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北极星电力网技术频道 作者:佚名 2007/12/29 0:01:10
中华人民共和国国家标准电力系统窄带命令式远方保护设备技术要求及试验方法GB/T15149—94Performanceandtestingofteleprotectionequipmentofpowersystemsnarrow-bandcommandsystems国家技术监督局1994-07-07批准1995-01-01实施本标准参照采用国际标准IEC834-1《电力系统远方保护设备性能及试验方法》第一部分“窄带命令系统”(1988年版)。1主题内容与适用范围本标准规定了电力系统窄带命令式远方保护设备的术语、技术要求与试验方法。本标准适用于为电力系统保护装置传送单个或多个命令信号，单方向频带在4kHz以内，使用电力线载波、多路载波、微波、光纤、导引线或其他通信系统的音频远方保护设备，作为制定产品标准的依据。保护专用电力线载波收发信机也可参照使用。本标准不适用于宽带命令式及模拟比较式远方保护设备。2引用标准GB6162静态继电器及保护装置的电气干扰试验3术语3.1远方保护teleprotection在两个或两个以上保护装置间需要通信联系时，将保护装置发出的信号变换成适于通信传输形式的信号，在通信系统中传输的技术。3.2远方保护设备(保护信号设备)teleprotectionequipment(protectionsignallingequipment)在需要进行通信联系的保护系统中，将保护装置发出的信号变换成适于通信传输形式的信号及进行反变换的设备。3.3远方保护系统(保护信号系统)teleprotectionsystem(protectionsignallingsystem)在需要进行通信联系的保护系统中，远方保护设备与有关通信系统一起所形成的系统。需要进行通信联系的保护系统的组成如图1所示。远方保护系统是保护系统的一个组成部分，不包含保护装置。远方保护设备可以与通信设备组合在一起，制成专门传输保护信号的收发信机。例如，保护专用电力线载波收发信机。
图1需要通信联系的保护系统的组成3.4远方保护通道teleprotectionchannel远方保护设备为实现其功能在通信系统中占用的通道。3.5窄带命令式远方保护系统narrow-bandcommandteleprotectionsystem传输保护信号时单方向占用频带不超过4kHz的远方保护系统。3.6(远方保护)命令信号(teleprotection)commandsignal保护装置控制远方保护设备发出的信号，用来使收信端保护装置执行某种规定动作。3.7(远方保护)监护信号(teleprotection)guardsignal远方保护设备在不发送命令时发出的信号，用来监视通信系统的传输性能是否符合要求。监护信号存在时，收信端不应有命令输出。平时不发信的远方保护设备可能没有监护信号。3.8标称频带nominalfrequencyband远方保护设备为实现其功能在通信系统中占用的频带。3.9标称发信电平nominaltransmitlevel设计制造远方保护设备时确定的命令信号及监护信号发信工作电平的标称值。在音频远方保护设备及保护专用电力线载波收发信机中，命令信号发信电平可以等于或高于监护信号发信电平。电平值在具体产品标准中规定。在电力线载波复用远方保护设备中，远方保护监护信号平时与其他信号以复用方式同时传送。在系统发生故障，保护装置动作时，停送其他信号而将远方保护命令信号提升到发信机满功率电平发送。这种设备的命令信号发信电平高于监护信号发信电平。命令信号发信电平的提高有助于改善远方保护设备的系统性能。3.10标称收信电平nominalreceivelevel设计制造远方保护设备时确定的命令信号及监护信号收信工作电平的标称值。和发信电平情况相似，命令信号收信电平可以等于或高于监护信号收信电平。电平值在具体产品标准中规定。注：本标准的标称收信电平相当于保护专用电力线载波收发信机中规定的收信灵敏起动电平与收信裕度之和。3.11总动作时间overalloperatingtime远方保护系统从发信端输入状态改变起到收信端输出状态相应改变止所经历的时间，包括信号在通信线路中的传播时间及由噪声引起的附加时延等。远方保护系统的总动作时间以T表示，是保护系统故障切除时间Tc的一部分。保护系统动作时间的组成及各部分时间的典型值见图2。
