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1、PCS-931线路保护装置,2011.12,一. PCS931概述 二. PCS平台介绍 三. PCS931硬件系统 四. 差动保护原理 五. 距离保护原理 六. 零序过流保护原理 七. 重合闸,目 录,一. 概 述,PCS-900线路保护,PCS-900系列超高压及高压线路保护是在总结并发展RCS-900保护先进的原理与技术和成熟的运行经验的基础上，在硬件结构和软件方面作了较大改进！ PCS-900系列保护全面满足目前传统变电站和数字化变电站的各种需求： 支持传统电磁型TA、TV以及ECVT，并支持各侧传统互感器和ECVT混用方式。 支持61850规约后台通信方式。支持GOOSE跳闸方式。
2、同时接线端子与国内广泛采用的RCS-900系列的保护基本兼容。,装置采用了32位高性能的CPU和DSP、内部高速总线、智能I/O，硬件和软件均采用模块化设计，具有插件、软件模块通用，灵活可配置，易于扩展、易于维护的特点，将为用户带来备品备件种类少替换方便的优点。 UAPC平台按照具有长达10-15年的生命周期设计，装置插件根据需要可以在保持与平台兼容的情况下平滑升级，从而为用户的设备投资提供了长期稳定的保障。 装置采用双重化设计，具有双重化的采样回路和完全独立的启动和保护DSP，可以有效保证装置动作的安全性和可靠性。 装置具有友好的人机界面，液晶为320240点阵，可以通过整定选择中文或英文显
3、示。,PCS900装置特点,具有完善的事件报文处理，可保存最新256次动作报告，64次故障录 具有与COMTRADE兼容的故障录波。 具有灵活的通讯方式，配有2个独立的以太网接口和2个独立的RS-485通信接口。支持电力行业通讯标准DL/T667-1999（IEC60870-5-103）和变电站通讯标准IEC61850。 装置抗干扰能力优越，达到了电磁兼容各项标准的最高等级。 波报告，256次遥信报告，64次遥控记录。,PCS-931系列保护包括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，PC
4、S-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。 PCS-931系列保护根据功能有一个或多个后缀，各后缀的含义如下：,PCS931概述,PCS-931系列保护具体配置如下：,PCS931概述,PCS931与RCS931比较,与RCS-931相比，PCS931在数据采样、同步技术、互联和差动算法方面都作了较大改进。 支持传统电磁型TA、TV以及ECVT，并支持线路各侧传统互感器和ECVT混合使用 支持61850规约后台通信方式。 支持GOOSE跳闸方式。 接线端子与RCS-931系列的保护基本兼容。 支持RCS931和PCS931的互
5、联。 差动算法改进,电流差动继电器的变化：,PCS931与RCS931相比，差动算法作如下改动： （1）保护定值中不再设“差动高定值”、 “差动低定值”；改用一个“差动电流定值”，方便整定。 差动电流定值：差动保护的最低起动值，按躲最大负荷情况下的最大不平衡电流整定，建议整定：一次电流300A600A。若“投电容电流补偿”控制字置0（即不投入电容电流补偿），可将此定值适当放大一点，建议一次电流500800A 。 （2）差动算法中加入新的异步法思想的抗TA保护判据。 （3）全新的差动同步技术。 （4）暂态电容电流补偿方案。 （5）纵联码功能把关 （6）远跳远传功能经两侧差动压板把关,PCS931
6、与RCS931比较,定值方面的主要区别,(7)增加“本侧电抗器阻抗 ”、“本侧小电抗阻抗 ”、“对侧电抗器阻抗 ”、“对侧小电抗阻抗 ” (8)增加“投电容电流补偿 ”：电容电流不大的线路如220kV线路及500kV的短线路（80kM以内）可以不投入电容电流补偿，220kV特别长线路及500kV的长线，即使电抗器已经补偿大部分的电容电流，仍建议投入电容电流补偿。,PCS931与RCS931比较,二. PCS平台介绍,LFP平台（上世纪90年代初）： 基于Intel80C196微控制器； 开创了实时的保护并行计算、可靠的独立起动元件的保护控制设计理念； 加速了微机保护全面国产化的历程； 产品系列
