ISA-311型微机线路成套保护装置技术说明书.doc

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1、 ISA-311微机线路成套保护装置 ISA-311型微机线路成套保护装置技术说明书1. 概述 ISA-311型微机线路保护装置包括完整的五段相间距离、四段接地距离、零序过流反时限和四段零序方向过流保护，设有三相一次重合闸，自带全套操作回路和电压切换回路，适用于中性点直接接地系统（110 KV及以下电压等级）的输电线路，满足变电站综合自动化系统的要求。 ISA-311型微机线路保护装置采用6U（半层）标准机箱，由交流电源（WB315）、管理CPU（WB320AMCPU）、保护CPU（WB320BPCPU）、开入/开出（WB330B）、操作（WB340）、电压切换（WB351/WB352）等6个

2、插件组成。装置内部无扎线，使用WB305总线背板。在装置的前面板上安装有一块320240点阵大液晶显示屏（它以 1616 点阵汉字和168 点阵字符显示装置调试和运行的详细信息）、9键结构小键盘及8个指示灯。2. 保护配置及性能特点l 主要应用于故障时三相跳闸能够满足系统稳定性要求的线路。l 主要应用于110 KV 及以下电压等级，长度为 0.5 100 KM 的线路。l 可应用于短路电流小于额定负荷电流的线路。例如在重负荷线路的受电侧，该侧电源容量很小，在线路故障时由该侧送出的短路电流小于负荷电流。l 四段式相间和接地保护。目前阶段式保护多数为三段式，在与相邻线保护配合时第II 段保护常常难

3、以兼顾快速性与灵敏性。本装置增加一段有利于保护的配合，又使相间与接地保护的各段定值都独立。在双回线上应用时由于两回线之间的零序互感，要求接地距离第 I 段的定值较相间距离第 I 段为小，本装置可以满足这一要求。l 作为相间距离保护第V段的保护功能能对对侧Y / D 接线变压器低压侧故障起远后备作用。它不受Y / D 接线相位的影响，躲负荷能力强，因而有足够的灵敏度。l 在单回线线路末端发生不对称故障时，利用检测对侧断路器跳闸可实现纵续动作，加速切除故障。当线路传输负荷时利用检测健全相电流下降判断对侧断路器跳闸，对于接地故障还可利用零序电流的变化检测对侧断路器跳闸，因而提高了实现纵续动作的成功率

4、。l 提供在弱电源侧起保护作用的弱馈保护功能。l 当双回线运行时若在每回线上都采用本装置，则可投入横联保护，依靠纵续动作，快速切除线路末端故障。当双回线转为单回线运行时横联保护自动不起作用，不需要断路器的辅助接点识别双回线的运行状态。l 不受振荡影响。在系统振荡（无故障）时可靠不误动，在振荡中又发生故障时仍能保持保护的快速性与选择性。线路转为单电源运行时，不可能发生振荡；许多系统稳定性很好，在经受一次故障后系统仍然是稳定的。在以上情况下，本保护的工作和第一次发生故障时的工作完全相同，保持高度的安全性、可靠性和快速性。l 可灵敏地有选择性地切除高电阻（ 110 KV 系统，50 ）单相接地故障。

5、l 在手动和自动合闸时有合闸于故障保护快速切除全线各种故障。l 在电压断线时投入紧急状态保护。紧急状态保护为二段式无方向性的定时限相过电流和零序电流保护。l 具有三相一次重合闸功能。l 有故障测距和录波功能。l 稳态量保护与突变量保护的完善结合，表现在以下三个方面：(1) 在故障初期（40ms）内，投入突变量距离继电器以特高速切除线路80%长度内的故障。其后采用稳态量保护可以适应各种复杂的系统故障。(2) 启动元件用 I2 + KI0 反应不对称故障：I2、I0和突变量一样同属故障分量，既有相同的灵敏性，又能反应逐渐发展起来的故障；又通过选择K值可以对各种不对称故障基本有相同的灵敏度，避免采用

