南瑞继保PCS-9611L 线路保护装置

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PCS-9611L 线路保护装置

应用范围

PCS-9611L 线路保护装置适用于 110kV 以下电压等级的非直接接地系统或小电阻接地系统中 的线路保护及测控。装置通过常规电磁式互感器采集模拟量，支持 IEC61850 规约。

 高性能的通用型硬件，实时计算：采用 32 位高性能的双核处理器，核 1 完成保护运算与出 口逻辑，核 2 实现事件记录、故障录波、人机接口、后台通信及打印等功能。高性能的硬 件保证了装置在每一个采样间隔对所有继电器进行实时计算。

 软件模块化设计：装置提供完备的保护功能，各保护元件按模块化设计，相互独立，可灵 活配置。

 通信功能齐全：具有灵活的通信方式，可配 2 个 100Mbps 以太网接口，2 个 100Mbps 单 模/多模光纤通讯接口，2 个 RS-485 串口，1 个 RS-232 打印串口。支持电力行业通信标准 DL/T667-1999（IEC60870-5-103）和 DL/T860（IEC61850）。还支持 Modbus RTU、Modbus TCP 规约。支持 100Mbps、超五类线或光纤通信接口。调试维护方便：具有友好的人机接口和丰富的 PC 机辅助软件，方便装置设置和调试

工作原理

主程序分为正常运行程序和故障计算程序：正常运行程序完成系统无故障情况下的状态监视、 数据预处理等辅助功能。整组启动后进入故障计算程序，进行各种保护的算法计算，跳闸逻辑判断等。

模拟量输入

   本装置可以引入如下模拟量：三相保护电流（Ia、Ib、Ic）、三相测量电流（Iam、Ibm、Icm）、 三相母线电压（Ua、Ub、Uc）、 同期电压（Ux）、零序电流（I0）。外部电流输入经隔离互感器隔离 变换后，经低通滤波器至模数转换器，再由 CPU 定时采样。CPU 对获得的数字信号进行处理，构 成各种保护继电器。

    Ia、Ib、Ic 为保护用三相电流输入；I0 用作零序过流保护（跳闸或告警），也同时兼作小电流接 地选线用输入；Iam、Ibm、Icm 为测量用三相电流输入；Ua、Ub、Uc 为母线电压，电压可以Ｙ型 接入，也可以Ｖ型接入，在本装置中作为保护和测量共用，其与 Iam、Ibm、Icm 一起计算形成本间 隔的 P、Q、COSф、kWh、kVArh；Ux 为同期电压，在重合闸检同期或检线无压时使用。

装置启动元件

装置为各保护元件设置了不同的启动元件，相应的启动元件启动后才能进行各自的保护元件计算。过流保护启动元件：当三相电流最大值大于 0.95 倍整定值时动作。此启动元件用来开放相应的 过流保护。

 零序过流保护启动元件：当零序电流大于 0.95 倍零序电流整定值时动作。此启动元件用来开放 相应的零序过流保护。

 过流加速保护启动元件：当三相电流最大值大于 0.95 倍过流加速整定值时动作。此启动元件用 来开放相应的过流加速保护。

 零序加速保护启动元件：当零序电流大于 0.95 倍零序过流加速整定值时动作。此启动元件用来 开放相应的零序加速保护。

 低频减载保护启动元件：当低频减载保护充电完成且系统频率低于低频保护低频整定定值，同 时所有相间电压均高于低频保护低压闭锁定值时动作，此启动元件用来开放低频减载保护。

 高频解列保护启动元件：当系统频率高于高频解列频率定值，同时所有相间电压均高于 10V 时 动作，此启动元件用来开放高频解列保护。低电压保护启动元件：当母线线电压均低于低电压定值的 1.03 倍时动作，此启动元件用来开放 低电压保护。过电压保护启动元件：当任一母线线电压高于过电压定值的 0.98 倍时动作，此启动元件用来开 放过电压保护。

工作原理

 零序过压保护启动元件：当母线零序自产电压高于零序过压定值的 0.95 倍时动作，此启动元件 用来开放零序电压保护。

 过负荷保护启动元件：当三相电流最大值大于 0.95 倍整定值时动作。此启动元件用来开放相应 的过负荷保护保护。

 重合闸启动元件：重合闸功能投入情况下，不一致启动重合闸条件满足时动作，此启动元件用 来开放重合闸功能。

 距离保护启动元件的主体由反应相间工频变化量的过流继电器实现，同时又配以反应全电流的 负序过流继电器补充：反应工频变化量的启动元件采用浮动门坎，正常运行及系统振荡时变化量的不平衡输出均自动 构成自适应式的门坎，浮动门坎始终略高于不平衡输出，在正常运行时由于不平衡分量很小，而装 置有很高的灵敏度。