7、：高压线路及辅助保护、元件保护、变电站综合自动化系统；,平台发展历史_LFP平台,RCS平台（本世纪初）： 基于Intel 80C196、Motorola MC68332微控制器； 引入DSP数字信号处理器参与保护计算，大大提升了保护控制性能； 交流保护占据了重要的市场份额； 产品系列：高压线路及辅助保护、元件保护、变电站综合自动化系统、稳定控制系统、励磁控制系统；,平台发展历史_RCS平台,PCS平台： 基于Motorola PowerPC微处理器； 根据不同应用可选定点、浮点DSP； 灵活配置的适应常规变电站、数字化变电站各种输入输出接口，统一的配置调试分析工具软件，满足当今各类形式的智能
8、变电站的应用需求； 产品系列：高压线路及辅助保护、元件保护、变电站综合自动化系统、稳定控制系统、励磁控制系统，故障录波器、PMU、直流保护控制系统，电子式互感器合并单元、智能终端等智能一次设备、SVC控制系统等等；,平台发展历史_PCS平台,LFP - RCS - PCS：从名称看变化 LFP（Line Fast Protection)：从线路保护开始起家 RCS（Relay and Control System）：继电器及变电站控制系统 PCS（Protection and Control System）：整个电力系统二次及一二次融合保护、控制系统,平台发展历史_内涵的变化,总体架构 UAP
9、C架构 Unified Advanced Platform for Control 或在TV断线的情况下对侧电流 大于本侧电流的4 倍并延时30ms。 收到对侧的允许信号。,三相 同时差流元件也动作时发 允许信号的作用（4）,在N侧断路器处于三相跳闸状态下线路上发生短路。N侧所有起动元件都不会起动，故而N侧无法向M侧发允许信号，导致M侧电流纵差保护拒动。 为此采取当三相 ,同时差流元件也动作, 则发允许信号的措施。这样当线路上发生短路时，对侧电流纵差保护就可以动作。,差动联跳继电器（5）,当线路上发生短路，本侧装置内任何保护发出跳闸命令同时向另一侧发一个分相跳闸命令。另一侧装置接收到对侧的分相
10、跳闸命令后，用本侧的高灵敏度的差动继电器作为就地判据跳对应相，装置显示“差动保护动作”。 高灵敏度的差动继电器就用零差中的选相用的经电容电流补偿的分相差动继电器。 本跳闸命令受差动保护压板控制。,电流纵差保护的主要问题（6）,在线路一侧发生高阻接地短路时，远离故障点的一侧各个起动元件可能都不起动，造成两侧差动保护都不能切除故障的后果。由于零序差动保护有较强的保护过渡电阻的能力，为了使近故障点的一侧保护能先动作跳闸，零序差动保护增加了一条跳闸路径。,在线路一侧发生高阻接地短路时使零序差动保护可靠动作的措施,其跳闸条件为： 起动元件起动。 零序差动继电器（段或段）及故障相的差流选相元件动作。 3U
11、03V或3U23V。 三相相电压U40V。 这样当线路一侧发生高阻接地短路时，近故障点的一侧可由此跳闸路径先选相跳闸，并向远离故障点的一侧发差动动作的允许信号。近故障点的一侧先跳闸后短路电流重新分配，远离故障点的一侧起动元件再起动，又检查到零序差动继电器及差流选相元件动作，再加上收到对侧差动动作的允许信号，也可相继发跳闸命令,输电线路电流纵差保护的主要问题(7),两侧采样不同步，造成不平衡电流的加大。 线路纵差保护与主设备保护中用的纵差保护不同，线路纵差保护两侧电流是由不同装置采样的。如果两侧电流采样时间不一致，使动作电流不是同一时刻的两侧电流的相量和，这将加大区外故障时的不平衡电流。 解决方
12、法： 采用采样时刻调整法达到采样同步。931保护采用在同步端小步幅调整采样周期达到两侧采样同步。,测通道延时Td,主机,从机,tmr,tms,tss,tsr,采样时刻调整法,从机采样时刻调整,主机,从机,采样时刻调整法,通道连接方式(1),装置可采用“专用光纤”或“复用通道”。在纤芯数量及传输距离允许范围内，优先采用“专用光纤”作为传输通道。当功率不满足条件，可采用“复用通道”。 专用光纤的连接方式如图所示：,64kbit/s复用的连接方式如图3.4.4所示：,2048kbit/s复用的连接方式如图所示：,双通道2048kbit/s两个通道都复用的连接方式如图所示：,双通道差动保护也可以两个通
