TQDBIV多功能微机保护实验装置.docx
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TQDBIV多功能微机保护实验装置
ChangShaTongQingElectricalandInformationCo.ltd
TQDB-IV多功能微机保护实验装置
使用说明书
目录
第1章概述………….…………………………………………………………1
1.1特点…………………………………………………………………………………1
1.2适用范围……………………………………………………………………………1
第2章装置技术参数…………………………………………………………3
2.1基本数据……………………………………………………………………………3
2.2技术性能指标………………………………………………………………………4
第3章装置硬件…………….…………………………………………………5
3.1装置结构……………………………………………………………………………5
3.2主要插件……………………………………………………………………………5
第4章装置功能…………….…………………………………………………7
4.1220kV线路保护装置..………………………………………………………………7
4.1.1装置的主要元件..…………………………………………………………………7
4.1.2纵联方向保护………………………………………………………………...…..8
4.1.3距离保护……………………………………………………………………..…10
4.1.4零序(方向)电流保护………………………………………………………………11
4.1.5重合闸………………………………………………………………………….12
4.2110kV线路保护装置……….………………………………………………………13
4.2.1装置的主要元件.…………………………………………………………………13
4.2.2线路保护方案……………………………………………………………………14
4.310kV线路保护装置….…….………………………………………………………16
4.3.1保护配置.………..………………………………………………………………16
4.3.2保护方案……….…………………………………………………………………16
4.4变压器主保护装置….…….………………………………………………………20
4.4.1保护配置.………..………………………………………………………………20
4.4.2保护方案…………………………………………………………….………..…20
4.5变压器后备保护装置….…….…………………………………………………..…22
4.5.1保护配置.………..………………………………………………………………22
4.5.2保护方案…………………………………………………………….………..…22
4.6母线保护装置….…….…………………………………………………………..…24
4.6.1保护配置.………..………………………………………………………………24
4.6.2保护方案…………………………………………………………….………..…24
第5章人机接口说明…………………………………………………………26
5.1面板说明……………….……………………………………………………………26
5.1.1按键定义………………………………………………………………………26
5.1.2指示灯定义……………………………………………………………………26
5.2上电及正常运行显示………………………………………………………………27
5.2.1上电运行界面…………………………………………………………………27
5.2.2装置运行画面…………………………………………………………………27
5.3菜单及操作…………………………………………………………………………28
5.3.1菜单功能………………………………………………………………………28
5.3.2主菜单…………………………………………………………………………28
5.3.3运行菜单………………………………………………………………………29
5.3.4继保菜单………………………………………………………………………29