6、过低的启动元件整定值。(3) 启动元件用突变量 DIA 反应对称故障：DIA 不受过负荷的影响，能保护三相短路；又因为仅用来检测三相短路故障而三相短路电流已是最大的，因此 DIA 的定值可以取得较大，提高了安全性。l 复故障保护。线路故障的几率是每100公里每年一次故障，而故障在极短的时间（ 200ms ）内被切除，因此不可能出现复故障。这里所指复故障仅是在保护电流互感器前（线路出口）和后（母线）跨线故障，即三相或两相故障一相在前另一相在后。本装置可依靠突变量距离继电器或稳态量中专设的复故障保护动作于跳闸。装置可通过整定独立投退各保护段，其具体的保护配置及功能参见表1-1。表1-1 保护配置保

7、护配置保护功能相间距离保护五段相间距离保护。其中第V段作为Y/变压器低压侧短路故障的远后备；将传统III段保护的第II段分设为II、III段，兼顾与相邻线保护配合时对快速性和灵敏性两方面的要求。各段定值可独立整定，III、IV、V段可独立投退。接地距离保护四段接地距离保护。其中各段定值可独立整定并与相间四段各定值相互独立，可满足双回线系统中对零序互感的考虑。保护的I、II、III段可独立投退。零序电流保护和零序反时限过流保护零序电流保护和零序反时限过流保护简单、快速、灵敏度高，在复杂系统中作为辅助功能不可缺少。本装置中采用了四段特性的零序电流保护及零序反时限过电流保护，同时保留无方向性的零序电

8、流保护作为PT断线的紧急状态保护。另外，零序电流保护还对高阻单相接地故障提供保护。零序方向元件 零序反时限过流保护及零序电流保护四段均可独立投退方向元件，正方向选择为由母线指向线路。工频变化量距离继电器 在保护启动元件动作后立即投入40ms，快速、直接、有效的反映故障分量。振荡闭锁 可靠的振荡闭锁功能，使保护基本上不受振荡的影响。在系统发生振荡（无故障）时可靠不误动；在振荡中发生故障和在稳定运行时发生故障保护的性能基本相同，实现“有故障时保护启动，无故障时保护复归”。双回线相继速动的横联保护和单回线不对称故障的相继速动 在双回线和单回线两侧都安装本装置，可通过检测相邻线或对侧断路器跳闸，实现纵

9、续动作，快速切除本线末端各种短路故障。弱馈保护 当保护安装在系统弱电源侧时也能起到有效的保护作用。三相一次重合闸和合闸于故障保护保护各功能设置满足线路两侧断路器三相一次重合闸的需要，并有合闸于故障保护快速切除全线各种故障。本装置中的合闸于故障保护未采用传统的零序电流加延时的保护方式，而是采用了负序和零序距离元件及电流电压的速断保护特性相配合的检测方式，其目的主要是避开暂态量的影响，提高保护的动作速度。PT断线告警功能和紧急状态保护 装置在检测母线PT断线时具有告警功能，并可投入紧急状态保护。紧急状态保护为二段式无方向性的定时限相过电流和无方向性的零序电流保护。装置充分发挥微机保护的优越性，具有

10、如下丰富的辅助功能：a. 明晰的显示界面和简捷的操作功能。通过配合键盘操作和显示界面信息，整个装置的使用十分简便。b. 完善的事故分析功能。 包括保护动作事件记录、故障录波记录和保护投退装置运行开入记录。c. 完善的数字信号和接点信号系统。 装置提供3付中央信号接点，接点定义可编程，满足变电站传统控制要求。d. 掉电不停的实时时钟。 该实时时钟能够自动进行闰年调整，并能够接收上位微机监控系统的校时。e. 提供并行打印接口。 可就地打印事件记录、定值单、录波记录等信息。f. 为实现变电站综合自动化及变电站无人值班设计，本装置配备有完善的通信功能。 提供多种通信接口：CAN网络接口，一个 RS42

11、2接口，一个差分GPS校时接口。其中：CAN网络接口使用ISA通信规约；RS422接口为装置使用其它厂家或有关标准通信规约提供了可能性。3. 装置名称和软件版本定义 装置使用的插件情况见表2-1，用户订货时应注明这些项目。表2-1 装置使用的插件情况交流/电源插件：WB315In=5AVDC=220VWB315-5-2VDC=110VWB315-5-1In=1AVDC=220VWB315-1-2VDC=110VWB315-1-1 查看菜单中能看到装置所使用的保护软件名称及其版本号。4. 主要技术指标a. 额定数据 交流电压： V 交流电流： 5A 或 1A 频率： 50Hz 直流工作电源： 2

