RCS985-发变组

1、RCS-985RCS-985微机发变组保护微机发变组保护 目录目录一一. 保护功能配置保护功能配置4 1.1 发变组保护相关的技术规定条文摘录.6 1.2 电力变压器保护相关的技术规定条文摘录.9 1.3 保护总体方案设计思想12 1.4 特大型火电机组保护典型配置方案13 1.5 水电版本保护功能配置17二二. 硬件平台硬件平台20三三. 性能特点性能特点25四四. 差动保护差动保护31 4.1 发变组差动保护32 4.2TA饱和对差动保护的影响.40 4.3励磁涌流识别原理.53 4.4变压器高低压侧电流的相位补偿.59 4.5发变组差动各侧电流的折算.61 4.6 差动保护TA断线报警或

2、闭锁.62 4.7变压器差动保护65 4.8发电机完全纵差保护75 4.9发电机不完全纵差保护83 4.10 发电机裂相横差保护.85 4.11 工频变化量电流差动保护88五五. 变压器后备保护变压器后备保护.93 5.1 相间阻抗保护.94 5.2 复合电压闭锁方向过流.96 5.3 变压器的零序电流保护.102 5.4 变压器中性点间隙保护.104 5.5 变压器过励磁保护.107六六. 发电机匝间保护发电机匝间保护.114 6.1发电机横差保护.115 6.2纵向零序电压保护.119七七. 发电机定子接地保护发电机定子接地保护.125 7.1零序电压定子接地保护127 7.2三次谐波电压

3、比率定子接地保护129 7.3外加电源式发电机定子接地保护135八八.发电机转子接地保护发电机转子接地保护.141 8.1切换采样式（乒乓式）转子一点接地保护.143 8.2转子两点接地保护.145九九.发电机失磁保护发电机失磁保护.149十十.发电机失步保护发电机失步保护.162十一十一.发电机功率保护发电机功率保护.169十二十二.误上电保护误上电保护.173十三十三.启停机保护启停机保护.177一一 保护功能配置保护功能配置RCS985型号及功能配置型号及功能配置 RCS-985装置分四个程序版本，分别适用于不同的主接线： RCS-985A适用于标准的发变组单元主接线方式：两圈主变（22

4、0KV或500KV出线）、发电机容量100MW及以上、一台高厂变（三圈变或分裂变）、励磁变或励磁机； RCS-985B适用于两台高厂变的发变组主接线方式：两圈主变（220KV或500KV出线）、发电机容量100MW及以上、两台高厂变、励磁变或励磁机； RCS-985C适用于多种发变组主接线方式：两圈或三圈主变、发电机容量小于300MW、一台高厂变（三圈变或分裂变）、分支电缆、励磁变或励磁机； RCS-985G 适用于大型发电机保护，可以满足汽轮发电机、水轮发电机、燃气轮发电机、抽水蓄能机组的保护要求。1.1 发变组保护相关的技术规定条文摘录发变组保护相关的技术规定条文摘录 1.1.1电压在电压

5、在3kV及以上，容量在及以上，容量在600MW及以下的发电机，应及以下的发电机，应按本条的规定，对下列故障及异常运行方式，装设相应的保护。按本条的规定，对下列故障及异常运行方式，装设相应的保护。容量在容量在600MW以上的发电机可参照执行：以上的发电机可参照执行： (a) 定子绕组相间短路；定子绕组相间短路； (b) 定子绕组接地；定子绕组接地； (c) 定子绕组匝间短路；定子绕组匝间短路； (e) 发电机外部相间短路；发电机外部相间短路； (f) 定子绕组过电压；定子绕组过电压； (g) 定子绕组过负荷；定子绕组过负荷； (h) 转子表层（负序）过负荷；转子表层（负序）过负荷； (i) 励磁

6、绕组过负荷；励磁绕组过负荷； (j) 励磁回路接地；励磁回路接地； (k) 励磁电流异常下降或消失；励磁电流异常下降或消失； (l) 定子铁芯过励磁；定子铁芯过励磁； (m) 发电机逆功率；发电机逆功率； (n) 低频；低频； (o) 失步；失步； (p) 发电机突然加电压；发电机突然加电压； (q) 发电机起停机；发电机起停机； (r) 其他故障和异常运行。其他故障和异常运行。 1.1.2 对发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障，应按下列对发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障，应按下列规定配置相应的保护作为发电机的主保护：规定配置相应的保护作为发电机的主保护： (a) 1MW以上的发电机

7、，应装设纵联差动保护。以上的发电机，应装设纵联差动保护。 (b)对发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机对发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机与主要变压器宜分别装设单独的纵联差动保护；当发电机与变压器之间与主要变压器宜分别装设单独的纵联差动保护；当发电机与变压器之间没有断路器时，没有断路器时，100MW及以下发电机，可只装设发电机变压器组共用及以下发电机，可只装设发电机变压器组共用纵联差动保护，纵联差动保护，100MW以上发电机，除发电机变压器组共用纵联差动以上发电机，除发电机变压器组共用纵联差动保护外，发电机还应装设单独的纵联差动保护。保护外，发电机还应装设

