系列數字式變壓器保護

1、 南京新寧電力技術有限公司 本公司為國電南自的控股子公司，專業(yè)從事變壓器保護的研制、生產、銷售；PST-1200系列數字式變壓器保護為本公司的主要產品；現(xiàn)正為國電西北公司研制750kV電壓等級的變壓器保護。本文件的主要內容產品概述研制背景主要特點原理簡介注意事項PST 1200系列數字式變壓器保護產品概述 PST-1200系列數字式變壓器保護裝置是以差動保護、后備保護和瓦斯保護為基本配置的成套變壓器保護裝置，適用于500kV、330kV、220kV、110kV、66kV、35kV、10kV等大型電力變壓器。本系列數字式變壓器保護裝置有兩種不同原理的差動保護。本系列保護裝置基本配置設有完全相同的

2、CPU插件，分別完成差動保護功能，高壓側后備保護功能, 中壓側后備保護功能，低壓側后備保護功能，各種保護功能均由軟件實現(xiàn)。瓦斯保護由獨立機箱實現(xiàn)。 保護的邏輯關系符合國家設計原則。 本系列數字式變壓器保護裝置的保護配置和各保護時限的跳閘邏輯可在線編程。產品概述PST-1200 系列保護（66kV及以上電壓等級）產品概述PST-1200 系列保護（110kV及以下電壓等級）產品概述PST-1200差動軟件配置表產品概述PST-1200后備保護軟件名稱配置表產品概述PST-1200功能配置代碼說明產品概述A 相間阻抗保護(兩段五時限) B 接地阻抗保護(一段三時限) C 復合電壓過流保護(一段兩時

3、限) D 復合電壓(方向)過流保護(兩段六時限)E 零序過流保護(一段兩時限) F 零序(方向)過流保護(兩段六時限)G 間隙保護(一段兩時限) H 反時限過激磁保護(五段折線式)I 中性點過流保護(一段一時限) J 公共繞組過負荷保護K 非全相保護 L (復合電壓過流)保護(兩段六時限)PST 1200系列數字式變壓器保護研制背景1. 數字式繼電保護的發(fā)展 自八十年代末起，數字式變壓器保護已歷三代以其技術先進、調試維護簡單、易于修改、運行穩(wěn)定可靠、易于實現(xiàn)變電站自動化等優(yōu)點，得到廣大用戶的歡迎和肯定。 因其實現(xiàn)各種保護方案的靈活性，極大促進了繼電保護新原理的研究與開發(fā)，為保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定

4、運行作出了重大貢獻。 PST-1200系列變壓器保護在對以前變壓器保護的總結基礎上，引進各種先進原理和成熟技術開發(fā)而成。研制背景 自98年起，跟蹤數字式保護特別是變電站自動化技術的國際發(fā)展趨勢，吸取國內外數字式保護的最新成果，總結國電南自數十年繼電保護成功經驗，反復試驗、論證，開展了包括PST1200系列保護的PS6000變電站自動化系統(tǒng)的研究。2. 研制經過研制背景 2000年11月18日，PS 6000變電站自動化系統(tǒng)及PST 1200系列數字式變壓器保護等7項產品通過鑒定，標志著PS 6000變電站自動化系統(tǒng)及與變電站自動化有關的保護控制設備的全面推出，為電力系統(tǒng)各個電壓等級的保護與變電

5、站自動化系統(tǒng)提供了完整的二次設備解決方案。2. 研制經過(續(xù))研制背景 PST1200經歷了中國電科院等近10家單位的檢測，先后在中國電力科學研究院、華東電力試驗研究院、四川省電力科學研究院、華中理工大學等動態(tài)模擬系統(tǒng)上進行了充分的試驗認證。產品鑒定以后由華北電力管理局、華中電力管理局、遼寧省電力局、四川省電力局等針對具體應用特點進行了嚴格的試驗認證，證明PST1200具有很好的完善性、穩(wěn)定性、實用性和適應性。3. 動模試驗情況研制背景 自2000年以來，已有四千兩百多套PST1200裝置運行于全國各電網，各種設計思想和特點得到充分的驗證和體現(xiàn) PST1200在2000年11月18日鑒定到現(xiàn)在

