GB/T 15149.2-1998电力系统远方保护设备的性能及试验方法 第2部分:模拟比较系统

ICS,27.100
中华人民共和国国家标准
GB/T15149.2—1998
idt IEC 834-2:1993
电力系统远方保护设备的性能
及试验方法
第2部分：模拟比较系统
Performance and testing of teleprotectionequipment of power systems
Part 2: Analogue comparison systems1998-08-13发布
1999-06-01实施
国家质量技术监督局·发布
浙江誉标准计量情报研究所
GB/T15149.2—1998
IEC前言
模拟比较式远方保护系统特性
4要求
5试验方法
附录A（标准的附录）
本标准引用的IEC834-1条文
附录B(提示的附录）
附录C(提示的附录)
附录D(提示的附录）
模拟比较保护系统的类型及远方保护方式二进制对称通道(BSC)模型
参考文献
GB/T15149.2—1998
本标准等同采用国际标准IEC834-2：1993《电力系统远方保护设备的性能及试验方法第2部分：模拟比较系统》。
输电线路发生故障时，利用通信技术在线路两端间交换故障电流的幅值相位等信息，可以准确判断是否是区内故障，从而在区内故障情况下全线快速切除故障，这对于保证电力系统安全运行具有重要意义。模拟比较系统的远方保护设备是在线路两端间交换故障电流信息的设备，主要可分为相位比较保护系统与电流差动保护系统两种。我国早在50年代就开始采用相位比较保护系统，至今应用已非常广泛，有关方面曾为它制定过行业标准。电流差动保护系统技术上比较复杂，在我国应用不多，也未制定过标准。采用近年发布的模拟比较保护系统的国际标准制定为我国国家标准，可以作为今后我国制定有关设备标准的依据，对于提高我国这方面技术水平及设备质量会有很好的作用。IEC834-2是国际标准IEC834《电力系统远方保护设备的性能及试验方法》的第2部分。该国际标准的第1部分IEC834-1：1988《窄带命令系统》已被参照采用为我国国家标准GB/T15149-94《电力系统窄带命令式远方保护设备技术要求及试验方法》。IEC834-2引用标准时很多条文都以“见IEC834-1××条”方式表述。为便于使用，本标准将这些IEC834-1条文集中列为标准正文后面的附录。这个附录作为标准的补充部分，应是标准的附录，而IEC834-2原有的附录都是提示的附录，标准的附录应列在提示的附录的前面，因此增加的附录定为附录A，原有的附录A,B,C依次改为附录B,C,D。与IEC834-2比较，本标准全部条文编号及文字均与它一致，只是，如上所述，增加了一个新的附录，原有附录的编号随之相应变更。本标准的附录A为标准的附录。
本标准的附录B、附录C、附录D均为提示的附录。本标准由中华人民共和国电力工业部提出。本标准由全国电力远动通信标准化技术委员会归口。本标准起草单位：电力工业部电力自动化研究院、许继昌南通信设备有限公司。本标准的主要起草人：陈道元、田守常、王能桂、何彬。GB/T15149.2—1998
IEC前言
1）国际电工委员会IEC是一个由各国家电工委员会（IEC国家委员会）组成的国际性标准化组织。IEC的目的是在与电气电子领域标准化有关问题上促进国际间合作。为了这个目的及其他工作，IEC发布国际标准。标准的编制工作委托技术委员会进行。任何对该题目感兴趣的国家委员会，以及与IEC有联系的国际的、政府的和非政府的组织都可以参加编制工作。IEC与国际标准化组织ISO间按两组织协议规定的条件，实现了紧密合作。2）由所有特别关切的国家委员会都参加的技术委员会所制定的国际电工委员会有关技术问题的正式决议或协议，尽可能接近地表达了对涉及问题的国际间协商一致的意见。3）这些决议或协议以国际标准、技术报告或导则形式出版，作为建议供国际使用，并在此意义上为各国家委员会接受。
4）为促进国际间的统一，国际电工委员会各国家委员会应在最大可能范围内直接采用国际电工委员会标准作为他们的国家或地区标准。国际电工委员会标准与相应国家或地区标准间任何不一致处，应在后者文字中明确指出。
