RCS-931系列光纤差动保护.ppt
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1、RCS-931系列光纤差动保护,RCS-931保护配置,装置面板布置图,指示灯说明,“运行”灯为绿色,装置正常运行时点亮; “TV断线”灯为黄色,当发生电压回路断线时点亮; “充电”灯为黄色,当重合充电完成时点亮; “通道异常”灯为黄色,当通道故障时点亮; “跳A”、“跳B”、“跳C”、“跳闸”、“重合闸”灯为红色,当保护动作出口点亮,在“信号复归”后熄灭;,装置背视图,设计精细、可靠的硬件方案,独立的数据采集系统 单片机(总起动元件)与DSP(保护测量)的数据采样系统在电子电路上完全独立,只有总起动元件动作才能开放出口继电器正电源,从而真正保证了任一器件损坏不致于引起保护误动. 单片机还负责
2、通信接口、事件记录、故障录波等辅助功能.单片机外接大容量存储器 FLASH(1MB)、带掉电保持RAM(1MB)、30个定值区,实时并行计算 在较高的采样率(每周24点)的前提下,装置保证在每个采样间隔内完成所有保护运算和逻辑判别,实现了对所有保护继电器(主保护与后备保护)实时并行计算,主要继电器采用全周傅氏算法,具有很高的可靠性及安全性。 由于先进DSP的选用,在实现实时并行计算的条件下,时间仍有较大的冗余。,设计精细、可靠的硬件方案,装置硬件总体方案,总起动(CPU)、保护动作(DSP)、装置故障告警(BSJ)的关系,各种继电器(DSP),RCS-931压板,投主保护(差动保护) 投距离保
3、护 投零序保护 投闭重 (勾三压板) 出口压板有:跳A、跳B、跳C、重合闸、一般还有启动失灵、至重合闸等(给本线路其它保护用.一般不接.原因是各套保护尽量保持相对独立).,RCS-931压板定值,RCS-931压板定值V3.0,投A通道差动 投B通道差动 投距离保护 投零序保护 投闭重 (勾三压板) 出口压板有:跳A、跳B、跳C、重合闸、一般还有启动失灵、至重合闸等(给本线路其它保护用.一般不接.原因是各套保护尽量保持相对独立).,RCS-931压板定值V3.0,RCS-931总起动元件,电流变化量起动: 电流变化量起动元件动作并展宽秒 零序过流元件起动 :当外接和自产零序电流均大于整定值时,
4、零序起动元件动作并展宽秒,去开放出口继电器正电源。 位置不对应起动 :这一部分的起动由用户选择投入,条件满足总起动元件动作并展宽15秒,去开放出口继电器正电源。 纵联差动或远跳起动: 发生区内故障,弱电源侧电流元件可能不动作,此时若收到对侧的差动保护允许信号,依弱电侧差电流选相元件选动作相关相、相间电压,若小于60%额定电压,则此辅助电压起动元件动作,开放出口正电源7秒并发远方允许信号。 当本侧收到对侧的远跳信号且定值中“不经本侧起动控制”置“1”时,去开放出口继电器正电源500MS。,光纤电流纵差保护原理,以母线流向被保护线路方向为正方向。 动作电流(差动电流)为: 制动电流为: 动作电流与
5、制动电流对应的工作点位于比率制动特性曲线上方,继电器动作。,输电线路电流纵差保护原理,线路内部短路 动作电流: 制动电流: 因为 继电器动作。 凡是在线路内部有流出的电流,都成为动作电流。,输电线路电流纵差保护原理,线路外部短路 动作电流: 制动电流: 因为 继电器不动。 凡是穿越性的电流不产生动作电流,只产生制动电流。,931保护中差动继电器的种类和特点,稳态段分相差动继电器的构成: 动作电流: 制动电流: 取为定值单中差动电流高定值、4倍实测电容电流和 中的最大值。依靠 定值躲电容电流。,931保护中差动继电器的种类和特点,稳态段分相差动继电器的构成: 动作电流: 制动电流: 取为定值单中
6、差动电流低定值、1.5倍实测电容电流和 中的最大值。 依靠定值躲电容电流。 经40ms延时动作,经40ms延时动作: 为防止空充线路暂态电容电流等引起误动,延时40ms动作,用时间换取灵敏度。,稳态相差动继电器,段动作方程: 段动作方程: 延时40ms动作,输电线路电流纵差保护的主要问题, 电容电流的影响 电容电流是从线路内部流出的电流,因此它构成动作电流。由于负荷电流是穿越性的电流,它只产生制动电流。所以在空载或轻载下电容电流最容易造成保护误动。 解决方法: 用起动电流定值躲本线路 电容电流。 起动电流定值躲不了电容电流时,进行电容电流补偿。,输电线路电流纵差保护的主要问题, 重负荷情况下线