6、，第一年就銷售了200多套，推廣速度前所未有，廣泛分布在全國各省、自治區(qū)或直轄市，并批量出口；最早投入系統(tǒng)運行已將近四年。PST1200經歷了多次區(qū)內、外故障的考驗，設備運行情況安全可靠穩(wěn)定。 應用情況 500KV及330KV電壓等級變壓器上共有174套PST-1200系列變壓器保護在運行； 220KV電壓等級變壓器上共有2576套PST-1200系列變壓器保護在運行 110KV電壓等級變壓器上共有1556套PST-1200系列變壓器保護在運行 應用情況PST1200系列數字式變壓器保護主要特點系列化、模塊化設計大資源、通用化設計裝置整體高可靠性設計透明化設計完善的故障錄波功能開放性設計人性化

7、設計免調節(jié)概念設計主要特點裝置系列化設計，包括500kV-10kV變電站所需的全套保護和自動化產品統(tǒng)一設計的硬件平臺，CPU模塊相同軟件統(tǒng)一平臺，模塊化設計高級語言軟件設計1. 系列化、模塊化設計主要特點PST-1200突破傳統(tǒng)保護設計概念的局限強大的數據處理及記錄資源每個CPU上事件記錄可達1000條錄波長度可達8秒，可錄12-48次保護動作過程的全息記錄，便于事件分析冗裕設計，提高裝置安全性為產品通用化提供條件2. 大資源、通用化設計主要特點32位MPU256K字節(jié)ROM程序256K 字節(jié)RAM數據緩存1M字節(jié)FM事故報告64K字節(jié)EEPROM 32組整定值CAN-bus接口快速內部網絡其

8、他I/O資源2.1 強大的保護功能模件主要特點精度高14位,40倍精確工作電流穩(wěn)定性好，零漂、溫漂小，不需現(xiàn)場調節(jié)精度與采用率無關，可提高采樣率器件有較大的選擇余地2.2 高精度模數轉換技術主要特點裝置整體可靠性設計背插式機箱結構通過了全面的電磁兼容試驗組屏可不加抗干擾模件3. 裝置整體的高可靠性主要特點各插件自帶可插拔端子強弱電完全分開便于底板連線按總線方式布置便于插件按模塊化設計可取消交流模塊的大電流接插件3.1 背插式機箱的優(yōu)點主要特點背后插拔的CPU板與母板相連的48針插頭序號試驗名稱要求1靜電放電抗擾度試驗 4級 2射頻電磁場輻射抗擾度試驗 3級 3電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗 4級4

9、浪涌（沖擊）抗擾度試驗 3級5射頻場感應的傳導騷擾抗擾度試驗 4級3.2 電磁兼容試驗項目主要特點序號試驗名稱要求6工頻磁場抗擾度試驗5級7脈沖磁場抗擾度試驗4級8阻尼振蕩磁場抗擾度試驗5級9振蕩波抗擾度試驗5級10無線電騷擾試驗A級 3.2 電磁兼容試驗項目(續(xù))主要特點記錄保護內部所有元件動作過程記錄各元件變化時內部各計算值記錄所有輸入和輸出開關量的變化電流有突變或開關量變化時錄記錄動作過程中發(fā)出的事件和所用定值可將數據在Psview分析軟件上進行事件分析支持遠程診斷4. 透明化設計主要特點豐富而靈活的通信資源充分考慮與現(xiàn)有變電站自動化系統(tǒng)接口實現(xiàn)全站全以太網通信基于DL/T667-199

10、9規(guī)約的包括TCP/IP協(xié)議的平衡式保護規(guī)約5. 開放性設計主要特點六個通信口可提供兩個RS-422/485接口、兩個以態(tài)網口、一個打印機通信串口和一個調試口（232）支持集中打印、就地打印或取消打印機5.1 靈活的通信接口主要特點PSVIEW軟件調試口RS-232打印集中打印通信以太網絡LONWORKCANBUSRS232/485/422事件上傳錄波召喚動作過程數據召喚遙控壓板投退操作遠方讀取、修改定值、切換定值區(qū)遙測、遙信及遙控跳、合閘裝置工況監(jiān)視等5.2 與變電站自動化系統(tǒng)配合主要特點全以太網的通信網絡 從監(jiān)控到裝置的無縫全連接順應信息化潮流，持續(xù)利用國際最新發(fā)展成果最強的使用廣泛性，不