国际标准IEC834-2由国际电工委员57技术委员会（电力系统远动、远方保护及其通信）编制。本标准文本以下列文件为基础：国际标准草案
57(CO)55
本标准投票通过的情况可见上表中的投票报告。投票报告
57(CO)64
IEC834的总名称为《电力系统远方保护设备性能及试验方法》，由以下两部分组成：第1部分：1988，窄带命令系统
第2部分：1993，模拟比较系统
中华人民共和国国家标准
电力系统远方保护设备的性能
及试验方法
第2部分：模拟比较系统
Performanceand testing of teleprotection equipment of power systemsPart 2:Analogue comparison systems1总则
1.1范围与目的
GB/T15149.2—1998
idtIEC834-2:1993
本标准适用于传输相位或相位与幅值等一次模拟量信息的窄带及宽带远方保护系统。远方保护设备可以是单独的设备，也可以与保护装置或通信设备组装在一起。窄带系统是每个传输方向的频带在4kHz以内的系统。宽带系统是每个传输方向的频带在4kHz以上的系统。本标准不适用于宽带命令系统。本标准规定了与电力系统保护装置配合使用的模拟比较式远方保护设备的性能要求及试验方法，确定了有关术语。相位或相位与幅值等测量量可以转换为模拟或数字形式并进行比较。除远方保护设备的电源及接口部分以外，远方保护设备与保护装置配合的性能也应进行试验。本标准规定的所有试验应为型式试验（见IEC50(151)）。1.2引用标准
下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。IEC50(151)：1978国际电工词汇(IEV)151章：电磁器件IEC255-4：1976电气继电器第4部分：他定时限单输入激励量量度继电器IEC255-5:1977
电气继电器第5部分：电气继电器的绝缘试验IEC255-6：1988电气继电器第6部分：量度继电器及保护装置IEC255-22-1:1988电气继电器第22部分：量度继电器及保护装置的电气干扰试验第1篇1MHz脉冲群干扰试验
IEC834-1:1988电力系统远方保护设备的性能及试验方法第1部分：窄带命令系统ITU-T建议V.11:1976在数据通信领域中通常同集成电路设备一起使用的平衡双流接口电路的电特性
ITU-T建议V.28:1972非平衡双流接口电路的电特性ITU-T建议G.703：1972系列数字接口的物理/电特性国际大电网会议SC34，35-05工作组：1987采用通信技术的保护系统国际大电网会议SC35：1979电力线载波导则1.3工作条件
1.3.1环境条件
国家质量技术监督局1998-08-13批准1999-06-01实施
在以下条件应达到规定性能要求：温度范围
一最大温度变化率
相对湿度
一最高绝对湿度
1.3.2直流电源电压
GB/T 15149.2—1998
+5℃~+40℃
10℃/h
5%～95%
28g/m3
（见附录A1,IEC834-1:1988中3.2）1.3.3交流电源电压
在以下条件应达到规定性能要求：一电压允许偏差
频率偏差
-谐波含量
1.3.4储存条件
+10%~-15%
（见附录A2,IEC834-1:1988中3.4）1.4采用的通信系统
窄带及宽带远方保护系统的组成如图1所示。信号自通信系统发送端传输到接收端。通信系统的传输频带宽度应能满足群时延、频率衰减响应特性等参数的要求。通信方式应慎重选择，因为噪声、参数变化及各种干扰对它的影响会使远方保护设备错误动作或拒绝动作。
可以采用的通信系统见附录A3，IEC834-1：1988中第4章。2定义
本标准采用而未列入国际电工词汇的术语定义如下：2.1模拟保护系统analogueprotectionsystem（CIGRE34/35-WG05）通过通信系统，以模拟或数字形式，将电力线一端的一次模拟量传输到另一端进行比较的保护系统。
例如：相位比较保护系统，纵联差动保护系统。注：2.1～2.77条术语后面的(CIGRE34/35-WG05)是指该定义出自国际大电网会议SC34，35-05工作组：1987《采用通信技术的保护系统》文献。2.2可信赖性dependability（CIGRE34/35-WG05）不发生拒绝动作的概率。
