110Kv變電站二次電氣部分設(shè)計

1、摘 要隨著經(jīng)濟高速發(fā)展，我國電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，110KV變電站數(shù)量的不斷增加，并且成為保障國內(nèi)電力安全、平穩(wěn)輸送的重要部分。為了保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行，需要以信息化推動生產(chǎn)自動化和管理現(xiàn)代化，在110KV變電站的建設(shè)和運行管理中，對變電站綜合自動化程度的要求增加，在此微機型繼電保護裝置具有重要的作用和意義，微機型繼電保護裝置能夠及時對變電站出現(xiàn)的故障采取有效的處理方式。變電站的繼電保護和二次回路設(shè)計是變電站設(shè)計的重要組成部分。本次畢業(yè)設(shè)計根據(jù)原始資料數(shù)據(jù)和一次部分提供的數(shù)據(jù)及供電系統(tǒng)圖，對110KV變電站一次部分進行相應(yīng)的繼電保護設(shè)計和二次回路初步設(shè)計。內(nèi)容主要包括主變壓器的保護方案設(shè)計及整定

2、計算，母線保護的配置與整定計算，斷路器、隔離開關(guān)的控制及其操作回路設(shè)計，電壓互感器、電流互感器的配置與接線設(shè)計，信號回路設(shè)計。關(guān)鍵詞：繼電保護裝置，微機型，二次回路，互感器AbstractAlong with the rapid economic development, China power grid continues to expand the scale of 110 KV substation rising number of, and become the domestic power security of security, stability of the importan

3、t part of transport. In order to ensure secure and stable operation of the grid, need to promote production information automation and management modernization, in 110 KV substation construction and operation management of substation integrated automation degree of demand increased, in this type of

4、microcomputer relay protection device plays an important role and significance, the microcomputer relay protection device can type in substation failures to adopt effective treatment.Transformer substation of relay protection and the second circuit design is an important part of the substation desig

5、n. The graduation design according to the original data and a part to provide the data and power supply system diagram 110 KV substations is a part for the corresponding relay protection design and the secondary circuit preliminary design. Content mainly includes the main transformer protection sche

6、me design and setting calculation, the bus protection configuration and setting calculation, circuit breakers, isolating switch control and its operating circuit design, voltage transformer, current transformer configuration and wiring design, signal circuit design.Key words: relay protection device

7、, the microcomputer type, the secondary circuit, transformer目錄1 緒論12 主變壓器微機保護設(shè)計22.1 變壓器保護的發(fā)展及現(xiàn)狀22.2 變壓器的故障類型及保護配置32.2.1 變壓器故障類型及其不正常運行狀態(tài)32.2.2 變壓器保護配置原則32.3 變壓器的保護的配置方案確定42.4 變壓器主保護測控裝置52.4.1 RCS-9671變壓器主保護的基本配置及規(guī)格52.4.2 電流差動保護原理72.4.3 RCS-9671變壓器主保護的裝置原理72.4.4 RCS-9671變壓器主保護軟件說明82.4.5 RCS-9671變壓器主保

8、護裝置端子說明112.5 變壓器后備保護測控裝置122.5.1 基本配置及規(guī)格122.5.2 保護測控裝置原理說明132.5.3 RCS-9681后備保護測控裝置軟件說明142.5.4 RCS-9682后備保護測控裝置軟件說明162.5.5 保護測控裝置端子說明182.5.6 主保護裝置和后備保護裝置配合分析182.5.7 變壓器過負荷閉鎖有載調(diào)壓232.6 變壓器非電量保護裝置242.6.1 RCS-9661保護基本配置及規(guī)格242.6.2 RCS-9661裝置工作原理242.6.3 RCS-9661裝置硬件原理252.6.4 裝置的運行說明282.7 主變壓器保護的整定計算292.7.1

9、變壓器主保護整定計算292.7.2 變壓器后備保護整定計算313 母線微機保護設(shè)計343.1 母線保護的重要性343.2 母線保護的裝設(shè)原則343.3 母線保護配置的選型和方案設(shè)計353.4 RCS-915AB型母線保護硬件配置353.5 RCS-915AB母線保護裝置的原理說明383.6 RCS-915AB裝置對母線運行方式的識別與斷線檢查423.7 裝置運行說明443.8 母線保護的整定計算454 斷路器、隔離開關(guān)的控制及操作回路設(shè)計484.1 斷路器、隔離開關(guān)的配置原則與規(guī)范484.1.1 斷路器控制回路的設(shè)計原則484.1.2 隔離開關(guān)控制回路的設(shè)計原則484.2 斷路器、隔離開關(guān)的控

10、制及操作回路設(shè)計494.2.1 智能操作箱的選擇494.2.2 PCS-222 智能操作箱功能及特點504.2.3 PCS-222 裝置的硬件構(gòu)成504.2.4 顯示說明544.3 微機保護、測控與操作箱的聯(lián)系565 互感器的配置與接線設(shè)計575.1 互感器的配置原則575.1.1 電流互感器的配置575.1.2 電壓互感器的配置575.2 互感器的接線形式585.2.1 電流互感器的接線形式585.2.2 電壓互感器的接線形式595.3 互感器與保護裝置的接線616 中央信號系統(tǒng)設(shè)計666.1 中央信號的作用666.2 中央信號回路基本要求及設(shè)備裝置的選型666.2.1 中央信號回路的基本要

11、求666.2.2 中央設(shè)備裝置的選型666.2.3 裝置的主要功能676.2.3 裝置報警方式676.2.4 裝置接線677 微機保護組屏方案設(shè)計697.1 系統(tǒng)通信規(guī)約介紹697.2 變電站組屏方案設(shè)計71結(jié)論72參考文獻73致謝74附錄A751 緒論目前變電站自動化的模式有集中式結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)和分布分散式結(jié)構(gòu)3種。目前新建的變電站大部分采用的是分布分散式結(jié)構(gòu)，典型結(jié)構(gòu)分為：管理層、間隔層以及設(shè)備層。分布分散結(jié)構(gòu)具有信息共享、穩(wěn)定性強以及擴展性好的優(yōu)點，是變電站綜合自動化的發(fā)展方向。隨著IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)的公布，規(guī)范了變電站自動化的通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)，為不同設(shè)備廠商的無縫互操作提供了途徑