11、會被淘汰最強的技術支持，保證技術進步與兼容滿足廠站越來越大的數據通信需求，方便擴容與接入為正在討論中的變電站國際標準的推選方案各裝置在節(jié)點上的平等性，為信息化保護打下基礎5.3 實現(xiàn)全站全以太網通信主要特點極大提高系統(tǒng)的通信效率單元信息至監(jiān)控系統(tǒng)只需不到100ms時間實現(xiàn)裝置接入網絡的即插即用，可實現(xiàn)不同廠家設備的即時接入率先系統(tǒng)采用國際通信規(guī)約5.4 基于DL/T 667-1999規(guī)約的包括TCP/IP協(xié)議的平衡式保護規(guī)約實現(xiàn)全站全以太網通信主要特點大屏幕液晶顯示,顯示漢字：15個8行(240128點陣)全漢化操作表格、波形方式輸出方便的PSview調試分析軟件系列產品統(tǒng)一的操作菜單和鍵盤系

12、列產品統(tǒng)一造型和色系6. 人性化設計主要特點PSVIEW軟件調試口RS-232高精度、高穩(wěn)定器件保證軟件微調無可調節(jié)元件，無需現(xiàn)場對采樣精度調整完善的自檢功能方便的現(xiàn)場調試工具PSmate計算機化生產、測試線保證穩(wěn)定的性能，可實現(xiàn)狀態(tài)檢修7. 免調節(jié)概念設計主要特點PST 1200系列數字式變壓器保護原理簡介波形對稱原理的差動保護 波形快速比較法 全穩(wěn)態(tài)啟動 雙原理差動保護三折線比率制動差動保護原理利用多側電流量的CT斷線識別原理 采用嵌入式多任務操作系統(tǒng)采用的新原理、新技術波形對稱原理比率制動元件啟動元件CT回路異常判別元件1. 差動保護原理簡介1.1 波形對稱原理（續(xù)）|(Ii+Ii+18

13、0)/(Ii-Ii+180)|K波形對稱原理是我們首先提出并實現(xiàn)工程化應用,享有發(fā)明專利,專利號為 ZL-95-1-12781.0 1.1 波形對稱原理（續(xù)）原理簡介磁通勵磁電流 i P x ix S 0 ix i 1 180 2 360圖(1)勵磁涌流圖解 a i (a) (c) 90 180 270 360 t 90 180 270 360 0.9-sia-ibic-iaib-iccb -0.9 d(ic-ia)/dt 90 180 270 360 t(d) di/dt d(ia-ib)/dt d(ib-ic)/dt 90 180 270 360 t(d) iiaibic (b) (d)s

14、變壓器磁通涌流及其導數PST1200數字式變壓器保護 180 180 180 180 T1 T2 T3 T4 90 180 270 360 450 t() 180 270 360 450 t 45 60 45 30di/dt 90 180 270 360 450 對稱涌流導數半波 比較示意圖PST1200數字式變壓器保護1.1 波形對稱原理（續(xù)）原理簡介1)靈敏度高 抗干擾能力強2)對剩磁的適應能力強,當變壓器有 0.9倍剩磁時仍然能正確動作.3)計算量小, 對硬件要求低.1.2 啟動元件原理簡介差流突變啟動| i(t)-2i(t-T)+i(t-2T) |0.5Icd ； 差流穩(wěn)態(tài)啟動 差流越

15、限啟動元件是為了防止經大電阻故障時相電流突變量啟動元件靈敏度不夠而設置的輔助啟動元件。該元件在差動電流大于差流越限啟動門坎并持續(xù)5ms后啟動。差流越限啟動門坎為差動動作定值的80%。 1.3 二次諧波制動元件原理簡介本元件是為了在變壓器空投時防止勵磁涌流引起差動保護誤動, 其動作判據為：I Id * XB 2；其中：I為差動電流中的二次諧波含量；Id為變壓器差動電流；XB2為差動保護二次諧波制動系數；本元件是為了在變壓器過勵磁時防止差動保護誤動, 其動作判據為：I Id *XBB 5其中：I為差動電流中的五次諧波含量；Id為變壓器差動電流XBB5為差動保護五次諧波制動系數,軟件設定為0.38；