2.3故障切除时间faultclearancetime（Tc）（CIGRE34/35-WG05）自故障发生时刻起至相应断路器自动跳闸切除故障时刻止所经历的时间，是保护系统动作时间与断路器动作时间的和。
2.4 不分相保护系统 non-segregated protection system(CIGRE 34/35-WG 05)采用混合互感器、相序网络或其他方法实现三相共用一套保护装置的保护系统。2.5传播时间propagationtime（CIGRE34/35-WG05）在规定条件下，自发送信号的某特定值加到通信系统发送端时刻起，至远方保护接收输入端的接收信号具有相应值时刻止所经历的时间。2.6安全性security（CIGRE34/35-WG05）不发生错误动作的概率。
2.7分相保护系统segregatedprotection system（CIGRE34/35-WG05）每一相配置一套保护装置的保护系统（相对于不分相保护系统而言）。2
GB/T 15149.2—1998
2.8远方保护通道teleprotectionchannel（见附录A4,IEC834-1:1988中5.10b)）注：远方保护通道可以是模拟的或数字的。在模拟通道中，信号的瞬时值是连续变化的，但传输的信息可能是数字的(例如，移频键控信号）。在数字通道中，信号的幅值只能是几个（一般是2或3个)离散电平值。3模拟比较式远方保护系统特性
3.1远方保护设备的组装方式及其接口模拟比较式远方保护设备可以与保护装置整体组装或分体组装。远方保护设备的主要接口如图1所示。
可与保护装置或通信
设备一起或分开组装
远方保
护设备
远方保
a）保护装置与远方保护设备间接口b）远方保护设备与通信系统间接口c）保护装置与互感器间接口
图1模拟比较式远方保护系统及其接口远方保护设备与保护装置整体组装时，两部分设计为一整体，装在一个机柜里。因此，接口电平、阻抗配合及其他一些要求属于设计考虑的内容，不属外部条件。本标准规定的一些要求及试验方法不适用于这种设备的内部接口；但它与通信设备的接口的要求及试验方法，本标准大都仍然适用。远方保护设备与保护装置分体组装时，两部分不设计为一整体，本标准的所有要求都适用。同样，远方保护设备与通信设备可能设计为一个整体，图1中接口b)的有关要求及试验方法不适用；但接口a)的有关要求及试验方法仍然适用。本标准只适用于远方保护设备，未规定图1中电流互感器与保护装置的要求。但进行远方保护系统性能试验时，需将图3规定的工频电流接入保护装置。图1未标出远方保护设备与电源、告警指示器等设备的二次接口。在分体组装情况下，应对这些接口进行试验。在整体组装情况下，这些接口可能位于保护装置内部，一些要求也不适用。3.2远方保护动作时间（TA或T。）远方保护系统中，自发送端输入量在规定条件下变化时刻起，至接收端输出量相应变化时刻止所经历的时间，包括传播时间及附加时延，以TA表示。进行远方保护系统设计时，应将TA考虑在内。控制时延方法基本有以下三种：a）采用宽频带通信系统以减小时延。b）对时延加以补偿，例如，将当地信号在比较前先加以时延。设备的时延值可以调整；但对于具体电路，时延是确定值。
c）通过环路控制回路使时延值自动调整。图1的接口b)如可以接出1，不包括传播时间在内的远方保护动作时间T。就可以测出，也可以引用。
采用说明：
1)在IEC834-2中，这里原文是“图1的接口a)如可以接出”。按实际情况，接口a)应改为接口b)。3
3.3保护动作时间(T或Tp）
GB/T15149.2--1998
自输入激励量按规定条件加在保护系统输入端(包括电流、电压互感器）时刻起，至保护输出电路动作时刻止所经历的时间，以TB表示。保护动作时间的典型值见图2。
不包括传播时间在内的保护动作时间T。可以测出也可以引用。通常，T。随噪声增加。最大保护动作时间Tpmax与丢失命令概率PMc可信赖性）、信号噪声比的关系如图4所示。故障发生
故障发生
保护装置
起动时间
包括电流互感
器暂态时延
1ms20ms
