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1、500kv变电运行高级技师光纤差动保护技术讲座 景敏慧,讨论内容,1.光纤电流差动保护硬件简介2.光纤电流差动保护基本原理3.光纤电流差动保护电流数据采样同步4.光纤电流差动保护逻辑框图分析5.光纤电流差动保护运行与维护6.光纤电流差动保护动作报告分析7.光纤保护通道知识介绍8.光纤保护通道异常处理9.差动保护调试,1.光纤电流差动保护硬件简介,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”、“重合闸”灯为红色，当保护动
2、作出口点亮，在“信号复归”后熄灭；,装置背视图,组成装置的插件有：电源插件（DC）、交流插件（AC）、低通滤波器（LPF），CPU插件（CPU）、通信插件（COM）、24V光耦插件（OPT）、跳闸出口插件（OUT）、,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）,2.电流差动保护工作原理,电流(或电压)交流量的相量,线路内部故障两侧电流相量图,相量图中电流位置的前提条件是图中电流的正方向为从高电位指高低电位。,互感器的同名端和极性的规定,在实际工程应用中，规定互感器采用减极性标注的方法如下：即从一或二次绕组的同极性端通入相同方向的电
3、流时，它们在铁芯中产生的磁通方向相同。当从一次绕组的极性端通入电流时，二次绕组中感应出的电流从极性端流出，以极性端为参考，一二次电流方向相反，因此称为减极性标准。这样规定的电流互感器同名端的电流，根据电磁感应定律，在某一时刻，当一侧电流作为电源从同名端流入时，另一侧作为负荷则从同名端流出，这样标注的电流方向，一、二次电流认为是同相位。对220KV电压等级的TA而言，一次星端的耐压比非星端高2KV，对双母接线的单元，星一定要在母线侧。,RCS-931A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，零序起动元件动作并展宽秒，去开放出
4、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“不经本侧起控制”置“1”时，去开放出口继电器正电源500MS。,输电线路电流纵差保护原理,动作电流：制动电流：,线路外部短路忽略分布电容电流、负荷电流、TA误差,输电线路电流纵差保护原理,线路内部短路忽略分布电容电流、
5、负荷电流、TA误差,动作电流:,制动电流：,光纤电流纵差保护原理,自适应动作特性,考虑TA的非线性,有不平衡电流,设置自适应动作特性,动作电流(差动电流)为：,制动电流为：,稳态相差动继电器,段动作方程：段动作方程：延时40ms动作,稳态差动段,稳态差动段,输电线路电流纵差保护的主要问题1,电容电流是从线路流入大地的分布电流的总合，因此它为动作电流。解决方法：提高动作特性差电流起动门槛值,为防止空充暂态电容电流引起误动,取4Ic。为防止空充暂态电容电流引起误动,特性延时40ms动作,用时间换取灵敏度,门槛值取1.5Ic。,电容电流的影响,输电线路电流纵差保护的主要问题2,负荷电流是穿越性的电流
6、，它只产生制动电流而不产生动作电流,为提高差动I 段动作灵敏度采用工频变化量比率差动继电器,负荷电流对差动特性灵敏度有影响,工频变化量分相差动继电器动作特性,动作电流：制动电流：取为定值单中差动电流高定值 和4倍实测电容电流中的最大值。,变化量差动,输电线路电流纵差保护的主要问题3,零序差动继电器：动作电流：制动电流：为零序电流起动值,灵敏。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。,(3)提高高阻接地故障电流差动特性的灵敏度,增加经选取相的零序差动继电器,：零序差动电流，即为两侧零序电流相量和的幅值；：零序制动电流；即为两侧零序电流矢量差的幅值；：零序起动电流定值；：
7、、0.6倍实测电容电流和的大值；由于 比电容电流小，故动作电流要经电容电流补偿。：经电容电流补偿后的相差动电流，。,两者构成与门。经100ms延时动作。选相元件在正常程序运算,选相元件：,零序差动,高阻接地故障录波例,07.01.18 13:40左右,烽阳II回故障，两侧故录图熄烽变烽阳II回118134100录波图如下：,开阳变烽阳II回118135357录波图如下：,电容电流补偿后的相差动电流,对侧电压可以用本侧电压减负荷电压估算,电容电流计算等值电路图,容抗整定出错提高选相差动特性门槛,或 成立，说明可能整定的 值有错或收发路由不等。式中 为实测电容电流。或 成立，说明电容电流还比较大。
8、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。不满足条件，不进行电容电流的偿，将起动电流门槛提高到 来躲过电容电流的影响。,电容电流小可提高选相差动特性门槛,及 两判据成立，不需进行电容电流 的补偿。但为了在空载电容电流作用下该继电器不误动，将始动作电流由 抬高到。因为电容电流很小，该 值不大，不会影响线路内部短路灵敏度。,3.光纤电流差动保护电流数据采样同步,计算差动电流，必须选取两侧在同一个时刻的采样值进行计算。首先要做到同步采样,然后还要考虑传输时延的影响。RCS-931保护在处理这个问题时，首先测量传输时延,然后调整同步瑞的采样时刻，使之与参考瑞同步采样。在收到对