8、单独的纵联差动保护。 (c) 对对200MW及以上发电机变压器组，应装设双重快速保护，即装设及以上发电机变压器组，应装设双重快速保护，即装设发电机纵联差动保护、变压器纵联差动保护，发电机变压器组共用纵联发电机纵联差动保护、变压器纵联差动保护，发电机变压器组共用纵联差动保护，当发电机与变压器之间有断路器时，宜分别装设双重发电机差动保护，当发电机与变压器之间有断路器时，宜分别装设双重发电机纵联和差动保护、双重变压器纵联差动保护，不再装设发电机变压器组纵联和差动保护、双重变压器纵联差动保护，不再装设发电机变压器组共用纵联差动保护。共用纵联差动保护。 (d) 应对纵联差动保护采取措施，在穿越性短路及自

9、同步或非同步合应对纵联差动保护采取措施，在穿越性短路及自同步或非同步合闸过程中，减轻不平衡电流所产生的影响，以尽量降低动作电流整定值闸过程中，减轻不平衡电流所产生的影响，以尽量降低动作电流整定值。 (e)纵联差动保护，应装设电流回路断线监视装置，断线后动作于信号纵联差动保护，应装设电流回路断线监视装置，断线后动作于信号。电流回路断线允许差动保护跳闸。电流回路断线允许差动保护跳闸。 (f) 本条中规定装设的过电流保护、电流速断保护、低电压保护、低本条中规定装设的过电流保护、电流速断保护、低电压保护、低压过流和差动保护均应动作于停机。压过流和差动保护均应动作于停机。 1.1.3 各项保护装置，宜根

10、据故障和异常运行方式的性质及热力各项保护装置，宜根据故障和异常运行方式的性质及热力系统具体条件，按各条的规定分别动作于：系统具体条件，按各条的规定分别动作于： a停机停机: 断开发电机断路器、灭磁，对汽轮发电机，还要关闭主汽门；断开发电机断路器、灭磁，对汽轮发电机，还要关闭主汽门；对水轮发电机还要关闭导水翼；对水轮发电机还要关闭导水翼； b. 解列灭磁解列灭磁: 断开发电机断路器，灭磁，汽轮机甩负荷；断开发电机断路器，灭磁，汽轮机甩负荷； c. 解列解列: 断开发电机断路器，汽轮机甩负荷；断开发电机断路器，汽轮机甩负荷； d减出力减出力: 将原动机出力减到给定值；将原动机出力减到给定值； e缩

11、小故障影响范围缩小故障影响范围: 例如双母线系统断开母线联络断路器等；例如双母线系统断开母线联络断路器等； f. 程序跳闸程序跳闸: 对汽轮发电机首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再对汽轮发电机首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳发电机断路器并灭磁。对水轮发电机，首先将导水翼关到空载位置，跳发电机断路器并灭磁。对水轮发电机，首先将导水翼关到空载位置，再跳开发电机断路器并灭磁；再跳开发电机断路器并灭磁； g减励磁减励磁: 将发电机励磁电流减至给定值；将发电机励磁电流减至给定值； h励磁切换励磁切换: 将励磁电源由工作励磁电源系统切换到备用励磁电源系统将励磁电源由工作励磁电源系统切换到备

12、用励磁电源系统； i厂用电源切换厂用电源切换: 由厂用工作电源供电切换到备用电源供电；由厂用工作电源供电切换到备用电源供电； j分出口分出口: 动作于单独回路；动作于单独回路； k信号信号: 发出声光信号。发出声光信号。1.2电力变压器保护相关的技术规定条文摘录电力变压器保护相关的技术规定条文摘录 1.2.1 对升压、降压、联络变压器的下列故障及异常运行方式，对升压、降压、联络变压器的下列故障及异常运行方式，应按本条的规定装设相应的保护装置：应按本条的规定装设相应的保护装置： a. 绕组及其引出线的相间短路和中性点直接接地或经小电阻接地侧的单相绕组及其引出线的相间短路和中性点直接接地或经小电阻

13、接地侧的单相接地短路；接地短路； b. 绕组的匝间短路；绕组的匝间短路； c. 外部相间短路引起的过电流；外部相间短路引起的过电流； d. 中性点直接接地或经小电阻接地电力网中，外部接地短路引起的过电流中性点直接接地或经小电阻接地电力网中，外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；及中性点过电压； e. 过负荷；过负荷； f. 过励磁；过励磁； g. 中性点非直接接地侧的单相接地故障；中性点非直接接地侧的单相接地故障； h. 油面降低；油面降低； i. 变压器油温、绕组温度过高及油箱压力过高和冷却系统故障。变压器油温、绕组温度过高及油箱压力过高和冷却系统故障。 1.2.2 对变压器的内部、套管及

14、引出线的短路故障，按其容量及重对变压器的内部、套管及引出线的短路故障，按其容量及重要性的不同，应装设下列保护作为主保护，并瞬时动作于断开变要性的不同，应装设下列保护作为主保护，并瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。压器的各侧断路器。 a. 电流速断保护：用于电压电流速断保护：用于电压10kV及以下，容量在及以下，容量在10MVA及以下的变压器。及以下的变压器。 b. 纵差保护：用于电压为纵差保护：用于电压为35kV及以上，容量在及以上，容量在1OMVA及以上的变压器。及以上的变压器。对于电压为对于电压为lOkV的重要变压器当电流速断保护灵敏度不符合要求时也可的重要变压器当电流速断保护灵敏度不符合

