【继保】PCS-931超高压线路成套保护装置：保护逻辑校验

PCS-931超高压线路成套保护装置：

保护逻辑校验（上）

一、交流回路校验

二、开关量输入检查

三、整组试验

（一）试验前准备

（二）稳态光纤电流差动保护

…见《PCS-931超高压线路成套保护装置：保护逻辑校验（下）》

一、交流回路校验

    目的：是检验屏内交流回路接线是否正确、装置采样精度是否满足要求。

    方式：通过在屏内背面端子排交流端子上分别通入交流电压、交流电流，检查装置的各CPU的采样和极性。  

    注意事项：在进行交流回路校验时需退出屏上所有压板。

（一）零漂检查

    试验方法：进行零漂检查时不需要向保护装置加入交流模拟量。

    测试交流电流回路零漂时，对应电流回路处于开路状态（注意与一次侧隔离试验）；

    测试交流电压回路零漂时，对应电压回路处于短路状态（注意与一次侧隔离试验）。

    合格判据：要求在几分钟内测得零漂稳定在0.01I_N（I_N为二次额定电流）或0.05V以内。

（二）模拟量检查

    继电保护测试仪和继电保护柜屏试验连线如下图：

    试验方法：用继电保护测试仪的手动试验，向保护装置通入对称正序的三相电流和电压（三相电流分别加：0.1A，0.2A，0.3A；三相电压分别加：10V，20V，30V），然后再通一次三相幅值不对称的电流电压。

    合格判据：分别进入装置“模拟量”菜单的“保护测量”和“启动测量”子菜单，液晶显示屏上显示的采样值应与继电保护测试仪所加数值误差不大于±5%，相位差不大于±3%。

二、开关量输入检查

    目的：检查压板和开入回路连线是否正确；

    试验方法：投/退屏内压板、模拟开入（用导线短接各开入端子和开入正电源）或起动操作箱相应回路的方式，检查各开入的变位情况（在PCS-931装置“状态量”菜单中“输入量”的“接点输入”子菜单；或使用PCS-PC调试软件在“硬压板”或“遥信”菜单下查看）。

三、整组试验

（一）试验前准备

    1. 试验接线

    2. 试验前开关状态及功能软压板整定

    试验前将PCS-931中“定值设置”的“功能软压板”中“停用重合闸”软压板控制字置0；将“纵联差动保护”置1；其他内部保护压板投退控制字任意。

    试验中靠外部硬压板投入、退出保护，屏上的出口跳、合闸及失灵启动压板均退出。

    试验前开关在合位，或关闭模拟断路器不带开关试验（TWJ=0），保护也认为开关在合位。

    3. 试验定值整定

（二）稳态光纤电流差动保护

    1. 试验原理

（ф表示A、B、C三相其中一相）

（I_θ：相差继电器定值）

    由于自环试验时，本侧电流I_M等于对侧电流I_N，故制动电流I_R=0，故差动试验只需要校验差动起动定值。

    PCS系列线路保护电流差动分稳态差动I段和II段。稳态电流差动II段经25ms延时动作。

    不论“TA断线闭锁差动”控制字置1还是置0，非断线相差动保护的动作值不变，只有断线相的差动保护被闭锁或者提高动作门槛值。

    TA断线闭锁重合闸，即TA断线时充电灯灭，所有保护逻辑满足均三跳不重合。

    2. 试验条件

    （1）将插件NR1213（保护通道插件CH）上的接收“RX”和发送“TX”用尾纤短接，构成自发自收方式，保护定值中“本侧识别码”和对侧识别码置成相同。

    （2）仅投主保护硬压板，整定保护定值“通道一差动保护”=1、“单相重合闸”=1（实际系统中一般都为单重方式）。

    （3）整定定值“TA断线闭锁差动”=0。

    3. 实验步骤

    （1）差动保护稳态I段校验

    （2）差动保护稳态II段校验

    （3）TA断线闭锁差动逻辑校验

PCS-931超高压线路成套保护装置：保护逻辑校验（中）

PCS-931超高压线路成套保护装置：保护逻辑校验（上）

一、交流回路校验

二、开关量输入检查

三、整组试验

（一）试验前准备

（二）稳态光纤电流差动保护

PCS-931超高压线路成套保护装置：保护逻辑校验（中）

（三）零序差动保护

（四）距离保护

（五）工频变化量阻抗保护

    PCS-931外观：

    调试定值单：

    模拟一次接线：

    试验接线：

什么是电容电流补偿？

    带电电缆、变压器对地都有一定的分布电容，而分布电容大小取决于电缆的几何尺寸、电缆的长度和绝缘材料等。所以分布电容的电流补偿对开关的设计是有着重要意义。电缆实际上各相通过绝缘电阻和分布电容与大地相连接，当人身体触及一相时，触电电流通过人身、大地、另外两相对地绝缘电阻及分布电容回到电源的另外两相，构成闭合回路。