5.3.5厂家菜单………………………………………………………………………30
5.3.3菜单操作………………………………………………………………………31
第1章概述
1.1特点
TQDB-IV多功能微机保护实验装置是采用模块化硬件平台、功能多样的多功能实验装置。
通过选择不同的功能模块,可以实现各种数字式继电器特性、多种电压等级的线路保护、变压器保护、等微机保护装置功能。
性能特点
1)采用32位DSP作为保护CPU,数据处理能力强,可靠性高,运行速度快
2)采用高速A/D作为数据采集,数据采集每周24点,保护测量精度高,自动校准A/D,系统不需要零漂和刻度调整。
3)友好的全中文人机界面、大屏幕、图形化的操作界面,方便使用人员操作。
4)机箱采用4U设计,CPU板采用四层印制板,工艺上采用先进的表面贴装技术。
采用双连接器方案,一个用于连接与外界有联系的强电回路,一个用于连接内部信号,以保证强弱电回路之间的隔离,实现了强弱电回路,开入开出回路等分层,分区合理布局,提高了抗干扰性。
5)完善的事件报文处理,报告全汉化输出,可存储100次保护事件报告记录和100次保护动作报告记录。
1.2适用范围
TQDB-IV多功能微机保护实验装置包含适用于220kV-500kV输电线路的成套数字式保护、110kV输电线路成套数字式保护、10kV-35kV输电线路成套数字式保护,电力变压器主保护和后备保护,母线保护
装置的主要功能
保护类型
主要功能
适用范围
220kV线路保护
1.纵联距离方向保护
2.纵联零序方向保护
3.三段相间距离及接地距离保护
4.六段零序(方向)电流保护
5.加速零序电流保护
6.综合重合闸
220-500kV线路
110kV线路保护
1.三段相间距离及接地距离保护
2.四段零序(方向)电流保护
3.三相一次重合闸
35kV-110kV线路
10kV线路保护
1.三段(方向)电流保护
2.反时限(方向)电流保护
3.加速电流保护
4.过负荷保护
5.低电压保护
6.低频减载
7.三相一次重合闸
10kV-35kV线路
主变主保护
1.差动速断保护
2.比率制动式差动保护
3.过流(过负荷、有载调压闭锁、通风启动)保护
4.非电量保护
电力变压器
主变后备保护
1.复合电压元件
2.复合电压(方向)过流保护
3.(零压闭锁)零序(方向)过流保护
4.零序过压保护
5.间隙零序过流保护
电力变压器
母线保护
1.母差保护
2.母联过流保护
3.母联失灵保护
4.断路器失灵保护
单母、单母分段、双母
第2章装置技术参数
2.1基本数据
2.1.1额定交流电源
(1)额定电压:
AC220V
(2)允许偏差:
-15%-+15%
(3)频率:
50Hz±0.5Hz
(4)波形:
正弦波,波形畸变<5%
2.1.2额定交流数据
(1)交流电流In:
5A
(2)交流电压Un:
相电压57.7V
(3)频率:
50Hz
2.1.3交流回路过载能力
(1)交流电压:
1.2Un持续工作
(2)交流电流:
2In持续工作.
20In1s
2.1.4功率消耗
(1)交流电压回路每相不大于0.5VA
(2)交流电流回路每相不大于1VA
(3)电源回路:
正常运行时,不大于40W,跳闸时,不大于60W.
2.1.5输出触点
在电压不大于250V,电流不大于1A,时间常数为5ms的直流有感回路中,触点开断容量为20VA,长期通电电流不大于3A。
2.1.6环境条件
(1)环境温度:
-10℃-60℃
(2)相对湿度:
5%-95%
2.2技术性能指标
2.2.1距离类保护
(1)整定范围0.1-50Ω
(2)整定误差值±2.5%
(3)精确工作电压0.5V-60V
(4)精确工作电流0.1In-20In
(5)动作时间<30ms.
2.2.2电流类保护
(1)整定范围0.1-99.99A
(2)整定误差值±1.5%
(3)动作时间<25ms.
2.2.3差动类保护
(1)整定范围0.1-99.99A
(2)整定误差值±1.5%
(3)动作时间<25ms.
第3章装置硬件
3.1装置结构
TQDB-IV多功能微机保护实验装置采用标准4U机箱,整体面板,机箱外壳采用喷塑处理。
装置采用总线式、功能插件背插式机箱结构,嵌入式安装。
机箱正面为大屏幕LCD显示器及高亮LED指示灯、导航操作按键,作为装置的人机交换平台。
