许继集团
WXJ-831
线路保护测控装置
产品说明书
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第一章 产品综述第1节 概述WXJ800系列微机保护测控装置是我公司为适应水电站、变电站、工矿企业、泵站的需要，在总结多年来微机保护装置系统开发、研究经验的基础上，根据电力部门的要求，运用新技术、新工艺而推出的新一代集保护、监测、控制、录波、通信于一体的新型数字式微机保护综合测控装置。
WXJ800系列微机保护综合测控装置适用于水电站、变电站、企业站及泵站等的保护及测控。
WXJ800系列保护测控装置有以下特点：
n 集保护和测控功能于一体。
n 主CPU采用高速DSP（数字信号处理器）芯片。
n 提供工业以太网或RS485等通讯方式。
n 集成IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、IEC60870-5-101等标准通讯规约以及CDT等部颁规约。
n 采用192×64点阵蓝膜复显液晶显示器，显示内容丰富明了，外形美观。
n 硬件和软件设计均模块化，便于升级和扩展功能。
第2节 产品明细列表表1 产品型号表
类别名称 | 型号 | 装置名称 |
WXJ800系列保护测控装置 | WXJ831 | 线路保护测控装置 |
WXJ801 | 变压器差动保护测控装置 | |
WXJ803 | 变压器高压侧保护测控装置 | |
WXJ805 | 变压器低压侧保护测控装置 | |
WXJ806 | 电容器保护测控装置 | |
WXJ807 | 发电机（发变组）差动保护测控装置 | |
WXJ808 | 发电机（发变组）后备保护测控装置 | |
WXJ809 | 站用变(配变)保护测控装置 | |
WXJ810 | 频率电压保护测控装置 | |
WXJ813 | 异步电动机保护测控装置 | |
WXJ843 | PT切换装置 | |
WXJ802 | 备用电源自动投切装置 |
第3节 保护测控产品功能概述1、保护功能表2 保护测控装置保护功能
产品型号 | 主要功能项目 | 适用范围 |
WXJ831线路 保护测控装置 | ² 无时限过流保护 ² 两段式定时限过流保护 ² 三段式零序过流保护 ² 三相三次重合闸(检无压/检同期) ² 合闸后加速功能 ² 低频减载功能 ² 过压保护 ² 失压保护 ² PT断线监视 ² 故障录波 |
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WXJ 801变压器差动 保护测控装置 | ² 差动速断保护 ² 二次谐波制动的比率差动保护 ² CT断线检测和闭锁功能 ² 非电量保护 ² 故障录波 |
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WXJ 803变压器高压侧 保护测控装置 | ² 复合电压启动的（带方向）两段四时限过流保护 ² 两段四时限零序过流保护 ² 零序过压保护 ² 间隙零序过流保护 ² 风机启动、调压闭锁 ² 过负荷保护 ² 负序过流 ² PT断线监视 ² 故障录波 |
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WXJ 805变压器低压侧 保护测控装置 | ² 复合电压启动的（带方向）两段四时限过流保护 ² 零序过压保护 ² 调压闭锁 ² 过负荷 ² 负序过流 ² 逆功率保护 ² 过压保护 ² PT断线监视 ² 档位监视和控制 ² 故障录波 |
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WXJ 806电容器 保护测控装置 | ² 两段式相间过流保护 ² 零序过流保护 ² 零序过压保护 ² 过电压保护 ² 失电压保护 ² 不平衡保护(差压和差流) ² 故障录波 |