13、道都采用专用光纤；或一个通道复用，另外一个通道采取专用光纤，这种情况下，通道A优先选用专用光纤。,通道连接方式(2),纵联标识码,为提高数字式通道线路保护装置的可靠性， 保护装置提供纵联标识码功能,在定值项中分别有“本侧识别码”和“对侧识别码”两项用来完成纵联标识码功能。 本侧识别码和对侧识别码需在定值项中整定，范围均为065535，识别码的整定应保证全网运行的保护设备具有唯一性，即正常运行时，本侧识别码与对侧识别码应不同，且与本线的另一套保护的识别码不同，也应该和其它线路保护装置的识别码不同（保护校验时可以整定相同，表示自环方式）。 保护装置根据本装置定值中本侧识别码和对侧识别码定值决定本装
14、置的主从机方式，同时决定是否为通道自环试验方式，若本侧识别码和对侧识别码整定一样，表示为通道自环试验方式，若本侧识别码大于等于对侧识别码，表示本侧为主机，反之为从机。 保护装置将本侧的识别码定值包含在向对侧发送的数据帧中传送给对侧保护装置，对于双通道保护装置，当通道A接收到的识别码与定值整定的对侧识别码不一致时，退出通道A的差动保护，报“纵联通道A识别码错”、“纵联通道A异常”告警。“纵联通道A识别码错”延时100ms展宽1S报警；通道B与通道A类似。对于单通道保护装置，当接收到的识别码与定值整定的对侧识别码不一致时，退出差动保护，报“纵联通道识别码错”、“纵联通道异常”告警。 在通道状态中增
15、加对侧识别码的显示，显示本装置接收到的识别码，若本装置没有接收到正确的对侧数据，对侧识别码显示“-”符号。,五. PCS931距离保护,（一）PCS931线路距离保护基本概念,基本概念：输电线路是金属导体，输电线路的长度和阻抗成正比关系。当线路发生故障，根据保护安装处测量的电压和电流，由欧姆定理即可计算出故障点到保护安装处的阻抗，称为短路阻抗，用这个短路阻抗和整定的阻抗比较，如果比整定阻抗小，则故障发生在区内，如果比整定阻抗大，则故障发生在区外。 如图所示：假设线路MN全长100KM，全线路阻抗为40，以40做为整字值，即，当故障点K在线路MN区内时，保护装置计算出的短路阻抗： 将ZK和整定阻
16、抗Zset比较，即可判断故障是在区内还是区外。,（二）PCS931线路距离保护基本公式,距离保护分单相接地距离元件和相间距离元件 PCS900单相接地距离公式： 如图所示的系统中，线路上K点发生短路。保护安装处的相电压应该是短路点K的该相电压与输电线路上该相的压降之和。输电线路上该相的压降是该相上的正序、负序、和零序压降之和。对于输电线路，其正序阻抗等于负序阻抗，保护安装处相电压的计算公式为：,（1-1）,PCS931线路距离保护基本公式,所以： 公式中、 、 K零序电流补偿系数（定值）,流过保护的该相的正序、负序、零序电流 。,短路点到保护安装处的正、负、零序阻抗。,短路点的该相电压。,PC
17、S931线路距离保护基本公式,相间距离保护公式： 保护安装处的相间电压可以认为是保护安装处的两个相电压之差。考虑到如（1-1）式所示的相电压的计算公式后，保护安装处相间电压的计算公式为：,（三）PCS900线路距离保护配置,距离保护配置综述： 在PCS900保护中，距离元件可以分为： （1）常规距离元件； （2）低压距离元件； （3）电抗距离元件； （4）负荷限制距离元件; （5）工频变化量距离元件。 当正序电压大于10%UN时，采用常规距离元件，常规距离元件极化电压不带记忆。当正序电压低于10%UN时，采用低压距离元件，原因是当线路发生母线出口处三相短路时，由于正序电压很低，幅值接近0的相量
