RCS-901(902)保护装置原理分析

中国·南京·南瑞继保RCS-900系列线路保护硬件部分RCS-901A超高压线路成套快速保护装置确认信号复归跳C跳B跳A重合闸区号取消运行TV断线充电汉字显示器3×3键盘调试通讯口模拟量输入液晶对比度调整通道异常硬件部分光耦回路当开关量合上时，光耦发光二极管发光，光敏三极管导通，引脚为低电平。反之，当开关量断开，三级管截止，引脚为高电平。CPU＋24V（220V）＋5V开关量硬件工作原理由低通滤波插件来外部开入出口继电器A/DCPU串口打印+E光隔QDJCPLDDSPA/D由低通滤波插件来电源液晶显示硬件方案的特点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DC102101104105106滤波器DC/DC＋5V±12V＋24V至装置内部其他插件光耦24V至OPT1插件101102106+220V/+110V-220V/-110V接地铜排保护装置(A)(B)104105光耦24V＋保护装置(C)615614OPT1光耦24V－开入公共外部空接点开入DC断路器ABCBIAICI0I201202203204205206207208AUBUCULU209210211213214212至低通插件至低通插件至低通插件201202203204205206208210212214213211209207AC此系统为典型接线215215CPU方案特点装置采用单片机+DSP的模块化设计由于选用了大容量内存的高速数字信号处理器(DSP)和大规模的集成电路，装置的核心部分都集中到一块CPU插件上，改变了以往因运算速度、存储容量和印制板布线等原因而将保护功能分布在多个CPU插件上的设计方案。因新选用的DSP具有运算速度快、内存大的特点，单片DSP就完成了所有的主后备保护功能，并有较大的冗余。与其他采用DSP的产品相比，不需扩展外部存储器，设计更加简洁可靠RCS-901A压板投主保护（纵联高频）投距离保护投零序保护投闭重（勾三压板）出口压板有：跳A、B、C、重合闸、一般还有启动失灵、启动重合闸等软件原理部分1.纵联变化量方向保护原理2.纵联零序电流保护3.零序方向过流保护4.工频变化量阻抗继电器5.距离保护6.振荡闭锁新原理装置起动元件电流变化量起动是相间电流的半波积分的最大值；为可整定的固定门坎；为浮动门坎，随着变化量的变化而自动调整，取1.25倍可保证门坎始终略高于不平衡输出。该元件动作并展宽7秒，去开放出口继电器正电源。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，零序起动元件动作并展宽7秒，去开放出口继电器正电源。ZDTMAXIII25.1MAXIZDITI闭锁式纵联保护收不到高频信号是保护动作于跳闸的必要条件，这样的高频信号是闭锁信号。在使用闭锁信号时，一般都采用相-地耦合的高频通道。需要指出的是虽然收发信机接在一相输电线路与大地之间，但由于相与相之间和相与地之间是有分布电容的，所以实际上是三相输电线路和部分大地都是参与高频电流的传输的。闭锁式纵联保护原理图FMSENREPF√F√F√F×－F√－F×－F×－F×(a)保护原理图√——动作×——不动作低值起动高值起动FF&&&&&&≥1发信收信ff跳闸88001T12345672T(b)简略原理框图(1)(2)(3)(4)保护发出跳闸命令条件：①高定值起动元件动作②正方向元件动作，反方向元件不动作③收发信机收不到闭锁信号。FF保护发闭锁信号条件：①低定值起动元件动作保护停信条件：①收信超过8ms②正方向元件动作，反方向元件不动作。FF远方起信逻辑（1）设在上面图中F点发生短路。流过MN线路的电流足以使M侧的两个起动元件起动。可是由于某种原因N侧的低定值起动元件未起动（譬如起动元件定值输错等原因）。M侧方向元件动作行为是元件不动，元件动作，所以8ms后停信。