图2保护系统动作时间典型值注：1)远方保护发信端包括通信设备发信部分在内。2)远方保护收信端包括通信设备收信部分在内。3.12标称传输时间nominaltransmissiontime从远方保护系统发信端输入状态改变起到收信端输出状态相应改变止所经历的时间，不包括信号在通信线路中的传播时间，在无噪声情况下测量。标称传输时间以To表示，见图2。3.13最大实际传输时间maximumactualtransmissiontime在有噪声干扰情况下，从远方保护系统发信端输入状态改变起到收信端输出状态相应改变止所经历的时间的最大允许值，不包括信号在通信线路中的传输时间，以表示，见图2。3.14虚假命令unwantedsignal在远方保护系统发信端未发命令的情况下，因收信端受噪声干扰，输出超过规定脉冲宽度而被误认为有效的命令。3.15丢失命令missingcommand远方保护系统发信端已发出，而收信端无相应输出的命令。命令由发信端发出后，若出现以下三种情况之一，就认为是丢失命令。a.收信端完全收不到命令；b.收信端收到命令的时延超过规定的最大实际传输时间；c.收信端收到命令的宽度小于规定的最小命令脉冲宽度。3.16安全性security远方保护系统在发信端未发命令的情况下，抗御干扰和噪声，不产生虚假命令的能力。安全性的数值由下式计算：1-Puc其中，Puc为虚假命令概率，测试方法见5.2.1条。实际应用时，安全性常以虚假命令概率Puc表达。3.17可信赖性dependability远方保护系统在有干扰和噪声的情况下，有效传输命令信号的能力。可信赖性的数值由下式计算：1-Pmc其中，Pmc为丢失命令概率，测试方法见5.2.2条。实际应用时，可信赖性常以丢失命令概率Pmc表达。4技术要求4.1一般性能4.1.1气候环境条件远方保护设备在以下气候环境条件下工作，应能满足技术要求：a.环境温度：-5～ 40℃(最大变化率10℃/h)；b.相对湿度：5～95(最大绝对湿度28g/m3)；c.大气压力：86～108kPa。如远方保护设备作为保护装置或通信设备的配套设备装在同一机柜内，其气候环境条件应符合所属装置的规定。4.1.2电源4.1.2.1直流电源a.额定电压：220V，110V，48V；b.电压允许偏差： 15～-20；c.纹波系数：小于5。4.1.2.2交流电源如设备采用交流电源，必须以不间断电源供电。a.额定电压：220V，110V；b.电压允许偏差： 10～-15；c.频率：50Hz，允许偏差±5；d.谐波含量：小于5。4.1.3贮存条件设备在运输及贮存过程中，当环境温度为-40～ 70℃或制造厂与用户协商决定的其他环境温度范围时，不允许有任何损坏。4.1.4绝缘试验4.1.4.1工频耐压试验所有不接地的输入输出电路，包括电源端子，对地应能承受规定工频正弦波电压1min而不损坏。正弦波电压有效值见表1。4.1.4.2冲击电压试验所有输入输出电路，包括电源端子，应能承受以共模及差模形式施加的规定冲击电压而不损坏，也没有虚假命令输出。冲击波形为1.2/50μs，冲击电压峰值见表1。表1绝缘及高频干扰试验电压值
工作电压
工频耐压有效值kV
冲击电压，峰值kV共模，差模
高频干扰，峰值kV
共模
差模
发信收信端子
—
0.5
1
1
0.5
交流电源端子
—
2
5
2.5
1
直流电源端子
＜60
0.5
1
1
0.5
≥60
2
5
2.5
1
接保护装置的直流信号端子及告警端子
＜60
1
5
2.5
1
110
1.5
220
25