18、无法进行相量的计算，此时常规接地距离和相间距离动作圆过零点，正方向故障继电器会拒动，反方向会误动，为此PCS900保护装置配置一个低压距离保护元件，其极化电压带记忆。 为了防止故障时过渡电阻造成保护误动，又加上电抗距离保护元件。 对于距离远负荷重的输电线路，为保证距离继电器躲开负荷测量阻抗，装置设置了接地、相间负荷限制继电器。,PCS931线路距离保护配置,PCS900常规距离继电器： 常规距离保护分相间距离保护I段、II段、III段和接地距离保护I段、II段、III段。 1.距离I段和II段： （A）距离I段和II段采用正序电压为极化电压，极化电压不带记忆。 （B）距离I段和II段带偏移角，
19、偏移角可以整定，分别为0度、15度和30度。 （C）距离I段和II段加电抗型继电器，防止过渡电阻造成保护误动作，距离继电器和电抗继电器组成与的关系。 2.距离III段： （A）距离III段采用正序电压为极化电压，极化电压不带记忆。 （B）距离III段做为后备保护，配置应尽量简单，不带偏移角。 （C）距离III段不加电抗型继电器。,PCS931线路距离保护配置,PCS900低压距离继电器： 针对三相出口处短路，正序电压低于10%UN时，采用低压距离继电器。低压距离继电器也分I段、II段、III段。 （A）低压距离元件采用正序电压为极化电压，极化电压带记忆。 （B）低压距离元件的极化电压UP加上插
20、入电压Uins。 （C）低压距离III段为后备保护，在反方向出口处也有动作区，会误动，靠时限去躲。 低压距离保护只应用于一种情况，即线路出口处三相短路，此时正序电压很低，稳态情况下阻抗动作圆过零点，此时正方向故障容易拒动，反方向故障容易误动。低压距离继电器极化电压UP带记忆，同时极化电压UP中加入插入电压Uins，解决了稳态情况下的问题。 由于三相短路时三相是对称的，所以低压距离继电器采用单相接地距离的公式。,5.1PCS931线路常规距离继电器相量分析,PCS931线路常规距离继电器相量分析,PCS900相间阻抗继电器的动作特性分析： 相间阻抗继电器用来保护各种相间短路，它的工作电压、极化电
21、压以及动作方程分别为： 极化电压： 工作电压： 动作方程：,PCS931线路常规距离继电器相量分析,（一）常规距离继电器正向两相短路稳态动作特性分析： 设发生BC相间短路，假设短路前空载，下面各式中的电流都是故障分量电流。用上图所示系统图里的参数来表达工作电压和极化电压。 工作电压： （21）,PCS931线路常规距离继电器相量分析,考虑到短路以前空载，短路前保护安装处的电压等于保护背后电源电势，因此极化电压为： （22）,以上公式用到了BC两相短路时：,；,。,PCS931线路常规距离继电器相量分析,将式（21）和式（22）代入动作方程，消去分子分母中的2IB得：,为保护背后电源的等值正序阻
22、抗。,上式动作方程对应的动作特性是以（ ）和两点的连线为直径的圆，如图所示。该圆向第象限带有偏移。,PCS931线路常规距离继电器相量分析,常规距离继电器正向两相短路的稳态动作特性分析： 由于座标原点位于动作特性之内，所以正向出口两相短路没有死区，不必采取其它措施。 与传统的以Zset为直径，动作特性经过座标原点的方向阻抗继电器相比，由于在R方向有较多的保护范围，所以保护过渡电阻的能力比传统的方向阻抗继电器强。,PCS931线路常规距离继电器相量分析,为了进一步提高其保护过渡电阻的能力，可将极化电压相量向超前方向转,角（,）。即极化电压为：,这样动作方程为：,亦即：,将前述工作电压和极化电压代
23、入，动作方程变换成：,该动作方程对应的动作特性是以,和,两点的连线为弦的圆。,PCS931线路常规距离继电器相量分析,当时，该圆向+R方向偏移，如图1-1中的的圆2所示。该动作特性由于在R方向上有更多的保护范围，所以保护过渡电阻的能力提高了。当该阻抗继电器运用在短线路上时，由于整定值较小，圆比较小。为了增强保护过渡电阻的能力，角度可取大一些。而当该阻抗继电器运用在长线路上时，由于整定值较大，圆也比较大，已经有较强的保护过渡电阻的能力。所以角可取小一些，或取零度。 角度的调整范围，装置中设置了0度、15度、30度三档。当应用在短线路上时由于动作特性圆小， 角度可取大一些。应用在长一些的线路上时由
