水平:a)a)交流电流回路:在 2 倍额定电流下连续工作,20 倍额定电流下允许 10s,40倍额定电流下允许 2s;b)交流电压回路:Un 为 100/3V 时,2 倍额定电压下连续工作;线路抽取电压Ux 为 100V 时,在 1.4 倍额定电压下连续工作。2.7 功率消耗 装置的功率消耗满足 DL/T 478-2001 的规定,达到以下水平:a)a)直流电源回路:正常工作时,不大于 30 W;当保护动作时,不大于 40 W;b)b)交流电流回路:当In=5A 时,不大于 0.3VA/相;当In=1A 时,不大于 0.1VA/相;c)c)交流电压回路:在额定电压下不大于 0.3VA/相。CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -6-2.8 输出触点容量 2.8.1 出口触点容量:a)a)工作容量:在电压不大于 250V,允许长期工作电流 5A,允许通过的瞬时冲击容量为 1250VA/150W;b)b)断开容量:AC250V(DC30V)/5A。2.8.2 其他触点容量:a)a)工作容量:在电压不大于 250V,允许长期工作电流 3A,允许通过的瞬时冲击容量为 62.5VA/30W;b)b)断开容量:AC250V(DC30V)/3A。2.9 装置主要技术参数 2.9.1 额定参数 a)a)交流电压Un:100/3V;线路抽取电压Ux:100V 或 100/3V;b)b)交流电流In:5A,1A(可选);c)c)交流频率:50Hz;d)d)直流电压:220V,110V(可选);e)e)开入输入直流电压:24V(默认),(可选 220V 或 110V)。2.9.2 交流回路精确工作范围 a)a)相电压:0.25V70V;b)b)检同期电压:0.4V120V;c)c)电流:0.08In30In。2.9.3 差动元件 a)a)整定范围:0.1In2In;级差 0.01A;b)b)整定值误差:不大于2.5%或0.02 In;c)c)动作时间:2 倍整定值时,不大于 20ms。2.9.4 距离元件 a)a)整定范围:0.0140(5A);0.05200(1A);级差 0.01;b)b)距离 I 段的暂态超越:不大于4%;c)c)距离 I 段动作时间:近处故障不大于 15ms;0.7 倍整定值以内时,不大于 20ms;d)d)测距误差(不包括装置外部原因造成的误差)金属性短路故障电流大于 0.01 In 时,不大于2%,有较大过渡电阻时测距误差将增大。CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -7-2.9.5 零序方向过流元件 a)a)整定范围:0.1In 20In;级差 0.01A;b)b)零序 I 段的暂态超越:不大于4%。c)c)零序电流 I 段的动作时间:1.2 倍整定值时,不大于 20ms;d)d)零序功率方向元件的正方向动作区:18 arg.0303UI180。2.9.6 综合重合闸 a)a)检同期角度误差:不大于3;b)b)检同期有压元件误差:0.7 Un3%;c)c)检无压元件误差:0.3 Un3%。2.9.7 光纤接口 a)a)光纤类型:单模;b)b)光波长:1310nm(传输距离60km 为 1550nm);c)c)光接收灵敏度:-38dBm;d)d)发送电平 传输距离-8dBm;传输距离 4060km:-4dBm;传输距离60km:-3dBm;e)e)光纤连接器类型:60km 以下为 FC 型(60km 为 SC 型)。2.9.8 通道延时 a)a)允许多次转接;b)b)允许最大单向延时:18ms。2.9.9 时间元件 a)a)整定范围:0 s10 s,级差 0.01 s;b)b)整定误差:不大于1.5%或 20ms。CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -8-3 装置硬件 3 装置硬件 3.1 装置结构 装置采用符合 IEC 60297-3 标准的高度为 4U、宽度为 19 英寸的机箱,整体面板,带有锁紧的插拔式功能组件。装置整体嵌入式安装,后接线方式。装置电流/电压连接器结构形式、尺寸相同,可扩展及可任意组合。装置安装开孔尺寸见下图 11,装置外形图如图 12。