16、1.4五次諧波制動元件原理簡介 兩側差動： Icdd =|I1+I2|； Izdd =max(|I1|,|I2|)； 三側差動： Icdd =|I1+I2+I3|； Izdd =max(|I1|,|I2|,|I3|)； 四側差動： Icdd =|I1+I2+I3+I4|； Izdd =max(|I1|,|I2|,|I3|,|I4|)； 1.5 比率制動元件原理簡介 五側差動： Icdd =|I1+I2+I3+I4+I5|； Izdd =(|I1|+|I2|+|I3|+|I4|+|I5|)/2；動作判別： IzddIzd 時IcddIcd或 3IzdIzddIzd ， Icdd-IcdK1*(I

17、zdd-Izd)或 Izdd3Izd， Icdd-Icd- K1*2IzdK2*(Izdd-3Izd)其中： I1為側電流；I2為側電流； I3為側電流；I4為側電流； I5為側電流； Icd為差動保護電流定值；1. 5 比率制動元件（續(xù)）原理簡介 Icdd為變壓器差動電流； Izdd為變壓器差動保護制動電流，Izd為差動保護比率制動拐點電流定值, 軟件設定為高壓側額定電流值；K1,K2為比率制動的制動系數，軟件設定為K1=0.5,K2=0.7；1. 5 比率制動元件（續(xù)）原理簡介1.5 比率制動元件（續(xù)）原理簡介比率制動曲線1、|i|0.04In且|IH| IWI 5、 max(Ida,Id

18、b,Idc)0.577Icd其中：i為相電流突變值Ida,Idb,Idc為A,B,C三相差流值；Icd 為差動保護電流定值；In 為額定電流 ；IQ 前一次測量電流；IH 當前測量電流；ID 無流相的差動電流； IWI無電流門檻值，取0.04倍的TA額定電流；以上條件同時滿足(1)、（2）、（3）、（4）判TA斷線，僅條件（5）滿足，判為差流越限。1.6 TA回路異常判別元件原理簡介當TA為Y型接線，變壓器繞組為Y型：Ia=(IA-IB)/3；Ib=(IB-IC)/3；Ic=(IC-IA)/3； 如有其它接線方式，請在定貨合同或技術協(xié)議中特別說明。 1.7變壓器電流相位補償元件原理簡介 二次諧

19、波差動保護原理圖 波形對稱差動保護原理圖2 后備保護原理簡介保護啟動元件相間阻抗保護元件接地阻抗保護元件復合電壓（方向）過流元件零序（方向）過流元件間隙保護元件中性點保護元件非全相保護元件公共線圈過負荷元件TV斷線判別元件2.1保護啟動元件原理簡介相電流突變啟動|i|kIn i為電流突變值； kIn為可整定的額定電流倍數各種保護定值穩(wěn)態(tài)啟動過激磁跳閘啟動非全相啟動2.2 相間阻抗保護元件原理簡介本保護采用相位比較原理，阻抗特性為偏移圓。 TV斷線時，相間阻抗保護退出。TV斷線后若電壓恢復正常，相間阻抗保護也隨之恢復正常。其動作判據為: Zxj =U/I Z1 =Zxj -Za Z2 =Zxj

20、+K *ZaZ1.Z2之間的相位差為,動作條件為90.其中: U為線電壓Uab，Ubc，Uca； I為U對應的線電流Iab，Ibc，Ica；Zxj為相間的阻抗值歐 Za為相間阻抗保護的定值(最大靈敏角的阻抗值)K為阻抗圓的偏移度2.2 相間阻抗向量示意圖原理簡介2.3 接地阻抗保護元件 原理簡介本保護采用相位比較原理，阻抗特性為偏移圓。TV斷線時，接地阻抗保護退出。TV斷線后若電壓恢復正常，接地阻抗保護也隨之恢復正常。其動作判據為:Zjd=U/（I+3I0*K0） Z1=Zjd-Za Z2=Zjd+K*ZaZ1.Z2之間的相位差為,動作條件為90。其中: U為相電壓 I為U對應的相電流 3I0