7、路内部经高电阻接地短路,稳态差动保护灵敏度可能不够。 负荷电流是穿越性的电流,它只产生制动电流而不产生动作电流。 经高电阻短路,短路电流 很小,因此动作电流很小 因而灵敏度可能不够。 解决方法: 采用工频变化量比率差动继电器和零序差动继电器,931保护中差动继电器的种类和特点,工频变化量分相差动继电器的构成: 动作电流: 制动电流: 取为定值单中差动电流高定值、4倍实测电容电流和 中的最大值。由于 大于电容电流,依靠定值躲电容电流影响.,RCS-931,工频变化量相差动继电器 动作方程,931保护中差动继电器的种类和特点,工频变化量差动继电器的特点 不受负荷电流的影响。因此负荷电流不会产生制动
8、电流。 受过渡电阻的影响也较小。 在单侧电源线路上发生短路,只要短路前有负荷电流,短路后无电源侧的工频变化量电流也会形成动作电流。 由于上述原因该继电器很灵敏。提高了重负荷长 线路上发生经高电阻短路时的灵敏度。,931保护中差动继电器的种类和特点,零序差动继电器的构成: 动作电流: 制动电流: 为定值单中零序起动电流定值。 经100ms延时动作。躲各种情况下两侧CT暂态特性不一致所产生的零差电流 零序差动继电器本身无选相功能,所以再另外用稳态分相差动继电器选相。两者构成与门。,选相零差继电器,动作方程: 选相元件:,延时100ms动作,931保护中差动继电器的种类和特点,零序差动继电器的特点
9、由于不反应负荷电流,所以负荷电流不产生制动电流。 受过渡电阻的影响较小。 因此在重负荷线路上发生经高电阻短路时灵敏度较高。,931保护中差动继电器的种类和特点,与零序差动继电器配合使用作为选相用的稳态分相差动继电器的构成: 动作电流 为经过电容电流补偿后的差动电流。 制动电流: 为 、0.6倍实测电容电流和 中的最大值。 制动系数仅取为0.15。,931保护中差动继电器的种类和特点,选相用稳态分相差动继电器特点 由于 值和制动系数值都取得很小,所以该继电器很灵敏。不会影响零序差动继电器的灵敏度。 由于 比电容电流小,故动作电流要经电容电流补偿。,电容电流的补偿,其中 故而,电容电流的补偿,当计
10、算电容电流与实测电容电流相差较大时、判断TV断线时、判断电容电流很小时,选相用的动作电流不再进行电容电流的补偿。为防止电容电流的影响,将初始动作电流由IL 抬高到IM 。因为电容电流的补偿要用到TV的电压和线路容抗的定值,而这些值现有可能是不正确的。,931保护中差动继电器的种类和特点,选相用稳态分相差动继电器特点 判别计算电容电流与实测电容电流相差较大的条件 或 式中 为实测电容电流。上式说明可能整定 的 值有错。 或 式中 为TA二次额定电流。该式说明电容电 流还比较大。 与式构成与 门。满足条件,不进行电容电流的 补偿,而通过将起动电流定值提高到 来躲过电容电流的影响。,931保护中差动
11、继电器的种类和特点,选相用稳态分相差动继电器特点 判别电容电流很小的判据 及 满足上两判据说明电容电流很小,不需进行电容电流的补偿。但为了在正常 运行时电容电流作用下该继电器不误动(假如 也整定的比较小),将起始动作电流由 抬高到 。因为电容电流很小,该 值也不是很大,不会影响线路内部短路灵敏度。,输电线路电流纵差保护的主要问题, TA断线,差动保护会误动。 为了在单侧电源线路内部短路时电流纵差保护能够动作,因此差动继电器在动作电流等于制动电流时应能保证动作。这样在一侧TA断线时差动保护会误动。 解决方法: 采取措施防止TA断线时差动继电器误动。,防止TA断线误动的措施,差动保护部分的计算,包
12、括:差动继电器的计算、逻辑程序和出口程序都在故障计算程序中进行。也可以说只有起动元件起动后才投入差动保护。起动元件如果不起动,在正常运行程序中差动保护根本没有计算,相当于差动保护没有投入。,防止TA断线误动的措施,防止TA断线误动的措施是:只有在两侧起动元件均起 动,两侧差动继电器都动作的条件下才能发出跳闸命令。 为此,每一侧差动继电器动作后都要向对侧发一个允许 信号。差动保护要发跳闸命令必须满足如下条件: 本侧起动元件起动 本侧差动继电器动作 收到对侧差动动作的允许信号 这样当一侧TA断线(故障前负荷电流大于差动门坎值),断线侧由于电流有突变或者有零序电流,起动元件可能起动,差动继电器也可能
