南自PSL-603GA数字式线路保护装置技术说明

1． 概述

1.1 应用范围

本装置为微机实现的数字式超高压成套快速保护装置，可用作220KV及以上电压等级输电线路的主保护及后备保护。

1.2 保护配置

PSL603G系列以及分相电流差动和零序电流差动为主体的全线速动保护，由波形识别原理构成的快速Ⅰ段保护；由三段式相间和接地距离保护及零序方向电流保护构成的后备保护。保护有分相出口，并配有自动重合闸功能，对单或双母线接线的断路器实现单项重合、三相重合、综合重合闸功能。

   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；如动作则进入故障处理程序（此时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，程序进入正常运行的主程序。

   主程序中进行硬件自检（包括ROM、RAM、EEPROM、开出光耦等）、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。

   采样中断程序中进行模拟量采集和向量计算、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、保护元件的动作过程记录，*后进行故障报告的整理和记录所用定值。

2.2 启动元件和整组复归

2.2.1 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。各个保护模块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元件的优先动作。

1）相电流突变量启动突变元件   

当相电流不平衡量的*大值当任一相电流突变量连续三次大于门坎时，保护启动。

2）零序电流辅助启动电流    

为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的。该元件在零序电流大于启动门坎并保持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。

2.2.2 启动继电器的闭锁措施

交流模拟量分别引入两个AD模件，由独立的数据采集回路进行转换。其中一块AD模件的数据送给保护，完成保护功能；另一块AD模件以“逻辑与”的方式和保护模块的启动回路构成启动继电器开放回路。只有两个AD模件同时启动，保护才能出口，这样增强保护的可靠性性。

2.2.3 整组复归

各保护模件启动后就发出“禁止整组复归”的信号。如本保护所有的启动元件和故障测量元件都返回，并且持续6s，本保护模件就收回“禁止整组复归”的信号。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”的信号时才能整组复归。

2.3  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，不需另设选相元件。

在后备距离保护中为了在特殊系统（如若电源）和转换性故障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。在故障开始时采用快速和高灵敏的突变量选相方法，以后采用稳定的序分量选相方法。

2.4 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：

系统不振荡时开放；系统纯振荡时不开放；系统振荡又发生区内故障时能够可靠、快速开放；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。

2.5 电流差动保护

电流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整个装置的灵敏度，增加耐过度电阻能力。  另外，电流差动保护可以借助光纤通道传输两路远传及一路远跳信号，利用两侧电气量进行双端测距等。

电流差动保护主要由差动CPU模件及通信接口组成。

差动CPU模件完成采集数据读取、滤波，数据发送、接受、数据同步，故障判断、跳闸出口逻辑；

通信接口完成与光纤得光电物理接口功能，另外专门加装得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。

电流差动保护由两部分组成： 分相电流差动、零序差动。

1） 分相差动

2） 零序差动   对于经高电阻接地故障，采用零序差动继电器具有较高的灵敏度，原理同分相差动。有两段保护，Ⅰ段延时100ms选相跳闸，Ⅱ段延时250ms三跳。

3） 电容电流补偿  对于高电压长距离输电线路，电容电流较大，为提高经高过渡电阻故障时的灵敏度，要考虑电容电流的影响。

4） 差动辅助启动元件   

a）低电压辅助启动元件，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，相电流小于52V或相间电压小于90V时本侧被对侧拉入故障处理。

b）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。

5） 数据同步，可以灵活快速同步，数据同步只需3个点，而不需额外数据调整算法和过程。两侧装置采样同步的前提条件为通道单相*大传输延时≤16ms。

6） CT断线    CT断线瞬间，断线侧的启动元件和差动继电器可能动作，但对侧的启动元件不动作，不会向本侧发差动保护动作信号，从而保证纵联差动不会误动。非断线侧经延时后报“长期有差流”，与CT断线同样处理。

PSL603G型CT断线闭锁方案   CT断线时发生故障或系统扰动导致启动元件动作，若定值中控制字“CT断线闭锁保护”则闭锁电流差动元件；若定值中控制字“CT断线不闭锁保护”且断线相差流大于“分相差动电流定值”，仍开放电流差动保护。

7） CT饱和  采用了自适应比率制动的全电流差动继电器，通过制动系数自适应调整使得差动保护在提高区外故障时安全性的同时保证区内故障时动作的可靠性。在电流严重畸变时，由于采用了较高的制动系数，使得差动保护在区外故障不误懂的前提下给区内故障留有足够的动作范围。

8） 手合故障处理

手动合闸时，差动定值自动抬高门槛至In，防止正常合闸时线路充电电流造成差动保护误动。如线路上有故障时，差动动作值达不到门槛时，可以由距离手合加速动作。

9） 双侧测距功能 采用双端电气量完成测距计算 ，大大提高了测距结果的精度。

10） 远跳、远传功能   本装置利用数字通道，不仅交换两侧电流数据，同时也交换开关量信息，实现一些辅助功能。包括远跳、远传。

11） 通信接口说明    数字保护的关键时线路两侧差动保护之间电流数据的交换，本装置以1024或2048kbit/s速率传输的专用光纤通、以64kbit/s速率复接PCM同向接口，以2048kbit/s速率复接PDH或SDH系统的2048kbit/s（E1）接口三种通道方式。

12） 差动保护跳闸逻辑

（1） 差动保护可分相差动，区内单相故障时，单独将该相切除，保护发跳闸令后250ms故障相仍有电流，补发三跳令；三跳令发出后250ms故障相仍有电流，补发永跳令。

