RCS-901(902)保护装置原理分析课件

中国··RCS-900系列线路保护硬件部分硬件部分硬件工作原理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CPU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纵联变化量方向保护原理纵联零序电流保护零序方向过流保护工频变化量阻抗继电器距离保护振荡闭锁新原理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。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。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。功率倒向时出现的问题及对策纵联保护相关问题（2）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。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。（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。RCS-901A闭锁式纵联保护逻辑正常运行程序中闭锁式纵联保护逻辑

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。⒈收到三相断路器跳闸位置继电器（TWJ）动作信号以后该做些什么？在起动元件未起动、三相跳闸位置继电器又都处在动作状态下时，如果收到对侧的信号立即发信100ms，向对侧提供允许信号。这是为了解决在图2-6中所示的当系统由M侧给线路充电，N侧断路器三相断开时，线路上发生短路M侧纵联保护拒动问题。⒉关于保护动作发信问题。母线保护动作发信。保护装置上有‘其它保护动作’的开入量端子。一般此开入接点接的是‘母线保护动作’接点。采用允许式时保护装置检查到此接点闭合后立即发信。采取此措施是为了解决图2-7所示的短路发生在断路器与TA之间时N侧纵联方向保护拒动问题。⒊功率倒向时出现的问题及对策。在允许式的纵联方向保护中这种竞赛带来的可能的误动问题同样存在。在允许式纵联保护中为了防止这种误动采取的措施与闭锁式纵联保护中采取的措施相同：如果纵联保护在连续40ms内一直未收到信号或不满足正方向方向元件动作、反方向方向元件不动作的条件（对纵联距离保护是不满足阻抗继电器动作的条件），那么纵联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。⒋出现通道阻塞现象时防止允许式纵联保护拒动的措施。如果出现通道阻塞时载波机根据原来一直收到过导频信号（说明通道是正常的），而现在导频、跳频信号都收不到了判断为通道阻塞。因为如果在相邻线路上发生短路，对侧不发允许信号时本侧应该收到对侧的导频信号。现在导频、跳频信号都没有了证明通道阻塞，载波机里的‘UNBLOCKING’接点闭合。在RCS-902C的允许式分相纵联保护中将该接点作为开入量接到保护装置。保护装置检测到‘UNBLOCKING’接点闭合以后，如果是相-相耦合通道保护再确认是相间故障时就把该接点输入当作允许信号（跳频信号）使用，并展宽100ms，避免了纵联保护拒动。5.应用于弱电侧的允许式纵联方向保护应注意的问题。当输电线路有一侧背后无电源或只是小电源时该侧称做弱电侧。以该侧背后无电源为例，在这样的单侧电源线路上发生短路。如果弱电侧起动元件没有起动，或者虽然起动了但是假如流过保护的三相电流都是零或者三相电流突变量很小致使方向元件或阻抗元件不能动作都导致弱电侧不能往对侧发允许信号。从而造成电源侧的纵联方向或纵联距离保护拒动。如果起动元件没有起动，在正常运行程序中如果①检查到任意一个相电压或相间电压低于0.6倍额定电压；②又收到对侧信号时立即发信100ms，向对侧提供允许信号。对侧的纵联方向保护就可以可靠跳闸了。如果起动元件起动了，也是增加一个往反方向保护的保护范围比对侧纵联距离中的阻抗继电器的保护范围伸得更远的阻抗继电器。当保护发现①、和纵联距离中的阻抗继电器均不动作；②元件不动作；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又收到对侧信号时立即发信，向对侧提供允许信号。对侧的纵联方向保护就可以跳闸了。同时弱电侧本身此时只要收到对侧允许信号也可跳闸。重合闸据统计，输电线路上有以上的故障是瞬时性的故障如雷击、鸟害等引起的故障。短路以后如果线路两侧的断路器没有跳闸，虽然引起故障的原因已消失，例如雷击已过去、电击以后的鸟也已掉下，但由于有电源往短路点提供短路电流，所以故障不会自动消失。等继电保护动作将输电线路两侧的断路器跳开后，由于没有电源提供短路电流，电弧将熄灭。原先由电弧使空气电离造成的空气中大量的正、负离子开始中和，这过程称之为去游离。等到足够的去游离时间后，空气可以恢复绝缘水平。这时如果有一个自动装置能将断路器重新合闸就可以立即恢复正常运行，显然这对保证系统安全稳定运行是十分有利的。重合闸的保护起动方式。

