RCS901A超高压线路成套保护装置在高压线路中应用

摘要：主要介绍潘家口水电厂RCS-901A超高压线路成套保护装置应用范围、保护方框图、硬件原理、使用说明、软件工作原理
关键词：高压线路硬件原理软件工作原理
2095-2104（2012）
1、概述：潘家口水电厂位于河北省迁西县滦河干流上，在电网中担负调峰、调频、事故备用的任务，拥有一台发电机组，装机容量为150MW，发出的电经变压器升压后至220KV开关站；开关站四母线，五母线通过母联开关联络运行，主变和2214DL潘遵Ⅱ回线接于四母线，新安装的RCS-901A超高压线路成套保护装置，现介绍如下

1.1应用范围

本装置由微机实现的数字式超高压成套快速保护装置，可用作220KV及以上电压等级输电线路的主保护及后备保护。

1.2 保护配置

RCS－901A包括以纵联变化量方向和零序方向元件为主体的快速主保护，由工频变化量距离元件构成的快速Ⅰ段保护，由三段式相间和接地距离及2个延时段零序方向过流构成的全套后备保护；RCS－901A保护有分相出口，配有重合闸功能，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。
当采用光纤接口时，增加远跳、远传功能。

1.3 性能特征

动作速度快，线路近处故障跳闸时间小于10ms。线路中间故障跳闸时间小于15ms。线路远处故障跳闸时间小于25ms。
主保护采用积分算法，计算速度快；后备保护强调准确性，采用傅式算法，滤波效果好，计算精度高。
反应工频变化量的测量元件采用具有自适应能力的浮动门槛，对系统不平衡和抗干扰具有较强的抗干扰能力，因而测量元件能在保证安全的基础上达到特高速，启动元件有很高的灵敏度而不会频繁启动。
先进可靠的振荡闭锁功能，保证距离保护在系统振荡加区外故障时能可靠闭锁，而在振荡加区内故障时能可靠切除故障。
灵活的自动重合闸功能。
完善的事件报文处理，可保存最新64次动作报告，24次故障录波报告。

2.软件工作原理

2.1 装置启动元件

2.1 电流变化量启动 该元件动作并展宽7s，去放出口继电器正电源。

2.2 零序过流元件启动

当外接和自产零序电流均大于整定值时，零序启动元件动作并展宽7s，去开放出口继电器正电源。

2.3 位置不对应启动

此部分的启动由用户选择投入，条件满足总启动元件动作并展宽15s，去开放出口继电器正电源。

2.4 远跳启动

为实现RCS－901远跳功能，特设远跳启动元件；当本侧收到对侧的远跳信号且定值控制字“远跳经本侧启动控制”置“0”。去开放出口继电器正电源7s。

2.2 . 工频变化量距离继电器

电力系统发生短路故障时，其短路电流、电压可分解为故障前负荷状态的电流电压分量和故障分量，反应工频变化量的继电器只考虑故障分量，不受负荷状态的影响。
工频变化量距离继电器测量工作电压的工频变化量的幅值，其动作方程：
对相间故障： Uopφφ=Uφφ-Iφφ×Zzd φφ=AB,BC ,CA
对接地故障： Uopφ＝Uφ－（Iφ＋K×3IO）×Zzdφ＝A,B,C
Zzd为整定阻抗，一般取0.8～0.85倍线路阻抗
Uz：为动作门坎，取故障前工作电压的记忆量。
正、反方向故障时，工频变化量距离继电器动作特性如下图。
正方相故障时，测量阻抗－Zk在阻抗复平面上的动作特性是以矢量－Zs为圆心为半径的圆，当Zk矢量末端落于圆内时动作，可见这种阻抗继电器有大的允许过渡电阻能力。当过渡电阻受到对侧电源助增时，由于△In一般与△I是同相位，过渡电阻上的压降始终与△I同相位，过渡电阻始终呈电阻性，与R轴平行，不存在由于对侧电流助增所引起的超越问题。
反方向短路，测量阻抗－Zk在阻抗复平面上的动作特性是以矢量Z／s为圆心，以为半径的圆，动作圆在第一象限，因此，阻抗元件有明确的方向性。
工频变化量阻抗元件由距离保护的压板投退。