装置外形图如图3-1。
图3-1装置外形图
3.2主要插件
装置配置了4个功能插件:
交流变换插件、CPU插件、电源开出插件、人机接口插件,其中人机接口插件安装在装置面板上,其他插件为背插式插件,在装置背部的安装位置如图3-2。
3.2.1交流变换插件
交流变换插件的作用是把电压互感器和电流互感器二次信号变换为保护装置需要的弱电信号,并起隔离和抗干扰作用。
交流变换插件上有3个电压变换器和6个电流变换器,分别用于
、
、
和
1、
1、
1、
2、
2、
2的输入变换。
图3-2背部插件布置图
3.2.2CPU插件
CPU插件是装置的核心处理和控制部分,CPU插件上包含开入量采集模块和开出控制模块及保护CPU,保护CPU用于采样、A/D转换、逻辑处理、动作出口及开入量判别等。
开入量采集模块用来接入跳闸位置、合闸位置、手合位置、闭锁信号等开关量信号,装置可采集14路开关量输入(外部无源空接点输入),开入回路接点电源为+24V,由装置自身提供。
开出控制模块主要控制跳闸、重合闸、告警信号等触点,共提供了10路开出量控制。
2.2.3电源及开出插件
装置采用逆变开关电源,输入电压为交直流220V两用。
模块输出一组+5V、一组+24V和一组±15V直流电源,各组电源均不共地,采用浮地方式,同外壳不相连。
开出插件主要输出跳闸、重合闸、告警信号等触点,开出为继电器空接点输出,共提供了10路开出量接点。
第4章装置功能
4.1220kV线路保护装置
本保护装置主要适用于220kV-500kV各电压等级的输电线路保护。
4.1.1装置的主要元件
4.1.1.1启动元件
启动元件启动后,一方面控制程序执行相应的故障处理程序,另一方面开放跳闸回路
(1)相电流突变量启动元件
(2)零序电流辅助启动元件
为保证在单相经特大电阻接地时,保护能够启动,设置一个零序电流辅助启动元件,动作后经
60ms延时后,启动故障处理程序。
(3)静稳破坏检测元件
纵联、距离保护设有静稳破坏启动元件,动作后同样启动故障处理程序。
4.1.1.2选相元件
选相元件采用相电流差突变量选相,稳态量选相,弱电源选相相结合的方法选出故障相。
(1)相电流差突变量选相
在故障开始50ms内采用相电流差突变量选相
△IΦΦMax<3(△IΦΦMid-△IΦΦMin)
其中,△IΦΦMax相电流差的最大值,△IΦΦMid相电流差的中值,△IΦΦMin相电流差的最
小值。
最小值为两个非故障相之差。
(2)稳态量选相
在故障开始50ms后或由辅助元件启动,采用稳态量选相
接地故障
序分量选相
-30° -30° -30° 相间故障 故障相Min{ZAB,ZBC,ZCA} (3)电压选相 任两相电压大于0.75Un,第三相电压小于0.5Un,则为第三相单相故障 相间电压小于0.5Un则为相间故障。 4.1.1.3阻抗元件 (1)接地阻抗元件 采用多边形特性如图4-1 图4-1图4-2 (2)相间阻抗元件 采用圆特性阻抗特性如图4-2 (3)距离反向元件 距离反向元件不需整定,灵敏度比正向元件高,阻抗定值为正向元件的1.25倍。 4.1.1.4零序方向元件 零序方向元件设有正反两个方向元件,正方向元件可以整定,反方向元件不需要整定,灵敏度比正方向高,电流门槛为正方向的0.625倍。 4.1.1.5零序(方向)电流元件 (1)不灵敏零序(方向)电流元件 当线路进入非全相运行时,仍可投入运行。 (2)灵敏零序(方向)电流元件 在线路进入非全相运行时,闭锁。 4.1.1.6综合重合闸 可实现单相重合闸、三相重合闸,综合重合闸和停用重合闸功能 4.1.2纵联方向保护方案 4.1.2.1闭锁式纵联方向保护 纵联方向保护包含距离方向和零序方向保护,并可根据控制字实现闭锁式和允许式纵联动作逻辑。 闭锁式纵联方向保护如图4-3所示。 1.起动元件动作即进入故障程序,收发信机即被起动发闭锁信号; 2.反方向元件动作时,立即闭锁正方向元件的停信回路,即方向元件中反方向元件动作优先,这样有利于防止故障功率倒方向时误动作; 3.起动元件动作后,收信8ms后才允许正方向元件投入工作,反方向元件不动作,纵联距离元件或纵联零序元件任一动作时,停止发信; 4.当本装置其它保护动作跳闸时,立即停止发信,并在跳闸信号返回后,停信展宽150ms,但在展宽期间若反方向元件动作,立即返回,继续发信; 5.