可信赖性试验
保护区内故障
安全性试验
保护区外故障
不分相系统
分相系统
不分相系统
分相系统
远方保护
发送端
信号处理
时间及发
送端时延
0.5ms~2ms
故障切除时间
18ms~140ms
模拟保护系统动作时间
2.0ms~60ms
远方保护动作时间
1.0ms~10ms
通信系统
传播时间
远方保护
接收端
接收端时延
及／或信号
处理时间
0.5ms~3ms
远方保护动作时间
（不包括传播时间）
保护动作时间（不包括传播时间）2ms
保护跳闸
保护装置
比较及
判决时间
0ms~30ms
故障切除
断路器
动作时间
包括消弧
16ms~80ms
可接受的保护动作时间Tpac可能因噪声存在而增加。Tpae、可信赖性和信噪比间的关系见图4。图2模拟比较系统保护动作时间典型值每端试验电流
(50Hz/60Hz)
系统故障类型
三相对称故障
三相对称故障
三相对称故障
三相对称故障
$+90°
?-30°
—-30°
整定值
相位比较保护纵联差动保护
IA/IB线路两端试验电流；HS一相位比较系统起动的高值整定值；α一IA、IB间相位角；Is一电流差动保护系统差动整定值;—保护动作时IA、Is间初始相位角；In—保护装置的额定电流图3远方保护系统性能试验参数及保护整定建议值2采用说明：
2］按IEC834-2，这个表的编号为图3。s
4要求
4.1接口要求
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信噪比dB值
实际保护动作时间Tpne参数（Tpin=：30ms）60ms
典型相位比较保护系统的丢失命令概率与信噪比关系举例在远方保护设备与保护装置、通信设备均为分体组装情况下，以下要求适用于图1中远方保护设备与保护装置间的接口a)及远方保护设备与通信设备间的接口b）。如远方保护设备与保护装置整体组装，接口a)的要求不适用。如远方保护设备与通信设备整体组装，接口b)的要求不适用。
4.1.1工频电压试验
（见附录A5,IEC834-1:1988中17.1）对于工作电压低于20V的与保护装置连接的直流信号和告警电路端子(图1接口a)），试验电压为500V。
4.1.2冲击电压试验
（见附录A6,IEC834-1：1988中17.2）4.1.3高频干扰试验
（见附录A7，IEC834-1：1988中17.3）对于高速数字信号接口以外的所有输入和输出电路，包括电源端子，应进行高频干扰试验。高速数字信号接口一般用于传输64kbit/s及以上速率数字信号，不能防护直接施加的高幅值1MHz暂态干扰。因此，应采取特殊措施防止或抑制各种干扰。如细心进行安装设计，采用高平衡度及带屏蔽的电缆等。
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4.1.4分体组装的远方保护设备与保护装置间接口的特殊要求（图1接口a)）由于远方保护设备与保护装置间传输介质、电缆长度以及其他具体应用条件各不相同，对这些接口的要求由用户与制造厂协商决定。为防止工频（50Hz/60Hz)及电力设备引起的暂态串扰使信号产生误差（幅值、相位误差或比特差错），远方保护设备与保护装置间的连接应采取平衡电缆、屏蔽电缆或光缆等防护措施。4.1.4.1相位比较保护系统
相位比较系统采用单流（单极性)或双流（双极性)接口。这种接口与低速异步数据传输接口相似。因此，数据传输接口有关要求也适用于相位比较系统。建议条件举例如下：
±5V～15V接口（ITU-T建议V.28）一土2V～6V差分接口（ITU-T建议V.11）一土20mA回路
±4V~8V600α接口（低电平0~±0.775V，高电平±4V~8V）4.1.4.2电流差动保护系统
建议条件举例：
a）数字信号接口
通过脉冲编码调制或增量调制对测量量进行数字编码，转换为数字信息。这种接口与高速数据传输接口相似，也适用有关要求。例如：±1.0/3.4V，110α双极性64kbit/s接口（ITU-T建议G.703）±2V～6V差分接口（ITU-T建议V.11）b）模拟信号接口
这种接口与远动系统模拟量输入、输出接口相似，也适用有关要求。例如：峰值土5V电压接口（信号源低阻抗，负载高阻抗）峰值士5mA电流接口（信号源高阻抗，负载低阻抗）4.2电源要求