12、20V / 110V ， 允许偏差： -20 +15 数字系统工作电压： +5V ， 允许偏差： 0.15V 继电器回路工作电压： 15V ， 允许偏差： 2Vb. 功耗 交流电压回路： Un = 100V，每相不大于 1VA 交流电流回路： In = 5A，每相不大于 1VA In = 1A，每相不大于 0.5VA 直流电源回路： 正常工作时，全装置不大于 20W 跳闸动作时，全装置不大于 25Wc. 保护回路过载能力交流电流回路： 1.2 倍额定电流，连续工作（大于 1min ） 10 倍额定电流，允许 10s 40 倍额定电流，允许 2s交流电压回路： 1.2 倍额定电压，连续工作（大于

13、 5min ）直流电源回路： 80 115 % 额定电压，连续工作装置经受上述的过载电压/电流后，绝缘性能不下降d. 定值范围及精度 整组动作时间 工频变化量距离元件 近处：5 10ms 末端： 20ms 距离保护I段： 0.5V ， 1V ； 最小工作电流： 0.1A 零序过流元件定值误差： 5 % II、III、IV段跳闸延迟时间： 0 10s 距离保护部分 整定范围： 0.01 25（In 5A）； 0.05 125（In 1A） 距离元件定值误差： 5 % 精确工作电压： 0.5V 最小精确工作电流： 0.1In ； 最大精确工作电流：25In II、III、IV段跳闸延迟时间： 0

14、10s 电流电压定值误差： 不大于 5 % 保护延时动作段动作时间误差： 20ms ； 返回时间误差： 40ms 三相一次重合闸延时误差： 40ms 告警延时误差： 60ms 装置定值整定范围和步长参见表7-1。e. 时钟和校时 装置内部实时时钟在装置掉电时自动切换由时钟芯片内部锂电池供电，在电池无短路及其它异常情况下，后备电池工作时间不少于10年。环境温度为25时，实时时钟误差每月不超过1分钟。f. 允许环境温度正常工作环境温度： -10 +50贮存、运输极限环境温度： -40 +70g. 抗干扰性能抗高频电气干扰性能符合国标 GB6162 的有关规定抗辐射电磁场干扰性能符合国标 GB/T1

15、4598 严酷等级为级的规定抗快速瞬变干扰性能符合国标 GB/T14598 严酷等级为级的规定装置能承受 IEC-255-22-2 规定的严酷等级为级的静电放电试验h. 装置绝缘耐压、耐湿热、抗振动、抗冲击、抗碰撞性能符合国标 GB7261-87的有关标准5. 保护原理5.1 启动元件 本装置的启动元件能灵敏地检测出各种故障，并最大限度地限制超范围。由于具有良好的振荡闭锁功能，装置可以在系统恢复对称、电流和电压基本正常后可靠复归，实现“有故障时保护启动，无故障时保护复归”，使保护的可靠性有效提高。本装置的启动元件有三个：(1) “负序零序”启动元件式中： 为固定阈值。 应按末端两相短路时最小的

16、负序电流 整定，即 （ 为灵敏度系数）。在两相和单相短路接地时的 较两相短路时要小，因此，在启动元件中增加了 分量以保证在接地故障时的灵敏度。为此，应计算末端两相和单相短路接地时的最小 和 ，进而决定应当选择的最小 值，使得在两种接地故障时的灵敏度都能满足要求，做到各种不对称故障时灵敏度基本相同。(2) 相电流突变量启动元件 在负荷状态下， ，因此 可以在三相短路电流小于负荷电流的情况下启动；又由于 仅负责在三相短路时启动，而三相短路电流又是最大，其定值可以较高，提高了安全性。(3) 过流启动元件 如果负荷缓慢增加，三相电流始终保持对称，则 和 元件可能都不启动，此时当满足 后延时 10ms

17、启动保护。这种情况很可能是失去静态稳定的先兆，应设振荡标志，由于本装置有良好的振荡闭锁功能，因此可以使装置启动起来。当 和 两个启动元件都返回，并且最灵敏的相间距离元件（第 IV 段）不动作，同时确认正序电压已恢复到 85 % 额定值以上时，保护装置就复归。5.2 选相元件选相元件在整个保护装置中的重要作用主要体现在以下几个方面：1) 确定了故障的类型和相别就可以有针对性地采用最佳的保护特性进行测量；2) 在振荡中发生故障时，如果选出故障相后由故障环路的电压和电流进行测量，就可以得到正确的结果；3) 故障测距也需要知道故障相别；4) 可以节省计算量。 先选相再测量有很大优点，但若选相出错将造成