9、侧数据后，寻找此数据采样时刻的本瑞数据进行差流计算。完成该工作的前提条件是收/发两路由的传输时延要相等,且小于15ms。,计算通道延时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：,调整从机采样时刻完成采样同步,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
10、刻采样，同时根据本侧电流采样时刻，得到两侧装置的采样时刻误差T。如图所示。从机调整下一个采样时刻，使T0。当T小于误差时，可认为两侧装置实现了采样同步。,采样同步调整过程中,装置刚上电时，或测得的两侧采样时间差超过规定值时，启动一次同步过程。在同步过程中测量信号传输延时，并计算两侧采样时间差。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。在正常运行中一直在测量两侧采样时间差。当测得的 大于步幅调整的时间时，从机立即将采样时刻作小步幅调整。由于此时 的值很小，对保护没有影响，
11、故作这种调整时电流纵差保护仍然是投入的。,TA断线,TA断线瞬间，断线侧的起动元件和差动继电器可能动作，但对侧的起动元件不动作，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TA断线作同样处理。TA断线时发生故障或系统扰动导致起动元件动作，若控制字“TA断线闭锁差动”整定为“1”，则闭锁电流差动保护；若控制字“TA断线闭锁差动”整定为“0”，且该相差流大于“TA断线差流定值”（整定值），仍开放电流差动保护。,4.光纤电流差动保护逻辑框图分析,起动并向对侧发送允许跳闸信号(详解)框图-含弱电侧回馈允许信号,弱馈启动功能（差流低电压启动）说明,当系统发
12、生故障，弱电源侧电流起动元件可能不起动，此时若收到强侧发来的差动保护允许信号，且判别差流继电器动作(RCS-931差动继电器在正常程序中连续运算，即每个采样点均计算，该处用零差选相元件)或相关相、相间电压，若小于65%额定电压，则辅助起动元件动作（也称低压差流起动元件），或零差动作且有零序电压，去开放出口继电器正电源7秒；同时向强侧发差动允许信号；强侧可以跳闸。强电侧跳闸时，向弱电侧发跳闸令，弱电侧经差流继电器选相跳闸。当弱电侧在PT断线时，辅助电压起动元件功能退出，改由动作后，延时30ms向对侧发允许信号。强电侧相电流，弱电侧相电流。整组传动试验时，弱电侧可加三相对称电压34-40V。,差动
13、投入条件(高阻接地近故障端就地开放零差),高阻接地跳闸说明,高阻接地近故障端，电流元件可起动，但远端不起动，不能发允许跳闸信号，因此增加就地电压开放元件。电压开放条件为相电压不低于65%，3U0或3U2大于3V。替代对侧允许信号，但只开放零差。近故障侧经选相元件跳闸后，发分相跳令于对侧。高阻接地的远故障侧，可能因故障电流过小而不能起动，当收到近故障端发来的选相跳闸后，并且满足：远故障侧可相继选相跳闸。,远跳和远传功能,RCS-931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，其中包括远跳及远传。由于数字通信采用了CRC校验，并且所传开关量又专门采用了字节互补校验
14、及位互补校验，因此具有很高的可靠性。,起动远跳令及收远跳令受起动控制控制字跳闸,装置开入接点626或719为远跳开入，起动远跳令。保护装置采样得到远跳开入为高电平时，经过专门的互补校验处理，作为开关量，连同电流采样数据及CRC校验码等，打包为完整的一帧信息，通过数字通道，传送给对侧保护装置。对侧装置每收到一帧信息，都要进行CRC校验，经过CRC校验后再单独对开关量进行互补校验。只有通过上述校验后，并且经过连续三次确认后，才认为收到的远跳信令是可靠的。收到经校验确认的远跳信号后，若整定控制字“远跳受本侧控制”整定为“0”，则无条件置三跳出口，起动A、B、C三相出口跳闸继电器，同时闭锁重合闸；若整
15、定为“1”，则需本装置起动才出口。,母线保护动作、失灵保护动作接远跳开入,母线保护、失灵保护动作的接点可接入装置后端子的远跳端子。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。,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。,5.光纤电流差动保护运行与维护,1.保护配置 RCS-931系列保护包括
16、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，RCS-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。,面板标识及指示灯,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”、“重合闸”灯为红色，当保护动作出口点亮，在“信号复归”后熄灭；,RCS-931压板,投主保护（差动保护）投距离保护