15、要求时也可采用纵差保护。采用纵差保护。 c. 电压为电压为220kV及以上变压器，采用双重纵差保护。及以上变压器，采用双重纵差保护。 d. 对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间没有断路时，按对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间没有断路时，按2.2.3.4条条规定执行。规定执行。 e. 纵联差动保护应满足下列要求：纵联差动保护应满足下列要求： f. 应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流；应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流； g. 在变压器过励磁时不应误动作；在变压器过励磁时不应误动作； h.在电流回路断线时应发出断线信号；在电流回路断线时应发出断线信号； 在正常情况下，纵联

16、差动保护的保护范围应包括变压器套管和引出线在正常情况下，纵联差动保护的保护范围应包括变压器套管和引出线，如不能包括引出线时，应采用快速切除故障的辅助措施。在设备检修，如不能包括引出线时，应采用快速切除故障的辅助措施。在设备检修等特殊情况下，允许差动保护短时利用变压器套管电流互感器。此时套等特殊情况下，允许差动保护短时利用变压器套管电流互感器。此时套管和引线故障由后备保护动作切除。管和引线故障由后备保护动作切除。 1.2.3 对外部相间短路引起的变压器过电流，变压器应装设相间对外部相间短路引起的变压器过电流，变压器应装设相间短路后备保护，保护带延时动作于相应的断路器。短路后备保护，保护带延时动作

17、于相应的断路器。 a.在满足灵敏性和选择性要求的情况，应优先选用简单可靠的电流、电压在满足灵敏性和选择性要求的情况，应优先选用简单可靠的电流、电压保护作为相间短路后备保护。选择的顺序是：过电流保护、复合电压保护作为相间短路后备保护。选择的顺序是：过电流保护、复合电压(负序电压和线间电压负序电压和线间电压)启动的过电流保护、复合电流保护（负序电流和启动的过电流保护、复合电流保护（负序电流和单相式电压启动的过电流保护）。对电流、电压保护不能满灵敏性和选单相式电压启动的过电流保护）。对电流、电压保护不能满灵敏性和选择性要求的择性要求的330kV及以上变压器可采用阻抗保护。及以上变压器可采用阻抗保护。

18、 b.过电流保护宜用于过电流保护宜用于110kV及以下，中小容量的降压变压器。保护的整定及以下，中小容量的降压变压器。保护的整定值要考虑变压器可能出现的过负荷。值要考虑变压器可能出现的过负荷。 c. 110Kv 220kV降压变压器、升压变压器和系统联络变压器，用过电流降压变压器、升压变压器和系统联络变压器，用过电流保护不能满足灵敏度要求时，宜采用复合电压起动的过电流保护或复合保护不能满足灵敏度要求时，宜采用复合电压起动的过电流保护或复合电流保护。电流保护。 d.对对330kV及以上变压器，当按及以上变压器，当按2.3.5.2条和条和2.3.5.3条装设保护不能满足系条装设保护不能满足系统正常

19、运行情况故障时灵敏性和选择性，可采用阻抗保护。保护配置要统正常运行情况故障时灵敏性和选择性，可采用阻抗保护。保护配置要简化。阻抗继电器可采用带偏移特性的阻抗继电器、方向阻抗继电器或简化。阻抗继电器可采用带偏移特性的阻抗继电器、方向阻抗继电器或全阻抗继电器。全阻抗继电器。 总体方案为总体方案为双主双后双主双后，即双套主保护、双套后备保护、双套，即双套主保护、双套后备保护、双套异常异常运行保护运行保护的配置方案。其思想是将一个发变组单元的全套电量保的配置方案。其思想是将一个发变组单元的全套电量保护集成在一套装置中。护集成在一套装置中。 对于一个发变组单元，配置两套完整的电气量保护，每套保护装对于一

20、个发变组单元，配置两套完整的电气量保护，每套保护装置采用不同组置采用不同组TATA，均有独立的出口跳闸回路。，均有独立的出口跳闸回路。 非电量保护出口跳闸回路完全独立，和操作回路独立组屏。非电量保护出口跳闸回路完全独立，和操作回路独立组屏。1.3 保护总体方案设计思想保护总体方案设计思想1.4 特大型火电机组保护典型配置方案特大型火电机组保护典型配置方案300MW-500KV300MW-500KV机组机组TATA、TVTV配置方案配置方案配置方案一500kVRCS-985A屏RCS-974GC屏RCS-974FRCS-985B屏主变压器发电机励磁变高厂变RCS-974AG300MW-220KV

21、300MW-220KV机组机组TATA、TVTV配置方案配置方案配置方案 二100MW-220KV100MW-220KV机组机组TATA、TVTV配置方案配置方案配置方案 三CZX-12AC屏RCS-974GRCS-985A屏220kV110kVTV5RCS-985B屏BBBBBBBBB高厂变主变压器发电机励磁变 RCS-985水轮机组保护装置共分为三个程序版本，分别适用于不水轮机组保护装置共分为三个程序版本，分别适用于不同的主接线：同的主接线： RCS-985AW适用于标准的发变组单元主接线方式：两圈主变（适用于标准的发变组单元主接线方式：两圈主变（220KV或或500KV出线）、发电机容量