（2） 两相以上区内故障时，跳三相。

（3） 控制字采用三相跳闸方式时任何故障均跳三相。

（4） 零序电流差动具有两段，Ⅰ段延时100ms选相跳闸，Ⅱ段延时250ms三跳。

（5） 功能控制字为“远跳经本地启动”时，启动后收到对侧远跳信号，三相跳闸并闭锁重合闸（永跳）。功能控制字为“远跳不经本地启动”时，收到对侧远跳信号，直接三相跳闸并闭锁重合闸（永跳）。

 差动总投入、分相差动投入、零序差动投入指示屏上“硬压板”投入。只有在差动总投硬压板投入后，分相差动、零序差动硬压板才有效。

2.6 波形比较法快速距离保护

对于基于工频量的保护，都要采用某种算法（或录波器）来滤除故障暂态过程中的非周期分量和谐波分量。数据窗的长度越长，滤波效果越好，但保护的动作速度也越慢。

本装置设置的快速距离Ⅰ段保护，采用了基于波形识别原理的快速算法，能够通过故障电流的波形时时估计噪声的水平，并据此自动调整动作门槛。大大提高保护的动作速度。

2.7 距离保护

距离保护设有Zab、Zbc、Zca三个相间距离保护和Za、Zb、Zc三个接地距离保护，还设有辅助阻抗元件，共24个阻抗继电器。在全相运行时24个继电器同时投入；非全相时只投入健全相的阻抗继电器。

2.7.1 接地距离

接地距离由偏移阻抗元件Zpyφ、零序电抗元件Xoφ和正序方向元件F1φ组成。

2.7.2 相间距离

     相间距离偏移阻抗元件Zpyφφ和正序方向元件F1φφ组成。

2.7.3 距离保护逻辑

1） 接地距离Ⅰ段保护区内短路故障时，ZφⅠ段动作后经T2延时（一般整定为0）由或门H4、H2至选相元件控制的回路跳闸；跳闸脉冲由跳闸相过流元件自保持，直到跳闸相电流元件返回才收回跳闸脉冲。 相间故障动作后经T3延时（一般整定为0）由或门H7、H18、H19进行三相跳闸。

2） 当选相元件拒动时，H2的输出经Y19、H23、选相拒动时间延时元件T8（150ms）、H24、H19进行三相跳闸；因故单相运行时，同时经T8延时实现三相跳闸。

3） Ⅱ段保护区内短路故障时，接地距离和相间故障的动作情况与Ⅰ段保护区内故障时相同。

4） 非全相运行过程中，健全相发生短路故障时，振荡闭锁元件开放，保护区内发生接地或相间短路故障时，三相跳闸。

5） 手合或重合于故障线路，进行永跳。

2.8 零序电流保护

本装置零序保护设有四段、加速段，均由控制字选择是否带方向性，还设有控制字投退的一段PT断线时投入的零序保护（该段不受压板控制）。

设有零序Ⅰ段、零序Ⅱ段和零序总投入压板。零序总投入压板退出时，零序保护各段都退出。零序Ⅰ段、零序Ⅱ段可由控制字设定为不灵敏段或灵敏段。在非全相和重合闸时，设定为不灵敏Ⅰ段或Ⅱ段自动投入，设定灵敏段Ⅰ段或Ⅱ段自动退出。在全相运行时只投入灵敏段Ⅰ段或Ⅱ段。

零序Ⅲ段及加速段若需单独退出，可将该段的电流定值及时间定值整定到*大值。在非全相运行自动退出。

零序Ⅳ段电流定值也作为零序电流启动定值，若需退出零序Ⅳ段，可将时间定值整定为100s。要将零序Ⅳ段电流整定和其他保护模件的零序电流启动定值相同，以便各保护模件由相同的零序电流启动灵敏度。零序Ⅳ段在非全相运行不退出。

零序电压3Uo由保护自动求和完成，即3Uo＝Ua+Ub+Uc  

零序电压的门槛按浮动计算，在固定增加0.5V。

零序各段是否带有方向可由控制字选择投退。

线路PT时，在非全相运行和合闸加速期间，自产3Uo已不单纯是故障形成，零序功率方向元件退出，按规程规定零序电流保护自动不带方向。

当PT断线后，零序电流保护的方向元件不能正常工作，零序保护是否还带有方向性由“PT断线零序方向投退”控制字选择。如果选择PT断线零序方向投入，则PT断线时所有带方向性的零序电流段均不能动作，这样可以保证PT断线期间反向故障，带方向的零序电流保护不会误动。

2.9 零序反时限保护

   反时限元件是动作时限与被保护线路中电流大小自然配合的保护元件，通过平移动作曲线，可以非常方便地实现全线的配合。常见的反时限特性解析式大约分为三类：标准、非常、极端反时限。本装置中反时限特性由整定值中的反时限指数整定。

2.10 非全相运行

2.10.1 单相跳开形成的非全相运行

1、单相TWJ持续动作50ms或者单相跳闸反馈开入量动作，并且对应的相无流元件动作对应相判为跳开相。

2、两个健全相电流差动保护及后备距离保护投入，和健全相间的后备距离保护投入。

3、对健全相求正序电压作为距离方向元件的极化电压。

4、测量健全相间电流的突变量，作为非全相运行振荡闭锁开放元件。

5、断开相又有负荷电流，则开放断开相的合闸加速保护3s。

2.10.2  三相断开状态

1、三相TWJ均持续动作50ms或者三项跳闸反馈开入量均动作，并且三相无电流时，置三相断开状态。

2、有电流或三相TWJ返回后开放合闸于故障保护3s，恢复全相运行。

2.11 合闸于故障线路保护