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WXJ 807发电机（发变组）差动保护测控装置 | ² 差动速断保护 ² 二次谐波制动的比率差动保护 ² CT断线检测和闭锁功能 ² 非电量保护 ² 故障录波 |
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WXJ 808发电机（发变组）后备保护测控装置 | ² 复合电压闭锁的过流保护 ² 记忆过流（经复合电压闭锁）保护 ² 负序电流保护 ² 过负荷保护 ² 定子绕组单相接地保护 ² 转子一点接地保护 ² 转子两点接地保护 ² 失磁保护； ² 逆功率保护 ² 过电压保护 ² 零序过流保护 ² 过频保护 ² 低频保护 ² 故障录波 |
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WXJ 809站用变(配变) 保护测控装置 | ² 无时限过流保护 ² 两段式定时限过流保护 ² 反时限过负荷保护 ² 高压侧零序过流保护 ² 低压侧零序反时限过流保护 ² 过负荷保护 ² 非电量保护 ² 故障录波 |
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WXJ 810频率电压 保护装置 | ² 过频保护 ² 低周减载 ² 过压保护 ² 低压保护 ² 故障录波 |
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WXJ813异步电动机保护测控装置 | ² 短路保护 ² 启动时间过长保护 ² 两段式过流保护 ² 低电压保护 ² 零序过流保护 ² 零序过压保护 ² 两段式负序电流保护 ² 反时限电流保护 ² 过压保护 ² 过热保护 ² 过负荷 ² 堵转保护 ² 自启动功能 ² 故障录波 |
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各保护测控装置测控功能包括：
u 遥信开入采集、装置遥信变位、事故遥信。
u 断路器正常遥控分合。
u IA、IB、IC、UA、UB、UC、U0、I0、P、Q、F、COSф等模拟量。
u 开关事故分合次数统计及电网开关事故分合次数统计和事件SOE等。
3、通讯功能WXJ800 系列保护测控装置有两种通讯方式可供选择：
u RS485总线方式。
u 以太网方式。
第4节 保护测控类产品通用说明1、额定数据交直流电源：220V，允许偏差+15%，-20%
交流电压：100V，57.7V
交流电流：5A，1A
频率：50Hz
2、功 耗交流电压回路：＜0.5VA/相 （额定电压下）
交流电流回路：＜0.5VA/相 （In=1A）
＜1VA/相 （In=5A）
直流回路：正常＜ 15W
跳闸＜ 25W
3、遥测量计量等级电流：0.2级
其他：0.5级
4、遥信分辨率小于2ms
5、信号输入方式无源节点
6、模拟量输入外部电流及电压输入经隔离互感器隔离变换后，由低通模拟滤波器输入至模数变换器，CPU经采样数字处理后构成各种保护继电器，并计算各种遥测量。
保护电流经过装置的保护CT（一般为100A/7.07V，可根据特殊要求进行选配），电压信号（UA，UB，UC，U0等）经过PT（150V/7.07V），转换成电压信号，然后经过低通滤波和抗干扰器件、保护电路、运算放大器后输入到可以输入±10V的A/D转换器，转换成数字信号进入CPU，经过运算后进行保护。测量CT与保护CT分开，电压UA同时作为测频电路的输入。
每个装置输入的电压电流量都不相同，但原理是一致的，在装置说明部分只列出输入的模拟量。