22、出线）、发电机容量100MW及以上、一台高厂及以上、一台高厂变（两圈变）、一台励磁变或励磁机；变（两圈变）、一台励磁变或励磁机； RCS-985GW适用于大型发电机保护，主接线方式：发电机容量适用于大型发电机保护，主接线方式：发电机容量100MW及以上、一台励磁变或励磁机；及以上、一台励磁变或励磁机； RCS-985TW适用于大型变压器保护，主接线方式：两圈主变（适用于大型变压器保护，主接线方式：两圈主变（220KV或或500KV出线）、一台高厂变（两圈变）。出线）、一台高厂变（两圈变）。1.5 水电版本保护功能配置配置方案一配置方案 二二二 硬件平台硬件平台装置面板和背面布置图6B7B8B9

23、C10B10C11B12B11C12C9B发电机变压器组保护装置南瑞继保电气有限公司RCS-985运 行报 警跳 闸确认区号取消33键盘调试接口1A1B3A3B4A4B5B5A2A2B 2.1 机箱结构机箱结构2.2 先进的硬件核心先进的硬件核心 一一 高速数字信号处理器高速数字信号处理器DSPDSP 大规模逻辑门阵列大规模逻辑门阵列FPGAFPGA 可编程逻辑门阵列可编程逻辑门阵列CPLDCPLD 并行高精度并行高精度A/DA/D 3232位微处理器位微处理器CPUCPU 独立的独立的CPUCPU处理显示、键盘等人机对话处理显示、键盘等人机对话 大屏幕汉字液晶显示大屏幕汉字液晶显示 高速数字

24、信号处理器DSP32位微处理器CPU 双CPU系统：低通、低通、ADAD采样、保护计算、逻辑输出采样、保护计算、逻辑输出1 1、CPU2CPU2作用于启动继电器，作用于启动继电器，CPU1CPU1作用于跳闸矩阵作用于跳闸矩阵 2 2、启动一致性启动一致性，CPU1CPU1和和CPU2CPU2的启动元件相同，保护才出口的启动元件相同，保护才出口3 3、两个、两个CPUCPU系统之间均进行完善的自检和互检，任一系统之间均进行完善的自检和互检，任一CPUCPU板故板故障，闭锁装置并发报警信号障，闭锁装置并发报警信号2.3先进的硬件核心二先进的硬件核心二2.4 RCS-985硬件配置示意图硬件配置示意

25、图交流信号低通滤波A/DDSP1DSP2CPU1外部开入串口打印出口继电器CPU板低通滤波A/DDSP3DSP4CPU2管理板串口打印+E光隔光隔外部开入QDJCPLDCPLD滤波器DC/DC5V12V24V至装置内部其他插件光耦24V至相应插件220/11024V24V-地220/110-人机CPU显示人机通讯口人机通讯口人机通讯口三三 性能特点性能特点 每个周波每个周波2424点高速采样率，计算精度高点高速采样率，计算精度高 并行实时计算：并行实时计算：故障全过程对所有保护继电器进行实时计算。即在每故障全过程对所有保护继电器进行实时计算。即在每一个采样间隔内（一个采样间隔内（0.833ms

26、0.833ms）对所有保护完成计算，并留有裕度。）对所有保护完成计算，并留有裕度。因此，因此，装置中各保护功能的计算互不影响，均能正确反应。装置中各保护功能的计算互不影响，均能正确反应。 多种启动元件：多种启动元件：不同的保护功能均有对应的启动元件不同的保护功能均有对应的启动元件3.1 可靠的软件技术可靠的软件技术3.2 独立的故障录波独立的故障录波 CPUCPU录波：录波：记录保护的各种原始模拟量、保护用的中间模拟记录保护的各种原始模拟量、保护用的中间模拟量、保护的出口状态等。量、保护的出口状态等。 MONMON录波：录波：设有完整的故障录波功能，可以连续记录设有完整的故障录波功能，可以连续

27、记录长达长达4S4S的发变组单元所有模拟量、开入量、保护动作量波形，记录的发变组单元所有模拟量、开入量、保护动作量波形，记录采用采用COMTRADECOMTRADE格式，是针对发变组的故障录波器。格式，是针对发变组的故障录波器。 完善的波形分析软件完善的波形分析软件 灵活的跳闸矩阵：每一种保护均可经跳闸矩阵整定出口方式灵活的跳闸矩阵：每一种保护均可经跳闸矩阵整定出口方式3.3 跳闸矩阵的功能特点3.4 保护功能压板保护功能压板6B36B2投 主 变 相 间 后 备投 主 变 接 地 保 护6B56B4投 主 变 不 接 地 保 护投 发 变 组 差 动6B76B6备 用投 高 厂 变 差 动6

28、B96B8投 高 厂 变 高 压 侧 后 备投 高 厂 变 A分 支 后 备6B116B10备 用备 用6B126B136B14对 时打 印6B16B15信 号 复 归投 主 变 差 动 保 护24V光 耦 +（ 输 入 ）6B17投 高 厂 变 B分 支 后 备5B75B6投 三 次 谐 波 电 压 保 护投 转 子 一 点 接 地 保 护5B95B8投 转 子 两 点 接 地 保 护投 定 子 过 负 荷5B115B10投 负 序 过 负 荷投 失 磁 保 护5B135B12投 失 步 保 护投 过 电 压 保 护5B155B14投 逆 功 率 保 护5B205B19投 励 磁 过 负 荷