12、。國內(nèi)綜合自動化技術(shù)比較成熟的系統(tǒng)如：許繼集團CBZ8000B智能變電站自動化系統(tǒng)、南瑞RCS-9000系列，國電南自PS6000變電站自動化系統(tǒng)、北京四方CSC2000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)。這些綜合自動化系統(tǒng)采用先進的計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實現(xiàn)對變電站二次設(shè)備的功能進行重新組合、優(yōu)化設(shè)計，對變電站電氣設(shè)備的運行情況進行監(jiān)視、測量、控制、保護和協(xié)調(diào)，替代了變電站常規(guī)二次設(shè)備，提高變電站安全穩(wěn)定運行水平、降低運行維護成本。變電站綜合自動化系統(tǒng)在二次系統(tǒng)具體裝置和功能實現(xiàn)上，用計算機化的二次設(shè)備代替和簡化了非計算機設(shè)備。微機保護是變電站繼電保護系統(tǒng)的重要組成部分，合

13、理的保護方案設(shè)計和整定計算對充分發(fā)揮微機保護的性能，提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行水平具有非常重要的作用。根據(jù)所設(shè)計變電站工程項目的應(yīng)用要求，在對微機保護裝置的原理和構(gòu)成特點進行深入研究和分析的基礎(chǔ)上，選用具可靠性、安全性、動作最靈敏的微機保護裝置進行了變電站設(shè)備保護系統(tǒng)的方案設(shè)計和保護裝置選型，完成了相關(guān)的整定計算工作，及其斷路器、隔離開關(guān)和互感器接線方式及其中央信號系統(tǒng)進行了設(shè)計，從而到達設(shè)計的目的。本次設(shè)計中采用RCS-9000系列變壓器保護裝置；母線保護采用RCS-915AB系列差動保護裝置，進行對母線保護；對斷路器和隔離開關(guān)的操作回路采用PCS-222智能操作箱進行對斷路器和隔離開關(guān)的控

14、制；中央信號系統(tǒng)方面采用許繼CAKJ-TYM-128液晶顯示中央信號報警裝置。通過對110KV變電站繼電保護的設(shè)計，使其能達到變電站的功能實現(xiàn)綜合化，系統(tǒng)機構(gòu)模塊化，保護、控制、測量裝置的數(shù)字化，操作監(jiān)視屏幕化，運行管理智能化。 通過本次設(shè)計對變電站二次系統(tǒng)的主變壓器、母線等設(shè)備裝置的保護設(shè)計，從而達到對一次電氣部分的具有監(jiān)察、測量、控制、保護、調(diào)節(jié)、安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟運行的目的，提供有效地操控方案。從而通過本次畢業(yè)設(shè)計，培養(yǎng)說明問題的能力、查詢資料的能力、解決問題的能力，對專業(yè)課綜合知識運用的能力。以及走向工作崗位盡快適應(yīng)工作環(huán)境和在工程項目上用所學(xué)專業(yè)知識解決項目工程的實際操作能力，為

15、以后工作打下了良好的基礎(chǔ)。2 主變壓器微機保護設(shè)計2.1 變壓器保護的發(fā)展及現(xiàn)狀變壓器的保護發(fā)展歷史，是以1931年R.E.Cordrary提出比率差動的變壓器保護，標(biāo)志著差動保護作為變壓器主保護時代的到來。1941年，C.D.Hayward首次提出了利用諧波制動的差動保護，將諧波分析引入到變壓器差動保護中，并逐漸成為國外研究勵磁涌流制動方法的主要方向。1948年，R.L.Sharp和W,EGlassBurn提出了利用二次諧波鑒別變壓器勵磁涌流的方法同時，還提出了差動加速的方案，以差動加速，比率差動，二次諧波制動來構(gòu)造整個諧波制動式保護的主體，并一直延續(xù)至今。微機變壓器保護的研究開始于60年代

16、末70年代初。1969年，Rockerfeller首次提出數(shù)字式變壓器保護的概念，揭開了數(shù)字式變壓器保護研究的序幕，只后O.P.Malik和Degens對變壓器保護的數(shù)字處理和數(shù)字濾波做出了研究。1972年，Skyes發(fā)表了計算機變壓器諧波制動保護方案，使得微機式變壓器保護的發(fā)展向?qū)嵱没较蜻~進。變壓器保護在進入數(shù)字微機時代后，利用微機強大的運算和處理能力，新的勵磁涌流鑒別方法不斷被提出，在國內(nèi)外形成研究熱潮?，F(xiàn)在使用的微機變壓器保護中識別勵磁涌流的方法主要是：二次諧波閉鎖、間斷角閉鎖、波形對稱原理等。實踐表明，在過去幾十年間，上述原理基本上能達到繼電保護要求。然而，隨著電力系統(tǒng)以及變壓器制造

17、技術(shù)的日益發(fā)展，利用涌流特征的各種判據(jù)在實用中均遇到了一些無法協(xié)調(diào)的矛盾。在高壓電力系統(tǒng)中，由于TA飽和、補償電容或長線分布電容等因素的影響，內(nèi)部敵障時差流中的二次諧波分量顯著增大。造成保護誤閉鎖和延時動作。另一方面，現(xiàn)代大型變壓器多采用冷軋硅鋼片，飽和磁密較低而剩磁可能較小，使得變壓器勵磁涌流中的二次諧波和間斷角均明顯變小。不斷出現(xiàn)的問題，推動了研究的不斷深入。近年來，新器件、新技術(shù)的應(yīng)用為變壓器保護的研究與發(fā)展提供了一個廣闊的天地。數(shù)字信號處理器DSP(Digital Signal Processor)的出現(xiàn)。不但可以提高微機保護數(shù)據(jù)采樣與計算速度與精度，甚至可能改變往常微機保護裝置的設(shè)計