图 11 CSC-103AC/BC 保护装置开孔尺寸图 图 12 CSC-103AC/BC 保护装置外形图 CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -9-3.2 装置功能组件概述 CSC103AC 型装置配置了 9 个插件,图 21,包括交流插件、保护 CPU 插件、启动 CPU 插件、管理板,开入插件,开出插件 1,开出插件 2,开出插件 3,电源插件。另外,装置面板上配有人机接口组件。X1X10 为装置背后端子编号。CSC-103AC 数字式超高压线路保护装置插件布置图2TE9TE3TE5TE5TE2TE8TE4TE4TEAC1CPU1CPU2123MASTERI1454TE8TE4TE4TE4TE4TE4TE4TE5TE2TEO1O3O2678POWER9交流管理开入开出 1开出 2开出 3电源X1X3X4X6、X7X8X9X10 图 2-1 CSC-103AC 装置插件布置图 CSC-103BC 型装置配置了 10 个插件,图 2-2,包括交流插件、保护 CPU 插件、启动 CPU 插件、管理板,开入插件 1,开入插件 2,开出插件 1,开出插件 2,开出插件 3,电源插件。另外,装置面板上配有人机接口组件。X1X10 为装置背后端子编号。CSC-103BC 数字式超高压线路保护装置插件布置图开入22TE9TE3TE5TE5TE2TE8TE4TE4TE交流CPU1CPU2123管理开入14564TE4TE4TE4TE20TE5TE2TE开出2开出1开出3789电源10X1X3X4X5X7X8X9X10 图 2-2 CSC-103BC 装置插件布置图 CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -10-3.3 交流插件 交流插件的作用是将系统电压互感器TV和电流互感器TA二次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。CSC-103AC/103BC 保护装置交流插件完全一样,背面接线端子为 X1,其电原理图如附图 1。B 型有 8 个(A 型 7 个,无UX)模拟量输入变换器(TV 及 TA),分别用于UA、UB、UC、UX、IA、IB、IC和 3I0的输入变换。(1)保护相电流变换器有两种类型:额定输入电流 5A,线性范围 500mA150A;额定输入电流 1A,线性范围 100mA30A;订货时请注明。请注意IN 为非极性端,IN为极性端。(2)电压变换器固定为相电压额定值为 100/3V;线路抽取电压Ux 为 100V;零序电压全部取自自产 3U0。3.4 CPU 插件 CPU 插件简化原理图见附图 2,由 MCU 与 DSP 合一的 32 位单片机组成,保持总线不出芯片的优点,程序完全在片内运行,内存 Flash 为 1M 字节,RAM 为 64K 字节;CPU插件有两块,其软件相同、硬件不同,用地址设置来区别 CPU1 和 CPU2。在 CPU 的把手侧有 AD3、AD2、AD1、AD0 四组跳线插针,跳线插针旁边标有“H”、“L”,分别表示高电平和低电平,用来设置地址。CPU1 是保护 CPU 插件,具有光纤通信功能,它是装置的核心插件,主要完成采样、A/D 变换计算、上送模拟量及开入量信息、保护动作原理判断、事故录波功能、软硬件自检等。装置的光纤差动保护 CPU 自带 64kbps、2Mbps 兼容的数据接口,需要根据用户要求配置 1 个数据接口或 2 个数据接口;CPU2是启动 CPU 插件,该插件完成保护的启动闭锁功能等。单通道 CPU1 板号与双通道 CPU1 板号有不同,双通道 CPU1 板可以完全兼容单通道 CPU1 板。在保护模拟量里面有Ia和IaR;Ib和IbR 等模拟量,他们的区别是同一路模拟量有两路 A/D 来采集以做备份和 A/D 自检,IaR、IbR 等后缀带大写字母“R”的模拟量起备用和自检的作用。3.5 管理板 也叫做通信板(Master),其简化原理图见附图 3,该插件是装置的管理和通信插件,插件背版为 X3,是承接保护装置与外界通信及交换信息的管理插件,如与面板、PC 调试软件、监控后台、工程师站、远动、打印机等的联系,根据保护的配置组织上送遥测、遥信、SOE、事件报文和录波信息等。