    在超/特高压长输电线中，分布电容电流将达到很高的水平，是影响电流差动保护灵敏度和选择性的主要因素。特高压电网，其特征是电压高、线路电容大，分布电容电流对差动保护的影响更加显著。

    电流差动保护主要有全电流差动保护和故障分量电流差动保护2种：

    全电流差动，目前最常用的电容电流补偿方法是将线路等效为Π模型的相量补偿法。故障分量差动保护灵敏度高，抗电流互感器（TA）饱和能力强，也在线路保护中得到了应用。

    故障分量差动保护的电容电流补偿方法也采用基于线路Π模型的相量补偿法。

（三）零序差动保护

    1. 试验原理

    对于经高过渡电阻接地故障，采用零序差动继电器具有较高的灵敏度，由零序差动继电器，通过低比率制动系数的稳态差动元件选相，构成零序差动保护，经40ms延时动作。动作方程：

    无论电容电流补偿是否投入，I_L均为差动电流定值（整定值）和1.25倍实测电容电流的大值（一般现场试验无实测电容电流定值）。

    故障前的电流I_C[实测电容电流]应合理给定，使稳态差动II段I和零差IL的动作值不同。

    正常运行时差流达到差动电流定值I_CD的0.8时，满足“长期有差流”报警条件（等效TA断线），因此要求I_C<0.8I_CD（即1.25I_C<I_CD），则I_L必然取I_CD。为使差动II段按照1.5I_C动作，则1.5I_C>I_CD，即要求0.67I_CD<I_C<0.8I_CD。

    因此故障前I_C可取0.75I_CD，故障态的故障电流I=m*0.5*I_L，1.05倍零差保护动作，0.95倍零差保护不动作。

    2. 试验条件

    为使零序差动保护单独动作，不投入电容电流补偿（防止差动保护稳态II段同时动作）。

    3. 试验步骤

    （1）状态1（正常充电状态）：

      模拟三相正常电压空载运行（有电容电流）（I=0.75*0.5*I_CD=0.75*0.5*0.5=0.1875A），状态持续时间24s，等待TV断线恢复和重合闸充电完成。