18、思路，使得復(fù)雜的算法得以在保護裝置中實現(xiàn)。隨著變壓器主保護的研究不斷取得進展，變壓器后備保護的研究和應(yīng)用也日益引起人們的重視。為了實現(xiàn)對現(xiàn)代技術(shù)后備的要求，目前的常用做法是，按典型方式構(gòu)成不同型號的后備保護供用戶選擇，或根據(jù)用戶實際需要進行軟、硬件的調(diào)整。為此，研制開發(fā)具有良好適應(yīng)性的通用型變壓器后備保護裝置，降低開發(fā)和維護成本，提高保護裝置的穩(wěn)定性和可靠性具有十分重要的作用。2.2 變壓器的故障類型及保護配置 變壓器故障類型及其不正常運行狀態(tài)變壓器的故障可以分為油箱內(nèi)的故障和油箱外的故障。油箱內(nèi)的故障指的是變壓器郵箱內(nèi)各側(cè)繞組之間發(fā)生的相間短路、同相部分繞組中發(fā)生的匝間短路以及大電流系統(tǒng)測的

19、單相接地短路等。油箱外的故障指的是變壓器繞組引出端絕緣套管及短路線上的故障，主要有各種相間短路和接地短路。比較常見的故障有變壓器繞組引出端絕緣套管及引出短線上各種相間短路和接地短路，而變壓器油箱內(nèi)各側(cè)繞組直接發(fā)生相間短路的情況則較少。 外部相間短路引起的過電流，中性點直接接地電網(wǎng)中外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓，負荷長時間超過額定容量引起的過負荷，油箱漏油造成的油面降低，變壓器溫度升高或油箱壓力升高或冷卻系統(tǒng)故障等。對于大容量變壓器，因其鐵芯額定工作磁通密度與飽和磁通密度比較接近，所以當(dāng)系統(tǒng)電壓過高或系統(tǒng)頻率降低時，可能產(chǎn)生變壓器的過勵磁故障。變壓器的不正常運行狀態(tài)也會危及變壓器的安全

20、，如果不能及時發(fā)現(xiàn)和處理，會造成變壓器故障及損壞變壓器。所以，當(dāng)變壓器處于不正常運行狀態(tài)時，繼電保護裝置應(yīng)盡快發(fā)出告警信號，使運行人員及時發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的措施，確保變壓器的安全運行。 變壓器保護配置原則根據(jù)電力裝置的繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范及其電力工程電氣設(shè)計手冊(電氣二次部分)_部分8可知以下變壓器的保護裝置原則：反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部故障和油面降低的瓦斯保護0.8MVA 及以上的油浸式變壓器和0.4MVA 及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護。當(dāng)殼內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時，應(yīng)瞬時動作于信號；當(dāng)產(chǎn)生大量瓦斯時，應(yīng)動作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。當(dāng)變壓器安裝處電源側(cè)無斷路器或短路開關(guān)時

21、，可作用于信號。對變壓器引出線、套管及內(nèi)部的短路故障，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護裝置，并應(yīng)符合下列規(guī)定1）10MVA 及以上的單獨運行變壓器和6.3MVA 及以上的并列運行變壓器,應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。6.3MVA 及以下單獨運行的重要變壓器，亦可裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。2）10MVA 以下的變壓器可裝設(shè)電流速斷保護和過電流保護。2MVA 及以上的變壓器,當(dāng)電流速斷靈敏系數(shù)不符合要求時，宜裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。3）0.4MVA 及以上，一次電壓為10KV 及以下，線圈為三角星形連接的變壓器，可采用兩相三繼電器式的過流保護。4）本條規(guī)定的各項保護裝置，應(yīng)動作于斷開變壓器的各側(cè)斷路器。后備保護對于由外部相間短路引起的變

22、壓器過電流，可采用下列保護作為后備保護。1)過電流保護。宜用于降壓變壓器，保護裝置的整定值應(yīng)考慮事故時可能出現(xiàn)的過負荷。2)復(fù)合電壓（包括負序電壓及線電壓）起動的過電流保護。宜用于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器及過電流保護不符合靈敏性要求的降壓變壓器。3) 負序電流保護和單相式低電壓啟動的過電流保護?？捎糜?3000kVA及以上的升壓變壓器。4)對于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，當(dāng)采用上述、保護不能滿足靈敏性和選擇性要求時，可采用阻抗保護。中性點直接接地電網(wǎng)中的變壓器外部接地短路時的零序電流保護110kV及以上中性點直接接地電網(wǎng)中，如果變壓器中性點可能接地運行，對于兩側(cè)或三側(cè)電源的升壓變壓器或降壓變

23、壓器上應(yīng)裝設(shè)零序電流保護。作為變壓器主保護的后備保護，并作為相鄰元件的后備保護。過負荷保護對于400kVA及以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺并列運行或單獨運行并作為其他負荷的備用電源時，應(yīng)根據(jù)可能過負荷的情況裝設(shè)過負荷保護。對自耦變壓器和多繞組變壓器，保護裝置應(yīng)能反應(yīng)公共繞組及各側(cè)過負荷的情況。過負荷保護應(yīng)接于一相電流上，帶時限動作于信號。在無經(jīng)常值班人員的變電所，必要時過負荷保護可動作于跳閘或斷開部分負荷。2.3 變壓器的保護的配置方案確定變壓器作為電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，廣泛存在于各級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，它的安全運行直接關(guān)系到整個電網(wǎng)的可靠運行。隨著我國經(jīng)濟和社會的飛速發(fā)展，人們對電網(wǎng)的質(zhì)量要求日益提高，在面對變