29、5B225B21备 用断 水 保 护 投 跳5B245B23热 工 保 护 投 跳投 励 磁 变 差 动 保 护备 用投 频 率 保 护投 误 上 电 保 护投 起 停 机 保 护5B165B175B185B255B3投 发 电 机 差 动 保 护投 发 电 机 后 备 保 护5B55B4投 发 电 机 匝 间 保 护投 定 子 接 地 零 序 电 压 保 护24V光 耦 +（ 输 入 ）5B29投 过 励 磁 保 护保 护 功 能 压 板1 1、采用了工频变化量原理、变斜率比率差动保护新原理、采用了工频变化量原理、变斜率比率差动保护新原理; ;2 2、全新的异步法、全新的异步法TATA饱和判

30、据；饱和判据；3 3、首次提出并实现了浮动门槛和电流比率制动相结合的纵向零序、首次提出并实现了浮动门槛和电流比率制动相结合的纵向零序电压匝间保护、复式零序电压匝间保护、高灵敏横差保护新原电压匝间保护、复式零序电压匝间保护、高灵敏横差保护新原理；理；4 4、采用三次谐波电压差动新原理的、采用三次谐波电压差动新原理的100100定子接地保护；定子接地保护；5 5、新型外加电源定子、转子接地保护；、新型外加电源定子、转子接地保护；6 6、灵敏的、灵敏的TVTV、TATA回路自检功能；回路自检功能；7 7、其他先进技术、其他先进技术3.5 RCS3.5 RCS985985保护装置的关键技术保护装置的关

31、键技术四四 差动保护差动保护4.1发变组差动保护发变组差动保护 设发变组系统如图所示：设发变组系统如图所示：主变为三圈变，厂变低主变为三圈变，厂变低压侧为双分支，发变组差动压侧为双分支，发变组差动包含四个支路电流，分别为包含四个支路电流，分别为主变主变220KV侧侧I1,110KV侧侧I2，高厂变高压侧，高厂变高压侧I3，发电机，发电机中性点侧中性点侧I4。各侧各侧TA极性端如图所示极性端如图所示，规定各侧电流参考方向为，规定各侧电流参考方向为流入发变组为正方向。流入发变组为正方向。变斜率比例差动变斜率比例差动43214321111222)/()()2/()()()()(IIIIIIIIIII

32、IKKKnInKKbnKKKnIIIbnIIKInIIIIKIdrerblrblbleblrblblblblrercdqderbldercdqdrbld 假设定值单中：假设定值单中：各侧电流都转为标么值代入差动方程对发变组差动，；)(63 . 0I7 . 01 . 021nIKKecdqdblblrrblrblblblrblblblblrIIKKKnnKKbnKKK05. 01 . 04 . 26)605. 01 . 0()(05. 0)62/(0.10.7)2/()(1112）（)(5 . 17 . 0)()(3 . 01 . 005. 022errcdqderblderrrcdqdrbld

33、nIIIIbnIIKInIIIIIIKI差动方程变换为：差动方程变换为：由上式可以看出，差动方程分两段，第一段为抛物由上式可以看出，差动方程分两段，第一段为抛物线，第二段为直线，在平面图上如下图所示：线，第二段为直线，在平面图上如下图所示：变斜率差动方程示例变斜率差动方程示例比率差动的动作特性比率差动的动作特性IenIeIcdsdIcdqdIdIr0Kbl1Kbl2动作区制动区速断动作区这种变斜率比率差动保护由于一开始就带制动且差动保护动作特性较好地与差流的不平衡电流曲线相配合，因此差动保护的起始动作电流定值可以安全地降低。这就提高了发电机、变压器内部轻微故障时保护的灵敏度，尤其是机组起停过程

34、中（4555Hz）内部轻微故障时差动保护的灵敏度。同时也有利于防止区外故障各侧TA特性不一致造成的误动 区内故障时区内故障时：如图：如图所示，各侧短路电流方所示，各侧短路电流方向都是流入发变组，和向都是流入发变组，和参考方向一致，为正值参考方向一致，为正值，所以差动电流：，所以差动电流：很大，容易满足差动主很大，容易满足差动主程，差动保护动作。程，差动保护动作。4321IIIIId差动保护动作分析差动保护动作分析 区外故障时区外故障时：如图如图示在高厂变低压侧母线示在高厂变低压侧母线上发生故障。上发生故障。I1、I2、I4短路电流方向为流入发短路电流方向为流入发变组，为正值。变组，为正值。I3

35、为流为流出发变组，为负值。把出发变组，为负值。把发变组看成电路上的一发变组看成电路上的一个节点，由节点电流定个节点，由节点电流定理，流入的电流等于流理，流入的电流等于流出的电流，即相量和为出的电流，即相量和为0，所以差动电流：，所以差动电流：差动保护不动作。差动保护不动作。04321IIIIId差动保护动作分析差动保护动作分析发变组差动各侧TA选择：各侧名称高厂变低压侧TA高厂变高压侧TA2高厂变高压侧TA发电机中性点TA主变套管TA主变开关TA发变组差动定义001110表1：发变组差动TA选择（该控制字隐含，只能由调试软件DBG2000显示）各侧TA选择原则如下：主变侧TA：可以选择主变开关