    （2）状态2（故障状态）：

    计算零差保护电流门槛I_L，故障电流I=1.05*0.5*I_CD=1.05*0.5*0.5=0.2625A（保护动作）；

    故障电流I=0.95*0.5*I_CD=0.95*0.5*0.5=0.2375A（保护不动作）。

（四）距离保护

    1. 试验原理

    系统故障示意图：

    （1）单相金属性接地故障

    短路电压计算公式：

    K：零序补偿系数；

    Z_ZD1：接地距离保护阻抗定值

    例：A相接地正方向故障时的相量图：

    （2）两相金属性短路故障

    短路电压计算公式：

    U_ΦΦ：相间短路电压

    I_ΦΦ：相间短路电流

    Z_ZD：相间距离保护阻抗定值

    假设相间短路不考虑零序电压为0的条件，假设短路两相电压相角差仍然为120°，|U_Φ|=|U_ΦΦ|/√3，三相电压按照互差120°设置。

    2. 试验条件

    保护定值控制字中“距离保护I段”置1、“单相重合闸”置1。其他段距离保护也可以一起投入，退出零序过流保护和差动保护，以免干扰距离保护的试验。

    3. 试验步骤

    （1）单相接地故障校验

    1）状态1（正常空载运行）：

加三相额定电压，电流可不加，持续时间18s。此状态要保证：

    a. TV断线信号消失（2s），距离保护才能投入；

    b. 充电灯亮（15s），重合闸才能动作。

    2）状态2

    a. 模拟K1点接地故障：

  m=0.95时正方向区内故障，加适当大小故障相电流I_Φ=3A。计算故障相电压：

U_Φ=0.95*(1+K_Z)*I_Φ*Z_ZD1

=0.95*(1+0.66)*3*7

=33.117V；

    故障相电流滞后故障相电压角度为正序灵敏角定值（78°）。模拟各相单相接地故障，故障状态时间设置为50~100ms，保护单跳并重合。

    b. 模拟K2点接地故障：

  m=1.05时正方向区外故障，加适当大小故障相电流I_Φ=3A。计算故障相电压：

U_Φ=1.05*(1+K_Z)*I_Φ*Z_ZD1

=1.05*(1+0.66)*3*7

=36.603V。

    模拟各相单相接地故障，故障状态时间设置为50~100ms，保护不动作。

    c. 模拟K3点接地故障：

  m=0.7时反方向故障，加适当大小故障相电流I_Φ=3A。计算故障相电压：

U_Φ=0.7*(1+K_Z)*I_Φ*Z_ZD1

=0.7*(1+0.66)*3*7

=24.402V。

    故障相电流在正序灵敏角基础上反向180°，模拟各相反方向单相接地故障，故障状态时间设置为50~100ms，保护不动作。

    （1）相间短路故障校验

    1）状态1（正常空载运行）。同单相接地故障试验状态1。

    2）状态2

    a. 模拟K1点相间故障

    m=0.95时正方向区内故障，加两个大小相等方向相反的故障相电流I_Φ=3A。计算故障相电压：

U_Φ=U_ΦΦ/√3

=(m*I_ΦΦ*Z_ZD)/√3

=(m*2I_Φ*Z_ZD)/√3

=(0.95*2*3*7)/1.732

=23.037V。

    模拟各个相间故障，故障状态时间设置为50~100ms，保护三相跳闸不重合。

    b. 模拟K2点相间故障

    m=1.05时正方向区外故障，加两个大小相等方向相反的故障相电流I_Φ=3A。计算故障相电压：

U_Φ=U_ΦΦ/√3

=(m*I_ΦΦ*Z_ZD)/√3

=(m*2I_Φ*Z_ZD)/√3

=(1.05*2*3*7)/1.732

=25.462V。

    模拟各个相间故障，故障状态时间设置为50~100ms，保护不动作。

    c. 模拟K3点相间故障

    m=0.7时反方向故障，加两个大小相等方向相反的故障相电流I_Φ=3A。计算故障相电压：

U_Φ=U_ΦΦ/√3

=(m*I_ΦΦ*Z_ZD)/√3

=(m*2I_Φ*Z_ZD)/√3

=(0.7*2*3*7)/1.732

=16.975V。

    两个故障相电流在正序灵敏角基础上反向180°。模拟各个相间故障，故障状态时间设置为50~100ms，保护不动作。

    按上述方法分别校验II、III段距离保护，注意加故障量的时间应大于相应保护段定值延时时间。

    做瞬时性接地故障时，所加故障时间不要超过保护动作时间150ms，否则保护单跳失败三跳不重合。距离III段动作时，保护内部固定三跳不重合。

（五）工频变化量阻抗保护

    1. 试验原理

    根据工频变化量原理，可得工频变化量计算公式：

    可推导出故障相电压与故障相电流之间的关系，单相接地故障为：

    K：零序补偿系数；

    Z_set：工频变化量阻抗定值

    相间接地故障同理可推导出：

    2. 试验条件

  整定保护定值控制字中“工频变化量阻抗”置1，退出距离保护I段控制字。

    3. 试验步骤

    （1）单相接地故障校验

    1） 状态1（正常空载运行时）：

    用继电保护测试仪给本装置加入A、B、C三相额定电压，电流可不加，时间20s，直至“充电完成”灯亮。

    2） 状态2（模拟正方向单相接地故障）：

    加适当故障相电流I_Φ，故障相电流滞后故障相电压的角度为正序灵敏角，故障状态时间设置为50ms。

当m取1.3时，故障相电压

U_Φ=(1+K)I_ΦZ_set+(1-1.05m)U_n

=(1+0.66)*6*5+(1-1.05*1.3)*57.74