表中电压值是指被测电路接入之前的电压值。有些情况下，例如，被试电路阻抗较低或接有保护放电器，被测电器可能吸收较大电流。这时，冲击发生器输出能量应限制为0.5J±10。4.1.4.3绝缘电阻所有不接地的输入输出电路，包括电源端子的绝缘电阻，在温度低于 35℃，相对湿度小于75情况下，以直流电压500V测试，不应小于10MΩ。4.1.5高频干扰所有输入输出电路，包括电源端子，应能承受以共模及差模形式施加的规定衰减振荡波而不损坏，也没有虚假命令输出。衰减振荡波形应符合GB6162中1.2条规定，振荡频率选1MHz试验持续时间2s，振荡波电压峰值见表1。4.1.6电源电压变化远方保护设备应能承受电源电压由标称值到零和由零到标称值的缓慢变化而不损坏，也不出现错误动作。4.1.7电源中断远方保护设备应能承受电源在20s时间内的随机序列中断，每次中断时间不超过20ms，设备不损坏，也不出现错误动作，如虚假命令等。经较长时间断电，再投入电源时，设备不应出现错误动作。4.1.8电源反射噪声直流供电情况下，在设备电源端子间测得的噪声电压不应大于噪声计加权值3mV，或峰—峰值10mV。4.1.9电源极性颠倒直流供电情况下，设备应采取保护措施，防止因电源电压极性偶然颠倒而损坏。4.1.10标称阻抗音频远方保护设备与通信设备接口的输入输出端标称阻抗为600Ω(平衡)。保护专用电力线载波收发信机的载波输入输出端标称阻抗为75Ω(不平衡)。4.2系统性能远方保护系统的性能，主要有安全性、可信赖性和传输时间三项。这三项性能是互相关联的。例如，对一定的频带宽度而言，要改善安全性就要降低可信赖性，或延长传输时间。由于所用保护方式不同，对这三项性能的要求也不同。通信系统的频带宽度、噪声、干扰以及其他特性影响远方保护系统的安全性、可信赖性、传输时间等性能。远方保护设备的系统性能应包含通信系统的性能在内。由于与远方保护设备配套使用的通信设备一般难以事先确定，在规定及测试远方保护设备的系统性能时可以不含通信系统。在建立实际的远方保护系统时，应具体考虑所采用的通信系统的影响。本标准对各种远方保护系统的最大实际传输时间Tac的范围提出了建议值。在实际应用中，由电力系统的稳定性及安全运行出发，所要求的最大实际传输时间常取建议范围中较低数值。建议采用5.2条规定的模拟电力系统实际情况的方法测量远方保护设备的系统性能，并以曲线表示Puc、Pmc与信噪比的关系，见图11、图12。4.2.1闭锁式对闭锁式远方保护系统的要求是高速度与高可依靠性，速度和可依靠性降低会引起外部故障时错误跳闸，安全性降低会引起内部故障时延迟跳闸。建议性能参数：最大实际传输时间：7～20ms可信赖性(丢失命令概率1))：Pmc10-3～10-4安全性(虚假命令概率2))：Puc10-1～10-2注：1)满足最大实际传输时间Tac要求时，参见5.2.2条。2)噪声脉冲宽度TB=200ms时，参见5.2.1条。4.2.2允许跳闸式对允许跳闸式远方保护系统的要求是安全与高速度。允许跳闸式远方保护系统有超范围式与欠范围式两种。对两者的要求基本相同，但对超范围式的可依靠性要求高一些。建议性能参数：最大实际传输时间：8～40ms可信赖性(丢失命令概率)：Pmc10-2～10-3安全性(虚假命令概率)：Puc10-3～10-44.2.3直接跳闸式在直接跳闸式保护中，收到跳闸命令是跳闸的唯一依据，无需其他附加条件。对这种远方保护系统的要求是高度的安全性和可信赖性，而命令传输时间可以长一些。建议性能参数：最大实际传输时间：30～60ms可信赖性(丢失命令概率)：Pmc10-3～10-4安全性(虚假命令概率)：Puc10-5～10-6各种远方保护系统性能参数值见表2。表2各种远方保护系统性能参数建议值
闭锁式
允许跳闸式
直接跳闸式
最大实际传输时间
7～20ms
8～40ms
30～60ms
可信赖性(丢失命令概率)
10-3～10-4
10-2～10-3
10-3～10-4
安全性(虚假命令概率)
10-1～10-2
10-3～10-4