21、為零序電流 Zjd為接地的阻抗值 Za為接地阻抗保護的定值(最大靈敏角的阻抗值) K為阻抗圓的偏移度 K0為零序電流補償系數2.3 接地阻抗向量示意圖原理簡介2.4 復壓（方向）過流保護原理簡介本保護的方向元件TV斷線后退出。TV斷線后若電壓恢復正常，本保護也隨之恢復正常。本保護包括以下元件： 復合電壓元件，電壓取自本側的TV或變壓器各側TV，動作判據為：min(Uab,Ubc,Uca)Ufx；以上兩個條件為“或”的關系；其中：Uab、Ubc、Uca為線電壓；Uddy為低電壓定值；U2為負序電壓；Ufx為負序電壓定值；功率方向元件，電壓電流取自本側的TV和TA，動作判據為： 若方向由控制字選擇

22、為正向：UabIc UbcIa UcaIb三個夾角（電流落后電壓時角度為正），其中任一個滿足式45-135最大靈敏角為-452.4 復壓功率方向動作特性原理簡介TA的正極性端指向母線復壓功率方向指向系統(tǒng)（母線）,保護動作區(qū)22545，最大靈敏角為135；復壓功率方向指向變壓器；保護動作區(qū)45-135，最大靈敏角為-45；本保護TV斷線方向元件退出。TV斷線后若電壓恢復正常，本保護也隨之恢復正常。本保護包括以下元件：1） 零序過流元件，動作判據為：3I0 I0gl ；其中：3I0為零序電流，取自本側零序TA。 I0gl為零序過流的電流定值；2.5 零序（方向）過流原理簡介原理簡介2.5 零序（方

23、向）過流（續(xù)）2)零序功率方向元件，動作判據為： 3U03I0夾角（電流落后電壓時角度為正） -195-15 其中： 3I0為中性點零序電流或三相電流 Ia,Ib,Ic在軟件中合成的零序電流 (3I0=Ia+Ib+Ic),可由控制字選擇； 3U0為三相電壓Ua，Ub，Uc在軟件中 和成的零序電壓， 3U0=Ua+Ub+Uc。 最大靈敏角為-1052.5 零序方向動作特性原理簡介 方向校驗： 復合電壓閉鎖（方向）過流保護的方向確定后,可用軟件中合成的零序電流判別零序功率方向和中性點零序電流的極性; 零序功率方向的指向由控制字選擇。若控制字選擇零序功率方向元件的零序電流為軟件中合成的零序電流,則保

24、護每次啟動都會顯示軟件中合成的零序電流和中性點零序電流的方向是否一致. 零序功率方向控制字和復合電壓功率方向控制字相同時，兩功率方向的指向一致。本保護反應變壓器間隙電壓和間隙擊穿的零序電流，可作為變壓器的后備保護。保護包括以下元件：1)間隙零序過壓元件，動作判據為： 3U0 U0L ；其中：3U0為零序電壓，取自本側零序TV； U0L為間隙零序過壓的電壓定值；2)間隙零序過流元件，動作判據為： 3I0g Iggl ；其中：3I0g為間隙零序電流，取自本側中性點間隙TA； Iggl為間隙零序過流的電流定值；2.6 間隙零序保護原理簡介2.7 中性點零序過流保護原理簡介本保護反應變壓器中性點電流，

25、僅作為自藕變壓器的后備保護。本保護包括以下元件：中性點過流元件，動作判據為： Izxd Iz ；其中：Izxd為中性點電流，取自本側中性點TA； Iz為中性點過流的電流定2.8 反時限過激磁保護原理簡介本保護作為大中型變壓器在過電壓或低頻率下運行的過激磁保護。 過激磁倍數N N=B/Be=(U/f)/(Ue/fe)；其中: U為變壓器高壓側母線電壓； f為系統(tǒng)頻率； Ue為變壓器高壓側母線額定電壓； fe為系統(tǒng)額定頻率；本保護包括以下元件：1) 下限定時限元件，動作判據為： NNa ；其中：Na為下限定時限的定值；2) 過激磁告警元件，動作判據為： NNx ；其中：Nx為過激磁告警的定值；2.