24、于动作特性圆大， 角度可取小一些。 建议角的取值是： , =00; , =150; , =300 需要指出，正向两相短路时的稳态动作特性虽然在第象限有保护范围，但并不意味着在反方向两相短路时该继电器要误动。因为前面在推导动作方程时用的是正方向短路系统图里的参数。所以该动作方程只能用来分析正向两相短路时的动作性能。,PCS931线路常规距离继电器相量分析,（二）常规距离继电器反向两相短路稳态动作特性分析 分析BC相间阻抗继电器。假设短路前空载，下面各式中的电流都是故障分量电流。用系统图里的参数来表达工作电压和极化电压： 工作电压为：,PCS931线路常规距离继电器相量分析,极化电压为：,将上述两
25、式代入动作方程，消去分子分母中的2IB得：,PCS931线路常规距离继电器相量分析,动作方程对应的动作特性是以和两点的连线为直径的圆，如图所示。该圆向第象限上抛，远离了座标原点。 当反方向发生两相短路时，继电器的测量阻抗落在第象限。即使在反方向出口或母线发生短路，过渡电阻的附加阻抗是阻容性的话，测量阻抗进入第象限也进入不了圆内。所以在反向两相短路时该继电器有良好的方向性。,5.2PCS931线路低压距离继电器相量分析,PCS931线路低压距离继电器相量分析,PCS900低压距离元件是针对出口处三相短路设定的，三相短路时三相是对称的，所以在低压距离中采用接地阻抗继电器即可。低压距离继电器的构成方
26、法是： 工作电压： 极化电压： 动作方程 ： 因为是三相短路，所以工作电压中没有3I0项。极化电压固定带记忆。继电器在没有动作之前插入电压Uins的符号取成与工作电压UOP的符号相反（相位相反）。而在继电器动作之后将插入电压Uins倒置，即Uins的符号取成与UOP的符号相同（相位相同）。插入电压Uins取为0.06UN .,PCS931线路低压距离继电器相量分析,（一）正方向三相短路时PCS900低压距离继电器的暂态动作特性 工作电压： 极化电压： 设故障前为空载状态，暂态时，极化电压是记忆量，即故障前的电压Es，这个电压远远大于插入电压Uins,所以插入电压可以忽略，极化电压为： 将上两式
27、代入动作方程，分子分母消去I得：,PCS931线路低压距离继电器相量分析,正方向三相短路时PCS900低压距离继电器暂态动作特性如图所示： 正向出口三相短路时继电器无死区。正向近处短路不会拒动。 保护过渡电阻的能力强，而且该能力也有一定的自适应能力，因为该圆的下端ZS的位置随运行方式的变化是变化的。,低压距离继电器在正向出口处三相短路暂态特性,PCS931线路低压距离继电器相量分析,（二）反方向三相短路时PCS900低压距离继电器的暂态动作特性 工作电压： 极化电压： 设故障前为空载状态，暂态时，极化电压是记忆量，即故障前的电压ER，这个电压远远大于插入电压Uins,插入电压可以忽略，所以极化
28、电压为： 将上两式代入动作方程，分子分母消去I得：,PCS931线路低压距离继电器相量分析,该动作方程对应的动作特性是以、两点连线为直径的圆。 图中所示的暂态动作特性是向第象限上抛的圆，远离座标原点。在反向发生三相短路时，测量阻抗落在第象限，继电器不会误动。即使在反向出口或母线上发生三相短路，过渡电阻附加阻抗是阻容性时，测量阻抗进入第象限，继电器也不会误动。所以该继电器的暂态动作特性在反方向短路时有良好的方向性。,低压距离继电器在反向出口处三相短路暂态特性,PCS931线路低压距离继电器相量分析,（三）PCS900低压距离继电器的稳态动作特性 前面介绍了低压距离继电器的暂态动作特性，即短路刚发
29、生时，由于极化电压UP的记忆作用，在正方向故障时动作圆包括圆点，保护无死区，反方向故障时动作圆为上抛圆，保护不会误动作。但是记忆作用消失后，极化电压为正序电压，其值很小，这时动作圆过零点，保护可能会不正确动作。 低压距离继电器为了解决稳态状态下的问题，极化电压UP加入差入电压Uins，Uins=0.06UN,大于过渡电阻上的压降。其、段接地阻抗继电器的构成方法是： 工作电压： 极化电压： 动作方程 ： 继电器在没有动作之前，插入电压的符号取成与工作电压UOP的符号相反（相位相反）。而在继电器动作之后将插入电压倒置，即与工作电压UOP的符号相同（相位相同）。,PCS931线路低压距离继电器相量分