用于弱电侧时,投入纵联反方向距离元件,当故障电压低于30V,且反方向元件不动作,则判为正方向; 6.三相跳闸固定回路动作或三相跳闸位置继电器均动作且无流时,始终停止发信; 7.区内故障时,正方向元件动作而反方向元件不动作,两侧均停信,经8ms延时纵联保护出口;装置内设有功率倒方向延时回路,该回路是为了防止区外故障后,在断合开关的过程中,故障功率方向出现倒方向,短时出现一侧正方向元件未返回,另一侧正方向元件已动作而出现瞬时误动而设置的, 图4-3闭锁式纵联方向保护逻辑框图 4.1.2.2允许式纵联方向保护 允许式纵联方向保护如图4-4所示。 1.正方向元件动作且反方向元件不动即发允许信号,同时收到对侧允许信号达8ms后纵联保护动作。 2.如连续40ms未收到对侧允许信号,则其后纵联保护动作需经20ms延时,防止故障功率倒向时保护误动。 3.当本装置其它保护动作跳闸,或外部保护动作跳闸时,立即发允许信号,并在跳闸信号返回后,发信展宽150ms,但在展宽期间若反方向元件动作,则立即返回,停止发信。 4.三相跳闸固定回路动作或三相跳闸位置继电器均动作且无流时,始终发信 图4-4允许式纵联方向保护逻辑框图 4.1.3.距离保护 装置中设置了三段式相间距离和三段式接地距离保护,相间距离采用圆特性阻抗继电器,接地距离采用多边形特性阻抗继电器。 其保护功能框图如图4-5所示。 本保护在手合故障及重合闸后加速式,设置了加速II段和加速III段及延时加速III段,当投入加速II段和加速III段,若系统没有发生振荡,则瞬时加速出口,若系统发生振荡则按III段延时出口。 距离保护在检测到TV断线时自动退出。 图4-5距离保护逻辑框图 4.1.4.零序电流(方向)保护 本保护设置了六段零序电流保护即零序不灵敏I段、II段,零序电流I-IV段。 其中零序I段和零序不灵敏I段为瞬时段,其他为延时段。 其中I-IV段在非全相运行时自动退出。 每段都各由控制字选择方向或不经方向元件闭锁其保护功能框图如图4-6所示。 图4-6零序电流保护逻辑框图 4.1.5.重合闸 (1)重合方式 装置可实现单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸、停用重合闸等四种重合闸功能。 (2)重合闸充放电 重合闸充电: a)断路器在合闸位置. b)重合闸启动回路不工作 c)无重合闸闭锁输入 d)重合闸不在停用状态。 重合闸充电时间为15s 重合闸放电: a)重合闸处在停用状态。 b)重合闸在单重方式时保护三跳。 c)外部闭锁输入。 d)重合命令发出时,放电 e)重合闸未充满电时,TWJ动作。 (3)重合闸启动 重合闸启动包括保护启动及位置不对应启动。 图4-7综合重合闸逻辑框图 4.2110kV线路保护装置 本保护装置主要适用于35kV-110kV各电压等级的输电线路保护 4.2.1装置的主要元件 4.2.1.1启动元件 同4.1.1.1。 4.2.1.2选相元件 同4.1.1.2。 4.2.1.3阻抗元件 同4.1.1.3 4.2.1.4零序(方向)电流元件 采用四段式零序(方向)电流保护 4.2.1.5重合闸 采用三相一次重合闸 4.2.2线路保护方案 4.2.2.1距离保护 装置中设置了三段式相间距离和三段式接地距离保护,相间距离采用圆特性阻抗继电器,接地距离采用多边形特性阻抗继电器。 其保护功能框图如图4-8所示。 图4-8110kV距离保护逻辑框图 4.2.2.2零序(方向)电流保护 装置中设置了四段式零序电流保护,其保护功能框图如图4-9所示。 图4-9零序(方向)电流保护逻辑框图 三相一次重合闸 本装置采用三相一次重合闸方式实现重合功能。 其逻辑框图如图4-10所示。 图4-10三相一次重合闸逻辑框图 4.310kV线路保护装置 本保护装置主要适用于10kV-35kV电压等级的输电线路保护中 4.3.1保护配置 三段电流保护;反时限电流保护;保护可选择带方向;专门的后加速段保护;三相一次重合闸;反应单相接地的零序电压元件。 4.3.2保护方案 (1)三段电流保护 三段电流保护包括电流速断(电流I段)、限时电流速断(电流II段)和过电流(电流III段)。 电流I段和电流II段作为本线路区内发生相间短路的主保护元件,可以保护本线路全长,电流II段同时作为下级线路相间短路的后备保护元件。 电流III段一般按躲开事故情况下本线路可能出现的过负荷整定,可以作为本线路的近后备保护,还可以作为下级线路的远后备保护。 