7、过载能力（1） 交流电流回路：2倍额定电流连续工作；10倍额定电流工作10S；20倍额定电流工作1S。
（2） 交流电压回路：1.2倍额定电压连续工作。
（3） 电源回路：80% – 120%额定电压正常工作。
8、绝缘性能
（1） 所有电路与外壳间的绝缘电阻在标准实验条件下不小于100MΩ。
（2） 所有电路与外壳间的介质强度能耐受交流50Hz、电压2kV（有效值）、历时1min的试验而无绝缘击穿或闪络现象。
9、抗干扰性能
（1） 电源回路、交流输入回路、开入回路、开出回路的端子与外露的非导电金属外壳之间，在规定的试验大气条件下，能耐受幅值为5kV的标准雷电波短时冲击检验。
（2） 1MHz及100kHz的振荡波干扰：符合GB/T17626.12 – 1998《振荡波抗扰度试验》（等同于IEC61000 – 4 – 121995）振铃波试验4级和阻尼振荡波试验3级（均为最高等级）。
（3） 浪涌干扰：符合GB/T17626.5 – 1999《浪涌（冲击）抗扰度试验》（等同于IEC61000 – 4 – 5：1995）4级（4kV）标准。
（4） 抗静电放电干扰：符合GB/T17626.2 – 1999《静电放电抗扰度试验》（等同于IEC61000 – 4 – 2：1995）4级（8kV）标准。
（5） 抗快速瞬变脉冲群干扰：符合GB/T17626.4 – 1998《快速瞬变脉冲群抗扰度试验》（等同于IEC61000 – 4 – 4：1995）4级（电源回路4kV，信号回路2kV）标准。
（6） 抗脉冲磁场干扰：符合GB/T17626.9 – 1998《脉冲磁场抗扰度试验》（等同于IEC61000 – 4 – 9：1993）5级（1000A/m）标准。
（7） 抗幅射电磁场干扰：符合GB/T17626.3 – 1998《辐射磁场抗扰度试验》（等同于IEC61000 – 4 – 3：1995）5级（10A/m）标准。
（8） 环境条件
u 工作温度：-10℃~70℃
u 储存温度：-40℃~85℃
u 由储存温度恢复到工作温度范围内后装置正常工作。不施加激励量，不出现不可逆变化。
10、可靠性指标
MTBF（平均无故障运行时间）：＞30000h；
MTTR（平均故障修复时间）：＜3.5h；
第5节 装置原理和结构1、硬件原理WXJ800系列保护测控装置原理如图1所示。
图1 WXJ800系列保护测控装置硬件原理框图
2、结构设计WXJ800系列保护测控装置采用标准6U机箱后插拔设计，分为CPU/电源插件、IO插件和PT/CT插件。
具体结构参见各装置端子定义图。
3、程序框架结构程序共分为6个模块，每个模块独立运行，合理安排了优先级顺序，充分利用资源并且尽量互不联系，增强了可靠性。6个模块及功能如下（优先级逐次升高）。
u 主程序模块：进行循环的测量计算，并且完成实时时钟和E2PROM的读写。
u 5mS中断模块：完成通讯数据和进程的处理。
u 以太网中断模块：接收以太网数据。
u RS485通讯中断模块：接收和发送RS485通讯接口数据。
u 测频中断模块：进行频率跟踪并计算频率。
u 采样中断模块：完成保护、测量、录波的采样并进行保护计算和保护过程。
第6节 人机接口人机接口为整套保护提供管理功能和外部通信功能，WXJ800数字式保护继电器采用了带背光的192*64液晶显示器，提供友好的人机操作界面。
装置外形如图2所示。
图2 WXJ800系列保护测控装置外形示意图
1、按键说明▲ -- 光标向上滚动或菜单向上翻页
▼ -- 光标向下滚动或菜单向下翻页
◄ -- 光标向左移动
► -- 光标向右移动
+ -- 字母数字增加
- -- 字母数字减小
ENT -- 确认
ESC -- 取消
复归 -- 复位事故和告警信号