24、壓器可能發(fā)生的內(nèi)部故障、外部故障和不正常運行狀態(tài)的影響，從而對變壓器的可靠運行提出了更加嚴峻的挑戰(zhàn)。這就要求裝設(shè)的變壓器不僅安全可靠，而且要迅速動作。因此裝配快速、靈敏、迅速、可靠和選擇性好的微機保護是極其重要的。微機保護裝置和微機監(jiān)控系統(tǒng)具有可靠的抗諧波干擾、抗振能力抗電磁干擾的能力，并且具有防止系統(tǒng)過電壓和過雷電沖擊的措施。在輸入輸出回路設(shè)有光電隔離和防止接點抖動的措施，及其擁有友好的人機界面，使其操作方便。綜合考慮變電站的電壓等級，變電所在電網(wǎng)中的地位，可靠性及其地理位置等因素。本設(shè)計采用南京南瑞集團RCS-9000系列保護測控裝置。該裝置支持GOOSE跳閘方式和IEC61850后臺通訊

25、方式國際規(guī)約,而且還具有兩路獨立RS485的標(biāo)準(zhǔn)通信接口以及一路基于RS-232的裝置打印和調(diào)試接口，兩路獨立的通信接口標(biāo)準(zhǔn)都采用電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T667-1999（IEC-60870-5-103）規(guī)約或LFP規(guī)約，其常用通信介質(zhì)為屏蔽雙絞線，其中一路可選配為光纖媒介。其保護測控裝置的對時有兩種方式，一種為軟件進行對時，對時精度為10ms左右；另一種為通過硬件秒對時方式進行對時，對時精度為1ms級。所有裝置共用一個對時總線，以差分信號輸入，對這兩種對時方式綜合使用。在RCS-9000系列中，主保護采用RCS-9671變壓器差動保護裝置；后備保護采用RCS-9681后備保護測控裝置作為變壓器的

26、110KV側(cè)的后備保護；RCS-9682變壓器后備保護測控裝置作為變壓器的低壓側(cè)和中壓側(cè)進行后備保護；RCS-9661變壓器非電量保護裝置，以上裝置和操作把手、切換把手、復(fù)歸按鈕等組成一面主變壓器保護測控屏。2.4 變壓器主保護測控裝置 RCS-9671變壓器主保護的基本配置及規(guī)格基本配置 RCS-9671保護裝置為變壓器主保護提供差動速斷保護，比率差動保護，中、低側(cè)過電流保護，CT斷線判別。裝置中的比率差動保護采用二次諧波制動判別原理。其技術(shù)數(shù)據(jù)如下：1）額定數(shù)據(jù)直流電源： 220V，110V 允許偏差+15%，-20%交流電流： 5A，1A頻 率： 50Hz2）功耗交流電壓： 0.5VA/

27、相交流電流： 1VA/相(IN=5A)0.5VA/相(IN=1A)直 流： 正常15W跳閘25W3）差動保護主要技術(shù)指標(biāo)a整組動作時間差動速斷 ： 20ms(1.5 倍整定值)二次諧波原理比率差動： 25ms(2 倍整定值，無涌流制動情況下)b起動元件差流電流起動元件，整定范圍為：0.3Ie1.5Ie，級差：0.01Ie(Ie 為被保護變壓器的額定電流)。c差動速斷保護整定范圍為： 414Ie。dCT斷線可通過整定控制字選擇閉鎖比率差動保護出口或僅發(fā)報警信號。e電流定值誤差：5%f比率差動制動系數(shù)： 0.30.75 可調(diào)g二次諧波制動系數(shù)： 0.10.35 可調(diào)4）后備保護主要技術(shù)指標(biāo)電流定值

28、： 0.1In20In 定值誤差：5%時間定值誤差：1%整定值+20ms裝置的性能特征1)本裝置有獨立的CPU作為整機起動元件，該起動元件在電子電路上（包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）與保護CPU完全獨立，動作后開放保護裝置出口繼電器正電源。2）裝置保護CPU 擔(dān)負保護功能，完成輸入量的采樣計算，動作邏輯判斷直至跳閘。保護CPU還設(shè)有本身的起動元件，構(gòu)成獨立完整的保護功能。3)差動速斷及比率差動保護性能圖1.1 比率差動保護動作特性圖其中：Id為動作電流，Ir為制動電流，Icdqd為差動電流起動值，Kb1為比率差動制動系數(shù)，Ie為變壓器的額定電流，圖中陰影部分為保護動作區(qū)。a.差動速斷保護實質(zhì)上為反應(yīng)差動電

29、流的過電流繼電器，用以保證在變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時快速動作跳閘。b.比率差動保護的動作特性如圖1.1所示，能可靠躲過外部故障時的不平衡電流。4）采用軟件調(diào)整變壓器各側(cè)電流的平衡系數(shù)方法，把各側(cè)的額定電流都調(diào)整到保護裝置的額定工作電流IN(IN=5A或1A)。 5)采用可靠的CT 斷線報警閉鎖功能，保證裝置在CT 斷線及交流回路故障時不誤動。6)采用變壓器接線方式整定的方法，使軟件適用于變壓器的任一接線方式。7)本裝置算法的突出特點是在較高采樣率的前提下，保證了在故障全過程對所有繼電器的并行實時計算，裝置有很高的固有可靠性及動作速度。2.4.2 電流差動保護原理電流差動保護比較被保護設(shè)備各引出

30、線上的電流，規(guī)定電流的正方向為流入被保護設(shè)備。當(dāng)各引出線之間在電路上相連時，被保護設(shè)備可看作一個節(jié)點。在正常運行及外部故障時按照基爾霍夫電流定律有 式（2.1）式中，Id：差動電流；Ij：引出線j上流入被保護設(shè)備的相電流；n：引出線個數(shù)。上式對被保護設(shè)備的每一相都成立。一般地，我們把各引出線流入被保護設(shè)備的總電流稱為差動電流；在被保護設(shè)備內(nèi)部故障時，當(dāng)總短路電流可以在故障點流入地或其他支路（如流入其他相）時有： 式（2.2）式中，If為故障點的總電流，以上分析可以得出差動保護的判別依據(jù)；其中，為差動保護的啟動電流。差動保護的基本原理說明，不考慮TA的誤差，在正常及外部故障時差動保護可靠地不動作