管理板可根据需要设置有 LON 网口、双以太网口和 RS485 口满足不同监控和远动系统的要求。管理板上设置有 GPS 对时功CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -11-能,可满足网络对时、脉冲对时、IRIG-B 码对时方式的要求。还配有串行打印口。3.6 开入板 A 型开入板的背板接线端子 X4,见附图 4,用来接入跳闸位置、各保护压板、通道状态、远传命令、沟通三跳等开关量输入信号。B 型开入板 1、2 的背板接线端子 X4、X5,见附图 5,用来接入跳闸位置、有关重合闸方式控制的各压板、通道状态、远传命令等各开关输入信号。每块开入板都有二组开入回路和自检回路,能对各路开入回路进行实时自检。开入板 24V 直接引入,如需要其第二组开入也可接入 220V 或 110V 开入,但用户在订货时要注明,以便使用正确的开入插件型号。注:如需要接 220V 或 110V 开入,需更换插件,A 型换 X4;B 型换 X5。注:如需要接 220V 或 110V 开入,需更换插件,A 型换 X4;B 型换 X5。3.7 开出插件 A 型设置了 3 块开出插件,开出插件 1 是组合插件,其背板接线端子为 X6、X7,插件 2、3 背板接线端子为 X8、X9 各插件电原理图见附图 6;B 型装置设置三块插件,背板接线端子为 X7、X8、X9 各插件电原理图见附图 7。插件主要输出跳闸等触点信号,直接从板子上引出,抗干扰性能好。各开出触点定义参见装置背板端子说明。3.8 电源插件 该插件适用于 A 型和 B 型装置,背板接线端子为 X10,采用了直流逆变电源插件,如附图 8。插件输入直流 220V 或 110V(订货时请注明),输出为保护装置所需 5 组电源。(1)24V 两组:开入、开出板电源;(2)12V:模拟量用电源;(3)+5V:各 CPU 逻辑用电源。3.9 扩展板插件 保护提供一扩展板插件,如附图 9。在 X2,X4,X6 的相应接点输入上有开入的情况下,可提供相应的一对开出,接点输入 1-对应接点输出 1_1,接点输出 1_2,其他相同。该插件根据用户需要是否选用,请在订货时说明。CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -12-4 装置软件 4 装置软件 超高压输电线路上装设串联补偿电容,可提高系统的暂态稳定性,还可以改进系统的电压水平;串补是提高长线输送容量的有效又经济的方法。串联电容的接入,破坏了线路阻抗随短路距离增加而增加的特性,因此使常规距离保护失去选择性或方向性,实践证明,串补电容的使用对比较线路两侧电流原理的光纤差动保护没有影响,只对后备保护有所影响。4.1 保护程序整体结构 装置的软件采用模块化设计,不同型号中同样功能的设计完全相同,以下按软件总体结构、各种保护功能元件及动作逻辑分别介绍。保护 CPU 软件包括主程序、采样中断服务程序和故障处理中断程序。正常时运行主程序,主程序完成装置的硬件自检、投切压板、固化定值、上送报告等功能。每隔一个采样间隔时间执行一次采样中断程序,进行电气量的采集、录波、突变量启动判别等。故障处理中断也是每隔固定时间执行一次,完成保护功能的逻辑和 TV 异常、TA 异常判别等。如果有异常,则发出相应的告警信号和报文。对于一般性的异常告警(告警 II),发出信号提示运行人员注意检查处理;对于危及保护安全性和可靠性的严重告警(告警 I),在发出告警信号的同时,立即闭锁保护出口。当电力系统发生故障时,在故障处理中断中完成相应保护功能,直到整组复归,返回正常运行的主程序。4.2 保护基本元件 4.2.1 启动元件 启动元件主要用于监视故障、启动保护及开放出口继电器的正电源。启动元件一旦动作后,要在保护整组复归时才返回。保护的启动元件包括电流突变量启动、零序电流启动、静稳破坏的启动元件、弱馈低电压启动元件、以及重合闸的启动元件(对于 B 型)。任一启动元件启动后,都将启动保护及开放出口继电器的正电源。4.2.1.1 电流突变量启动元件 DI1 电流差突变量启动元件,在大部分故障情况下均能灵敏地启动,是保护的主要启动元件。