WXH-801A/B1微机线路保护装置
前言
1、应用范围
WXH-801A系列保护装置主要用作220kV及以上电压等级输电线路的纵联方向主保护及后备保护。
2、产品特点
2.1装置系统平台
逻辑开发可视化
国内首家在高压保护上实现可视化逻辑编程，保护源代码完全由软件机器人自动生成，正确率达到100%，杜绝了人为原因产生软件Bug。所有的保护逻辑由基本的元件和组建组成。
事故分析透明化
通过分层、模块化、元件化的设计，装置内部实现了元件级、模块级、总线级三级监视点，可以监视装置内部任一个点的数据，发生事故后通过透明化事故分析工具，可以对故障进行快速准确的定位。
故障波形回放：
工程应用柔性化
采用功能自描述和数据自描述技术，实现了内容可以通过描述文件以不同的形式重组，功能可以通过配置文件形式重构，解决了不同用户差异化需求和软件版本集中管理的矛盾。
2.2人机界面人性化
XJGUI和现场调试向导的成功应用，降低了现场维护和运行人员的工作强度，使运行维
护工作变得轻松。
借助XJ-GUI 界面设计工具，实现操作界面的灵活定制及人性化设计； 主接线图及丰富的实时数据的显示；
类WINDOWS 菜单，通过菜单提示，可完成装置的全部操作。
2.3 保护性能特点
近端故障动作时间小于10ms； 配置快速可靠的快速距离I 段保护；
方向保护护、距离保护采用变动作特性的原理；
保护的变动作特性，根据故障类型设置相应特性的保护，设置速动区、一般区、灵敏区，不同区域设置不同数字滤波算法、不同时延；
方向保护动作区域设置 距离保护动作区域设置
采用精心设计优选的数字滤波新算法，有效保证距离保护的快速动作及测量 精度；
f/HZ
设计的各种级联式的幅频特性图 优选新算法的测量阻抗值
自适应的振荡判据及先进的振荡识别功能，确保距离保护在系统振荡加区外故障能可靠闭锁，而在系统未振荡时快速动作，振荡中区内故障可靠动作；
3、专利技术
利用电流互感器二次测量电流动态补偿其传递产生的幅值和相位误差(200610017752.4)
继电保护故障检测模块(200310110260.6)
一种正序故障分量方向和零序功率方向判别方法（200410102438.7）
目录
1 概述 (1)
1.1 应用范围及保护配置 (1)
1.2 产品特点 (1)
1.2.1保护性能 (1)
1.2.2软、硬件平台 (1)
1.2.3操作界面 (2)
2 技术指标 (2)
2.1 基本电气参数 (2)
2.1.1额定交流数据 (2)
2.1.2额定直流数据 (2)
2.1.3打印机辅助交流电源 (2)
2.1.4功率消耗 (3)
2.1.5过载能力 (3)
2.2 主要技术指标 (3)
2.2.1纵联方向 (3)
2.2.2距离保护 (3)
2.2.3零序电流方向保护 (4)
2.2.4测距部分 (4)
2.2.5综合重合闸 (4)
2.2.6记录容量及定值区容量 (4)
2.2.7对时方式 (5)
2.2.8输出触点 (5)
2.2.9绝缘性能 (5)
2.2.10冲击电压 (5)
2.2.11机械性能 (5)
2.2.12抗电气干扰性能 (6)
2.3 环境条件 (6)
2.4 通信接口 (7)
3 保护原理介绍 (7)
3.1 启动元件 (7)
3.1.1相电流突变量启动元件 (7)
3.1.2零序电流启动元件 (8)
3.1.3静稳破坏启动元件 (8)
3.2 选相元件 (8)
3.2.1工作电压突变量选相 (8)
3.2.2序电流复合选相 (8)
3.3 纵联方向元件 (9)
3.3.1正序故障分量方向元件 (9)
3.3.2相间距离方向元件 (10)
3.3.3零序功率方向元件 (11)
3.4 阶段式距离元件 (11)
3.4.1三段式接地距离 (11)
3.4.2三段式相间距离 (12)
3.5 故障开放元件 (13)
3.5.1短时开放保护 (13)
3.5.2不对称故障开放元件 (14)
3.5.3对称故障开放元件 (14)
3.5.4非全相运行时的故障开放判据 (15)
3.6 辅助元件 (15)
3.6.1 TV断线检查 (15)
3.6.2 TV反序检查 (16)
3.6.3 TA反序检查 (16)
3.6.4 TA断线 (16)
3.7 保护逻辑框图 (16)
3.7.1纵联方向保护逻辑 (16)
3.7.2距离保护逻辑 (20)
3.7.3零序保护逻辑 (21)
3.7.4跳闸逻辑 (23)