30、析,PCS900低压距离继电器的稳态动作特性分析： 正方向出口处三相故障时，由暂态特性可知，此时低压距离继电器可靠动作，继电器动作后，插入电压取与工作电压同相位。记忆作用消失后，正序电压很小，极化电压UP主要为插入电压Uins ，而此时插出电压与工作电压同相位，动作方程满足，保护继续动作。 反方向出口处三相故障时，由暂态特性可知，此时低压距离继电器可靠不动作，插入电压与工作电压相位相反。记忆作用消失后，正序电压很小，极化电压UP主要为插入电压Uins，而此时插出电压与工作电压反相位，动作方程依然不满足，保护可靠不动作。,5.3PCS931线路电抗距离继电器相量分析,PCS900相间电抗继电器是
31、这样构成的： 工作电压 极化电压 动作方程 式中 模拟阻抗，其阻抗角为。因而可将改写成：,PCS931线路电抗距离继电器相量分析,PCS931线路电抗距离继电器相量分析,正向相间短路PCS900电抗继电器动作特性分析： 设发生BC相间短路，假设短路前空载，下面各式中的电流都是故障分量电流。用上图所示系统图里的参数来表达工作电压和极化电压。 工作电压：,PCS931线路电抗距离继电器相量分析,极化电压： 将工作电压和极化电压代入动作方程得：,动作方程为：,即：,对应的动作特性是经过点，沿+R方向与R轴夹角为的一条直线，如下图中的直线所示，直线的下方（阴影区）是动作区。,PCS931线路电抗距离继
32、电器相量分析,由于相间短路时，过渡电阻就是电弧电阻，其值不大，因此，该电抗特性下倾12，使送电端的保护受对侧助增而过渡电阻呈容性时不致超越。 以上方向阻抗与电抗继电器二部分结合，增强了在短线上使用时允许过渡电阻的能力。,5.4PCS931线路负荷限制距离继电器,PCS931线路负荷限制距离继电器,为保证距离继电器躲开负荷测量阻抗，PCS900装置设置了接地、相间负荷限制继电器，其特性如下图所示，继电器两边的斜率与正序灵敏角一致，RZD为负荷限制电阻定值，直线A和直线B之间为动作区。当用于短线路不需要负荷限制继电器时，用户可将控制字“投负荷限制距离”置“0”。,5.5PCS931线路工频变化量距
33、离继电器,PCS931线路工频变化量距离继电器概述,对继电保护从原理上划分有反应稳态量的保护和反应暂态量的保护两大类。最早研究并使用的都是反应稳态量的保护，例如通常的电流、电压保护，零序电流保护，用上面分析的阻抗继电器构成的距离保护，以及原先应用的纵联保护等都是反应稳态量的保护。反应暂态量的保护有反应工频变化量的保护，反应行波初始特征的行波保护，反应电气量中的暂态分量保护等。 反应工频变化量的保护是由我国工程院院士沈国荣首先提出并付诸实现的。上个世纪八十年代初，沈国荣院士首先提出工频变化量的阻抗继电器和工频变化量的方向继电器的理论，同时立即将它们应用在微机保护中，这些保护取得了良好的业绩，为电
34、力系统的安全稳定运行做出了积极的贡献。,工频变化量继电器等凡是反应暂态分量的继电器的理论基础都是重叠原理。如图所示，设线路在F点发生短路，短路后状态（a）原理图可以分解为正常负荷状态（b）和短路附加状态（c）的和。图（c）即我们所需要的工频变化相电路图。,（a）短路后状态,（b）正常负荷状态,（c）短路附加状态,PCS931线路工频变化量距离继电器基本原理,假设输电线路在F点发生经过渡电阻的短路，在短路点人为的加上两个电压源UF，两个电压源大小相等，方向相反，串联后等效电位还是0，对电路没有什么影响。由叠加原理可得： U、UK 、Ul分别为母线的工频变化量电压、负荷电压、短路后故障电压。 在P
35、CS900线路保护装置中，电压电流都是以采样量来计算的，以电流为例，如下图所示，设在T1时刻线路发生故障，则工频变化量电流即为故障后电流减去故障前一个周波的电流。,PCS931线路工频变化量距离继电器基本原理,工频变化量动作方程为： Uop为保护范围末端电压, 代表保护范围末端电压变化量。 对相间阻抗继电器 对接地阻抗继电器 为动作门槛，取故障前工作电压的记忆量。,PCS931线路工频变化量距离继电器相量分析,PCS931线路工频变化量距离继电器相量分析,（一）正方向短路时工频变化量距离元件的动作特性 正方向短路时的短路附加状态如图所示。加在工频变化量阻抗继电器上的电压和电流是阻抗继电器接线方