13、动作。但对侧没有断线,起动元件没有起动,差动继电器没有进行计算,不能向本侧发差动动作的允许信号。所以本侧不误动。,系统图,系统图,无论区外是断线相故障还是非断线相故障都会造成非断线侧M起动,这样差动保护会动作。要采取措施!,长期有差流的装置异常信号,在TA断线时应发长期有差流的装置异常信号。为此在 正常运行程序中加一个有压差流元件。该差流元件就用 选相用的稳态分相差动继电器,该继电器十分灵敏。可 有效地检测出出现差电流的异常情况。 有压差流元件的动作条件: 差流元件动作 差流元件的动作相或动作相间电压 、 上两条件与门经10秒延时发长期有差流信号。 第一个条件说明有差电流,第二个条件说明系统无
14、故 障,满足这两个条件说明可能是TA断线,也可能是电 流的数据采集通道有故障。,长期有差流的装置异常信号,在TA断线侧如果起动元件没有起动(例如轻载情况下发生断线),在正常运行运行程序中有压差流元件动作,10秒后发长期有差流信号。如果起动元件起动了,程序进入故障计算程序。在该程序中,由于收不到对侧允许信号保护不会误动。起动元件7秒后返回,返还正常运行程序。再经10秒后发长期有差流信号。 在TA未断线侧在正常运行程序中10秒后也可发出长期有差流信号。,长期有差流的装置异常信号,装置发了长期有差流的信号后 如果TA断线闭锁差动控制字 =1 则闭锁差动保护。以防止TA断线期间其它线路短路时误动。 如
15、果TA断线闭锁差动控制字=0 则不闭锁差动保护。但是将差动继电器的定值抬高到 TA断线差流定值。该定值应按躲过本线路的最大负荷电流整定(按区外母线上短路时有可能流过本线路的最大电流整定)。,输电线路电流纵差保护的主要问题, 由于两侧TA暂态特性和饱和程度的差异、二次回路时间常数的差异在区外故障或区外故障切除时出现差动电流(动作电流),容易造成差动继电器误动。 解决方法: 提高比率制动特性的起动电流和制动系数。在制动量上增加浮动门槛。,三相 TWJ=1 发允许信号的作用,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
16、动。 为此采取当三相TWJ=1 时发允许信号的措施。这样当线路上发生短路时,对侧电流纵差保护就可以动作。,弱电侧电流纵差保护存在的问题,当有一侧是弱电源侧或无电源侧,在线路内部短路时,无电源侧起动元件可能不起动。例如无电源侧变压器中性点不接地,短路前线路空载,短路后由于既无电流突变量又无零序电流,起动元件不动作。起动元件不动作,程序在正常运行程序。此时无电源侧差动继电器没有进行计算,不会向对侧发允许信号。导致电源侧电流纵差保护拒动。 为解决该问题,931保护中增加一个低压差流起动元件。,低压差流起动元件,这样在空载线路上发生短路时,如果无电源侧变压器中性点又不接地,使电流突变量和零序起动元件没
17、有起动。但无电源侧由于: 差流元件动作。 差流元件动作相和动作相间的电压就是短路点的电 压。该电压低于0.6倍额定电压。 电源侧短路后起动元件能起动,检查到差动继电器动作,向无电源侧发允许信号。 所以无电源侧能收到允许信号。 满足上述三个条件无电源侧差流起动元件起动,在故障计算程序中检查到差动继电器动作。向电源侧发允许信号。所以电源侧电流纵差保护可以动作发跳闸命令。,经差动开放的远方跳闸,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,用本侧的差流继电器作为就地判据跳对应相。 高灵敏度的差动继电器就用零差中的选相用的经电容电
18、流补偿的分相差动继电器。 注意:在3/2接线系统中,当线路停运时一定退主保护压板,避免在一侧做实验时,对侧误跳,因为对侧有可能合环运行。,母线保护动作、失灵保护动作起动远跳 及远跳受本侧控制控制字,母线保护(3/2接线系统不可接)、失灵保护动作的接点可接入装置后端子的远跳开入端子。用以解决在断路器和TA之间发生短路时纵联差动保护不能动作的问题。发生这种短路时母线保护动作跳本侧断路器同时向对侧发远跳信号,使对侧能快速跳闸。 对侧收到本侧的远跳信号时,若需经起动元件动作才开放跳闸出口,则需将远跳受本侧控制控制字置“1”;若收到远跳信号就可以开放跳闸出口的话,该控制字置“0”。当不使用远跳功能时,建