3.7.5重合闸逻辑 (24)
4 装置硬件介绍 (26)
4.1 装置整体结构 (26)
4.2 结构与安装 (28)
4.3 装置插件介绍 (29)
4.3.1交流变换插件(1＃、2＃) (29)
4.3.2 CPU插件 (29)
4.3.3开入插件 (30)
4.3.4信号及出口插件 (31)
4.3.5出口插件 (32)
4.3.6通讯插件 (33)
4.3.7稳压电源插件 (34)
5 定值清单及整定说明 (35)
5.1 定值清单 (35)
5.2 定值整定说明 (37)
5.3 软压板 (40)
6 订货须知 (40)
1概述
1.1 应用范围及保护配置
WXH-801A/B1高压线路保护装置适用220kV及以上电压等级输电线路成套数字式保护装置，主保护为纵联方向保护，后备保护为距离保护及零序保护，选配自动重合闸。
1.2 产品特点
基于高性能、高冗余的许继新一代硬件平台，可视化的逻辑开发工具实现保护透明化设计，变动作特性原理使保护性能全面提升，先进的光纤通道技术，装置内存的“日志系统”及“黑匣子”故障定位技术等是该保护装置的主要特点。
1.2.1 保护性能
动作速度快，线路近端故障动作时间小于10ms，主保护全线内典型金属性故障小于30ms；
纵联方向、距离保护采用变动作特性的原理，在保证保护速动性基础上大大提高保护灵敏度；
采用双重数字滤波算法协调工作，有效保证距离保护的快速动作及测量精度；
自适应的振荡判据及先进的振荡识别功能，确保距离保护在系统振荡加区外故障能可靠闭锁，而在系统未振荡时快速动作，振荡中区内故障可
靠动作；
1.2.2 软、硬件平台
采用高性能、可信赖、功能强大的许继新一代硬件平台，16位高精度的双AD，浮点运算32位DSP，充分考虑冗余及功能扩展，多DSP协同
工作完成主后备保护功能；
可视化的逻辑开发工具VLD，在VLD的开发环境下所有的保护逻辑都是由可视化的柔性继电器组成，实现微机保护的完全透明化设计；
软件运行时内存内容“日志系统”及保护逻辑信息“黑匣子”记录实现异常情况的快速、准确定位；
装置采用整体面板、标准6U机箱，插件后插拔，强弱电回路严格分开，大大提高装置的抗干扰能力；
装置的AD回路、CPU插件、继电器线圈等全面自检。
1.2.3 操作界面
借助XJ-GUI界面设计工具，实现操作界面的灵活定制及人性化设计；
主接线图及丰富的实时数据的显示；
类WINDOWS菜单，通过菜单提示，可完成装置的全部操作。
2技术指标
2.1 基本电气参数
2.1.1 额定交流数据
V；
额定交流电压Un：
额定频率fn：50 Hz 。
2.1.2 额定直流数据
220 V或110 V，允许变化范围：80%～115%。
2.1.3 打印机辅助交流电源
220 V，0.7 A，50 Hz/60 Hz，允许变化范围：80%～115%。
2.1.4 功率消耗
交流电压回路：不大于0.5 V A/相（额定电压下）；
交流电流回路：不大于1 V A/相（In=5 A）；
不大于0.5 V A/相（In=1 A）；
直流回路：保护装置不大于50 W（正常进行）；
保护装置不大于100 W（保护动作）；
每路开入回路不大于0.5 W。
2.1.5 过载能力
交流电压回路：1.5 Un------------------连续工作；
交流电流回路： 2 In ------------------长期运行；
10 In -----------------10 s；
40 In -----------------1 s；
2.2 主要技术指标
2.2.1 纵联方向
整组动作时间：不大于25ms（不含通道时间）。
2.2.2 距离保护
整定范围：
0.01Ω～40Ω(In=5A)
0.05Ω～125Ω(In=1A)
阻抗动作值准确度
在线路阻抗角下、满足精工电压的条件下，测量阻抗整定值平均误差不
超过±2.5%或±0.05/InΩ。
精确工作电压：0.25V～80V
精确工作电流范围：0.1In～30In
Ⅰ段的暂态超越不大于3%
Ⅱ、Ⅲ段延时时间元件：0.2s ～10s ，整定值误差不超过±1%或±40ms ； Ⅰ段整组动作时间：在0.7倍整定阻抗内不大于30ms ； 快速距离I 段动作时间：中长线近端故障时间不大于10ms 。 2.2.3 零序电流方向保护
整定范围：0.05In ～20In ，整定值误差不超过±2.5%或±0.01In ； 零序功率方向元件动作区：°?<<°??