三段电流保护的逻辑框图分别如图4-11~4-13。 其中 表示A、B、C三相电流的最大值, 、 和 分别表示三段电流定值, 和 表示2段和3段时间定值。 图4-1110kV线路保护电流I段动作逻辑框图 图4-1210kV线路保护电流II段动作逻辑框图 图4-1310kV线路保护电流III段动作逻辑框图 (2)反时限电流保护 反时限电流保护是动作时限与被保护线路中电流大小有关的一种保护。 当电流大时,保护的动作时限短,电流小时,保护动作时限长。 反时限电流保护逻辑框图如图4-14。 提供了三种反时限特性,通过控制字可以进行选择。 “曲线1”表示标准反时限特性,“曲线2”表示非常反时限特性,“曲线3”表示极端反时限特性。 A.标准反时限特性方程: (4-1) B.非常反时限特性方程: (4-2) C.极端反时限特性方程: (4-3) 式中 为反时限电流保护的动作时间, 延时整定时间, 为实际电流值, 为整定电流值。 (3)三相一次重合闸 三相一次重合闸动作逻辑框图如图4-15, 表示重合闸时间定值。 在重合闸投入情况下,当保护动作跳开断路器后,重合闸充满电且满足检同期或检无压条件时,可进行合闸。 ①重合闸检定方式 重合闸有三种检定方式: 非检同期非检无压方式、检同期方式和检无压方式。 a.非检同期非检无压方式: 无论线路侧和母线侧电压如何,都重合。 b.检无压方式: 母线侧电压和线路侧电压均有压,且满足同期条件时,才重合。 即: (4-4) 其中 为母线A相电压, 为线路抽取A相电压, 为检同期电压定值。 c.检无压方式: 线路侧无电压时,重合;若两侧都有电压,自动转为检同期重合,必须满足同期条件才重合。 图4-14反时限电流保护动作逻辑框图 ②重合闸充放电条件 在软件中专门设置一个计数器,模拟重合闸的充放电功能,充电满的时间为15S。 图4-15三相一次重合闸动作逻辑框图 重合闸充电条件如图4-16。 当断路器在合位且无闭锁重合闸条件时,进行充电,充电时间为15S,充满电后装置面板上的“充电”指示灯亮。 重合闸放电条件如图3-14,重合闸放电后,“充电”指示灯灭。 图4-16重合闸充电逻辑框图 图4-17重合闸放电逻辑框图 (4)后加速段保护 10kV线路微机保护配置了专门的后加速段,在后加速开放时间内,当电流大于后加速段定值 时,后加速段带延时 出口。 后加速段动作逻辑框图如图4-18。 后加速开放时间是指重合闸动作后或手动合闸后400ms内,400ms后后加速段自动关闭。 图4-18后加速段动作逻辑框图 (5)零序电压元件 零序电压元件作为单相故障时的告警元件,不跳闸,只发出告警。 零序电压元件动作逻辑框图如图4-19,其中 表示实测的零序电压, 表示零序电压整定值, 表示零序电压元件延时整定值。 零序电压采用微机自产法,即: 根据数据采集系统得到的A、B、C三相电压值再用软件进行相加得到零序电压: 。 图4-19零序电压元件动作逻辑框图 4.4变压器主保护装置 本装置适用于220kV及其以下各种电压等级的变压器 4.4.1保护配置 本装置配有: (1)差动保护(速断保护、比率制动式差动保护、差流越限) (2)过流(过负荷、有载调压闭锁、通风启动)保护 (3)非电量保护等。 4.4.2保护方案 4.4.2.1比率制动差动保护 比率制动式差动保护是变压器的主保护,能反映变压器内部相间短路故障、高压侧(中性点直接接地系统)单相接地短路及匝间层间短路故障,并能正确区分励磁涌流、过励磁故障。 其动作特性图如图4-20所示,其动作逻辑框图如图4-21所示。 图4-20比率制动差动保护制动特性曲线图 图4-21比率制动差动保护动作逻辑图 4.4.2.2差动速断保护 为了加速切除变压器严重的内部故障,设差流速断保护,其动作电流按照避越励磁涌流来整定,即当任一相差动电流大于差流速断整定值时瞬时动作于跳各侧断路器。 其动作逻辑框图如图4-22所示。 图4-22差动速断保护动作逻辑图 4.4.2.3过流(过负荷、有载调压闭锁、通风启动)保护 可根据需要配置不同的段数和时限。 三相电流中任一相电流满足则保护出口。 根据变压器各侧绕组及自藕变压器的公共绕组可能出现过负荷情况,应装设过负荷保护。 过负
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