=28.7249V。

    保护单跳并重合，装置面板上相应灯亮，液晶上显示“工频变化量阻抗动作”。

    当m=0.9时，保护可靠不动作。

    （2）相间短路故障校验

    1）状态1（正常空载运行时）：

  用继电保护测试仪给本装置加入A、B、C三相额定电压，电流可不加，时间20s，直至“充电完成”灯亮。

    2）状态2（模拟正方向相间故障）：

    加适当故障相电流I_Φ，故障相电流I_ΦΦ=2I_Φ，若故障相间电压的角度取特殊角120°，则故障相电压

U_Φ

=U_ΦΦ/√3

=(I_ΦΦZ_set+(1-m)√3*U_n)/√3

=[(2*7)*5+(1-1.3)*1.732*57.74]/1.732

=23.095V。

    当m取1.3时，保护三跳不重合。

    当m=0.9时，保护可靠不动作。

    （为避免距离保护也动作，可设置故障时间为15ms或退出距离I段保护控制字。）

    模拟上述反方向故障，故障相电流在原基础上反向180°即可，保护可靠不动作

PSL-931超高压线路成套保护装置：保护逻辑校验（下） 

    PCS-931超高压线路成套保护装置：保护逻辑校验（上）

    一、交流回路校验

    二、开关量输入检查

    三、整组试验

    （一）试验前准备

    （二）稳态光纤电流差动保护

    PCS-931超高压线路成套保护装置：保护逻辑校验（中）

    （三）零序差动保护

    （四）距离保护

    （五）工频变化量阻抗保护

    PCS-931超高压线路成套保护装置：保护逻辑校验（下）

    （六）零序电流方向保护

    调试定值单：

    试验接线：

（六）零序电流方向保护

    1. 试验原理

    在系统正常运行时，只有正序分量，没有零序分量，当系统发生接地短路故障或不对称断线故障时才产生零序分量，为使保护能区分正、反方向故障，装置设有零序方向继电器。

    零序方向继电器在正方向区内短路时动作，反方向短路时不动作，该继电器最大动作灵敏角为-3U₀超前I₀约78°。零序方向元件动作特性如下：

    2. 试验条件

    零序过流保护压板投入，定值中“零序电流保护”控制字置1。

    零序过流II段固定经方向，控制字不需整定，零序过流III段经方向控制字可以整定；零序过流保护压板投入，定值中“零序电流保护”控制字置1，零序过流加速元件投入。

    （1）零序过流II段试验。

    1）状态1（正常空载状态）。用继电保护测试仪给保护装置加入三相二次额定电压，电流可不加，时间加至“TV断线”灯熄灭，“充电完成”灯亮，一般28s即可。

    2）状态2（模拟正方向单相接地故障）。故障相电流滞后故障相电压78°，零序灵敏角固定为78°，加故障相电压48V（需有零序电压可判方向），故障相电流为IΦ=1.05I02（其中I02为零序过流II段定值），故障状态时间设置为本装置定值“零序过流II段时间”，保护单跳并重合，装置面板上相应灯亮，液晶上显示“零序过流II段动作”。

    以A相接地故障为例，零序过流II段保护试验状态相量图如图：

    A相接地正方向区内故障试验仪加量如图：

    加故障相电压48V，故障相电流为I_Φ=0.95I₀₂，零序过流II段不动作，如图：

    反方向故障校验，故障相电流滞后故障相电压的角度78°+180°=256°，I_Φ=1.2I₀₂，模拟单相反方向故障，零序II段保护不动作，如图：

    （2）零序过流III段试验。

    1）状态1（正常空载状态）。用继电保护测试仪给保护装置加入三相二次额定电压，电流可不加，时间加至“TV断线”灯熄灭，“充电完成”灯亮，一般28s即可。

    2）状态2（模拟正方向单相接地故障）。故障相电流滞后故障相电压78°，零序灵敏角固定为78°，加故障相电压48V（需有零序电压可判方向），故障相电流为IΦ=1.05I03（其中I03为零序过流III段定值），故障状态时间为零序过流III段整定时间，保护三跳不重合（程序内部固定），装置面板上相应灯亮，液晶上显示“零序过流III段动作”。试验加量和动作报告如图：

    3）加故障相电压48V，故障相电流为I_Φ=0.95I₀₂，零序过流III段不动作，如图：

    4）反方向故障校验，故障相电流滞后故障相电压的角度78°+180°=256°，I_Φ=1.2I₀₃，零序III段保护不动作，如果零序III段经方向控制字置0，则零序III段反方向可以动作，如图：

    （3）零序过流加速段试验。

    1）状态1（正常空载状态）。用继电保护测试仪给保护装置加入三相二次额定电压，电流可不加，时间加至“TV断线”灯熄灭，“充电完成”灯亮，一般28s即可。

    2）状态2（模拟正方向单相接地故障）。故障相电流滞后故障相电压78°，零序灵敏角固定为78°，加故障相电压48V（需有零序电压可判方向），故障相电流为I_Φ=1.05I₀₂（其中I02为零序过流II段定值），故障状态时间设置为本装置定值“零序过流II段时间（0.3s）”，保护单跳并重合。

    3）状态3（正常空载状态）。电压加入三相二次额定电压，电流不加，时间加1s（大于保护重合闸整定时间0.8s）。

    4）状态4（模拟重合于故障）。加故障相电压48V，故障相所加故障相电流大于零序过流加速段定值，时间小于零序过流III段整定时间（否则会带出零序III段）。

    单相重合闸时零序加速时间延时为60ms；

    手合和三重时加速时间延时为100ms。

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