其判据为:iIQD 或 3i0IQD 其中:i=|iK-iK-TK-T|-|i K-T K-T-iK-2T K-2T|,指 AB、BC、CA 三种CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -13-相别,K 指采样的当前时刻某一点,T24 为一周采样点数,(K-T)即指 K点的 1 周前的采用值,(K-2T)即从 K 点的 2 周前采用值。3i0 为零序电流突变量;IQD 为突变量启动定值。当任一相间突变量或零序电流突变量连续 4 次超过启动门槛值时,保护启动。4.2.1.2 零序辅助启动元件 除突变量启动外,保护还设置了零序辅助启动,解决大过渡电阻(220kV 考虑100,500kV 考虑 300)接地短路突变量启动元件灵敏度不够的问题,作为辅助启动元件带 30ms 延时动作。判据为:3I0 0.9*I0dz 其中:3I0 为三倍的零序电流。I0dz 为下列情况的最小值:(1)零序 IV 段定值;(2)零序反时限电流定值;(3)零序差动定值。4.2.1.3 静稳失稳启动元件 为保证静稳失稳情况下保护的正确动作,保护还设置了静稳失稳启动元件。判据为:(1)A、B、C 三相电流均大于静稳电流 IJW,且突变量启动元件未启动;(2)AB、BC、CA 三个相间阻抗,三个测量阻抗均落入阻抗 III 范围内,且突变量启动元件未启动。以上任一条件满足且持续 30ms 后,判断为静稳破坏,随即,保护启动,程序转入振荡闭锁模块,此时,保护会报告“阻抗元件启动”、或“静稳失稳启动”及“保护启动”。4.2.1.4 弱馈启动元件 当被保护线路的一侧为弱电源或无电源时,其他启动元件不动,为此,装置设有弱馈启动,即由低电压差流作为启动元件。4.2.1.5 重合闸的启动元件 详见重合闸部分。4.2.2 选相元件 选相元件可以判别故障的相别,利用各种选相原理判别不同故障情况以满足保护选相跳闸的要求。保护装置针对不同的情况,综合利用各种选相原理,在突变量启动后故障初期时采用突变量选相元件。在故障后期,采用稳态序分量选相元件。电流突变量选相和稳态序分量选相均不适用于弱电源、终端变故障小电流或无电流的情况,此时采用低电CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -14-压选相元件。4.2.2.1 电流突变量选相元件 电流突变量选相元件采用相间电流突变量IAB、IBC和ICA,通过对三个相间电流的大小比较,得到故障相别。各种故障下相间电流的突变量IAB、IBC和ICA,的大小如下表 2 所示(表中“”表示较大,“”表示很大,“”表示较小。表 2 选相结果 电流突变量 A B C AB BC CA ABC IAB IBC ICA 将 IAB、IBC和 ICA 按大、中、小排序,按表 2 的关系得出选相结果。4.2.2.2 稳态序分量选相元件 稳态序分量选相元件主要根据零序电流和负序电流的角度关系,再加以相间故障排除法进行选相。根据理论分析,当发生 A 相接地或 BC 相间短路并经较小弧光电阻接地时,以I0a为基准,I2a 位于-30+30区内,当 BC 两相短路接地电阻增大时,I2a 越滞后于I0a 趋于 90,据I2a/I0a 的角度关系划分为六个相区,如图 3。图 3 稳态序分量选相区(1)+30-30 对应 AN 或 BCN(2)+90+30 对应 ABN(3)+150+90 对应 CN 或 ABN(4)-150+150 对应 CAN(5)-90-150 对应 BN 或 CAN(6)-30-90 对应 BCN CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -15-在以上(2)、(4)、(6)单一故障类型的相区,直接确认为相应的相间故障,在(1)、(3)、(5)有单相及相间两种故障类型的相区,由于两种故障类型的相别总是不相关的,通过计算相间阻抗,若相间阻抗大于相间阻抗整定值,则排除了相间故障的可能性,判为相应的单相接地故障,否则判为相应的相间故障。4.2.2.3 低电压选相元件 低电压选相元件主要是为了满足弱电源侧保护选相的要求,在电流突变量选相和零负序稳态序分量选相失败的情况下,且未出现 TV 断线时,投入低电压选相元件。