?
30)I 3/U 3(19000Arg ； 延时段时间元件：0.2s ～10s ，误差不超过±1%或±40ms ； 2.2.4 测距部分
单端电源金属性故障时允许误差：< ±2.5% 2.2.5 综合重合闸
具有单重、三重、综重及停用四种功能； 同期角度整定范围为：10°～60°；
重合闸延时时间元件：0.3s ～10s ，误差不超过±1%或±40ms ； 一次重合闸时间间隔为15s ； 同期角度整定误差：不大于±3°。 2.2.6 记录容量及定值区容量
故障录波内容和故障事件报告容量
记录保护跳闸前4个周波、跳闸后6个周波所有电流电压波形；护装置可循环记录100次故障事件报告。 正常波形记录容量
正常时保护可记录10个周波所有电流电压波形，以供记录或校验极性。 异常记录容量
可循环记录200次事件记录、开入变位记录、装置操作记录。事件记录包括软、硬压板投退、开关量变位等；装置自检报告包括硬件自检出错告警、装置长期启动等。 装置提供32套定值区
2.2.7 对时方式
IRIG-B码对时；
GPS脉冲对时（分脉冲或秒脉冲）；
监控系统绝对时间的对时命令；
2.2.8 输出触点
在电压不大于250 V，电流不大于1 A，时间常数L/R为5 ms±0.75 ms 的直流有感负荷电路中，触点断开容量为50 W，长期允许通过电流不大
于5 A。
电寿命：装置输出触点电路在电压不超过250 V，电流不超过0.5 A，时间常数为5 ms±0.75 ms的负荷条件下，装置能可靠动作及返回1000次。
机械寿命：装置输出触点不接负荷，能可靠动作和返回10000次。
2.2.9 绝缘性能
绝缘电阻
装置所有电路与外壳之间的绝缘电阻在标准试验条件下，不小于100 MΩ。
介质强度
装置所有电路与外壳的介质强度能耐受交流50 Hz，电压2 kV(有效值)，历时1 min试验，而无绝缘击穿或闪络现象。
2.2.10 冲击电压
装置的导电部分对外露的非导电金属部分外壳之间，在规定的试验大气条件下，能耐受幅值为5 kV的标准雷电波短时冲击检验。
2.2.11 机械性能
工作条件
能承受国家或行业标准规定的严酷等级为Ⅰ级的振动和冲击响应检验。
运输条件
能承受国家或行业标准规定的严酷等级为Ⅰ级的振动耐久、冲击耐久及
碰撞检验。
2.2.12 抗电气干扰性能
抗辐射电磁场骚扰能力：能承受GB/T 14598.9-2002第4章规定的严酷等级为Ⅲ级的辐射电磁场骚扰；
抗快速瞬变干扰能力：能承受GB/T 14598.10-1996第4章规定的严酷等级为Ⅳ级的快速瞬变干扰；
抗衰减振荡波脉冲群干扰能力：能承受GB/T 14598.13-1998第3章和第4章规定的严酷等级为Ⅲ级的脉冲群干扰试验;
抗静电放电干扰能力：能承受GB/T 14598.14-1998第4章规定的严酷等级为Ⅲ级的的静电放电干扰；
电磁发射干扰能力: 按GB/T 14598.16-2002第4章规定的传导发射限值和4.2规定的辐射发射限值。
抗工频磁场干扰能力：能承受GB/T 17626.8-1998第5章规定的严酷等级为Ⅳ级的工频磁场干扰。
抗脉冲磁场干扰能力：能承受GB/T 17626.9-1998第5章规定的严酷等级为Ⅳ级的脉冲磁场干扰。
抗阻尼振荡磁场干扰能力：按GB/T 17626.10-1998第5章规定的严酷等级为Ⅳ级的阻尼振荡磁场干扰。
抗浪涌骚扰能力：能承受IEC 60255-22-5:2002第4章规定的浪涌骚扰。
抗射频场感应的传导骚扰能力：能承受IEC 60255-22-6:2001第4章规定的射频场感应的传导骚扰。
抗工频干扰能力：能承受IEC 60255-22-7:2003第4章规定的工频干扰。
2.3 环境条件
工作环境温度：－10 ℃～＋55 ℃，24 h内平均温度不超过＋35 ℃
储运环境温度：－25 ℃～＋70 ℃，在极限值下不加激励量，装置不出现不可逆变化，温度恢复后装置应能正常工作。
相对湿度：最湿月的平均最大相对湿度为90%，同时该月的月平均最低温度为25 ℃且表面无凝露。最高温度为＋40 ℃时，平均最大相对湿度
不大于50%。
大气压力：80 kPa ～110 kPa 。 2.4 通信接口
以太网通信口：2个；RS-485通讯接口：2个。通信规约可选择电力行