N侧由于低定值起动元件未起动而根本未发过信。於是M侧收信机收不到信号而造成保护误动。为避免这种误动设置了远方起信功能。FFFMSENREPF√F√F√F×－F√－F×－F×－F×(a)保护原理图√——动作——不动作(1)(2)(3)(4)远方起信的条件是：①收信机收到对侧的高频信号;②低定值起动元件未起动。满足这两个条件后发信10秒。这种起动发信是收到了对侧信号后起动发信的，所以叫做远方起信。有了远方起信功能后，再发生上述区外短路故障时，M侧起动元件起动立即发信。N侧由于起动元件未起动，又收到了M侧发来的信号所以远方起信，也发信10秒。这样M侧保护就被N侧的10秒的信号所闭锁不会误动。远方起信除了有上述作用外在通道检查中还要用到此功能远方起信逻辑（2）纵联保护相关问题（1）为什么要先收到8ms高频信号后才能停信？假如没有8ms延时的话会出现什么问题？在下图中发生短路后，M侧高定值起动元件起动。M侧判断反方向元件不动，正方向元件动作以后就立即停信，此时对侧N侧发的闭锁信号还可能未到达M侧，尤其是在N侧是远方起信的情况下。所以M侧保护匆忙停信后由于收信机收不到信号将造成保护误动。FMSENREPF√F√F√F×－F√－F×－F×－F×(a)保护原理图√——动作——不动作(1)(2)(3)(4)功率倒向时出现的问题及对策纵联保护相关问题（2）FMNSERE1234ⅠⅡ图2-5功率倒向示意图如果纵联方向保护在40ms内一直收到闭锁信号，那么纵联方向保护再要动作的话要加25ms的延时。前一个40ms的延时用来判断发生了区外故障。用后一个25ms延时来躲过两侧方向元件的竞赛带来的影响纵联保护相关问题（3）收到断路器跳闸位置继电器（TWJ＝1）动作时保护动作情况：如果高定值起动元件未起动，又收到了三相跳闸位置继电器都动作的信号时，把起动发信（含远方起信）往后推迟100ms。FMSERE三相断开图2-6系统由M侧向线路充电，发生线路内短路时系统图N位置停信：如果高定值起动元件起动后，又收到了任一相跳闸位置继电器动作的信号并确认该相无电流时立即停信。这种停信称作‘位置停信’。在起动元件起动后本断路器又单相或三相跳闸了，这说明本线路上发生了短路本侧保护动作跳闸了，所以采取马上停信措施后有利于对侧纵联方向保护跳闸。对于RCS902，在纵联距离保护中采用一相跳闸位置继电器动作的信号并确认该相无电流时立即停信还能解决在近一侧发生单相高阻接地时由于另一侧阻抗继电器不动使纵联距离拒动问题。此时近故障点一侧其它保护动作跳开故障相后并停信，远离故障点一侧的阻抗继电器动作后纵联距离保护就能跳闸。纵联保护相关问题（4）母线保护动作停信：在保护装置的后端子上有‘其它保护动作’的开关量输入端子。该开关量接点来自于母线保护动作后的接点。在母线保护动作后该接点闭合，纵联方向保护得知母线保护动作后立即停信是为了在图2-7的断路器与电流互感器之间发生短路时让纵联保护能立即动作切除故障。FMSERETATAN12图2-7故障发生在断路器与TA之间采用母线保护动作停信措施的另一个作用是，如果在母线上发生短路，母线保护动作但断路器拒跳，母线保护动作后停信后可以让对侧纵联保护跳闸。需要指出，在3/2接线方式中，母线保护动作是不停信的。对断路器与电流互感器之间的短路靠断路器失灵保护动作停信让对侧纵联保护动作。本装置后备保护动作停信：现在输电线路保护都做成成套的保护装置。一条线路的主保护、后备保护都做在一套保护装置内。本装置内任意一种保护发跳闸命令时本装置自己当然是知道的，在发跳闸命令同时立即停信有利于对侧跳闸。保护装置发三相跳闸命令停信直至跳闸命令返还后还继续停信150ms，保护装置发单相跳闸命令时只停信150ms，这段时间保证让对侧可靠跳闸。纵联保护相关问题（5）弱电侧的纵联方向保护的问题：当输电线路两侧有一侧的背后没有电源或者是一个小电源时把这一侧称做弱电侧。