以下要求可不适用于远方保护设备与保护装置整体组装情况。4.2.1电源电压变化
（见附录A8,IEC834-1:1988中18.1）4.2.2.电源中断
远方保护设备应能承受不超过20ms的短时间电源中断，在相应保护装置的输出端不应出现虚假命令或命令丢失。
如采用交流供电，电源中断时间可能较长，可能需使用不间断电源UPS。如电源中断试验以随机序列进行，试验周期不超过20s，相应保护装置的输出端不应出现虚假命令。电源中断时间较长后再投入，也不应出现虚假命令。用户可与制造厂协商决定电源中断时间其他值。4.2.3反射噪声
（见附录A9,IEC834-1:1988中18.3）4.2.4极性颠倒
（见附录A10,IEC834-1:1988中18.4）4.3系统要求
4.3.1保护总要求
远方保护模拟比较系统传输的信息量多于命令系统，要求也比命令系统严格。如上所述，这种系统可分为两类：
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1）电流差动式：传送测量量的幅值和相位；2）相位比较式：只传送相位信息，如过零点。模拟比较系统中传送的信息不是命令系统中的状态改变，而是电力线--端被测电气量的模拟值。应将恢复远方保护设备所传信息时产生的偏差、误码及时延降低到最小值。这些误差及保护装置的工作方式将决定保护系统的整体性能。传输频带的最小宽度由调制方式、编码方式、传输模拟量的数量及要求的准确度、允许传输时间等因素决定。
由于可信赖性、安全性、频带宽度及信号噪声比之间存在着互相制约关系，规定保护装置的允许相位偏差或相位与幅值偏差的整定值是重要的。这些整定值决定了远方保护系统的性能。保护系统为分相式或不分相式，决定了最大偏差或比特差错的允许值。此外，还应考虑被保护线路在正常负载状态及异常状态下因分布电容而引起的电容性电流损失。外部设备参数，例如电流互感器的误差及暂态特性，也会影响保护系统的性能。总之，保护系统的性能决定于以下因素：一电流互感器在正常及异常状态下的误差；被保护线路的分布电容及可能配置的补偿；保护装置（包括在正常状态不发信号的系统的起动元件）的工作原理及允许误差；由调制解调、增益控制、群时延、频带宽度等因素引起的远方保护信号恢复时的允许误差；通信系统中噪声、干扰、传输特性变化等因素的影响。模拟保护系统的要求举例如下：a）电流差动保护系统
这种保护系统的通信电路可以由1条、3条或4条通道组成。不分相系统的比较值可举例如下：幅值准确度约士10%；
电流动态范围0.51.～50I，（有时可能需要更宽的动态范围，如0.21.～1001.，I为线路电流额定值)；
最大相位偏差（灵敏角）士30°；远方保护系统产生的相位偏差典型值士3°；分相系统灵敏角允许值可为土60°。影响保护系统工作的因素及通信电路中感应的干扰及噪声（信噪比最差情况下），不应使被测电流接收值在40dB动态范围内的偏差大于以上允许值。为此，应采：用适当频带宽度的通信电路。b）相位比较保护系统
这种保护系统检测线路两端电流之间以方波为基础的相位差。可以使用的调制及比较方法很多。远方保护系统应能传输并准确地恢复信号。在最常用的不分相相位比较系统中，跳闸灵敏角可以选择为±30°～士60°，其中一般包括：故障识别10°～20°；
电容性电流引起的相位误差、电流互感器的相位误差、保护装置允许偏差10°～20°；一最大信号失真（如未加补偿，包括传输时延）10°～20°。应确定要使用的通道及其信噪比。电力线载波通道的传输时延每100km约为0.33ms或6°（50Hz工频）。如采用音频电缆，时延要大得多。终端设备引起的时延也应考虑。有时还应采取适当方法对信号及其传输时延进行补偿。分相系统对每一相及中性线的电流分别进行比较，跳闸灵敏角可选择为90°，允许失真较大。这意味着，受噪声的影响，远方保护系统信号的相位失真或相位及幅值失真有一定的概率。这概率可以作为信噪比或比特差错率(BER)的函数而予以测试。根据保护系统可靠性要求，考虑到使接收信号失真的各种因素的影响，推导出保护装置允许偏差后，可以确定远方保护系统性能的可能判据。7