18、保护拒动，因此本保护采取用突变量距离全面测量与稳态量选相测量相结合的方式。用稳态量选相可适应故障转换，使延时段保护也可按选相结果进行测量；稳态量选相用多重判据选相，用电流选相与电压选相相结合，又都是将故障相与健全相相对比较，能自适应于系统运行方式的变化，提高了灵敏度，无需用户整定，使用方便。5.3 相间距离元件相间故障的过渡电阻是电弧电阻，电弧电阻是非线性的。考虑电弧上的压降接近常数，约为相间电压额定值的 5% ，可将电弧电阻的阻值 用相对于系统阻抗（流经保护向故障点供给短路电流的电源阻抗 和到故障点之间的线路阻抗 之和）的常数值来表示，即 。由于 不大，用姆欧继电器完全可以满足要求。5.3.

19、1 相间（两相故障）距离第 I 段 假设选相结果为BC相间（接地或不接地）故障，姆欧继电器的动作判据为阻抗平面上的动作特性如图 5-1 所示。图 5-2 a) 和图 5-2 b) 分别为被保护线路正、反方向故障时的计算用图。对应图 5-2 ，图 5-1 中的圆 C1 和 C2 分别为正、反方向的动作特性。图中倒梯形（用阴影示出）为正方向经电弧电阻短路时测量阻抗的区域，梯形底宽为 。测量阻抗落于圆 C1 内，继电器能灵敏的动作；反方向短路时测量阻抗落于第象限，继电器肯定不会动作，方向性十分明确。5.3.2 相间（三相故障）距离第 I 段三相故障仍用BC相参数进行测量，和两相故障不同的是极化电压用

20、本相记忆电压，其动作判据为在记忆电压存在期间，其正、反方向的动作特性仍分别为图 5-1 中的圆 C1 和 C2 ；但在记忆作用消失后， 就是故障后母线实际的残压，因而动作特性变成同图中的圆C3 ，此圆称为继电器的稳态特性，对正、反方向故障都适用。因此在记忆作用消失后，继电器对出口和母线上故障的方向判别将变得不明确，措施是给稳态特性设电压死区：背后母线上故障时，残压不足以克服死区，继电器始终不会动作；正向出口故障时在记忆电压作用下继电器立即动作；在继电器已动作的条件下，如果残压未发生变化，说明故障仍然存在，就将继电器的动作一直保持下去，这样在断路器拒动时可有效地启动断路器失灵保护。5.3.3 相

21、间距离第 II 段和第 III 段本装置所采用的距离保护为四段式，和常规三段式相比增加了一段。常规三段式保护中的第 II 段在保证灵敏度和缩短动作时间两方面常发生矛盾，为此，本装置将它分设为两段，即第 II 段和第 III 段。第 III 段按保证灵敏度整定，其整定阻抗为 （为线路全长的正序阻抗），使用中用户虽可变更该值，但建议用户保持此值不变，仅按与下一级保护在选择性上相配合的要求整定第 III 段的动作时间 （ 可能较长，例如达到 1s ）。第II段的整定阻抗 与下一级保护第 I 段相配合，其动作时间一般为 0.3 0.5 s ，保证了快速性，但灵敏度可能不足。第 II 段和第 III 段

22、在灵敏性和快速性两方面有互补性，也方便了用户的整定。如果第 III 段的动作延时被整定为 0.5 s ，则保护的第 II 段可以停用。图5-1 相间距离元件（即姆欧继电器）动作特性Zp1zdZsC3C1C2YSRj XZs图5-2 被保护线路正、反方向故障时的计算用图ENEMFMNZzdZkZsb) 反方向a) 正方向ZsENEMZkFMNZzdD相间故障的过渡电阻是电弧电阻，其数值不大，姆欧继电器的特性能够很好地覆盖电弧电阻。但II 、III 段的动作有延时，存在故障处的电弧被风吹长，过渡电阻增加，可能使姆欧继电器返回的问题。这对于短线的三相故障尤其重要，因为极化电压的记忆时间不长，继电器的