绝大多数的情况都是先由保护动作发出过跳闸命令后才需要重合闸发合闸命令的，因此重合闸可由保护来起动。

此外还提供由其它保护装置动作后来起动本保护的重合闸功能。其它保护三相跳闸时继电器动作，用的接点作为本保护的‘三跳起动重合闸’的输入，其它保护单相或三相跳闸时继电器动作，用的接点作为本保护的‘单跳起动重合闸’的输入，本保护接收到‘三跳起动重合闸’和‘单跳起动重合闸’的开入量接点闭合的信息后再经本装置检查线路无电流后分别称做‘外部三跳固定’和‘外部单跳固定’，起动本装置的重合闸。由其它保护动作起动重合闸方式在已使用位置不对应起动方式的情况下也可以不用。因为位置不对应起动方式的功能已可代替其它保护动作起动方式的功能。重合闸的位置不对应起动不对应起动方式具体实现起来可以有多种形式，例如‘控制开关在合闸后状态’既可以用合闸后的KK接点来判断，也可以用重合闸是否已充满电的条件来衡量。前者很容易理解，后者判别的原理是，只有原先在正常运行状态且三相断路器都在合闸位置时重合闸才能充满电。在RCS-900系列保护中就用重合闸已充满电的方法来衡量。在‘跳闸位置继电器动作TWJ=1’的条件中还可加入检查线路无电流的条件以进一步确认提高可靠性，防止由于TWJ继电器异常、接点粘连等使重合闸一直处于起动状态。这种方法也在RCS-900系列保护中采用。重合闸时间的考虑微机保护的重合闸是在断路器主触头断开，并且判别线路无电流后才开始计重合闸的延时的，因为这才真正意味着本侧断路器已跳开了。所以重合闸的时间是从此时开始到重合闸装置发出合闸脉冲之间的时间。那么线路上发生故障保护将断路器跳开以后，什么时间才允许断路器重新合闸？在两侧断路器都已跳闸后电弧才开始熄灭，所以首先要考虑电弧熄灭的时间。电弧熄灭以后短路点才开始去游离，所以再要考虑去游离时间，至此空气才恢复绝缘水平。上述两个时间之和称做断电时间。考虑了断电时间以后再加上足够的裕度时间才允许断路器合闸，这样才能提高重合闸的成功率。单侧电源线路上三相重合闸时间的考虑单侧电源线路上本侧断路器跳开以后电弧就开始熄灭了。所以三相重合闸的时间应为断电时间加上裕度时间减去断路器的固有合闸时间。之所以要减去断路器的固有合闸时间是因为当断路器收到合闸脉冲到断路器主触头闭合的这段断路器的合闸时间是与故障点的去游离同时进行的。此外重合闸的时间还应校核一下是否大于断路器及操作机构复归原状准备好再次动作的时间与裕度时间之和。因为只有断路器及操作机构复归原状准备好再次动作以后接到合闸脉冲才能执行合闸操作。双侧电源线路上重合闸时间的考虑双侧电源线路与单侧电源线路上重合闸时间考虑的区别在于下述两点：㈠如果对侧保护动作的时间大于本侧保护的动作时间，那么在重合闸时间中应把两侧保护的动作时间差考虑进去。因为重合闸时间是在本侧断路器跳开以后就开始计时了，这时短路点还没有熄弧。而只有在对侧断路器也跳开以后短路点才开始熄弧和去游离的，所以应把两侧保护的动作时间差考虑进去。如果线路上有纵联保护，由于纵联保护可以瞬时切除本线路全长范围内的故障，所以线路上发生短路时两侧保护几乎是同时发出跳闸命令的，因而这个因素可以不考虑。如果线路上没有纵联保护，只有反应一侧电气量变化的距离、零序电流保护。由于这些保护都是多段式的保护，那么线路上短路时本侧用第Ⅰ段保护切除故障，对侧可能是用第Ⅱ段保护延时切除故障。所以在重合闸的时间中应将对侧保护中对全线有足够灵敏度的延时段的延时考虑进去。因此线路上没有纵联保护时，重合闸时间要长一些。