2.3 工频变化量方向继电器

由工频变化量方向和零序功率方向继电器，经通道交换信号构成全线路快速跳闸的方向保护，即装置的纵联保护。变化量方向继电器测量电压、电流故障分量，当测量相角反相位时动作。
当正方向故障时，正方向元件可靠动作，反方向元件不可能动作。
当反方向故障时，正方向元件不可能动作。反方向元件可靠动作。
在正方向元件中引入补偿电压不可能引起方向元件误动，在大系统长线路阻抗较小的情况下，引入补偿电压可以根本改善继电器的灵敏度，使该方向继电器不仅适用于短线路，而适用于任何长线路。

2.4 零序方向继电器

零序正反方向元件（Fo_、Fo＋）由零序功率Po决定，Po由3Uo和3Io×Zd的乘积获得。

2.5 距离继电器

本装置设有三段式相间和接地距离继电器，继电器由正序电压极化，因而有较大的测量过渡电阻的能力；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段阻抗特性向第一相限偏移；接地距离继电器设有零序电抗特性，可防止接地故障时继电器超越。

2.6负荷限制继电器

为保证距离继电器躲开负荷测量阻抗，本装置设有接地、相间负荷限制继电器。当用于短线路不需要负荷限制继电器时，可将控制字“投负荷限制距离”致“0”。

2.7振荡闭锁：分四个部分

启动开放元件、不对称故障开放元件、对称故障开放元件、非全相运行时振荡闭锁判据。

2.8 选相元件

选相元件分变化量和稳态选相元件。

2.9 重合闸

本装置重合闸为一次重合闸方式，可实现单相、三相、综合重合闸。

3.硬件原理说明

3.1：电源插件(DC)

3.2: 交流输入变换插件（AC）

插件输入：三相电流、零序电流、三相电压。

3.3：低通滤波插件（LPF）

作用：1）滤除高频信号2) 电平调整3) 为利用专用接测试仪

3.4： CPU插件

该插件是装置的核心，有单片机CPU和数字信号处理器DSP组成。
CPU完成装置的总启动元件和人机界面及后台通信功能。启动CPU内设总启动元件，启动后开放出口继电器的正电源，同时完成事件记录、打印、通信及与面板通信、录波。
DSP完成所有的保护算法和逻辑功能，装置采样率为每周波24点，在每个采样点对所有保护算法和逻辑进行实时计算，使得装置具有很高的固有可靠性及安全性。

3.5：通信插件（COM）

插件的功能是完成与监控系统或RTU的连接。

3.6：24V光耦插件（OPT1）

3.7：高压光耦插件（OPT2）

用于开入量较远，提高电压。

3.8：信号继电器插件（SIG）

3.9：继电器出口插件（OUT1、OPT2）扩展继电器出口插件OPT（可选）

3.10：显示面板（LCD）

　

源于：大专毕业论文www.udooo.com

　硬件原理图

4、使用说明

本装置的设置主要用来显示保护装置电流、电压实时采样值和开入量状态。全面地反应了该保护运行环境，只要这些量的显示值与实际运行情况一致，则保护能正常运行。“1”表示投入或接到动作信号。“0”与“1’相反。

4.1 显示报告

本菜单显示保护动作报告、自检报告、连片变化位置。由于保护自带掉电保持，不管断电与否，能记忆上述报告各128次。显示最近一次报告。
结语：线路安全稳定运行，在电网中起到至关重要的作用，RCS-901A超高压线路成套保护装置，自潘家口水电厂安装投入以来，经过长时间的运行，作为主保护，一直运行良好，对安全生产，供电安全起了重要作用。
潘俊国，男（1970-）,1994年华北水利水电学院毕业，现在潘家口水电厂做运行管理,工程师
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。