注：面板上有5个指示灯，分别是：
运行 -- 工作状况指示灯，装置正常运行时不停的闪烁，反之一直亮(绿)
合位置 -- 断路器处于合位置时点亮(红)
分位置 -- 断路器处于分位置时点亮(绿)
故障 -- 当装置所监视的系统有故障信号时点亮(红)
告警 -- 当装置所监视的系统有告警信号时点亮(红)
2、操作简要说明整套保护采用了统一风格的人机界面，界面友好。按照分层的菜单方式，可以根据提示方便地进行操作。这里只简要介绍一下菜单的内容。
主菜单如下：
 |
实时数据 |
事件记录 |
定值管理 |
系统管理 |
开关控制 |
（1） 实时数据包括测量数据和信号量，选定后可以显示相应数据和信号量的状态。
 |
测量数据 信号量 |
信号量 |
（2） 事件记录显示最近发生的20个事件，显示在第一页下面的一个是最新的事件。装置掉电后事件不丢失。
（3） 定值管理包括三个菜单：
 |
定值查询 信号量 |
定值修改 |
定值固化 |
定值的查询和修改有同样的界面，前者与后者的差别是后者可以修改定值，前者不能。当定值修改过后，退到这个界面选定“定值固化”菜单按确认键，在输入密码后可以固化定值。
定值按照功能分成若干个组，以变压器低压侧保护为例，有如下定值组：
 | |||||
 | |||||
 | |||||
过流Ⅱ段 |
复合电压 |
功率方向 |
过流Ⅰ段 信号量 |
▼ |
过流Ⅱ段 |
功率方向 |
复合电压 |
过压保护 |
逆功率保护 |
其他 |
▲ |
零序过压 信号量 |
调压闭锁 |
过负荷告警 |
负序过流 |
▲ |
▼ |
系统管理包括：
 |
系数参数 |
地址参数 |
端口参数 |
密码修改 |
时间设置 |
遥信参数 |
SHAPE \* MERGEFORMAT
系数参数用以对测量量进行修正；地址参数是通讯中装置的本地地址；端口参数对通讯口的波特率、校验方式等进行处理；密码是装置的密码，所有用到密码的地方都与此处设定的密码相关；时间设置是用以修改装置自身的实时时钟的。
（4） 开关控制指对与装置相关连的设备进行控制，以变压器低压侧为例有以下几个控制：
本体断路器 |
档位升降 |
档位紧急停 |
SHAPE \* MERGEFORMAT
⑷ 环境温度在40℃时允许最大相对湿度90%。 |
|
保护测控类产品特点 （1） CPU采用高速DSP（数字信号处理器）芯片。
DSP的意思是数字信号处理器，它同常规MCU的不同之处在于内部结构和指令模块的不同，因为DSP采用超哈佛结构，同时处理多条指令，使速度大大加快，而指令优势是有大量用于数字信号处理的指令和寻址方式，使DFT、FFT、FIR、IIR等的处理变得方便快捷，如乘加、乘减等。优秀的寻址方式使指针的变化极其灵活，内部的多条数据总线使数据程序可以同时存取，从而加快了指令的运行。在此基础上DSP厂家又集成了大量的外围设备，如：SPI、SCI、WD、TIMER、PWM、I/O以及FLASH等，使DSP超出了一般DSP的功能，使其具有了MCU的功能，并且因为集成了FLASH使可靠性大大提高。使用DSP后可以在很长时间内不会因为运算量的增大而更换更高速的CPU，从而真正建立软硬件平台的概念，使继承性和可靠性大大提高。
（2） 每周波32点高精度交流采样，快速傅立叶变换（FFT）运算。
高速的采样使计算误差降低，FFT又使采样和计算基础不必根据功能的改变而改变，减少了人为错误的可能性。
（3） 测量回路和保护回路的电流可以分成不同CT，也可以使用同一组CT。
前者的优点是测量CT的精度高从而使测量更精确，后者的优点是可以根据测量电流有效监视保护CT的运行状况。
（4） 所有对外引出的电气端子抗过压和浪涌。
电力系统的可靠性是我们的首要考虑因素。
（5） 主板元件全表贴安装，4层印刷线路板，抗干扰能力强。