当相间电流变化量大于整定值，该启动元件起动开放距离保护。

∆IΦΦ > 1.25∆IΦΦt +∆IΦΦth

其中：

∆IΦΦ是相间电流变化量。 ∆IΦΦt是浮动门坎，随着变化量输出增大而逐步自动提高，取 1.25 倍可保证门坎电压始终略高 于不平衡输出。

∆IΦΦth为固定门坎，取 0.2In。

此外，当负序电流大于整定值时，负序启动元件启动开放距离保护。

I2 > I2fd I2为负序电流。 I2fd为负序电流启动值，取 0.3In。

过流保护

本装置设三段过流保护。Ⅰ、Ⅱ固定为定时限，Ⅲ段可选定时限或反时限。各段有独立的电流 定值和时间定值以及控制字。各段可独立选择是否经复压闭锁（低电压和负序电压）、是否经方向闭锁。方向元件

正极性端在母线侧，方向指向线路。方向元件的灵敏角为 45°，采用 90°接线方式。方向元件和 电流元件接成按相启动方式。方向元件带有记忆功能，可消除近处三相短路时方向元件的死区。装置过流保护设有控制字[过流经方向]来控制过流保护各段的方向指向。当控制字为“1”时， 表示经方向闭锁；当控制字为“0”时，表示不经方向闭锁

距离保护

本装置设有三段式相间和低压距离继电器，继电器由正序电压极化，因而有较大的测量故障过 渡电阻的能力；当用于短线路时，为了进一步扩大测量过渡电阻的能力，还可将Ⅰ、Ⅱ段阻抗特性 向第一象限偏移。

正序极化电压较高时，由正序电压极化的距离继电器有很好的方向性；当正序电压下降到 15% 以下时，进入三相低压程序，由正序电压记忆量极化，Ⅰ、Ⅱ段距离继电器在动作前设置正的门槛， 保证母线三相故障时继电器不可能失去方向性；继电器动作后则改为反门槛，保证正方向三相故障 继电器动作后一直保持到故障切除。Ⅲ段距离继电器始终采用反门槛，因而三相短路Ⅲ段稳态特性 包含原点，不存在电压死区。

低压距离继电器

距离继电器的测量方法分二种，以正序电压的大小（15%Un）来区分，当正序电压小于 15%Un 时，进低压距离继电器测量程序，因为这时只可能有三相短路和系统振荡两种情况。系统振荡由振 荡闭锁回路区分，这里只需考虑三相短路。

三相短路时，三个相阻抗都一样，但为了保证母线故障转换至线路构成三相故障时仍能快速切 除故障，对三相阻抗均进行计算。低压距离继电器比较工作电压和极化电压的相位：

工作电压：

UopΦΦ = UΦΦ −IΦΦZset

极化电压：

UpΦΦ = −U1ΦΦM

上式中：

ΦΦ 表示 AB、BC、CA 相间；

下标 op 表示工作电压，下标 p 表示极化电压；

Zset为整定阻抗； U1为正序电压，下标 M 表示故障前记忆电压； 正方向故障时，如图 3.13-1，UΦΦ = IΦΦZk 在记忆作用消失前，U1ΦΦM = EMΦΦejδ，EMΦΦ = (ZS +ZK)IΦΦ； 因此，UopΦΦ = (ZK −Zset)IΦΦ；UpΦΦ = −(ZS +ZK)IΦΦejδ

继电器的比相方程为：−90° < argUopΦΦ UpΦΦ

< 90°，将上式代入整理得：

−90° < arg

ZK −Zset −(ZS +ZK)ejδ

< 90°

辅助测试功能用于厂家生产调试或现场停电检验通信、出口回路，可减少调试的工作量、缩短 调试工作时间。增加遥信对点、出口传动和相应的报告记录功能。本功能可以产生出口、遥信变位报文，需慎重使用。

遥信对点功能

用于远动遥信对点试验。操作方法为：进入“调试” ->“通信对点” ->“动作事件” 、 “告警事件” 、 “变位事件”等菜单的“全部测试”采用自动方式或者“选点测试”子菜单采用选点方式将相应的 动作元件、自检告警信息、保护压板、保护开入等遥信信号自动置位和复归，产生的 SOE 报告可在 就地查看也可经通信上送远方。

选择“全部测试”后，装置遥信状态自动地按遥信量条目顺序变位，同时会形成对应的遥信变 位报告。进入“选点测试”子菜单后，用户按“▲”、 “▼”键进行浏览查看，光标停在需要测试的遥信点 所在行，按“确认”键，进行遥信选点试验，试验完成后用户可以按“取消”键退出菜单或者继续浏览 遥信点并进行试验。