31、；在內(nèi)部故障時，保護可靠地動作；差動保護有絕對地選擇性，保護動作不需要延時。一般內(nèi)部故障最小短路電流也大于差動電流的啟動值，差動保護有很高的靈敏度。所以，差動保護具有選擇性好、靈敏度高、快速性的優(yōu)點。為了保證三繞組變壓器縱差動保護的正確工作，亦必須適當(dāng)選擇各側(cè)電流互感器的變比，及各側(cè)電流相位的補償，使得變壓器在正常運行和外部短路故障時，流入繼電器的電流為零。 RCS-9671變壓器主保護的裝置原理裝置邏輯框圖如圖1.5所示 當(dāng)設(shè)定的啟動電流值或中低壓側(cè)電流值大于設(shè)定的整定值時，保護啟動QD線圈通電，QD觸點和BSJ觸點閉合，保護裝置出口接通電源。當(dāng)不滿足差動速斷保護要求和在電流互感器不斷線的情

32、況下，比率差動不滿足設(shè)定的整定值時，發(fā)出跳閘命令，通過一系列裝置跳開各側(cè)斷路器。投中低壓側(cè)過流時，當(dāng)中低壓側(cè)不滿足其過流保護時，通過一系列裝置跳過相應(yīng)的斷路器。模擬量的輸入如圖1.2。輸入I1、I2、I3、I4四側(cè)電流，由(I1+I2+I3+I4)構(gòu)成差動電流，作為差動保護裝置的動作量；由I3構(gòu)成中壓側(cè)后備保護的動作量；由I4構(gòu)成低壓側(cè)后備保護的動作量。在本裝置內(nèi)，變壓器各側(cè)電流存在的相位差由軟件自動進行校正。變壓器各側(cè)的電流互感器均采用星形接線，各側(cè)電流方向均指向變壓器。各側(cè)電流的平衡系數(shù)調(diào)整通過軟件完成，不需外接中間電流互感器。由于一次側(cè)主接線沒有I2電流，在運用此設(shè)備時，I2電流側(cè)接線懸

33、空。圖1.2模擬量輸入圖 RCS-9671變壓器主保護軟件說明 保護總體流程 保護正常進行在主程序，進行通信及人機對話等工作，間隔一段(RCS-9671 保護1.667ms)產(chǎn)生一次采樣中斷。采樣部分通過AD采樣，進行數(shù)字濾波及預(yù)處理過程，形成保護判別所需的各量。若保護起動元件動作，則進入保護繼電器動作測量程序。首先測量比率制動特性的差動繼電器是否動作，若動作，則再經(jīng)涌流判別元件，以區(qū)分是故障還是勵磁涌流。比率差動繼電器動作后若未被涌流判別元件閉鎖，則再進入CT 斷線瞬時判別程序，以區(qū)分內(nèi)部短路故障和CT斷線。差動速斷繼電器的動作測量則相應(yīng)簡單，它實質(zhì)上是一個差動電流過流繼電器，不需經(jīng)過任何涌

34、流閉鎖判別和CT 斷線判別環(huán)節(jié)。隨后進行中低壓側(cè)的過流保護判別。保護流程圖如圖1.3所示。采樣中斷計算采樣保護啟動差動判別正常運行程序涌流判別比率差動動作NYCT斷線判別NCT斷線NDXBS=1閉鎖比率差動保護過流保護返回主程序跳閘邏輯圖1.3 保護總體流程圖裝置總啟動原件起動CPU設(shè)有裝置總起動元件，當(dāng)三相差流的最大值大于差動電流起動定值時，或者中、低壓側(cè)三相電流的最大值（I3、I4）大于相應(yīng)的過流定值時，起動元件動作并展寬500ms ，開放出口繼電器正電源。保護啟動元件若三相差動電流最大值大于差動電流起動定值或中、低壓側(cè)電流的最大值（、）大于相應(yīng)的過電流定值，起動元件動作，在起動元件動作后

35、也展寬500ms，保護進入故障測量計算程序。比率差動元件裝置采用三折線比率差動原理，變壓器各側(cè)電流經(jīng)軟件Y/調(diào)整，即采用全星型接線方式。采用全星型接線方式對減小電流互感器的二次符合和改善電流互感器的工作性能有很大好處。二次諧波制動在RCS-9671保護中，比率差動利用三相差動電流中的二次諧波作為勵磁涌流閉鎖判據(jù)。取三相差動電流中二次諧波最低值，作為按相制動的判據(jù)。差動速斷保護 當(dāng)任一相差動電流大于差動速度整定值時瞬時動作于出口繼電器。CT斷線報警及閉鎖比率差動保護 設(shè)有延時CT 斷線報警及瞬時CT 斷線閉鎖或報警功能。延時CT 斷線報警在保護采樣程序中進行，當(dāng)滿足以下兩個條件中的任一條件，且時

36、間超過10 秒時發(fā)出CT 斷線告警信號，但不閉鎖比率差動保護。這也兼起保護裝置交流采樣回路的自檢功能。1)任一相差流大于Ibj整定值；2）；其中：為差流的負序電流 為三相差流的最大值 為固定門檻值 為某一比例值瞬時CT 斷線報警或閉鎖功能在比率差動元起動作后進行判別。但是當(dāng)差動保護起動后滿足電壓電流形成的故障識別判據(jù)，被認為是故障情況，為防止瞬時CT 斷線的誤閉鎖，此時不進行瞬時CT 斷線判別。通過整定控制字選擇，瞬時CT 斷線判別動作后可只發(fā)報警信號或閉鎖比率差動保護出口。差動保護動作跳各側(cè)斷路器，用于跳開變壓器各側(cè)斷路器。裝置閉鎖和裝置告警 當(dāng)檢測到裝置本身硬件故障時，發(fā)出裝置閉鎖信號(B