10-5～10-6
4.2.4监视与告警远方保护系统应具有通道监视及故障告警功能，在通道不能正常传输信号或设备不能正常工作时发出告警。远方保护系统的监护信号用于监视传输通道和尽可能多的远方保护设备。监测电路应能检测信号传输中断、通道中强烈干扰和噪声。如果故障或干扰持续时间较长(几秒)，应发出告警。如收信端检测出异常情况，应将输出钳位。可以根据要求钳位于异常情况发生前的输出状态，也可以钳位于“无命令”或“有命令”输出状态。钳位可以是即时的或延时的。远方保护系统应具有在运行中进行试验的功能。见附录A2。5试验方法5.1一般性能试验5.1.1工频耐压及绝缘电阻试验设备投入运行前，在未投入电源的情况下进行这两项试验。将被试端子并联对地，按表1的规定施加工频电压1min。在4.1.4.3条规定的环境条件下，用500V兆欧表测试各端子对地的绝缘电阻，应大于10MΩ。如绝缘电阻合格，设备可通电投入运行，运行状况应正常。5.1.2冲击电压试验使用开路输出电压波形和输出能量符合4.1.4.2条规定的冲击发生器进行试验。建议采用图3电路。试验时施加3次正脉冲和负脉冲，电压值符合表1规定。试验电压施加于：a.各端子与地之间，各端子连在一起(共模)；b.各独立电路之间，各独立电路端子各自连在一起(共模)；c.同一电路的端子之间，但不包括有接点的电路(差模)。注：一般不需对金属常开接点进行冲击耐压试验。在被试端子接有外部电路，并需避免冲击发生器中出现直流环流时，可以采用图4、图5的试验电路。电路中电容器的电容量很大，不致改变冲击波形。
图3冲击发生器电路
图4隔断直流环流的差模冲击电压试验电路
图5隔断直流环流的共模冲击电压试验电路对直流电源端子的试验应在设备电源不投入及投入两种状态下进行。设备投入电源后的冲击试验，可以采用图6的电路。设备经过冲击试验投入运行时，检查其运行状况应正常，不出现错误动作。
图6直流电源端子的冲击电压试验电路(设备通电状态下)5.1.3高频干扰试验高频干扰试验应按4.1.5条规定进行。5.1.4电源电压变化试验电源电压由标称值渐变到零，由零渐变到标称值，每次变化时间不小于10s，电源电压变化时不应出现错误动作。发信机与收信机应分别供电，对它们分别试验。5.1.5电源中断试验模拟由于电源线松动而引起的电源短时间中断，电源通过电子开关控制，见图7。
图7电源中断试验电路为了与实际中断的随机序列近似，可以用伪随机码型发生器控制电子开关，采用2047比特伪随机码，逻辑“1”接通电源，逻辑“0”断开电源，速率取为600Bd，其中断时间为1.67～16.7ms。试验持续20s，不应出现任何错误动作。5.1.6电源反射噪声试验测量由设备产生并送入外部直流电源的噪声，试验电路见图8。图中的电感电容低通滤波器用以使设备与电源去耦合。
图8直流电源反射噪声试验电路5.1.7电源极性颠倒试验颠倒电源极性，设备不应损坏。试验前，应检查设备是否具有防止极性颠倒的保护措施。5.2系统性能试验为模拟远方保护信号在传输媒介中受到的噪声影响，进行系统性能试验时应使用白噪声发生器在电路中注入噪声。噪声带宽建议用4kHz，也可采用标称频带宽度，一般不应低于1kHz，并将噪声电平换算到带宽4kHz数值，见附录A3。5.2.1安全性试验采用白噪声突发脉冲序列进行安全性测试，试验电路见图9。每个噪声脉冲持续时间TB为200ms，间隔时间为200ms，施加一定数量的噪声脉冲，检查收信端输出虚假命令的数量。使NB=输入噪声脉冲数Nuc=输出虚假命令数虚假命令概率的估计值为：安全性的数值为：1-Puc试验中对每个噪声脉冲只计算1次虚假命令，虚假命令的宽度应超过规定的最小命令脉冲宽度。最小命令脉冲宽度一般可取为5ms。在不同的信噪比情况下测量Puc值，可以得出类似图11的特性曲线。测量时，远方保护设备脉冲噪声接收电平应为监护信号标称收信电平与信噪比的和。
图9安全性试验电路5.2.2可信赖性试验对收信端施加连续的噪声，在发信端输入一定数量的命令，检查发送命令和接收命令的数量，试验电路见图10。