36、式中规定的电压、电流，其正方向为传统规定的方向。,由等效电路得：,正方向短路时短路附加状态图,PCS931线路工频变化量距离继电器相量分析,将上述两式代入动作方程，消去电流得： 将上述比幅式动作方程转化为比相式动作方程得：,该动作方程对应的动作特性是以、两相量的端点的连线为直径的圆，如下图中的圆1所示，相量位于圆内继电器动作。该圆向第象限有很大的偏移。,正方向故障时工频变化量阻抗继电器的动作性能 ： （1）继电器有很强的保护过渡电阻的能力，而且该能力有很强的自适应功能。 工频变化量阻抗继电器在R方向上有更多的保护范围，所以在区内经过渡电阻短路不易拒动，保护过渡电阻的能力很强。 （2）区外短路不
37、会超越 由于过渡电阻是电阻性的，和R轴平行，所以当区外发生经过渡电阻故障，测量阻抗不会落入动作圆内，保护不会误动。 （3）正方向出口短路没有死区。 因为正方向短路的动作特性是向第象限有很大偏移的圆，座标原点在动作特性内，因而正方向出口短路无死区，近处故障也不会拒动，不必采取任何其它措施。 （4）系统振荡时或者系统运行中电流、电压有波动时工频变化量阻抗继电器不会误动。 因为系统振荡时振荡周期最长以1.5S计，产生的工频变化量很小，工频变化量保护几乎不受影响，所以保护不会误动。,PCS931线路工频变化量距离继电器相量分析,PCS931线路工频变化量距离继电器相量分析,（二）反方向短路时工频变化量
38、距离元件的动作特性 反方向短路时的短路附加状态如图所示。加在工频变化量阻抗继电器上的电压和电流是阻抗继电器接线方式中规定的电压、电流，其正方向为传统规定的方向。,由等效电路得：,反方向短路时短路附加状态图,PCS931线路工频变化量距离继电器相量分析,将上述两式代入动作方程，消去电流得： 将比幅式动作方程转化为比相式动作方程：,该动作方程对应的动作特性是以、两相量端点的连线为直径的圆，如图所示，该圆向第象限上抛，相量位于圆内继电器动作。 反方向故障时保护测量的阻抗是，处于第象限，所以继电器不会误动。,反方向短路的动作特性,PCS931工频变化量距离保护试验,仅投距离保护压板，重合把手切在“综重
39、方式”； 整定保护定值控制字中“工频变化量阻抗”置1，投相间、接地各段距离置0； 等保护充电，直至“充电”灯亮； 加故障电流I=2IN，分别摸拟A、B、C相单相接地瞬时性故障（同时应满足故障电压在0-UN范围内）及AB、BC、CA相间瞬时性故障，（同时应满足故障电压在0-100V范围内）； 模拟单相接地故障电压： 模拟相间故障电压： 式中：m=0.9 ；1.1 ；2； ZZD：工频变化量距离保护定值； 工频变化量阻抗在m=1.1时应可靠动作，在m=0.9时应可靠不动作，在m=2时动作时间小于10ms,装置面板相应灯亮；,PCS931工频变化量距离试验公式推导（单相）,工频变化量阻抗继电器动作方
40、程为:,正方向单相（A）接地短路：,将（62）、（63）式代入（61）得：,即：,工频变化量阻抗继电器动作方程为:,正方向相间（AB）短路：,将（65）、（66）式代入（64）得：,即：,PCS931工频变化量距离试验公式推导（相间）,5.6PCS931线路距离保护整定,PCS931线路距离保护整定,距离I段： 按可靠躲过本线路末端故障整定。最大灵敏角取为线路阻抗角。 距离I段动作阻抗； 可靠系数，取0.80.85; 线路正序阻抗。 距离II段： 按本线路末端金属性故障有不小于规定的灵敏系数整定，并与相邻线路距离I段或II段配合，动作时间按配合关系整定。 本线路正序阻抗。 相邻线路距离I段动作
41、阻抗。 分支系数。 可靠系数，取0.80.85; 可靠系数，取,PCS931线路距离保护整定,距离段： 距离段定值，按可靠躲过本线路的事故过负荷最小阻抗整定，并与相邻线路不经振荡闭锁的距离II段或距离III段配合。 距离段的动作时间应按配合关系整定，对可能振荡的线路，还应大于振荡周期。 距离段阻抗定值，对相邻线路末端故障的灵敏系数应力争不小于1.2。 本线路正序阻抗。 相邻线路距离II段动作阻抗。 可靠系数，取0.80.85; 可靠系数，取 分支系数。,距离保护方框图,六 PCS931零序过流保护,零序电流保护中是反应一侧电气量的保护，它快速动作的第段按躲过本线路末端接地短路时流过保护的最大零
