1、TQDBIV多功能微机保护实验装置Chang Sha Tong Qing Electrical and Information Co.ltdTQDB-IV多功能微机保护实验装置使用说明书目 录第1章 概述.11.1 特点 11.2适用范围 1第2章 装置技术参数 32.1 基本数据 32.2 技术性能指标 4第3章 装置硬件.53.1 装置结构 53.2 主要插件 5第4章 装置功能.74.1 220kV线路保护装置.74.1.1 装置的主要元件.74.1.2 纵联方向保护.84.1.3 距离保护.104.1.4零序(方向)电流保护114.1.5重合闸.124.2 110kV线路保护装置.13
2、4.2.1装置的主要元件.134.2.2 线路保护方案 144.3 10kV线路保护装置.164.3.1保护配置.164.3.2保护方案. 164.4 变压器主保护装置.204.4.1保护配置.204.4.2 保护方案 .204.5 变压器后备保护装置.224.5.1保护配置.224.5.2 保护方案 .224.6母线保护装置.244.6.1保护配置.244.6.2 保护方案 .24第5章 人机接口说明265.1面板说明.265.1.1 按键定义 265.1.2 指示灯定义 265.2 上电及正常运行显示275.2.1 上电运行界面 275.2.2 装置运行画面 275.3 菜单及操作285.
3、3.1 菜单功能 285.3.2 主菜单 285.3.3 运行菜单 295.3.4 继保菜单 295.3.5 厂家菜单 305.3.3 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
4、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
5、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
6、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：50Hz0.5 Hz(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：50Hz2.1.3交流回路过载能力(1)
7、交流电压：1.2Un 持续工作(2) 交流电流：2In 持续工作. 20In 1s2.1.4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：-1060(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 0.1-50(2) 整定误差值2.5%(3) 精确工作电压0.5V-60V(4)精确工
8、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
9、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3.2.2 CPU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
10、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4.1 220kV线路保护装置本保护装置主要适用于220kV-500kV各电压
11、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 IMax3(IMid-I
12、Min)其中，IMax相电流差的最大值，IMid相电流差的中值，IMin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 -30arg(Io/I2a)90 可能故障类型 AG,BCG,ABG 实际故障相MinZAG,ZBCG,ZABG -30arg(Io/I2b)90 可能故障类型 BG,CAG,BCG 实际故障相MinZBG,ZCAG,ZBCG -30arg(Io/I2c)90 可能故障类型 CG,ABG,CAG 实际故障相MinZCG,ZABG,ZCAG相间故障故障相 MinZAB,ZBC,ZCA(3
13、)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
14、，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
15、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
16、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
17、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
18、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
19、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 4.2 110kV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4.1.1.34.2.1.4 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
20、功能框图如图4-8所示。 图4-8 110kV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4.3 10kV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
21、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4-114-13。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4-11 10kV线路保护电流I段动作逻辑框图图4-12 10kV线路保护电流II段动作逻辑框图图4-13 10kV线路保护电流III段
22、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
23、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。 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 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
24、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
25、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
26、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