现在以这一侧背后既没有电源、又没有中性点接地的变压器为例来说明这样的单侧电源线路上发生短路时，该线路纵联方向保护会出现的问题。如果在空载或轻载情况下线路上发生短路。受电侧电流在短路前后都为零。所以两相电流差突变量起动元件不起动。由于受电侧没有中性点接地的变压器，所以零序电流起动元件也不起动。在受电侧低定值起动元件不动作的情况下，收到电源侧的高频信号后立即远方起信发信10秒。电源侧即使在发生短路8ms后自己停信了，但由于一直收到受电侧的闭锁信号而不能跳闸。弱电侧电流纵差保护存在的问题MNIMIN901901弱电源侧如图示：假设N侧是纯负荷侧，变压器中性点不接地，则故障前后IN都是0，保护不起动，由于远方起信，两侧保护都不能跳闸。(1)如果弱电侧高定值起动元件没有起动在正常运行程序中当检查到任意一个相电压或相间电压低于0.6倍额定电压时，将起动发信（含远方起信）推迟100ms。因为在线路上发生短路时，弱电侧如果三相电流全是零，其保护安装处的电压就是短路点的电压，故障相或故障相间的电压降低。这时将起动发信推迟一段时间，对侧的纵联方向保护就可在这段时间里可靠跳闸。（2）如果高定值起动元件起动了则增加一个保护范围超过本线路全长的超范围的工频变化量阻抗继电器元件。当保护检测到①、、、均不动作；②元件动作；无电源侧的元件在保护范围内短路时是能够动作的。③检查到任意一个相电压或相间电压低于0.6倍额定电压；④收到过高频信号8ms。满足上面四个条件则立即停信，对侧的纵联方向保护就可以动作跳闸了。而弱电侧本身此时只要再检查到收不到信号也可跳闸。FF0F0FZRCS-901A闭锁式纵联保护逻辑保护起动　收信　=1008ms&00&00零序反方向元件　零序正方向元件　零序方向过流元件　变化量正方向元件　投纵联零序保护投纵联变化量保护投纵联零序保护=100&00任一相跳闸　00&0=100150=1000其他保护动作　0150三相TWJ均为1　三相无流　&00=100发信M2M3M9M10M8M7M11M12M13M15=100三相跳闸固定　M16&00M170M14020&008msM50纵联保护出口=1000任一相跳闸　M6&00&00&00M4M14变化量反方向元件　投纵联变化量保护正常运行程序中闭锁式纵联保护逻辑三相无流　收信　三相TWJ均为1　&00=100相电压30V　相间电压30V　&00弱电源侧　=100200ms02ms0&00通道试验按钮05s&00010s0&00=1000发信100ms0&00EcM1M2M3M4M5M6M7M8M9保护低定值起动　通道检查由于微机保护本身都有一个时钟，因此在装置上都可以整定进行自动通道检查的时间。例如900保护在定值单中可以整定进行通道检查的时、分时间，其中小时按12进制。这样可实现一天上、下午自动检查两次。如果两侧都使用这个功能则一天可自动进行通道检查四次。自动通道检查功能可通过定值单中的控制字进行投退。最后需要说明，通道检查的程序安排在正常运行程序模块中。所以如果在通道检查期间系统发生了故障，保护装置只要起动元件一起动就离开正常运行程序转而进入故障计算程序模抉，通道检查工作立即仃止转而去处理故障，按故障的情况发信、停信，这是我们希望的。后备保护零序Ⅰ段保护范围受运行方式的影响也较大，有时可能保护范围缩得很小，这一点比同样保护接地故障的接地距离Ⅰ段要逊色得多。但是按躲不平衡电流整定的零序电流保护的最后一段--零序过电流保护，由于很灵敏受过渡电阻的影响较小，这一点又比接地距离第Ⅲ段强。允许式纵联保护允许信号的纵联保护在500kV线路中应用较多。目前国产的在500kV线路中应用的允许信号的纵联保护是超范围允许式纵联保护。①起动元件起动；②元件动作；元件不动作；同时满足上述二个条件向对侧发高频信号。③收到对侧的高频信号。同时满足上述三个条件8ms后发跳闸命令。FFFMSENREPF√F√F√