42、序电流整定。所以第段只能保护本线路的一部分。带有短延时的第段的任务是能以较短的延时尽可能切除本线路全长范围内的故障。带有长延时的第段的任务是起可靠的后备作用。它一方面要作为本保护、段的后备，这称做近后备。另一方面要作为相邻线路保护的后备，这称做远后备。所以它既要保证本线路末端短路有足够的灵敏度，又要保证在相邻线路末端短路有足够的灵敏度。现在有些系统还用四段式的零序电流保护，这时第段起后备保护作用。 零序电流保护只能用来保护接地短路故障，所以对于两相短路和三相短路不能起到保护作用，但是这两类故障概率不大。另外零序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
43、的接地距离段要逊色得多。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段强。,零序方向继电器,PCS931线路保护中的零序方向继电器采用比较零序功率的方法实现，零序功率为： 为线路零序阻抗的阻抗角，取80度。 为 超前 的夹角， 零序功率正方向继电器的动作方程为： 零序功率反方向继电器的动作方程为：,(1). 正方向故障时零序功率： 如图所示的正方向短路的零序序网图，按图中规定的电压、电流正方向可得：,零序方向继电器,如果系统中各元件零序阻抗的阻抗角都为80度，正方向短路时根据上式，零序电压超前零序电流的角度为：,因此零序功率
44、如下，此时零序功率正方向元件动作。,(2). 反方向故障时零序功率： 如图所示的反方向短路的零序序网图，按图中规定的电压、电流正方向可得：,零序方向继电器,如果系统中各元件零序阻抗的阻抗角都为80度，正方向短路时根据上式，零序电压超前零序电流的角度为：,因此零序功率如下，此时零序功率反方向元件动作。,零序过流保护逻辑图,七. 重合闸,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
45、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，
46、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。,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
47、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。因为否则的话在断路器偷跳后由于线路一直有电压，
48、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PCS-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：线路或母线电压小于30V，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40V，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30 度）。 在PCS-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。,重合闸逻辑图,TV断线判别及处理,三相电压向量和大于8伏，保护不起动，延时1.25秒发PT断线异常信号； 三相电压向量和小于8伏，但正序电压小于33.3V时，若采用母线PT则延时1.25秒发PT断线异常信号；若采用线路PT，则当任一相有流元件动作或TWJ不动作时, 延时1.25秒发PT断线异常信号。装置通过整定控制字来确定是采用母线PT还是线路PT。 PT断线信号动作的同时，保留工频变化量阻抗元件，将其门坎增加至 ，退出距离保护，自动投