业标准DL/T667-1999（IEC60870-5-103）规约或IEC61850规约。 打印口，可选RS-485或RS-232。 调试口，RS-232。
3 保护原理介绍
本装置的保护功能设计，基于许继公司开发的可视化逻辑开发环境（VLD ），同时采用分层、分模块的设计思想，将保护功能实现按数据处理、元件计算、保护逻辑、出口逻辑等进行划分；
纵联方向、距离保护的动作特性按故障特征采用多种特性自适应变化实现严重故障快速动作，弱故障可靠动作； 3.1 启动元件
在保护装置中，启动元件主要用于系统故障检测、开放故障处理逻辑及开放出口继电器的正电源功能，启动元件动作后，在满足复归条件后返回。
保护启动元件包含相电流突变量启动、零序电流启动、静稳破坏启动等启动元件，任一启动元件动作后开放故障处理逻辑。 3.1.1 相电流突变量启动元件
通过实时检测各相电流采样的瞬时值的变化情况，来判断被保护线路是否发
生故障；该元件在大多数故障的情况下均能灵敏启动，为保护的主要启动元件。其判据为：
dz T I I I ?+?>?25.1max φ
其中：dz I ?为电流突变量启动定值。T I ?为浮动门槛，随着变化量输出增大而逐步自动提高，取1.25倍可保证门槛电流始终略高于不平衡输出。
3.1.2 零序电流启动元件
主要用于在高阻接地故障情况下保护可靠启动，作为辅助启动元件，元件本身带30ms 延时。
其判据为：dz I I 003>
式中：03I 为三倍零序电流，dz I 0为零序电流启动定值。 3.1.3 静稳破坏启动元件
当“距离保护经振荡闭锁”控制字投入时增设静稳破坏启动元件。 其判据为：正序电流大于静稳电流定值门槛，且突变量启动元件未启动。 3.2 选相元件
选相元件分为快速选相元件及延时选相元件，快速选相元件采用故障分量选相元件，延时选相元件采用稳态量选相元件。 3.2.1 工作电压突变量选相
基于工作电压突变量的选相元件不仅灵敏度高，且可以较好的解决跨线故障、短时转换故障、弱馈故障、振荡中故障等特殊情况的选相问题；
具体方案为：
求取A op op opA op op opA U U U U U U C BC B C B ??????、、、、、
其中：SET 0Z *)*3(Z I K I U U op +???=?ΦΦΦ
SET *Z I U U op ΦΦΦΦΦΦ???=?
利用突变量值的关系，在六个变化量中选出最大者，并各种故障类型的特
征进一步判别，从而确定故障相； 3.2.2 序电流复合选相
基于序电流相位关系的序分量选区元件，是根据单相接地故障及两相接地故障等类型下零序、负序电流的相位关系进行判别，该元件选相灵敏度高、允许接地故障时过渡电阻较大、选相不受非全相运行的影响。
C、AB相接地故障
图3-2-2 序分量选区
当发生接地故障时，先利用零序电流0I 与负序电流（2A I ）的进行选相区，根据02arg(/)A I I ?=的角度关系划分三个区；
a) °<<°?9030? 对应AN 或BCN； b) °<<°21090?对应BN 或CAN； c) °<<°330210?对应CN 或ABN；
落入选相区后，对相间阻抗进行判别，如相间阻抗大于整定阻抗，排除相间接地故障的可能性，判为相应选相区的单相接地故障，否则为相间接地故障； 3.3 纵联方向元件
本装置纵联主保护由纵联正序故障分量方向保护和零序功率方向保护与通道接口装置构成全线速动主保护；非全相运行过程中的全线速动保护由反映健全相的工频变化量方向元件实现；
零序功率方向元件采用全周付氏向量算法，并带零序电压补偿，使系统末端高阻故障可靠动作；
保护设有正、反两个方向元件，任一反方向元件动作闭锁所有正方向元件； 3.3.1 正序故障分量方向元件
带补偿正序故障分量中可反映任何故障类型的线路故障，不受系统振荡、过渡电阻、串补电容、零序网络等影响；
正方向动作判据如下：
-160°
-20°
正向动作区
△I1
△U1
图3-3a 正序故障分量正方向元件动作范围
反方向动作判据如下：
图3-3b 正序故障分量反方向元件动作范围
3.3.2 相间距离方向元件
由带正序电压极化的圆特性阻抗方向元件构成；
图3-3-2 带记忆的正序极化圆特性
°?