出口传动试验

进入“调试”->“开出传动”->“出口传动”菜单，可以进行保护跳闸出口、备用出口、遥控出 口接点传动试验。

特别说明：使用出口传动试验功能时，装置的检修压板必须投入、装置背板保护电流端子不接入电流。

进入“调试”->“开出传动”->“出口传动”子菜单（三位密码为“111”），用户按“▲”、 “▼” 键进行浏览查看，光标停在需要测试的出口项目所在行，按“确认”键进行对应的出口传动试验， 试验完成后用户可以按“取消”键退出菜单或者继续浏览出口项目并进行试验。

使用遥信对点、出口传动功能都有相应的操作记录便于事后分析。

装置与监控后台联调的说明。装置与后台进行通信联调时，为使装置上送信息与后台解析的内容一致，注意信息文本的匹配。

PCS-9613L 线路光纤纵差保护装置

PCS-9613L 线路光纤纵差保护装置适用于 110kV 以下电压等级的非直接接地系统或小电阻接 地系统中的线路光纤纵差和电流保护及测控。装置通过常规电磁式互感器采集模拟量，支持 IEC61850 规约。下图为此型保护装置的典型应用配置。

性能特征

高性能的通用型硬件，实时计算：采用 32 位高性能的双核处理器，核 1 完成保护运算与 出口逻辑，核 2 实现事件记录、故障录波、人机接口、后台通信及打印等功能。高性能的 硬件保证了装置在每一个采样间隔对所有继电器进行实时计算。

软件模块化设计：装置提供完备的保护功能，各保护元件按模块化设计，相互独立，可灵 活配置。

通信功能齐全：具有灵活的通信方式，配置 2 个 100Mbps 以太网接口，2 个 RS-485 串口， 1 个 RS-232 打印串口。支持电力行业通信标准 DL/T667-1999（IEC60870-5-103）和 DL/T860（IEC61850），还支持 Modbus RTU、Modbus TCP 规约。支持 100Mbps、超五 类线或光纤通信接口。

调试维护方便：具有友好的人机接口和丰富的 PC 机辅助软件，方便装置设置和调试。

工作原理

主程序分为正常运行程序和故障计算程序：正常运行程序完成系统无故障情况下的状态监视、 数据预处理等辅助功能。整组启动后进入故障计算程序，进行各种保护的算法计算，跳闸逻辑判断 等。

模拟量输入

本装置可以引入如下模拟量：三相保护电流（Ia、Ib、Ic）、三相测量电流（Iam、Ibm、Icm）、 三相母线电压（Ua、Ub、Uc）、 同期电压（Ux）、零序电流（I0）。外部电流输入经隔离互感器隔离 变换后，经低通滤波器至模数转换器，再由 CPU 定时采样。CPU 对获得的数字信号进行处理，构 成各种保护继电器。

Ia、Ib、Ic 为保护用三相电流输入；I0 既可用作零序过流保护（跳闸或告警），也同时兼作小 电流接地选线用输入；Iam、Ibm、Icm 为测量用三相电流输入；Ua、Ub、Uc 为母线电压，电压可 以Ｙ型接入，也可以Ｖ型接入，在本装置中作为保护和测量共用，其与 Iam、Ibm、Icm 一起计算形 成本间隔的 P、Q、COSф、kWh、kVarh；Ux 为同期电压，在重合闸检线路无压时使用。

装置启动元件

装置为各保护元件设置了不同的启动元件，相应的启动元件启动后才能进行各自的保护元件计算。

差动保护启动元件

差动保护启动元件的主体由反应相间工频变化量的过流继电器实现，同时又配以反应全电流的 零序过流继电器和相过流继电器互相补充。启动元件动作时开放比率差动保护和远跳保护，并展宽 500ms。

 电流变化量启动元件

工频变化量启动元件设置了浮动门坎和固定门槛。正常运行及系统振荡时变化量的不平衡输出 均自动调整浮动门坎，使浮动门坎始终略高于不平衡输出，从而确保故障情况下，启动元件有 很高的灵敏度。