37、SJ 繼電器返回)，閉鎖整套保護。硬件故障包括：RAM、EPROM、定值出錯和電源故障。平衡系數(shù)錯和接線方式錯也將閉鎖整套保護。當(dāng)檢測到下列故障時，發(fā)出運行異常報警裝置(BJJ 繼電器動作)：1) CT告警2) CT斷線(可經(jīng)控制字選擇是否閉鎖比率差動保護)3) 起動CPU 定值錯(將不再開放啟動繼電器)4) 起動CPU 通訊錯 5）起動CPU 長期起動 RCS-9671變壓器主保護裝置端子說明 RCS-9671變壓器主保護裝置與互感器連接關(guān)系，將在互感器接線方式章節(jié)中闡述。裝置背板端子如圖1.4所示。圖1.4 RCS-9671背板端子圖圖1.5 RCS-9671邏輯框圖2.5 變壓器后備保護

38、測控裝置在本110KV變電所二次部分設(shè)計中高壓側(cè)后備保護裝置采用南瑞RCS-9681作為高壓側(cè)后備保護測控裝置，RCS-9682裝置作為中、低壓側(cè)后備保護測控裝置 基本配置及規(guī)格基本配置RCS-9681為用于110KV電壓等級變壓器的110KV 側(cè)后備保護測控裝置，采用以下保護功能和測控功能。保護方面的主要功能有：1）復(fù)合電壓閉鎖過流保護；2）接地零序保護（三段零序過流保護）；3）保護出口采用跳閘矩陣方式，可靈活整定；4）過負荷發(fā)信號；5）啟動主變風(fēng)冷；6）過載閉鎖有載調(diào)壓；7）故障錄波。RCS-9682為用于110KV及以下電壓等級的變壓器35KV、10KV側(cè)后備保護測控裝置，采用以下保護功

39、能和測控功能。保護方面的主要功能有：1）復(fù)合電壓閉鎖過流保護；2）保護出口采用跳閘矩陣方式，可靈活整定；3）過負荷發(fā)信號；4）故障錄波。測控方面的主要功能有：1）7路（RCS-9682裝置8路）遙信開入采集、遙信變位、事故遙信；2）3路（RCS-9682裝置5路）斷路器遙控分合，空接點輸出；出口動作保持時間可程序設(shè)定；3）P、Q、I（IA、IB、IC）、U（UA、UB、UC、UAB、UBC、UCA）、U0、F、COS等模擬量的遙測；4）遙控事件記錄及事件SOE 等；5）四路脈沖累加單元，空接點輸入。 保護測控裝置原理說明RCS-9681后備保護測控裝置原理1）裝置邏輯框圖如圖1.8所示本設(shè)計采

40、用復(fù)合電壓閉鎖過流后備保護功能，當(dāng)復(fù)合電壓閉鎖過流控制字投入時，復(fù)合電壓閉鎖過流后備保護功能啟動，觸點QJ閉合，BSJ閉合，保護裝置接通電源。通過復(fù)合電壓閉鎖負序電壓大于整定值和復(fù)合電壓閉鎖低電壓大于其整定值時，且及本側(cè)電壓互感器沒有退出的情況下，且各相復(fù)合電壓閉鎖過流值大于整定值時，通過跳閘矩陣，通過出口接點，斷開該側(cè)的斷路器，使其一次設(shè)備受到保護。當(dāng)啟動風(fēng)冷最大值、閉鎖調(diào)壓最大值、過負荷最大值大于相應(yīng)的整定值時，通過保護裝置發(fā)出跳閘命令。2）模擬輸入外部電流及電壓輸入經(jīng)隔離互感器隔離變換后，由低通濾波器輸入至模數(shù)變換器，CPU 經(jīng)采樣數(shù)字處理后，構(gòu)成各種保護繼電器，并計算各種遙測量。、為保

41、護用電流模擬量輸入，為變壓器中性線零序電流，為變壓器經(jīng)間隙接地的間隙支路零序電流。、為測量專用CT輸入，保證遙測量有足夠的精度。、取自高壓側(cè)母線PT，用于復(fù)壓閉鎖及方向元件，同時也作為測量用電壓輸入，與、一起計算形成線路的P、Q、。高壓側(cè)母線PT開口三角電壓。RCS-9682后備保護測控裝置原理1）裝置邏輯框圖如圖1.9所示 RCS-9682后備保護裝置和RCS-9681后備保護裝置動作原理類似，不再重復(fù)陳述。2）模擬輸入 外部電流及電壓輸入經(jīng)隔離互感器隔離變換后，由低通濾波器輸入至模數(shù)變換器，CPU 經(jīng)采樣數(shù)字處理后，構(gòu)成各種保護繼電器，并計算各種遙測量。、 為保護用電流模擬量輸入。、 為測

42、量用專用測量CT 輸入，保證遙測量有足夠的精度。、 取自本側(cè)母線PT，用于復(fù)壓閉鎖元件，同時也作為測量用電壓輸入，與IA、IB、IC 一起計算形成本線路的P、Q、。 為本側(cè)母線PT開口三角電壓。 RCS-9681后備保護測控裝置軟件說明 在本設(shè)計中選用RCS-9681后備保護裝置中的復(fù)合電壓閉鎖過流，接地保護，過負荷、啟動風(fēng)冷、過載閉鎖有載調(diào)壓，PT斷線等保護功能，其功能原理如下：復(fù)合電壓閉鎖過流本裝置設(shè)三段復(fù)合電壓閉鎖過流保護，各段電流及時間定值可獨立整定，分別設(shè)置整定控制字控制這三段保護的投退。、段可帶方向閉鎖，由控制字選擇，方向元件采用正序電壓極化，方向元件和電流元件接成按相起動方式。方