23、动作特性圆很快缩小，从而不能覆盖电弧电阻。本装置采取的对策是一旦姆欧继电器动作就计算短路电流作为初值，只要电流不下降（大于0.9初值），继电器就一直保持于动作状态。5.3.4 相间距离第 IV 段相间距离第 IV 段作为相邻线保护的远后备。由于其动作延时长，应在振荡与短路同时存在时也能正确测量，为此采用本相间电压为极化电压。由于对出口故障第 I III 段都能起保护作用，因此第 IV 段可以不对出口故障作出反应，采用抛球特性，有利于避开最小负荷阻抗。其动作判据为 反方向故障肯定不会失去方向性，由于最小负荷阻抗不可能落入圆内， 可以取得大，满足远后备保护的要求。I段II段III段IV段V段三相故

24、障V段两相故障Zp1zdDCBZp4zdZp3zdZp5zdj XRA图5-3 五段相间距离保护动作特性ABCDZsZLZT图5-4 相间距离保护整定计算用图相间距离I段相间距离II段相间距离III段相间距离IV段不对称故障对称故障相间距离V段注： 相间距离I、II、III段中，极化电压采用健全相电压； 相间距离IV段中，极化电压采用故障相间的电压； I、II、III、IV各段中工作电压和工作电流均为故障相间的交流量。t2fft3fft4fft5fft5ff图5-5 相间距离保护逻辑框图5.4 接地距离元件迄今系统中应用的线路接地保护主要有两类：1) 接地距离保护；2) 方向性零序电流保护。方

25、向性零序电流保护简单，对接地过渡电阻反应能力强，但整定配合十分复杂；接地距离保护整定配合简单，但对接地过渡过电阻的反应能力弱。统计资料表明，在单相接地故障时接地过渡电阻在220KV系统可能达到100欧，在110KV系统为50欧。为了提高接地距离继电器动作特性能覆盖较大的接地过渡电阻又不会发生超越，较好的方法是采用零序电抗继电器。接地距离保护第 I 段的零序电抗继电器的动作判据为其动作特性在阻抗平面上为经过整定阻抗矢量末端的直线，直线下方半个平面都是动作区，没有方向性，动作区太大也不够安全。在微机保护中零序功率方向继电器总是有的，可以用来保证方向性。在零序电抗继电器的动作判据中将 相位后移 度，

26、以限制其动作区，提高安全性。本装置经过选相，保证在单相故障时，只有故障相才用零序电抗继电器测量。顺便指出，两相短路又接地时接地电流在两故障相中产生的附加电流分量完全相等，所以，BC两相短路接地与不接地时，相间距离继电器测量到的电压 和电流 完全相同，这就是说相间距离继电器的动作不受接地过渡电阻的影响，本装置将两相短路接地故障划归相间故障，由相间距离继电器测量。本装置对于零序电抗继电器超范围误动作问题用增设姆欧继电器解决，此姆欧继电器（假设为A相）的动作判据为 极化电压的相位向后移 度，既扩大了继电器的动作特性对接地过渡电阻的覆盖能力，又使继电器能可靠地避免了超越。 四段接地距离保护的动作特性示

27、于图 5-6 。第 II 、III 段的整定原则与相间距离继电器同。第 IV 段作为相邻线的远后备，零序电抗特性的下倾角 在单回线上取，在双回线上取 。在双回线上本装置有横联保护可快速动作，故 取大一些提高安全性。图5-6 四段接地距离保护动作特性AZ1e1zd = 0.7ZABZ1e2zdZ1e3zd = 1.5ZABZ1e4zd = 1.2ZACZsBCDj XR5.5 零序电流保护零序电流保护整定计算复杂，但考虑到它很简单，并为许多用户习惯，因此本装置仍提供四段零序电流保护供用户选用。有了四段接地距离保护，我们建议对零序电流保护应简化：1) 第 I 段的整定无需和相邻线保护配合，整定相对