36、TA或主变套管TA。发电机侧TA：选择发电机中性点TA。高厂变侧TA：可以选择厂变低压侧TA或厂变高压侧TA。如果厂变高压侧有一组大变比TA、一组小变比TA，选择高厂变高压侧TA2，即大变比TA；如果厂变高压侧只有一组TA，选择高厂变高压侧TA，此时在定值整定时要将厂变高压侧大变比的TA变比和厂变高压侧变比的TA变比整定成相同。4.2TA饱和对差动保护的影响饱和对差动保护的影响 e1 1）由磁化曲线，知道一）由磁化曲线，知道一次电流的波形，可以画出次电流的波形，可以画出磁通的波形。磁通的波形。 2 2）由电磁感应定理：）由电磁感应定理： 可由磁通可由磁通画出画出e e2 2波形波形。 3 3）

37、由于电流互感器二次）由于电流互感器二次侧相当于一个纯电阻回路，侧相当于一个纯电阻回路，由：由：e e2 2=R=R2 2i i2 2 可得二次电流可得二次电流i i2 2波形。波形。dtdNe22e发电机差动保护所用的TA饱和问题以往认为： 发电机差动采用保护级TA，并且TA同型； 区外故障电流倍数小，一次电流完全相同，二次 不平衡差流小； 因此，发电机差动保护不存在TA饱和问题，为提高内部故障灵敏度，可降低差动起始定值和比率制动系数。实际情况： 发电机差动TA尽管同型，但两侧电缆长度可能不 一致，TA二次负载不同。部分机组TA不是真正同 型TA； 区外故障电流倍数尽管小，但非周期分量衰减慢；

38、 结果，导致TA饱和，不平衡差流增大，差动保护 屡有误动发生；TA饱和判据的特点全新的“异步法” TA饱和判据抗TA饱和算法：利用变压器、发电机差电流中谐波含量和波形特征来识别电流互感器是否饱和。关键判据：根据TA饱和也是在短路过了一段时间后才饱和的理论先初步判出是区外故障时，再投入抗TA饱和算法。初步判出区外故障的判据为： 制动电流工频变化量 差动电流工频变化量满足上两判据时间大于一定值初步判为区外故障。2thd1thrIIIITA保护判据的特点 区内故障时，无论TA是否饱和，制动电流和差电流的工频变化量电流同步出现。TA保护判据的特点 区外故障时，如果TA饱和，制动电流与差电流的工频变化量

39、电流先后异步出现 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 -100 0 100 A 相(A) -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 -100 0 100 B 相(A) -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 -100 0 100 C 相(A) t (ms) TA饱和时波形饱和时波形TA严重饱和时的主要特征严重饱和时的主要特征 1）二次电流波形有严重缺损，显著非正弦。 2）在短路后TA很快进入深饱和，以致二次绕组的感应电动势降为零。在相应的一段时间内二次电流为零，此时一次电流全部成为励磁电流。 3）当一次电流全部成为励磁电流后其瞬时值

40、下降时TA逐渐退出饱和，当它下降到零继而改变极性时铁心安全退出饱和，二次绕组的感应电动势增大，二次电流又几乎与一次电流相等，但这时铁心中有相当大的剩磁存在。 4）当一次电流恢复初始的极性又上升时，由于有剩磁存在铁心又很快饱和，二次电流又降为零。 5）在短路开始时铁心要维持磁通不变，或者说励磁回路的电感不允许其电流突变，一次电流全部变换为二次电流，TA无误差。这段时间虽短，一般为38ms ,但可以被差动保护所利用。如图示在高厂变低压母线上发生故障，假设：I11000AI21000AI41000A则I33000A；如果TA没有饱和，则差动电流为：差动保护不会误动。但是由于厂变低压侧TA饱和，测到的

41、电流I3很小，假设为0，则保护计算的差动和制动电流为：满足差动方程，造成差动保护误动04321IIIIId30004321IIIIId区外故障伴随区外故障伴随TA饱和会引起差动保护误动：饱和会引起差动保护误动：1500)(5 . 04321IIIIIrTA饱和处理方法饱和处理方法(1)为防止在区外故障时为防止在区外故障时TA的暂态与稳态饱和时可能引起的稳态比的暂态与稳态饱和时可能引起的稳态比率差动保护误动作，装置采用各相差电流的综合谐波作为率差动保护误动作，装置采用各相差电流的综合谐波作为TA饱和的判据，饱和的判据，其表达式如下：其表达式如下：In Knxb*I1其中其中In为某相差电流中的综

42、合谐波，为某相差电流中的综合谐波，I1为对应相差电流的基为对应相差电流的基波，波，Knxb为某一比例常数。为某一比例常数。故障发生时，保护装置利用差电流工频变化量和制动电流工故障发生时，保护装置利用差电流工频变化量和制动电流工频变化量是否同步出现，先判出是区内故障还是区外故障，如区外故障，频变化量是否同步出现，先判出是区内故障还是区外故障，如区外故障，投入投入TA饱和闭锁判据，可靠防止饱和闭锁判据，可靠防止TA饱和引起的比率差动保护误动。饱和引起的比率差动保护误动。 TA饱和处理方法饱和处理方法(2)：高值比率差动高值比率差动 为避免区内严重故障时TA饱和等因素引起的比率差动延时动作，装置设有