43、向元件帶有記憶功能以消除近處三相短路時方向元件的死區(qū)。當(dāng)電流方向指向變壓器時，方向元件指向變壓器，方向元件靈敏角為45度。復(fù)合電壓元件，其負序電壓由相電壓計算得到，應(yīng)按相整定；低電壓取自線電壓，應(yīng)按線整定。復(fù)合電壓閉鎖過流保護可取三側(cè)復(fù)合電壓，任一側(cè)復(fù)合電壓動作均可起動過流保護動作（其它兩側(cè)動作后給出動作接點）。接地保護 對于110KV 及以上電壓等級的變壓器需要設(shè)置接地保護。本裝置具有三種接地方式均設(shè)有保護：a) 中性點直接接地運行；b) 中性點不接地運行；c) 經(jīng)間隙接地運行。1) 中性點直接接地運行設(shè)有三段零序過流保護，每段均一個時限，分別設(shè)有整定控制字控制這三段保護的投退。2) 中性點

44、不接地或經(jīng)間隙接地運行裝置設(shè)有段兩時限零序無流閉鎖零序過壓保護和段兩時限間隙零序過流保護，兩者第一時限出口跳閘用于縮短故障范圍，第二時限均跳主變各側(cè)開關(guān)。零序無流的定值同、段零序過流電流定值的最小值。過負荷、啟動風(fēng)冷、過載閉鎖有載調(diào)壓裝置設(shè)有三個定值分別對應(yīng)這三項功能，取最大相電流作為判別。裝置給出一付過負荷接點，一付啟動風(fēng)冷接點，一付過載閉鎖有載調(diào)壓接點。 PT斷線PT 斷線判據(jù)如下：1) 正序電壓U1 小于30 伏，而任一相電流大于0.06In；2) 負序電壓大于8 伏；滿足上述任一條件后延時10 秒報母線PT 斷線，發(fā)出裝置異常報警信號（BJJ 繼電器動作），待電壓恢復(fù)保護也自動恢復(fù)正常

45、。在斷線期間， 根據(jù)整定控制字選擇是退出經(jīng)方向或復(fù)合電壓閉鎖的各段過流保護還是暫時取消方向和復(fù)合電壓閉鎖。當(dāng)各段復(fù)壓過流保護都不經(jīng)復(fù)壓閉鎖和方向閉鎖時，不判PT 斷線。當(dāng)本側(cè)PT 檢修或旁路代路時，為保證該側(cè)后備保護的正確動作，需投入“本側(cè)PT退出”壓板，此時該側(cè)后備保護的功能有如下變化：1) 復(fù)合電壓閉鎖（方向）過流保護自動解除本側(cè)復(fù)合電壓閉鎖，只是經(jīng)過其他側(cè)復(fù)合電壓閉鎖（控制字UBS=1 時）；2) 復(fù)合電壓過流保護自動解除方向元件；3) PT斷線檢測功能解除；4) 本側(cè)復(fù)合電壓動作功能解除。跳閘邏輯矩陣本裝置各保護跳閘方式采用整定方式，即哪個保護動作，跳何開關(guān)可以按需自由整定。RCS96

46、81共有三組出口跳閘繼電器：出口1（CK1）、出口2（CK2）、出口3（CK3）。原則上，出口跳閘繼電器2用于跳開主變各側(cè)開關(guān)。出口跳閘繼電器1、3 可由用戶選擇去跳何種開關(guān)。跳閘矩陣如表2.1所示。表2.1 RCS-9681跳閘矩陣表位數(shù)9876543210保護元件跳閘出口I0jx2I0jx1U02U01L03L02L01GL3GL2GL1CK10001011011CK21111011111CK30001011011其中：行表示保護元件，列表示要動作的出口跳閘繼電器。整定方法：在保護元件與要動作的出口跳閘繼電器的空格處填1,其它空格填0，則可得到跳閘方式。裝置告警 當(dāng)CPU檢測到裝置本身硬件

47、故障時，發(fā)出裝置故障閉鎖信號(BSJ繼電器返回)，閉鎖整套保護。硬件故障包括：RAM、EPROM、定值出錯和出口三極管長期導(dǎo)通。當(dāng)CPU檢測到下列故障時，發(fā)出裝置異常報警信號(BJJ繼電器動作)：（A）過負荷；（B）PT斷線；（C）三相電流不平衡經(jīng)10秒延時報CT異常。遙控、遙測、遙信功能 遙控功能主要有兩種：3 路斷路器的正常遙控跳閘操作，正常遙控合閘操作。遙測量主要有：U、I、F、P、Q，有功電度，無功電度及脈沖電度。所有這些量都在當(dāng)?shù)貙崟r計算，實時累加，三相有功無功的計算消除了由于系統(tǒng)電壓不對稱而產(chǎn)生的誤差，且計算完全不依賴于網(wǎng)絡(luò)，精度達到0.5 級。本裝置的遙測功率計算可選用三表法或二

48、表法。遙信量主要有：7 路遙信開入、裝置變位遙信及事故遙信，并作事件順序記錄，遙信分辨率小于2ms，四路空接點脈沖開入。裝置通訊接口兼容各種網(wǎng)絡(luò)接口，并可采用雙網(wǎng)通訊方式，裝置能適應(yīng)多種通訊媒介，如光纖，網(wǎng)絡(luò)雙絞線。通信規(guī)約支持電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T667-1999（IEC-60870-5-103）最新保護遠動通信標(biāo)準(zhǔn)。 RCS-9682后備保護測控裝置軟件說明本設(shè)計中選用RCS-9682后備保護裝置中的復(fù)合電壓閉鎖過流，過負荷報警，PT斷線等保護功能，其功能原理如下：復(fù)合電壓閉鎖過流本裝置設(shè)四段復(fù)合電壓閉鎖過流保護，各段電流及時間定值可獨立整定，分別設(shè)置整定控制字控制各段保護的投退。、段可帶方