19、议将该控制字置“1”。,远传功能,装置接点627、628或721、723为远传1、远传2的开入接点。同远跳一样,装置也借助数字通道分别传送远传1、远传2。区别只是在于接收侧收到远传信号后,并不作用于本装置的跳闸出口,而只是如实的将对侧装置的开入接点状态反映到对应的开出接点上。,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,在线路一侧(N侧)发生高阻接地短路时,远离故障点的一侧(M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(N侧)零序差动保护能先动作跳闸,零序差动保护增加了一条跳闸路径。,线路一
20、侧发生高阻接地短路时 使零序差动保护可靠动作的措施,零序差动保护为保护高阻接地而增加的跳闸路径其跳闸条件为: 起动元件起动。 零序差动继电器及选相差流元件动作。 或 。 三相相电压 。 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。近故障点的一侧跳闸后短路电流重新分配,远离故障点的一侧起动元件起动或不起动,零序差动继电器及选相差流元件只要动作,又收到对侧差动动作的允许信号,也可继续发跳闸命令。,光纤电流差动保护逻辑框图分析,什么情况下发对侧差动允许信号?,1. 装置起动且差动继电器动作 2. 有TWJ开入且有差流 3. 低电
21、压且有差流(不能有PTDX) 4. PTDX且有差流(对侧电流是本侧电流的4倍),延时30ms给对侧发允许信号,在64kb/s通信接口的条件下,实现了每周12点采样数据的传输,而其他有些厂家的差动保护每周仅传输46点。每周12点的采样数据保证了差动继电器工作的正确性和工频变化量差动继电器的实现。 在2Mb/s通信接口的条件下,实现了每周24点采样数据的传输及差动计算。,采样数据的传输,输电线路电流纵差保护的主要问题, 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。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
22、流的相量和,最大的误差是相隔0.5个采样周期(931保护是0.833ms,折合工频电角度为 15度)。这将加大区外故障时的不平衡电流。 解决方法: 使两侧采样同步,或进行相位补偿。931保护采用小步幅调整采样周期达到采样同步。,采样同步过程,装置刚上电时,先测通道延时 再测两侧的采样时间差 超过规定值时,然后由从机将采样时刻作多次的小步幅调整,直到两侧采样同步为止 在正常程序里装置实时监测采样时刻误差,若超出范围,需退出差动保护,重新进行同步过程。 在同步过程中两侧电流纵联差动保护自动退出。但由于每次仅作小步幅调整,所以其它保护仍旧能正常工作,不必退出。,主机,从机,tmr,tms,tss,t
23、sr,测通道延时Td,从机上电后,向主机发送一帧测定通道延时的报文,同时以本侧装置的相对时钟为基准记录报文发送时刻tss;主机收到该报文后,以本侧装置的相对时钟为基准,记录该报文接收时刻tmr,等到下一个定时发送时刻tms,向从机回应一帧通道延时测试报文,同时将tms-tmr作为报文内容;从机在tsr 时刻收到主机的通道延时测试报文,并得到tms-tmr。由此可以计算得到通道延时Td:,主机(参考端),从机(同步端),从机采样时刻调整,t2,Ts=3Ts-(Td+t2+t1),t1,从机收到主机发送的电流报文,根据通道延时可以得到主机在什么时刻采样,同时根据本侧电流采样时刻,得到两侧装置的采样
24、时刻误差Ts。如图所示。从机调整下一个采样时刻,使Ts0。当Ts小于误差时,可认为两侧装置实现了采样同步。,本装置通信接口原理,其功能是将各电流量和开关量的二进制的电信号转变成编码形式的光信号。 装置中的数据采用64Kb/s高速数据通道、同步通信方式。采用64Kb/s的传输速率,主要是考虑差动保护的数据信息,可以复接数字通信设备(PCM微波或PCM光纤通信) 的64Kb/s数字接口,从而实现远距离传送。 具体功能是将串行通信控制器(SCC)收发的反应电流量和开关量的电信号的NRZI码变换成64Kb/s同向接口的线路码型,然后经光电转换变成光信号,再由光纤通道来传输。,本装置通信接口原理,专用光
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