图10可信赖性试验电路
图11200波特通路虚假命令概率与信噪比关系举例使NT=发送命令数NR=接收命令数丢失命令概率的估计值为：
可信赖性的数值为：1-Pmc接收命令的信号宽度应超过规定的最小命令脉冲宽度，最小命令脉冲宽度一般可取为：直接跳闸和允许跳闸式：10ms闭锁式：100ms发送命令宽度必须大于最小命令脉冲宽度，可选在10～300ms之间。命令间隔时间应大于接收端恢复时间。发送命令周期(命令宽度与命令间隔时间之和)不应太长，否则将增加测量时间，建议命令重复率(命令周期的倒数)为每秒1～10次。图12是Pmc与信噪比关系的一组典型曲线。图中，最大实际传输时间Tac为参变量。Tac的数值应大于设备的标称传输时间To，建议在To～3To之间选取。
图12200波特通路丢失命令概率与信噪比关系举例远方保护设备收信端具有噪声闭锁电路时，高噪声电平可能引起闭锁，使可依靠性降低。测量时，远方保护设备的收信电平应为命令信号标称收信电平，噪声接收电平应为命令信号标称收信电平与信噪比的和。5.2.3标称传输时间试验标称传输时间试验电路见图13。测量时不加噪声，远方保护设备的收信电平应为命令信号标称收信电平。
图13标称传输时间To试验电路5.2.4告警试验对设备在下列异常情况下是否发出告警进行检查：a.收信端监护信号中断，在规定时间内没有出现命令信号；b.强烈的噪声使收信端闭锁，闭锁时间超过规定值；c.厂家规定的其他情况(如发信端故障等)。5.2.5多命令试验在按5.2.1及5.2.2条对多命令设备中一个命令进行安全性和可信赖性试验时，检查其他命令输出端应无虚假命令输出。附录A系统性能试验说明(参考件)A1安全性与可信赖性试验测试安全性和可信赖性的数值，要求有一定的可信度。可信度决定于观察到的事件的数量。设=所做试验总次数=观察到的事件数则观察到的事件的概率的置信度达95的近似式为：增加E的数量可以缩小不定性的范围。
图A1在置信度为95时，对于不同的E和N值的不定性范围图A1表示了这种方法的应用。以对数刻度的Y轴为概率P，试验的总次数为N=250，1000，4000，16000，64000。对于每个N值选取几个E值，命令重复率为8次。图中表示了进行N次试验的时间。图A2表示了不定性与接收的虚假命令的关系。图中曲线a的虚线表示接收虚假命令数一定时置信度为95的不定性范围。如虚假命令数减为1/x，则不定性增加到x倍。
图A2200波特通路虚假命令概率与信噪比关系举例对于图A2中虚假命令的数量，每次试验需要的时间如下：Puc=10-3，N=1×105，需要11.1h;Puc=10-4，N=5×105，需要55.5h(2.25天);Puc=10-5，N=3×106，需要333.3h(14天)。可见，进行Puc＜10-6的测试是不实际的。A2运行中试验原则上，如远方保护设备运行不正常，应该发出告警，如设备未发出告警，应表示处于运行正常状态，但完全实现这样的要求是困难的，应在设备运行中对功能进行测试。远方保护设备一般处于不发命令状态。在设备运行中，可以自动检测不发虚假命令的能力。远方保护设备动作命令不常发出，数量很少。因此，应该定期进行人工或钟控试验，检查其正确传输命令的能力。如在测试中电力系统发生故障，不论情况如何，测试信号必须立即被真正的命令取代。以发送真正命令的方式进行运行中测试，对闭锁式完全可能；对允许跳闸式有出现错误跳闸的危险；对直接跳闸式必须采取有效措施，防止错误跳闸。A3噪声电平转换关系将xkHz带宽的噪声电平转换到4kHz带宽的噪声电平的关系式：_____________________附加说明：本标准由中华人民共和国能源部提出。本标准由全国电力远动通信标准化技术委员会归口。本标准由能源部南京自动化研究所负责起草，西北电力设计院、扬州电讯仪器厂、南京有线电厂参加。本标准主要起草人：焦群、田守常、陈道元、董柏林、胡长山、徐基鸿。
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