49、向閉鎖，由控制字選擇，方向元件采用正序電壓極化，方向元件和電流元件接成按相起動方式。方向元件帶有記憶功能以消除近處三相短路時方向元件的死區(qū)。當(dāng)電流方向指向變壓器時，方向元件指向本側(cè)系統(tǒng)，方向元件靈敏角為225 度。復(fù)合電壓元件，其負序電壓由相電壓計算得到，應(yīng)按相整定；低電壓取自線電壓，應(yīng)按線整定。過負荷報警裝置取三相最大電流作為判別，過負荷動作后給出一付過負荷報警接點，并報運行異常信號（BJJ動作）PT斷線 PT 斷線判據(jù)如下：1）正序電壓U1小于30 伏，而任一相電流大于0.06In；2）負序電壓大于8 伏；滿足上述任一條件后延時10秒報母線PT斷線，發(fā)出裝置異常報警BJJ，待電壓恢復(fù)保護也

50、自動恢復(fù)正常。在斷線期間，根據(jù)整定控制字選擇是退出經(jīng)方向或復(fù)合電壓閉鎖的各段過流保護還是暫時取消方向和復(fù)合電壓閉鎖。當(dāng)各段復(fù)壓過流保護都不經(jīng)復(fù)壓閉鎖和方向閉鎖時，不判PT斷線。跳閘邏輯矩陣本裝置各保護跳閘方式采用整定方式，即哪個保護動作，跳何開關(guān)可以按需自由整定。RCS-9682 共有三組出口跳閘繼電器：出口1（CK1）、出口2（CK2）、出口3（CK3）。原則上，出口跳閘繼電器2 用于跳開主變各側(cè)開關(guān)。出口跳閘繼電器1、3可由用戶選擇去跳何種開關(guān)。跳閘矩陣如表2.2所示。表2.2 RCS-9682跳閘矩陣表位數(shù)3220保護元件跳閘出口GL4GL3GL2GL1CK11011CK21111CK3

51、1011整定方法：在保護元件與要動作的出口跳閘繼電器的空格處填1，其他空格處填0，則可得到跳閘方式。裝置告警 當(dāng)CPU檢測到裝置本身硬件故障時，發(fā)出裝置故障閉鎖信號(BSJ繼電器返回)，閉鎖整套保護。硬件故障包括：RAM、EPROM、定值出錯和出口三極管長期導(dǎo)通。當(dāng)CPU檢測到下列故障時，發(fā)出裝置異常報警信號(BJJ繼電器動作)：（A）過負荷；（B）PT斷線；（C）三相電流不平衡經(jīng)10秒延時報CT異常。遙控、遙測、遙信功能 遙控功能主要有兩種：5路斷路器的正常遙控跳閘操作，正常遙控合閘操作。遙測量主要有：U、I、F、P、Q，有功電度，無功電度及脈沖電度。所有這些量都在當(dāng)?shù)貙崟r計算，實時累加，三

52、相有功無功的計算消除了由于系統(tǒng)電壓不對稱而產(chǎn)生的誤差，且計算完全不依賴于網(wǎng)絡(luò)，精度達到0.5 級。本裝置的遙測功率計算可選用三表法或二表法，如無特殊要求，出廠設(shè)置為三表法。若使用二表法，則默認B 相遙測電流不用，其值恒為零。遙信量主要有： 5路遙信開入、裝置變位遙信及事故遙信，并作事件順序記錄，遙信分辨率小于2ms，四路空接點脈沖開入。裝置通訊接口兼容各種網(wǎng)絡(luò)接口，并可采用雙網(wǎng)通訊方式，裝置能適應(yīng)多種通訊媒介，如光纖，網(wǎng)絡(luò)雙絞線。通信規(guī)約支持電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T667-1999（IEC-60870-5-103）最新保護遠動通信標(biāo)準(zhǔn)。 保護測控裝置端子說明RCS-9681和RCS-9682后備保

53、護裝置與互感器的連接關(guān)系將在互感器接線方式中闡述。RCS-9681裝置背板端子圖如1.6所示；RCS-9682裝置背板端子圖如1.7所示。 主保護裝置和后備保護裝置配合分析當(dāng)變壓器主保護拒動作時后備保護經(jīng)整定時間延時后動作跳開主變壓器各側(cè)斷路器，RCS-9671主變壓器保護裝置提供差動保護，動作后出口跳閘主變壓器高壓側(cè)斷路器、中壓側(cè)斷路器、低壓側(cè)斷路器。RCS-9681高后備保護裝置動作后出口跳閘主變壓器高壓側(cè)斷路器、中壓側(cè)斷路器、低壓側(cè)斷路器，中、低壓側(cè)分段斷路器。RCS-9682中壓側(cè)后備保護裝置動作后出口跳閘主變壓器中壓側(cè)斷路器，分段斷路器。RCS-9682低壓側(cè)后備保護裝置動作后出口跳

54、閘主變壓器低壓側(cè)斷路器，分段斷路器。 RCS-9661主變非電量保護，動作后出口跳閘主變壓器高壓側(cè)斷路器、中壓側(cè)斷路器、低壓側(cè)斷路器。圖1.6 RCS-9681裝置背板端子圖圖1.7 RCS-9682裝置背板端子圖圖1.8 RCS-9681邏輯框圖圖1.9 RCS-9682邏輯框圖2.5.7 變壓器過負荷閉鎖有載調(diào)壓變壓器的過負荷閉鎖有載調(diào)壓是由RCS-9603測控裝置和RCS-9681后備保護裝置組成的，RCS-9603裝置提供升、降、停三種功能，屬于測控裝置的開出范疇，RCS-9681提供“過負荷閉鎖有載調(diào)壓”功能。110KV變壓器的有載調(diào)壓功能常見的實現(xiàn)方式采用的是微機測控觸點直接安裝在變壓器本體的有載調(diào)壓開關(guān)機構(gòu)的這種調(diào)壓方