低电压选相的判据为:a)a)任一相电压小于 0.5Un,且其他两相电压都大于 0.8Un,则判为第三相单相故障;b)b)相间电压低于 0.5Un,判为相间故障。4.2.3 距离元件 距离元件分为距离测量元件和距离方向元件。4.2.3.1 距离元件的动作特性 各段距离元件动作特性均为多边形特性,如图 4-1 所示。对于三段式相间距离保护:RDZ 取值为 RX;、段的 XDZ 取值分别为 XX1、XX2 和 XX3。对于三段式接地距离保护:RDZ 取值为 RD;、段的 XDZ 取值分别为 XD1、XD2 和 XD3。其中,XDZ 按保护范围整定;RDZ 按躲负荷阻抗整定(一般情况下),可满足长、短线路的不同要求,提高了短线路允许过渡电阻的能力,以及长线路避越负荷阻抗的能力;选择的多边形上边下倾角(如图中的 7下倾角),可提高躲区外故障情况下的防超越能力。在重合或手合时,阻抗动作特性在图 41 的基础上,再叠加上一个包括座标原点的小矩形特性,如图 42,称为阻抗偏移特性动作区,以保证 TV 在线路侧时也能可靠切除出口故障。在三相短路时,距离 III 段也采用偏移特性。图 4-1 图 4-2 图 4 距离元件动作特性 小矩形动作区的X、R取值见表 3。CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -16-表 3 X取值 当XDZ 1时,取XDZ/2 当XDZ1 时,取 0.5 (In=5A),或取 2.5 (In=1A)R取值 8 倍上述X取值与RDZ/4 两者中小者的最小值 其中,XDZ 是相应元件的电抗定值,RDZ 是相应元件的电阻定值。对于有串补电容的线路,为保证电容器后故障,保护能正确动作,在反向自动取1.25 倍 XC 定值,阻抗特性采用如图 43 所示特性:对于有串补电容的线路,为保证电容器后故障,保护能正确动作,在反向自动取1.25 倍 XC 定值,阻抗特性采用如图 43 所示特性:1.25xcRX 图 4-3 带串补电容的阻抗动作特性 4.2.3.2 距离测量元件 本保护中,距离测量元件以实时电压、电流计算对应回路阻抗值,采用解微分方程算法。对单相接地阻抗有:UL)3(0dtIKIdX+R(I+Kr3I0),=A;B;C;对相间阻抗有:UL dtdI+RI,=AB;BC;CA;其中:Kx=(X0-X1)/(3X1),Kr=(R0-R1)/(3R1)。通过求解以上微分方程,可得保护安装处的测量故障电阻R和测量故障电抗 X=L=2fL。4.2.3.3 距离方向元件 为了解决距离保护出口故障的死区问题,在距离保护中设置了专门的方向元件。对于对称故障,采用记忆电压,即以故障前电压前移两周波后,同故障后电流比相来判别故障方向。对于不对称出口故障,采用负序方向来作为距离元件的方向。对于串补线路,由于电容的影响,不论是否对称性故障,保护一律采用记忆电压判方向。距离元件的动作条件为方向元件判为正方向,且计算阻抗在整定的四边形范围内。对于串补线路,由于电容的影响,不论是否对称性故障,保护一律采用记忆电压判方向。距离元件的动作条件为方向元件判为正方向,且计算阻抗在整定的四边形范围内。CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -17-4.2.4 零序方向元件 零序方向也设有正、反两个方向的方向元件,动作区见图 5。正向元件的整定值可以整定,反向元件不需整定,灵敏度自动比正向元件高,电流门槛取为正方向的0.625 倍。零序正方向动作区为 18arg(3.I 0/3.U0)180 零序反方向动作区为-162arg(3.I0/3.U0)0 1881813U0lm正方向反方向 图 5 零序方向动作区 a)a)零序正方向元件的动作判据为:位于零序正方向动作区,3I03I0DZ 其中:3I0DZ 指零序反时限电流定值Iset、零序段电流定值I01、I02、I03和I04值。b)b)零序反方向元件的动作判据为:位于零序反方向动作区,且 3I00.625*3I0DZ 保护采用自产 3U0,即由软件将三个相电压相加而获得 3U0,供零序方向元件方向判别用。