多层板使CPU的引出线尽量短，从而使线间干扰和外部影响变得微弱。
（6） 具有RS485及以太网通讯口。
RS485是传统的接口方式，运行经验和相应的设备丰富，我们基于通用的电力系统规约开发了相应的应用程序，可以方便接口于其他厂家的通讯管理机；以太网是近年的发展趋势，以太网的速度优势是众所周知的，我们使用先进的工业级接口芯片为用户提供了更多的选择。
（7） 确保在-30℃～+70℃环境下运行。
芯片和其他器件的选择、测试使运行在各地室内外安装的装置安全可靠。
（8） 192×64点阵液晶显示屏，可对当地数据监视，进行参数定值设置。
人性化的人机交互使就地操作更加方便简单。
（9） 低功耗设计，整机功耗不大于35W。
第8节 WXJ831线路保护测控装置说明书1、主要保护功能配置1）无时限过流保护（带方向）； 2）两段式定时限过流保护（带方向）；
3）零序过流保护（带方向）； 4）重合闸(检无压/检同期)；
5）合闸后加速功能； 6）充电保护；
7）低频减载功能； 8）过压保护；
9）失压保护； 10）过负荷；
11）PT断线监视； 12）故障录波功能。
2、主要测控功能1) 16路遥信开入采集、装置遥信变位、事故遥信。遥信量名称及告警方式用户可以根据
实际要求自行设置；
2) 断路器遥控分合及备用开出（备用开出的用途要在订货时说明）；
3) IA、IB、IC、Ua、Ub、Uc、U0、I0、P、Q、F、COSф等模拟量；
4) 保护事件顺序记录（SOE）等。
3、主要技术指标3.1 定时限过流电流定值：0 In –20In 时间定值：0S – 60S
灵敏角：30º、45º、60º可选 定值误差：＜ 5%
3.2 零序过流电流定值：0In –20 In 时间定值：0S – 60S
定值误差：＜ 5%
3.3 重合闸重合闸时间：0.1S – 25S 定值误差：＜ 5%
3.4 后加速电流定值：0In –20 In 时间定值：0.02S – 1.0S
定值误差：＜ 5%
3.5 低频减载低频定值：46Hz – 54Hz 低压闭锁定值：0 Un – 1 Un
df/dt闭锁定值：0Hz/S – 10Hz/S 电流闭锁定值：0 In –1 In
频率误差：＜ 0.01Hz 定值误差：＜ 5%
3.6 失压电压定值：0.1Un – 1 Un 时间定值：0S – 60S
电流闭锁定值：0.1In –1 In
3.7 过压电压定值：0.5Un – 1.3Un 时间定值：0S – 60S
4、模拟输入输入模拟量为：保护电流Ia、Ib、Ic、I0，用作过流保护和零序过流保护量；测量电流IA、IB、IC用以进行电流监视和功率计算；电压量Ua、Ub、Uc作为过流、方向、低频减载的电压闭锁元件及测量电压和功率；U0为零序电压输入，为零序保护中判断方向所用；Ux为抽取电压，作为重合闸检无压/检同期输入。
5、保护原理5.1 过流保护本装置设三段式（速断 + 两段定时限）电流保护，各段电流及时间可独立整定，可分别设置控制字控制本段保护的投退。
非动作区 |
Ua |
Ia |
Ubc |
灵敏角 |
灵敏线 |
任一相电流幅值大于整定值，启动元件动作。电流保护的闭锁元件有：低电压闭锁、PT断线闭锁、方向闭锁，以上闭锁都可通过定值设置投退。
方向元件采用90º接线方式，方向元件动作范围示意图如右（以Ia为例）。
SHAPE \* MERGEFORMAT 过流保护的逻辑框图如下：
零序过流保护是针对接地系统而设置，当系统为小电流接地系统时，可以将零序保护设置为动作于信号。零序保护动作于跳闸或信号，也可由控制字进行选择，并可由控制字选择是否经方向闭锁。
非动作区 |
-U0 |
I0 |
U0 |
灵敏角 |
灵敏线 |