43、一高比率和高起动值的比率差动保护，利用其比率制动特性抗区外故障时TA的暂态和稳态饱和，而在区内故障TA饱和时能可靠正确动作。高值比率差动不判TA饱和。稳态高值比率差动的动作方程如下： rdedIIII7 . 02 . 11.2Ie0IdIr0.70Icdsd动作区速断动作区高值和低值差动的配合1）区内轻微故障，短路电流小，TA不饱和：低值比率差动灵敏动作2）区内严重故障，短路电流大，TA饱和：低值闭锁，高值动作3）区外轻微故障，短路电流小，TA不饱和：差流为0，低值和高值都不动作4）区外严重故障，短路电流大， TA饱和：低值闭锁，高值差动由于定值比较高，差流进入不到动作区，也不会动作。4.3励

44、磁涌流识别原理励磁涌流识别原理 在正常运行时励磁电流比较小，一般不超过额定电流的3%,可是在: (1)变压器空载合闸（空投） (2)区外故障切除后电压恢复时这两种情况下可能出现很大的励磁电流。 励磁涌流波形特征： 励磁涌流的最大幅值很大，可能达到变压器额定电流的510倍。变压器容量越小，该倍数越大。 有很大的非周期分量。波形偏于时间轴的一侧，因此波形严重不对称。 有大量的谐波分量，尤其是二次谐波分量含量较大。二次谐波与基波分量的比值一般均大于0.15。 波形出现间断，间断角一般大于60o。 12II变压器空载合闸示意变压器空载合闸示意 励磁涌流的波形与合闸瞬间电压的相位、铁芯中剩磁的大小和方向

45、、电源容量和变压器容量的大小、铁芯材料的性质和磁化曲线、变压器的饱和磁密、合闸回路的阻抗和时间常数等因素有关。 如果合闸时正好电压达到最大值，就不会出现非周期性的磁通，也就不会出现励磁涌流，而只有正常时的励磁电流。 如果合闸时正好电压为零，励磁涌流最大。所以三相变压器中三相的励磁涌流大小是不一样的。考虑到变压器空投时电源三相电压互差1200，所以无论在何时合闸至少有二相会出现不同程度的励磁涌流。 空投变压器时励磁涌流录波图（实际（实际500kV500kV自耦变压器）自耦变压器）励磁涌流闭锁原理励磁涌流闭锁原理1（谐波制动原理）（谐波制动原理）涌流判别通过控制字可以选择二次谐波制动原理或波形判别

46、原理。（1）谐波制动原理装置采用三相差动电流中二次谐波与基波的比值作为励磁涌流闭锁判据，动作方程如下：其中I2为每相差动电流中的二次谐波，I1为对应相的差流基波，K2xb为二次谐波制动系数整定值。推荐K2xb整定为0.15。122IKIxb励磁涌流闭锁原理励磁涌流闭锁原理2（波形判别原理）（波形判别原理） 式中式中 差电流的全周积分值。差电流的全周积分值。 SS1S2 两个相距半周的差电流瞬时值两个相距半周的差电流瞬时值 之和的全周积分值。之和的全周积分值。 S+=S1-S2 大于大于1的常数。的常数。 门槛值。门槛值。 tbSSSKSSSbKtSS1S2S1S2励磁涌流短路电流装置利用三相差

47、动电流中的波装置利用三相差动电流中的波形判别作为励磁涌流识别判据。内形判别作为励磁涌流识别判据。内部故障时，各侧电流经互感器变换部故障时，各侧电流经互感器变换后，差流基本上是工频正弦波。而后，差流基本上是工频正弦波。而励磁涌流时，有大量的谐波分量存励磁涌流时，有大量的谐波分量存在，波形是间断不对称的。在，波形是间断不对称的。当满足以下判据时，与门分相当满足以下判据时，与门分相开放差动保护：开放差动保护：Y /d-11接线变压器电流相量图：接线变压器电流相量图：*A a IABIICcIIbaIIabIIcBC c b4.4变压器高低压侧电流的相位补偿变压器高低压侧电流的相位补偿对于连接组号为Y

48、d-11的变压器，高压侧绕组为Y接线，低压侧为接线，这样造成高低压侧电流有30度的相位差，必须对电流相位进行补偿后，才能做差动运算3/ )(3/ )(3/ )(ACCCBBBAAIIIIIIIII电流相位补偿公式电流相位补偿公式RCS985中变压器差动（发变组差动）电流相位补偿采用Y侧向侧补偿的方法，公式如下：4.5发变组差动各侧电流的折算发变组差动各侧电流的折算发变组差动所用电流为主变高压侧电流、高厂变高压侧电流（也可选低压侧电流）、发电发变组差动所用电流为主变高压侧电流、高厂变高压侧电流（也可选低压侧电流）、发电机中性点侧电流。由于各侧电流处于不同的电压等级，所以在差动运算前，要对各侧电流

49、机中性点侧电流。由于各侧电流处于不同的电压等级，所以在差动运算前，要对各侧电流进行折算，折算到同一个电压等级。在进行折算，折算到同一个电压等级。在RCS985中，电流的折算方法是采用标么值。中，电流的折算方法是采用标么值。标么值定义：电流的实际值和基准值的比值，一般选取各侧的额定电流做为基准电流。标么值定义：电流的实际值和基准值的比值，一般选取各侧的额定电流做为基准电流。对于发变组差动各侧额定电流的计算公式如下（统一选取主变额定容量为基准容量）：对于发变组差动各侧额定电流的计算公式如下（统一选取主变额定容量为基准容量）：1）主变高压侧：）主变高压侧：2）高厂变高压侧）高厂变高压侧(差至厂变高压