当相间电流变化量大于整定值，该启动元件动作。

tht II I      25 .1 公式 3.2-1

其中：  I 是相间电流变化量。

tI是浮动门坎，随着变化量输出增大而自动提高，取 1.25 倍可保证门坎电压始终略高于不 平衡输出。 thI为固定门坎，电流变化量启动值。

零序过流启动元件

当外接或者自产零序电流（通过控制字[零序电流采用自产零流]选择）大于整定值，且无 CT 断 线报警时，零序启动元件动作。

fdww II 00  fdzc I I 0 0 

公式 3.2-2

其中，所有零序电流数据均为 3I0。

wI0

为外接零序电流。

zcI0

为自产零序电流。

fdI 0 为零序电流启动 定值（按照自产 3I0 来整定）。fdwI0 为“零序电流启动定值”内部折算到外接零序 CT 二次侧的定值。

 相过流启动元件

当相电流大于整定值时，相过流启动元件动作。 fdI I    公式 I为相电流。fdI为相电流启动定值。

 辅助电压启动元件

发生区内三相故障，弱电源侧电流启动元件可能不动作，此时若收到对侧的差动保护允许信号， 且本侧无 PT 断线报警，对应相关相/相间电压小于 70%额定电压，则辅助电压启动元件动作。 当对侧电流大于本侧 1.5 倍时，且对侧发差动允许信号时，本侧启动。

 其他保护辅助启动方式

当过流Ⅰ段、过流Ⅱ段、过流Ⅲ段和过流加速段中的任一个启动元件动作，将开放差动保护。

其它保护启动元件

 过流保护启动元件：当三相电流最大值大于 0.95 倍整定值时动作。此启动元件用来开放相应的 过流保护。

零序过流保护启动元件：当零序电流大于 0.95 倍零序电流整定值时动作。此启动元件用来开放 相应的零序过流保护。

 过流加速保护启动元件：当三相电流最大值大于 0.95 倍过流加速整定值时动作。此启动元件用 来开放相应的过流加速保护。

零序加速保护启动元件：当零序电流大于 0.95 倍零序过流加速整定值时动作。此启动元件用来 开放相应的零序加速保护。

过负荷保护启动元件：当三相电流最大值大于 0.95 倍过负荷电流整定值时动作。此启动元件用 来开放相应的过负荷保护。

低频减载保护启动元件：当低频减载保护充电完成且系统频率低于低频保护低频整定定值，同 时所有相间电压均高于低频保护低压闭锁定值时动作，此启动元件用来开放低频减载保护。

低压减载保护启动元件：当低压减载保护充电完成且母线电压低于低压减载整定定值时动作， 此启动元件用来开放低压减载保护。

重合闸启动元件：重合闸功能投入情况下，启动重合闸条件满足时动作，此启动元件用来开放 重合闸功能。

差动保护

电流差动继电器由两部分组成：比率差动继电器和差动联跳继电器。差动保护经 [差动保护总 控制字]投退。

差动联跳继电器

为了防止长距离输电线路出口经高过渡电阻接地时，虽然近故障侧保护可以立即启动，但由于 助增的影响，远故障侧可能故障量不明显而不能启动，差动保护不能快速动作。针对这种情况PCS-9613L 设有差动联跳继电器：本侧其它保护动作（过流保护，零序保护、后加速保护）后立即 向对侧发对应相联跳信号；对侧收到联跳信号后，开放整组，并结合差动允许信号和比例差动继电器动作信号，联跳对应相。

CT 饱和的识别方法

当发生区外故障时，CT 可能会暂态饱和，为防止比率差动保护误动作，装置采用异步法思想的 抗 CT 饱和判据，从而保证了在较严重的暂态饱和情况下不会误动。

差回路的异常情况判别

装置将差回路的异常情况分为两种：差流异常和 CT 断线。

长期有差流告警

当满足任一相差流大于[分相差动定值]时，装置延时 10s 发出差流异常告警信号，与 CT 断线做 同样处理。

CT 断线

CT 断线瞬间，断线侧的启动元件和差动继电器可能动作，但对侧的启动元件不动作，不会向本 侧发差动保护动作信号，从而保证纵联差动不会误动。非断线侧经延时后报“差流告警”，与 CT 断线 同样处理。

CT 断线或差流告警时发生故障或系统扰动导致启动元件动作，若控制字[CT 断线闭锁差动]整 定为“1”，则闭锁电流差动保护；若控制字[CT 断线闭锁差动]整定为“0”，仍开放电流差动保护。

装置包括两种 CT 断线逻辑：瞬时 CT 断线和延时 CT 断线。

1） 瞬时 CT 断线判据。当差动保护投入时，若同时满足以下条件，延时 200ms 置瞬时断线标 记：

A. 无母线 PT 断线告警发生，无低电压或负序电压；

B. 最大相电流大于 0.2In 且任一相电流无流（辅助参数中控制字[两相式保护 CT]投入时只判 A、C 两相无流）。

2） 延时 CT 断线告警。当相电流最大值大于 4 倍的最小相电流，且相电流最大值大于 0.2In，延时 10s 发告警信号。

注意： 不论是差动回路的异常是否引起差动保护启动，均说明差动回路或定值存在问题。