17、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,RCS-931压板定值,与外部压板或关系,与外部压板与关系,与外部压板与关系,与外部压板与关系,保护运行时液晶显示说明,装置上电后，正常运行时液晶屏幕将显示主画面，格式如下：,本装置能存储128次动作报告，24次故障录波报告，当保护动作时，液晶屏幕自动显示最新一次保护动作报告，当一次动作报告中有多个动作元件时，所有动作元件及测距结果将滚屏显示，格式如下：,保护动作时液晶显示说明,本装置能存储128次装置自检报告，保护装置运行中，硬件自检出错或系统运行异常将立即显示自检报告，当一次自检报告中有多个出错信
18、息时，所有自检信息将滚屏显示，格式如下：,按装置或屏上复归按钮可切换显示跳闸报告、自检报告和装置正常运行状态，除了以上几种自动切换显示方式外，保护还提供了若干命令菜单，供继电保护工程师调试保护和修改定值用。,装置自检报告,保护开关量变位报告,保护装置运行中液晶屏幕在任一开关量发生变位时,将自动生成最新一次开关量变位动作时，液晶屏幕自动显示最新一次开关变位报告，格式如下：,从显示任何报告切为正常报告按去消键,装置异常信息含义及处理建议,长期有差流的装置异常信号1,在TA断线时,发长期有差流的装置异常信号。差流元件动作.该差流元件用选相用的稳态分相差动继电 器，该继电器十分灵敏。差流元件的动作相或
19、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或收发路由传输延时不一致。,长期有差流的装置异常信号2,在TA断线侧:如果起动元件没有起动，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。起动元件连续7秒不动作，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。因此,一侧断线,两侧均可发长期有差流信号。
20、,6.光纤电流差动保护动作报告分析,9.差动实验,差动实验1装置置试验位通道自环,1、加入1.05倍Ih/2单相电流，保护选相单跳，动作时间30毫秒以内,此时为稳态一段差动继电器。Ih为“差动电流高定值”、“4Un/Xcl”中的高值2、加入1.05倍Im/2单相电流保，保护选相单跳，动作时间60毫秒左右,此时为稳态二段差动继电器。Im为“差动电流低定值”、“1.5Un/Xcl”中的高值,差动实验2 装置置试验位通道自环,3.零序差动较复杂一点，不满足补偿条件时，零差灵敏度同相差段灵敏度一样；满足补偿条件后，只要差流max（零序起动电流，0.6U/Xc1，0.6实测差流），零差即能动作；因此，若
21、要单独做零差，a).需将“差动电流高定值”，“差动电流低定值”整定到2.0In，降低相差灵敏度；b).通道自环，再加负荷电流等于U/2Xc1（0.05In），并且超前于电压90的三相电流（模拟电容电流），以满足补偿条件；c).改变单相电流，满足差流max（零序起动电流，0.6U/Xc1，0.6实测差流），零差即能动作，动作时间100ms。,通道联调实验1,通道采用专用光纤时“专用光纤”控制字整定为“1”，采用PCM 复用通道时“专用光纤”控制字整定为“0”，“主机方式”控制字一侧置“1”，另一侧置必需“0”。1.通道检查试验将两侧装置的光端机（CPU 插件内）经专用光纤或PCM 机复接相连，将
22、保护定值控制字中“通道自环”置0，若通道正常，两侧装置的“通道异常”指示灯均不亮。以M侧为基准，M侧“TA变比系数”整定为“1”，则N侧“TA变比系数”整定为“1200/1500=0.8”。在M侧加入1A电流，N侧显示（1/1）*5=5A；在N侧加入1A电流，M侧显示（1/5）*0.8*1=0.16A。(M侧1500/1，N侧1200/5),通道联调实验2,2.跳闸校验a)将N侧开关分位，M侧加入单相电流Ih,M侧保护可选相动作动作时间30毫秒左右。b)将M侧开关分位，N侧加入单相电流Ih,M侧保护可选相动作动作时间30毫秒左右。,通道联调实验3,c)两侧开关均在合位，M侧加入电流Ih，并模拟
23、高阻接地,(3U0=5V)，故障时间140毫秒以上，两侧保护选相动作M侧动作时间120毫秒左右，N侧10毫秒左右。实际N侧在M侧动完后才动。N侧试验方法相同。d)两侧开关均在合位，M侧加入电流Ih，N侧加大于33.5V小于35V（防止PT 断线）的三相电压，M侧保护可选相动作，动作时间30毫秒左右，N测保护亦能动作。,通道联调实验解释,实验a)、b)检验装置在线路对侧开关为跳位的情况下保护的跳闸逻辑，同时检测二次回路的正确性。实验c)检验的是当长线路一侧出口发生高阻接地故障时，对侧保护感受不到故障发生，本侧靠零序电压开放零序差动保护 实验d)检验的是当N侧为弱馈时，差动保护的动作逻辑。,谢 谢！,