26、8 反時限過激磁保護（續(xù)）原理簡介2.8 反時限過激磁保護（續(xù)）原理簡介3） 反時限元件，本元件為五段折線式；動作特性為：其中：Tc為上限定時限的延時定值； Ta為下限定時限的延時定值；本保護檢測斷路器位置節(jié)點，同時判零序電流，保護動作出口僅跳本側開關或變壓器各側開關.本保護僅適用于分相跳閘的斷路器。本保護包括以下元件：1) 過流元件，動作判據為： 3I0 Ifqx ； I2 I2dz ；其中：3I0為三相電流Ia,Ib,Ic在軟件中合成的零序電流，3I0=Ia+Ib+Ic； I2 為負序電流； Ifqx為零序過流的電流定值； I2dz為負序過流的電流定值；2) 斷路器位置節(jié)點檢測元件2.9

27、非全相保護原理簡介本保護僅反應自藕變壓器公共繞組情況，僅監(jiān)測公共繞組A相電流。動作判據為： Ia Igfh ；其中: Ia為公共繞組A相電流；Igfh為變壓器公共繞組過負荷電流定值；2.10 公共繞組過負荷保護原理簡介 本元件僅在保護正常運行時投入；當保護啟動后，退出本元件。動作判據為： 1) U28V； 2) min(Uab,Ubc,Uca)8V ； 4) U14V； U1、U2分別為本側的正序電壓和負序電壓。滿足條件1）或2）判為不接地系統(tǒng)或不直接接地系統(tǒng)TV斷線，滿足2)或3)判直接接地系統(tǒng)TV斷線，滿足4）判為TV三相失壓。2.11 TV斷線判別元件原理簡介后備保護跳閘邏輯可通過調試軟

28、件PSVIEW自由整定。本功能僅對內部使用提供特殊密碼保護限定訪問權限。 2.12 跳閘邏輯的整定原理簡介原理簡介3 失靈保護PST-1206（續(xù)）原理簡介注1:電量保護動作跳高壓側開關，需輸出兩副節(jié)點， 一副用于“變壓器電量保護動作”啟動電流判別裝置， 另一副接點用于“啟動失靈接點”串聯(lián)去啟動母差的失靈保護。注2:當斷路器為三相聯(lián)動機構時，“斷路器三相不一致接點”短接； 當斷路器為分相跳閘機構時，“斷路器三相不一致接點”必須用斷路器本體的位置輔助接點，不能用重動接點；若無接點可用，短接。注3：建議T1整定為0.10.6s,T2整定為小于0.6S； T1必須小于T2。本保護完全獨立于電氣保護,

29、僅反應變壓器本體開關量輸入信號,驅動相應的出口繼電器和信號繼電器,為本體保護提供跳閘功能和信號指示.本保護包括:1) 重瓦斯 2)輕瓦斯3) 調壓重瓦斯 4)調壓輕瓦斯5) 油溫高 6)油位低7) 壓力釋放 8)風冷消失 9) 冷卻器故障等;4.1 瓦斯保護原理簡介4.2 失靈電流啟動判別和延時元件原理簡介電流判別元件為開關失靈保護提供電流判別.延時元件為非電量保護和開關失靈保護提供計時功能.本元件共有三個電流判別回路和兩個時間繼電器回路.PST-1201A(B)變壓器保護裝置PST-1201A 本保護裝置采用一體化設計，包括差動保護（SOFT-CD1）、高壓側后備保護（SOFT-HB1）、中

30、壓側后備保護（SOFT-HB1）、低壓側后備保護（SOFT-HB4）；適用于500kV和330kV電壓等級的變壓器。差動保護和后備保護共用TA回路、出口回路、信號回路、直流電源回路等；PST-1201B 本保護裝置與PST-1201A的區(qū)別:所配置的差動保護原理不同，PST-1201B的差動保護為波形對稱原理。 PST-1202A(B)變壓器保護裝置PST-1202A 本保護裝置采用一體化設計，包括差動保護（SOFT-CD1）、高壓側后備保護（SOFT-HB3）、中壓側后備保護（SOFT-HB6）、低壓側后備保護（SOFT-HB4）；適用于330kV和220kV電壓等級的變壓器。差動保護和后備保護共用TA回路、出口回路、信號回路、直流電源回路等；PST-1202