零序过流的方向有大电流接地系统和小电流接地系统之分，在大电流接地系统故障中，零序电流超前零序电压95º – 110º，所以我们设置了70º的灵敏角，如右图所示。对于小电流接地系统的方向我们采用了和上图相反的动作区。
零序过流的逻辑框图如下：
本保护仅在WXJ831F中实现。在高压母线充电时将充电保护压板投入，然后供电，如果母线短路，充电保护会无选择无时限跳闸。在充电完成后，充电保护的压板去掉。
5.4 PT断线检查装置具有PT断线检查功能，装置检测到PT断线时，发出告警信号。
PT断线的判据：
①存在一线电压小于定值，且某一相电流大于0.04In，用于检测三相失压和不对称断线；
②负序电压大于定值，用于检测不对称断线。
满足上述任一条件后，延时3S报PT断线。
判据①主要是用来判别对称性三相断线的，同时又是对不对称断线的补充。其中加上电流闭锁条件，是用来防止保护装置在调试过程中未加任何电压量时误发告警信号。
判据②则是专门用于对PT发生不对称断线时进行判断的。
5.5 重合闸三相一次重合闸启动方式有两种：保护启动和不对应启动。重合闸的功能可根据整定控制字投退，当重合闸不投时可选择整定控制字退出。重合闸方式可通过整定控制字选择不检同期、检无压，或者检同期、检无压。检同期/检无压的线路电压为抽取电压。重合闸必须在充电完成后投入，线路在正常运行状态，无外部闭锁重合闸信号，经15秒延时充电完成。
重合闸闭锁信号有：
① 手动跳闸 ② 遥控跳闸
5.6 后加速功能装置配置了后加速保护，合闸后加速保护包括手合于故障加速跳闸与自动重合于故障加速跳闸。保护原理：重合闸后电流又大于后加速的定值将加速跳闸。可设置控制字控制后加速保护的投退。
5.7 低频减载功能装置配有低电压闭锁、电流闭锁及滑差闭锁功能的低频减载功能。当装置投入工作时若频率超出其正常范围（45Hz~55Hz），则闭锁低周减载功能。电压过低说明可能是故障状态，应由保护完成跳闸，所以闭锁低频减载功能，而如果电流过小，则可能不是由这个线路引起的频率降低，即使将其减掉也起不到作用，所以也闭锁低频减载功能。在WXJ831中用装置的A、C两相测量电流的大者进行闭锁。当线路带有电动机等大负载启动时会造成系统频率迅速降低，所以使用滑差闭锁。
5.8 过压保护过电压保护是为了防止用电设备长期承受高于1.1Un以上的电压而损坏。为避免使用相电压在单相接地时引起过电压保护误动，过电压保护采用线电压。
过压保护的逻辑框图如下：
失压保护功能在检测到供电电压降低到失压定值以下时，根据控制字动作于跳闸。为防止电压互感器回路断线引起误动作，本保护加设了电流闭锁，即当任一相电流大于闭锁电流定值时闭锁本保护出口。
失压保护的逻辑框图如下：
过负荷保护主要是防御线路异常运行时，由过负荷而引起的过电流。过负荷保护可设置为跳闸或告警，通过控制字设置功能的投退。
5.11 控制回路断线装置配有控制回路断线监视功能，采用合、跳闸继电器的组合触点，通过软件判断控制回路是否正常。故障时经0.5秒延时发出控制回路断线告警信号。
5.12 事件记录功能装置可记录保护动作事件、告警事件以及遥信变位事件，事件掉电不丢失。
保护动作事件记录保护动作时间，作用于跳闸的保护类型（过流、低频减载等）、以及故障时的短路电流、电压值。
告警事件记录PT断线、CT断线、过负荷等系统告警信号。
遥信变位记录遥信量的变位情况。
5.13 故障录波本装置设有故障录波功能，记录的模拟量为Ia、Ib、Ic、Ua、Ub、Uc、Ux、U0、I0，记录的状态量为开关位置。
5.14 关于母联本装置完全可以用于母联的保护，如果有特殊要求可以在订货时说明。
6、机箱端子示意图及端子定义6.1 WXJ831直流操作装置机箱端子示意图及端子定义图
WXJ831的外形及安装尺寸见附录。
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