对于有串补电容器装置的线路,由于串补电容的接入会改变系统的零序序网图,因此,用于判断零序方向的 3对于有串补电容器装置的线路,由于串补电容的接入会改变系统的零序序网图,因此,用于判断零序方向的 3U U0 0 需要用到补偿后的电压进行计算,需要用到补偿后的电压进行计算,00033*3CUUjXI=,Xc 为串补电容值,Xc 为串补电容值,用于判零序方向的零序电压有一固定门槛为 1V 有效值。4.2.5 负序方向元件 动作区见图 6。负序正方向动作区为 18arg(3.I2/3.U2)180 负序反方向动作区为-162arg(3.I2/3.U2)0 CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -18-188181lm正方向反方向3U2 图 6 负序方向元件动作区 在本保护装置中,负序方向元件不设专门定值,采用 3I0DZ作为负序方向元件的定值。4.2.6 振荡闭锁开放元件 在电流突变量启动后的 150ms 之内,系统不会出现振荡情况,因此本保护装置不考虑振荡闭锁,固定投入所有距离元件;在电流突变量启动后 150ms 之后,或经静稳失稳及零序辅助启动后,距离元件需要经开放元件开放,以防止振荡过程中距离保护元件误动作。对于不对称故障和三相短路,振荡闭锁开放元件是不同的。4.2.6.1 不对称故障开放元件:利用零序和负序电流特征可区分是发生了故障还是振荡。其开放判据为:|I0|m1|I1|或I 2m2|I 1|系统振荡时I0、I 2 接近零上式不能满足;振荡又发生区外故障时,通过装置的电流较小,上式仍不能满足;振荡又发生区内故障时I0、I 2将有较大数值,上式能满足。其中m1、m2的数值保证了在最不利系统条件下能有效的防止振荡情况下发生区外故障时距离保护不误动,而对于区内的不对称故障能够开放。为了防止区外故障切除时零序和负序电流不平衡输出引起保护的误动,保护经短延时后动作。4.2.6.2 三相故障开放元件:阻抗变化率(dR/dt)检测元件(详见 CSC-101/102 装置说明书)。保护利用三相故障发生、发展过程中所显现出来的一系列特征,如故障以后阻抗不变,而振荡时阻抗总在渐变等,快速识别振荡闭锁中的三相对称故障。CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -19-4.3 检测功能和其他判别 4.3.1 自检功能 4.3.1.1 TV 断线检测 装置设有两种检测 TV 断线的判据,两种判据都带延时,且仅在线路正常运行,启动元件不启动的情况下投入,一旦启动元件启动,TV 断线检测立即停止,等整组复归后才恢复。判据 a)a)为:三相电压之和不为零:.cbaUUU+7V(有效值)该判据可以用于检测一相或二相断线。判据 b)b)为:TV 在母线时,若Ua、Ub 及 Uc 任一相电压小于 8V,判为 TV 断线。TV 在线路时,在任一相电流大于 0.04 倍额定电流或断路器在合位(检跳闸位置开入)时,若Ua、Ub 及 Uc 任一相电压小于 8V,判为 TV 断线。该判据 b)b)附加电流条件是防止 TV 在线路侧时,断路器合闸前误告警。设置断路器在合位的条件是为了防止电流过小(例如对侧未合闸)时三相失压不能告警。TV 断线后报“TV 断线告警”,在 TV 断线条件下所有距离元件、负序方向元件、带方向的零序保护也退出工作,纵联电流差动保护不受 TV 断线的影响,可以继续工作。装置将继续监视 TV 电压,一旦电压恢复正常,各元件将自动重新投入运行。4.3.1.2 TA 断线检测 a)a)装置的零序电流连续 12s 大于I04 定值,报“TA 断线告警”,并闭锁零序各段保护;b)b)差动保护 TA 断线检测:断线侧的零序电流连续 12s 大于I04 定值,而断线相电流小于 0.06In(In 为二次侧额定电流);计算出正常两侧的差电流连续 12s 大于 0.25In 而断线相电流小于 0.06In 报“TA 断线告警”。判出 TA 断线后,可通过控制字选择闭锁或不闭锁差动保护,如果选择闭锁差动保护,还可以进一步选择闭锁三相或者只闭锁断线相。4.3.1.3 TA 饱和检测 采用模糊识别法对TA饱和进行检测,当判别出TA饱和后,自动抬高差动保护的制动系数。4.3.1.4 双 A/D 冗余检测 为了有效地防止硬件损坏情况下保护的误动作,装置采用了双 A/D 冗余设计,通过对双 A/D 对比监视,实时监视模拟量采集回路的好坏,及时发现硬件损坏并闭锁保护。CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -20-4.3.1.5 电压电流相序自检 在系统无异常时通过比较三相电流、电压的相位,判别相序是否接错,如果不是正常相序,则报“三相相序不对应”。4.3.1.6 3I0 极性自检 通过比较自产 3I0(.AI+.BI+CI.)与外接 3I0 的幅值和相位,判别外接 3I0的极性有无接反,若接反报“外接 3I0 接反”。4.3.1.7 电压 3 次谐波自检 当电压回路串入 3 次谐波时,用以上 TV 断线检测判据不能判断电压异常。如果电压三次谐波过量,延时报“3 次谐波过量告警”,但不闭锁保护。4.3.1.8 线路抽取电压断线检测 此功能仅 B 型保护中有。在重合闸投入三重或综重方式的情况下,如果无跳位开入或线路有电流,表明开关处于合闸状态,那么,采用下列条件检测线路抽取电压的完好性:a)a)装置整定为重合闸检同期方式时,若开关两侧电压不满足整定的同期条件,则经 14s 延时确认后,报告“检同期电压异常”;b)b)装置整定为重合闸检无压方式时,若即不满足检无压的条件,且又不满足整定的检同期条件,则 14s 延时确认后报告“检同期电压异常”。4.3.1.9 跳闸位置自检 若有跳位开入,且对应相有电流,延时 2s 确认后,报“跳位 A(B,C)开入异常”。4.3.1.10 过负荷告警 保护装置实时监测线路潮流情况。如果三相电流大于静稳失稳电流定值,持续30s 后,报“过负荷告警”。4.3.1.11 控制字设置不合理自检 在 CSC-103BC 装置综合重合闸控制字中,如果非同期方式、检无压方式、检同期三种方式中,任意两种方式同时投入,则装置告警“重合闸控制字错”。4.3.1.12 保护装置自检 a)a)CPU插件的自检。CPU插件在上电过程中对本身的存储器、模拟通道、程序区等进行自检。在装置的运行过程中也对上述部分实时自检,当确认某一部分有问题时,给出告警信息,同时闭锁保护;(硬件损坏,装置告警,复归后仍能告警。有严重告警时,差动保护对侧保护会报“对侧保护退出”保护恢复正常后对侧报“对侧保护恢复”);b)b)由于模拟通道的冗余配置,还对采样数据进行实时互校,当差别越过设定的限度时,等同模拟通道故障;c)c)各I/O插件进行上电和实时自检,自检的内容包括开入通道和开出通道,同时CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -21-还包括存储器和程序区等。开入通道的自检通过模拟变位进行,开出通道自检线圈,自检范围广,彻底。确认有故障后,给出告警。d)d)通信通道进行实时自检:CPU插件和MASTER插件对其所联系的各种职能插件进行实时通信自检,当发现通信中断后,进行告警处理。e)e)MASTER插件进行上电和实时自检,自检范围包括存储器、程序区和相关内外通信等。发现异常后,将给出告警。f)f)装置还对其使用的电源进行实时监测。g)g)定值、配置、程序等均做CRC校验。4.3.2 其他判别 4.3.2.1 手合加速判别 三相开关跳位 10s 后又有电流突变量启动,则判为手动合闸,投入手合加速功能,开放 1s 后整组复归。距离保护采用阻抗加速判别是否手合于故障,零序保护采用延时 100ms 判别是否手合于故障。4.3.2.2 重合加速判别 装置要求三个分相跳位分别作为开关量输入装置中开入;对于一个半接线方式,要求两个断路器分相跳位先串联后,再分别作为开关量输入装置串联接入。保护检测到开关跳开后,在检测到故障相电流大于无电流门槛 0.1In(单重)或任一相电流大于无电流门槛 0.1In(三重)时,或跳位消失判为重合闸动作,各保护将根据整定控制字决定是否投入重合闸后加速功能。4.3.2.3 重合加速延时 重合闸后加速均只投入 500ms。4.3.2.4 整组复归判别 当装置满足以下条件在持续 5s、并同时满足以下条件后,装置才整组复归:a)a)零序差动元件不动作;b)b)六种阻抗均在阻抗段以外;c)c)零序电流小于零序辅助启动元件;d)d)三相电流均小于静稳失稳电流定值 IJW。满足以上条件,则 5s 后整组复归。