检无压和检同期重合闸这是目前应用最多的一种检查条件的重合闸。设图4-2中MN线路的M侧装有检查线路无压重合闸，N侧装有检查同期重合闸。当MN线路上发生短路，两侧三相跳闸后，线路上三相电压为零。所以M侧检查到线路无电压满足了检查条件，经三相重合闸动作时间后发合闸命令。随后N侧检查到母线、线路均有电压，且母线与线路的同名相电压的相角差在整定值中规定的允许范围内，经三相重合闸动作时间后即可发出合闸命令，这时N侧合闸是满足同期条件的。使用这种检查条件的重合闸一定要给装置既提供母线电压，也要提供线路电压。检查线路无电压侧总是先重合的。因此该侧有可能重合在故障线路上再次跳闸。所以该侧断路器有可能在短时间内需切除两次短路电流，工作条件相对恶劣。检查同期侧是在线路有压且满足同期条件后才重合的，所以肯定重合在完好的线路上，断路器的工作条件相对好一些。为了均衡负担，检查线路无压侧和检查同期侧可定期倒换。但是如果是发电厂的出线，该侧一般都定为检查同期侧。为了在断路器‘偷跳’后能用重合闸补救，一般在检查线路无压侧将检查同期的功能也投入。否则的话在断路器‘偷跳’后由于线路一直有电压，重合闸无法发合闸命令，投入检同期的功能后可用检查同期的方法重合。需要特别指出，在检查同期侧检查线路无电压的功能千万不能投入，否则的话两侧均有检线路无电压的功能，在两侧断路器跳闸后两侧可能同时合闸造成非同期合闸。在RCS-900系列线路保护中，均提供了上述两种检查条件的重合闸。检查线路无电压的条件是：线路电压小于，同时线路TV没有断线。检查同期的条件是：首先线路、母线电压都大于，再满足线路和母线同名相电压的相位差在定值整定的范围内（例如）。在RCS-900保护中提供给保护的线路电压可以是任一相电压或任一相间电压，保护有自适应功能。如果定值单中的同期合闸角为，正常运行时保护测量到的线路电压与母线A相电压的夹角为。在检同期时只要测量到线路电压与母线A相电压的夹角在至的范围内即认为满足同期的第二个条件。重合于故障保护手合故障线路时的保护当装置在正常运行程序中检查到三相TWJ都在动作状态且三相均无电流(此时说明断路器在断开状态)，随后又发现任一相有电流了（说明已手动合闸了），於是开放手合保护程序200ms。此时投入的保护有：不受振荡闭锁控制的距离保护第Ⅰ段；纵联距离保护（代替纵联工频变化量方向和纵联零序方向保护）；100ms加速零序过流加速段（零序过流加速段有单独的定值整定，100ms延时用以防止在手合时由于断路器三相不同时合闸时产生的零序电流造成零序过流加速段误动）；20ms加速不受振荡闭锁控制的距离保护第Ⅲ段。保护动作于三相跳闸，不再重合重合於故障线路时的保护

在故障计算程序中当本装置发出过三跳令后又判断三相均无电流(称作三相跳闸固定继电器动作)，或者本装置虽未发出过三相跳闸命令但三相TWJ均动作且三相均无电流。这两种情况均说明本线路已三相跳闸，本装置也进入非全相运行程序(实际系统并不是非全相运行)。随后发现任何一相出现电流或三相TWJ返还，说明断路器合闸，装置进入合闸于故障线路保护程序。於是开放合闸后保护200ms。此时投入的保护有：受振荡闭锁控制的距离保护第Ⅰ段；纵联距离保护（代替纵联工频变化量方向和纵联零序方向保护）；100ms加速零序过流加速段；经选择加速不受振荡闭锁控制的距离保护第Ⅱ、Ⅲ段，如都不选择则固定加速受振荡闭锁控制的距离保护第Ⅱ段。保护动作于三相跳闸，不再重合。TV断线的判别和处理TV断线的判别：