28、较简单，有一定保护范围可使用。2) 第 II 段一般因整定计算量大，推荐不采用，但本装置中的某些功能判据中利用了第 II 段零序电流的定值，所以对第 II 段应按满足对本线接地故障有灵敏度整定，第 II 段不作用于跳闸。3) 第III段按保护本线路末端故障满足灵敏度整定，用延时与临线配合，同时也作为某些功能判据中故障类型（对称或不对称故障）的判别定值。4) 第IV段零序电流定值是作为零功方向元件的判别定值，在装置中应正确设定。5) 用反时限零序电流继电器或仅用 III 、IV 段定时限零序电流继电器作为后备保护，并保护单相经高阻接地故障。反时限零序电流保护可以免除整定计算，但必需全网统一采用。

29、5.6 零序反时限过流保护零序反时限过流保护的动作特性为：式中为零序电流启动定值（d306），T为时间常数定值（d307）。装置中以下述离散方式实现：5.7 对侧Y / D 降压变压器低压侧故障的远后备保护中、低压系统降压变压器的阻抗往往大于线路阻抗，在变压器低压侧故障时由于对侧母线上电源的助增作用，使线路第 IV 段距离继电器的灵敏度不足。由于 Y / D 变压器高、低压相位的差异（转角30）使得对低压侧两相短路故障，在高压侧应当用相阻抗而不是相间阻抗继电器测量才能正确反应距离，而此时又没有零序电流出现，给选相测量带来一定困难，为解决此问题本装置采用负序距离继电器和一个抛球特性相间距离继电器

30、圆满地解决此问题。负序距离继电器用来保护变压器低压侧不对称故障，动作判据为：式中： 为继电器的整定阻抗， ， 和 分别为线路和降压变的阻抗，k为对侧电源的最大助增系数。此继电器的优点有：1) 以负序分量为动作量，不反应负荷；2) 反应负序分量，不受 Y / D 转角影响；3) 一个继电器反应各种相别的两相短路；4) 对两相短路的灵敏度可以比装置启动元件更灵敏，但是不反应三相短路。抛球特性的相间距离继电器用来保护变压器低压侧三相短路故障，其动作判据为： 降压变压器低压侧故障时常伴随变电站直流电源消失，因此线路保护的远后备作用十分重要。由于远后备灵敏度不足，常导致变电站设备的严重烧损，损失惨重，所

31、以本保护也可称为变电站故障的远后备保护。5.8 弱馈线保护弱馈线的电源容量很小，正常自线路吸收功率，线路故障时供出的短路电流小于负荷电流。由于有电源变压器高压侧中性点接地，线路上发生不对称故障时 启动元件能够启动，对称故障启动元件为了避开负荷电流则灵敏度不足，为此本装置设突变量电流启动元件 专用来在三相短路时启动保护。由于电源容量很小，对线路故障可假设无电源进行分析。接地故障时由于变压器中性点接地，可以有相当大的零序电流流过，由于系统容量很小，等值电源的正、负序阻抗远大于变压器的零序阻抗，因而正、负序电流很小，因而可近似认为 ；由于电源容量很小，故障相电压显著下降，变压器的健全相以高压侧为原边

32、，低压侧为副边，而故障相以低压侧为原边，高压侧为副边，短路功率由健全相经低压侧流向故障相，再由故障相高压侧流向故障点，因此，线路保护的故障相距离继电器能正确测量。但BC两相短路接地时，可能出现 ， ， ， ，相间距离继电器变得不灵敏，如果满足 ，则确认为弱电源，用B相或C相零序全阻抗继电器测量。其动作判据为 或 当 时，上式对线路末端故障的灵敏度为1.5，当有负序电流时自动变得不灵敏。线路上发生两相短路不接地故障时，若无电源则流过保护的正、负序电流都将由故障点流向母线，只要负荷的负序等值阻抗小于正序等值阻抗，相间距离继电器也能正确测量。只是线路上发生三相短路时，只在短路后很短时间内负荷中的旋转

33、电机能向线路供给短路电流，以后便既无电压也无电流，这种情况下没有保护也无妨。如果有小电源不迅速解列，则频率急剧下降，使微机保护的采样周期与下降后的频率之间产生明显差异，使计算混乱，所以当检测到频率下降到46Hz时应迅速跳闸，根本出路在于小电源应迅速与系统解列。5.9 单回线不对称故障的纵续动作单回线末端发生不对称故障时，对侧断路器的三相跳闸可被检测出来，检测对侧断路器三相跳闸的方法主要有以下两种：(1) 如线路有一定的负荷电流，当对侧断路器三相跳闸时必有健全相的电流下降到线路的充电电流。这种方法的局限性在于负荷电流必需显著大于电容电流。(2) 线路末端发生接地短路故障时流经保护的零序电流与电源