4.3.2.5 跳闸后逻辑 在发出跳闸命令后,保护装置不断监视跳闸相电流,当跳闸相无电流后,保护装置则判断开关已经跳开。如果跳闸相一直有电流,经 250ms 延时后,保护发补跳命令:即如果保护发单跳命令后,故障相持续 250ms 仍有电流,则表明开关未断开,于是,保护再发三跳命令;若保护发三跳命令后,任一相持续 250ms 有电流,保护再发永跳命令;若开关持续 5s 还未断开,则发跳闸失败告警,并整组复归。CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -22-驱动跳闸令应在故障切除后收回,本装置在发出跳闸命令后的 40ms 内不考虑撤销命令,以保证可靠跳闸。保护发三跳令后 12s 三相无电流,程序转至整组复归,12s 是考虑三相重合闸最长整定时间不会大于 10s。如果单跳后 5s 故障相仍无电流,程序转至整组复归,5s是由于单相重合闸延时不可能大于 5s。4.4 纵联电流差动保护功能说明 4.4.1 电流差动保护主要功能 a)a)电流差动保护配有分相式电流差动保护和零序电流差动保护,用于快速切除各种类型故障;b)b)具有电容电流补偿功能。利用线路两侧电压对电容电流进行精确补偿,以提高差动保护的灵敏度;c)c)具有 TA 断线闭锁、TA 饱和检测及 TA 变比补偿功能;d)d)经保护的通信通道可传送“远跳”、“远传”命令;e)e)有通道监视、误码检测、32 位 CRC 校验;f)f)弱馈启动功能:如果被保护线路的一侧为弱电源或无电源,弱电源侧保护正方向发生线路故障时,流过弱电源侧保护的电流可能很小,装置无法启动,为此,装置设有弱馈启动(差流低电压启动)功能:弱馈侧收到对侧启动信号后,满足以下所有条件时,弱馈侧保护被拉入故障处理程序,允许强电源侧保护出口,本侧也能跳闸。(1)收到对侧启动信号;(2)至少有一相差动电流大于动作值:ID IDZ;(3)对应的相电压低于 36V 或相间电压低于 60V。g)g)远方召唤启动功能(差流+电压突变量启动)如果被保护线路发生高阻接地时,近故障侧保护能够可靠启动,远故障侧保护的电流可能很小,装置无法启动,为此,装置设有远方召唤启动(差流电压突变量启动)功能:(1)收到对侧启动信号;(2)零序差动电流大于动作值:ID0 I0Z;或者分相差动电流大于动作值:ID IDZ;(3)本侧U8V 或3U0 1V。CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -23-h)h)带通道远方环回试验功能 为方便进行带通道整组试验,装置提供带通道远方环回试验功能。正常运行时,必须退出该功能。正常运行时,必须退出该功能。将两端装置的差动定值按照实际运行情况整定好后,将 M 侧装置“通道环回实验”控制位置 1,M 侧投入检修状态压板,就可在 M 侧进行模拟区内短路试验。此时 N 侧装置收到 M 侧的采样报文后再回传给 M 侧。4.4.2 电流差动保护主要原理 4.4.2.1 数字电流差动保护系统的构成,见图 7。CSC-103CSC-103数字通信终端设备CSC-103CSC-103数字通信终端设备M MCBTACBTATACBTACBN NI IM A、B、CM A、B、CI IM A、B、CM A、B、CI IN A、B、CN A、B、CI IN A、B、CN A、B、C微波或光纤通道微波或光纤通道 图 7 电流差动保护构成示意图 上图中 M、N 为两端均装设 CSC-103 高压线路保护装置,保护与通信终端设备间采用光缆连接。保护侧光端机装在保护装置的背板上。通信终端设备侧由本公司 配套提供光接口盒 CSC-186A/CSC-186B。CSC-103AC/103BC 数字式超高压线路保护装置 说明书 -24-4.4.2.2 各种差动保护及其动作方程见表 4 表 4 保护 动作方程 备 注 突变量 差动 IDIH ID0.6IB 0ID0.8IB-IH ID=3IH 式中:ID=M+N IB=M-N ID:经电容电流补偿后的突变量差动电流 IB:经电容电流补偿后的突变量制动电流 IH=MAX(IDZH,2IC),为经补偿高定值,IH=MAX(IDZH,2.5IC),为不
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