TV断线时由于起动元件没有起动，保护还不会误动。TV断线的判别方法必需能判别一相、两相和三相断线。它有以下几部分构成：⑴当，且起动元件不起动，延时1.25秒判TV断线。本判据用以判别TV二次的一相和两相断线。⑵当使用母线电压互感器时，满足，，且起动元件不动作，延时1.25秒判TV断线。本判据在使用母线电压互感器时，可检测出电压互感器的三相断线。

③当使用线路电压互感器时，除满足，，且起动元件不动作几个条件外，再加之满足任意一相有电流（，IN为电流互感器二次的额定电流）或者跳闸位置继电器（TWJ）不动作的条件，延时1.25秒判TV断线。本判据在使用线路电压互感器时，可检测电压互感器的三相断线。上述使用母线电压互感器还是使用线路电压互感器由定值单中的控制字选定。判出TV断线后对保护的处理装置判出TV断线后除发装置异常信号点亮面板上的TV断线信号灯外，在保护功能方面还作如下处理。⑴闭锁距离保护。以防在TV断线期间再发生区外短路时，距离保护误动。⑵保留工频变化量的快速距离Ⅰ段保护，但将工频变化量阻抗继电器的制动电压（即门槛电压）提高到。为电压互感器二次额定电压。采取这个措施后本保护在TV断线下再发生区外短路时不会误动的前提下，在再发生正向近处的故障时还可发挥保护功能。⑶保留纵联工频变化量方向保护。但工频变化量方向继电器内的补偿阻抗自动退出。此时工频变化量方向继电器在再发生短路时还能正确工作。退出可防止在反方向发生短路时元件的误动。⑷纵联零序方向保护退出。因为保护用自产的电压，在TV断线下再发生短路时，自产的电压相位可能错误，造成零序方向继电器动作行为不正确。因此纵联零序方向保护应退出。⑸零序电流保护的处理。TV断线时对零序电流要作处理也是由于在TV断线下再发生短路时零序方向继电器的动作行为可能不正确引起的。对RCS-901A型保护要退出零序电流第Ⅱ段（因为它固定带方向），保留零序电流第Ⅲ段但取消方向控制。对RCS-901B型保护退出零序电流第Ⅰ、Ⅱ段（因为它们固定带方向），零序电流第Ⅲ段若原来整定是经方向控制的则退出；若原来整定是不经方向控制的则保留。零序电流第Ⅳ段保留但取消方向控制。RCS-901D退出零序电流第Ⅱ段（因为它固定带方向），零序反时限方向过流保留但取消方向控制。⑹自动投入TV断线下的相电流过流和TV断线下的零序过流保护，这两个保护动作后用同一个TV断线过流时间延时跳闸。这两个保护的电流定值和时间定值在定值单中单独整定。TV断线相过流保护由距离压板投退，TV断线零序过流保护由零序压板投退。新投入这两个保护从某种意义上讲对TV断线期间退出的保护作了些补偿。⑺重合闸放电，即重合闸退出。当三相电压恢复正常后,经10秒延时TV断线信号自动复归，保护自动恢复正常。TA断线的判别与对保护的处理

当TA二次回路断线时或者电流的采样通道故障时，装置认为交流电流断线。此时电流的采样值将出现错误并导致出现自产的零序电流，从而对零序电流保护产生影响。此外在断线和不断线两种情况下系统发生短路时由于零序电流的相位不同将可能导致零序方向继电器在断线下发生短路时的不正确动作。因此相应的保护要采取一些措施。交流电流断线的判别判据为（或）：①当外接的电流小于0.75倍的自产电流，或自