11I Z I U L &&&°
比相圆方程：
°
pol U U Arg && 式中：pol
U &为极化电压。全相时采用正序极化，非全相过程中改为健全相相间电压极化；op set U U Z I φφφφ=?&&&为工作电压。
3.3.3 零序功率方向元件
零序电压极化的零序功率正方向元件； 动作方程：
000
180((3-3*)/3)20Arg U I Zcom I ?°<
反方向元件： 动作方程：
00
0(3/3)160Arg U I °<<°&& 3.4 阶段式距离元件
装置设置了三段式相间距离及三段式接地距离保护；相间距离保护由圆特性阻抗复合躲负荷线构成，接地距离保护由多边形特性阻抗元件构成。 3.4.1 三段式接地距离
由多边形特性阻抗元件、零序电抗元件、零序功率方向元件复合构成接地距离Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保护；
Ⅰ、Ⅱ段动作特性：
&
I0
图3-4-1a 接地距离多边形特性 图3-4-1b 零功方向元件特性
零序电抗线：()o
o
&&&&2703390780
0≤?+?≤j dz j set z e
I e Z I k I U φφφ 零序功率方向：00
19030U
Arg I ?<
o &&
注：在非全相过程中动作元件的特性不变，方向由工频变化量方向代替；
Ⅲ段动作特性：
图3-4-1c 接地距离多边形特性 图3-4-1d 零功方向元件特性
测量方程（X ，R 的测量）
f f r x R I I k I jk I k I jX U ?+?+??+?=&&&&&&)]3()3[(010φφφ
其中：1
11
R k X =
3.4.2 三段式相间距离
相间距离Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保护采用由正序电压极化的圆特性。
Ⅰ、Ⅱ段动作特性：
`
图3-4-2a 正方向故障的动作特性（带记忆）
Ⅲ段动作特性：
图3-4-2b 正方向不对称故障时动作特性 图3-4-2c 三相故障时动作特性（偏移阻抗）
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；当正序电压下降至20%以下时，由正序电压记忆量极化。为保证正方向故障能动作，反方向故障不动作，设置了偏移特性。在I 、II 段距离继电器暂态动作后，改用反偏阻抗继电器，保证继电器动作后能保持到故障切除。在I 、II 段距离继电器暂态不动作时，改用上抛阻抗继电器，保证母线及背后故障时不误动。对后加速则一直使用反偏阻抗继电器。
动作方程 Ⅰ、Ⅱ比相圆：
j pol op
90e /)90Arg U U θ?°
78op 90Arg e /90j set I Z U φφ?°
90/)90pol op
Arg U U ?°
U &为极化电压。全相时采用正序极化，非全相过程中改为健全相相间电压极化；op set U U Z I φφφφ=?&&&为工作电压。
3.5 故障开放元件 3.5.1 短时开放保护
相电流突变量启动元件，能灵敏反映各种不对称和对称故障，利用该元件动
作后瞬时开放保护，如识别系统失稳后的期间再发生故障时则采用不对称故障开放及对称故障开放保护逻辑。 3.5.2 不对称故障开放元件
不对称故障判别元件的基本出发点就是检测三相不对称度。 不对称故障判别元件的动作判据为： I 2+I 0≥mI 1
采用这种故障判别元件在振荡过程中发生区外故障时不会误开放保护，在区内故障只要两侧功角δ较小就能开放保护。若TS=0.1s ，在δ=±36°的区间将历时20ms ，Ⅰ段距离继电器可以动作。由于m ＜1，一般线路两侧保护同时开放，在不利的情况下才是一侧保护Ⅰ段跳闸后另一侧纵续动作。 3.5.3 对称故障开放元件
在启动元件开放150ms 以后或系统振荡过程中，如发生三相故障，则上述开放措施均不能开放保护，本装置中另设置了专门的振荡判别元件，即判别测量振荡中心的电压：
()ΣΦ?+Φ=90cos 1M Z U U
其中：ΣΦ为线路阻抗角， arg(/)M U
I Φ=&&， M U 1为正序电压。
P
图3-5-3 系统电压相量图
在系统正常运行或系统振荡时，Z U 恰好反应振荡中心的电压。 本装置采用的动作判据分二部分：
N Z N U U U 08.003.0<