34、容量的大小和系统零序网络的结构有关。当线路两侧变压器中性点都接地时相当数量的零序电流分流到对侧变压器中，在对侧断路器三相跳闸后流经本侧的零序电流很少不发生变化的。利用零序电流幅值的变化 上升或下降超过原始值的20% ，就判定对侧三相跳闸。这种方法的局限性在于线路两侧变压器中性点都必需接地。 当检测到对侧断路器跳闸后就令本侧保护第 III 段经小延时跳闸，设小延时是为了提高安全性。5.10 横联保护在双回线上通过横向比较两回线阶段式保护中测量元件的动作逻辑，可构成横联保护，快速切除故障线路。横联保护包括闭锁式和允许式两种方式，本装置软件在V2.00及以下版本采用闭锁式逻辑，V2.10及以上版本采

35、用允许式逻辑，接线端子中相应的“闭锁信号”开入/开出应改为“允许信号”开入/开出。采用允许式逻辑时，在双回线外部故障时两回线的方向元件将都判定为正方向或都为反方向，唯有在内部故障时才可能出现故障线判为正方向而健全线判为反方向，因而当一回线的方向判为反方向时就向另一回线发加速信号，而本回线的方向元件判为正方向时又同时收到邻线发来的加速信号就跳闸。在单侧电源（对零序功率方向则为单侧变压器中性点接地）供电的双回线上，在内部故障时电源侧的方向元件始终判断为正方向故障，上述方向比较式横联保护也不起作用。为此在距离保护中增设由距离第 III 段的动作逻辑来加速切除线路第 I 段范围外的本线路末端故障。在双

36、回线外部故障时两线的距离第 III 段可能动作，外部故障切除后都返回；在内部末端故障时起初也是都动作，故障线对侧断路器跳闸后，健全线第 III 段返回，故障线第 III 段继续动作。本装置首先确认第 III 段已动作，经 40ms 以后，若第 III 段返回就确认外部故障已切除，在故障后 50 150ms 内向邻线发加速信号，而第 III 段如果继续动作并收到加速信号就跳闸。第 III 段整定阻抗为 ，其灵敏性足以胜任横向比较的任务。本装置横联保护的优点是不论线路的工况如何，双回线两侧的横联保护都能有效地发挥作用。当线路转为单回线运行时横联保护自动退出，保护无需整定，运行人员不必干预，也不利用

37、断路器辅助接点，所以简单、方便、可靠。5.11 振荡闭锁本装置的振荡闭锁继承我国长期行之有效的方法，即在故障开始时 160ms 以内无条件开放保护；如果在 160ms 内延时段的距离元件已经动作，则说明确有故障，则允许该测量元件一直动作下去，直到故障被切除。不对称故障时当选出故障相后，只要健全相电流明显小于故障相电流，说明并未伴随有振荡，保护按所选出的故障相用相应的距离元件进行测量；若三相电流数值接近，则说明同时有振荡，则暂时中止测量，待两侧电势相位差减小后继续测量。对称故障用判断两侧电势的相位差d ，在d 180 时，接近于0。在三相短路时不论故障点远近如何，等于或小于电弧的压降，约为额定电

38、压的5% 。故障时如此之小，使得非常容易区分正常运行、进入振荡和发生故障等各种状态。装置在系统进入振荡时置振荡标志，在下降到接近5%时测量振荡的滑差，使得 元件很准确地躲过振荡中 0.05的时间，不开放保护。在振荡中发生故障时 0.05保持不变，于是经小延时开放保护。由于躲过振荡所需的延时是根据对滑差实时测量的结果确定的，因此既能有效地闭锁保护，又使振荡中发生三相短路时最大限度地降低了保护的延时。实际上在振荡中又发生故障的几率极小，振荡时系统电压都会有所下降，这使得绝缘下降造成事故的可能性进一步减小，在我国还未有振荡中再故障的记录，因此在线路故障后如系统并未发生振荡，保护装置就应当快速复归，以

39、便在下次故障时装置能迅速开放保护，使保护和无振荡中发生故障时一样快速动作，这比第一次故障后不论系统是否失去稳定都闭锁保护或增加故障判别元件给保护的动作增加延时更重要，更有实际意义。本装置的振荡闭锁能够在系统确实发生振荡时可靠闭锁保护，而在系统未发生振荡时就不闭锁保护，保证保护动作的可靠性和快速性。众所周知，延长距离保护的动作时间是避开振荡最简单有效的方法。由于本装置保护的段数较多，因此三相故障保护的第 III 段采取在检测到有振荡标志时延时 1.5s 以避开振荡的简单方法。距离继电器为了保证方向性，采用在不对称故障时用健全相电压（用正序电压也是利用健全相电压），在对称故障时用记忆电压作为极化电

40、压。这种做法的前提是在正方向故障时极化电压与本侧电源电势、在反方向故障时与对侧电源电势相位基本相同。在振荡时两侧电势的相位差 d 可能等于180 ，根据保护安装处母线在系统中的位置，极化电压可能与本侧电势也可能与对侧电势相位相同，于是在d = 180 如极化电压保持与本侧电势相位相同就会在反方向故障时失去方向性，反之如与对侧电势相位相同就会在正方向故障时发生超越或拒动。本装置在这种情况下的动作情况如下：如果发生不对称故障，由于三相电流差别不大，本装置不会开放距离保护进行测量，待 d 减小后再开放保护，保护就能正确动作；如果发生对称故障，利用 0.05可短时闭锁保护，避免不正确动作，但如果故障发

41、生在出口或母线，则等到 0.05的延时以后极化电压接近于零，此时保护的方向性将得不到保证。鉴于系统发生振荡的几率不大，每百公里的线路故障的几率每年只有一次，而 d = 180 时系统电压都有不同程度的下降，此时发生故障的可能性又大大降低了，对本装置来说只是在出口和母线发生三相短路时，由于电压降到零才会造成拒动，所以这种可能性实在太小。由于本装置的振荡闭锁完善，保护装置可以在外部故障切除后立即复归，准备好下一次故障时再动作。5.12 合闸于故障保护（SOTF保护） 合闸于不对称故障保护的动作判据为式中： 、 及 、 分别为负序和零序电压及电流； 、 分别为线路正序和零序阻抗； 为系统额定相电压。

42、 另外还应满足方向判据 对于对称短路采用电流电压速断保护，其动作判据要求同时满足 式中 为启动电流，按在末端最小三相短路电流下有足够的灵敏度整定。电压判据的作用是适当限制超范围。电流电压保护仅在没有负序及零序分量时投入。传统的用零序电流作为SOTF保护的方案一般要延时100ms ，以避开暂态过程。本方案希望用负序和零序距离减小暂态影响。由于采取了较完善的故障检测判据，本装置的合闸于故障保护其动作受合闸时的暂态电流影响较小，因而可以经小延时（20 40ms）跳闸。F145中央信号图5-8 SOTF保护逻辑框图两相短路不接地故障两相短路不解地故障接地故障三相故障三相故障uzhang5.13 电压断

43、线检测和紧急状态保护在启动元件未动作时满足下列条件之一者就判定为电压断线(1) ；(2) 在至少一相有电流（）的条件下 。当检测到电压断线后立即发出断线信号，保护转为紧急状态保护。紧急状态保护包括：1) 无方向性的二段定时限过电流保护；2) 无方向性的零序电流保护。它实际上是原有零序电流保护将零序方向元件取消，定值不变。若启动元件已启动就不进行电压断线的检测。电压恢复正常后延时10s复归断线信号，在程序中消除电压断线标志，恢复正常保护程序。母线PT断线图5-9 PT断线检测逻辑框图1.3s1.3s5.14 工频变化量距离继电器（又称突变量距离继电器）突变量距离继电器是我国在二十世纪八十年代的创造，是线路继电保护技术最重大的进步。突变量接地距离继电器的动作判据为：突变量相间距离继电器的动作判据为：式中： ， 相和相间补偿电压； ， 和的突变量； ， 和在故障前的值，其二次值近似为， ； 距离继电器的整定阻抗。分析表明，突变量距离继电器有：1) 距离性；2) 方向性。其保护范围由整定阻抗决定。按距离保护第I段整定时取 ，在阻抗平面上的动作特性如图5-10所示。图中 ， ，圆 和 分别为正、反方向故障时的动作特性。图5-10 突变量距离继电器动作特性C1C2