50、侧时）：差至厂变高压侧时）：3）高厂变低压侧）高厂变低压侧（差至厂变低压侧时）：（差至厂变低压侧时）：4）发电机中性点侧：）发电机中性点侧：各参数定义如下：各参数定义如下：SN：主变额定容量：主变额定容量U1N：主变高压侧额定线电压：主变高压侧额定线电压 N1：主变高压侧：主变高压侧TA变比变比U2N：主变低压侧额定线电压：主变低压侧额定线电压 N2：高厂变高压侧：高厂变高压侧TA变比变比 U3N：高厂变低压侧额定线电压：高厂变低压侧额定线电压 N3：高厂变低压侧：高厂变低压侧TA变比变比 N4：发电机中性点侧：发电机中性点侧TA变比变比1113NUSInne2223NUSInne3333NU

51、SInne4243NUSInne4.6 差动保护差动保护TA断线报警或闭锁断线报警或闭锁 内部故障时，至少满足以下条件中一个：内部故障时，至少满足以下条件中一个：（1）任一侧负序相电压大于）任一侧负序相电压大于2V（2）起动后任一侧任一相电流比起动前增加）起动后任一侧任一相电流比起动前增加（3）起动后最大相电流大于）起动后最大相电流大于1.2 Ie（4）同时有三路电流比启动前减小）同时有三路电流比启动前减小因此，差动保护启动后因此，差动保护启动后40ms内，以上条件均不满足，内，以上条件均不满足，判为判为TA断线。如此时断线。如此时“TA断线闭锁比率差动投入断线闭锁比率差动投入”置置1，则闭锁

52、差动保护，并发差动则闭锁差动保护，并发差动TA断线报警信号，如控制字置断线报警信号，如控制字置0，差动保护动作于出口，同时发差动，差动保护动作于出口，同时发差动TA断线报警信号。断线报警信号。 发变组差动定值发变组差动定值序号序号定值名称定值名称定值范围定值范围整定步长整定步长1比率差动起动定值0.10-1.5 (Ie)0.01(Ie)2差动速断定值4-14 (Ie)0.01(Ie)3比率差动起始斜率0.05-0.150.014比率差动最大斜率0.500.800.015谐波制动系数0.10-0.350.016差动保护跳闸控制字0000-FFFF1以下是运行方式控制字整定1表示投入，0表示退出1

53、差动速断投入0，12比率差动投入0，13涌流闭锁原理选择0，10：二次谐波闭锁1：波形判别发变组差动逻辑图发变组差动逻辑图比率差动元件&差动保护硬压板投入比率差动保护软压板投入TA瞬时断线判别&差流起动元件&涌流开放元件过激磁闭锁差动判别TA饱和判别元件高值比率差动元件&差动保护硬压板投入比率差动保护软压板投入TA瞬时断线判别比率差动保护跳闸&差动起动元件&涌流开放元件=1差动速断元件&差动保护硬压板投入差动速断保护软压板投入&差动起动元件差动速断保护跳闸4.5变压器差动保护首先规定首先规定TATA的正的正极性端在母线侧，极性端在

54、母线侧，电流参考方向由电流参考方向由母线流向变压器母线流向变压器为正方向。为正方向。变压器变斜率比例差动变压器变斜率比例差动321321111222)/()()2/()()()()(IIIIIIIIIIKKKnInKKbnKKKnIIIbnIIKInIIIIKIdrerblrblbleblrblblblblrercdqderbldercdqdrbld 假设定值单中：假设定值单中：各侧电流都转为标么值代入差动方程对变压器差动，；)(63 . 0I7 . 01 . 021nIKKecdqdblblrrblrblblblrblblblblrIIKKKnnKKbnKKK05. 01 . 04 . 26

55、)605. 01 . 0()(05. 0)62/(0.10.7)2/()(1112）（)(5 . 17 . 0)()(3 . 01 . 005. 022errcdqderblderrrcdqdrbldnIIIIbnIIKInIIIIIIKI差动方程变换为：差动方程变换为：由上式可以看出，差动方程分两段，第一段为抛物由上式可以看出，差动方程分两段，第一段为抛物线，第二段为直线，在平面图上如下图所示：线，第二段为直线，在平面图上如下图所示：变压器变斜率比率差动方程分析变压器变斜率比率差动方程分析比率差动的动作特性比率差动的动作特性IenIeIcdsdIcdqdIdIr0Kbl1Kbl2动作区制动区

56、速断动作区区内故障时：如图示，各侧短路电流都是由母线流向变压器，和参考方向一致，为正值，所以差动电流很大，容易满足差动主程，差动保护动作。321IIIId 区外故障时：如图示在低压母线上发生故障。高、中压侧短路电流由母线流向变压器，为正值。低压侧电流由变压器流向母线，为负值。把变压器看成电路上的一个节点，由节点电流定理，流入的电流等于流出的电流，即相量和为0，所以差动电流差动保护不动作。0321IIIId变压器差动变压器差动TA选择选择各侧名称高厂变高压侧TA2高厂变高压侧TA发电机机端TA主变低压侧TA主变二分支TA主变一分支TA主变差动定义 011011各侧TA选择原则如下：主变高压侧TA

57、：如果是3/2接线，主变一分支TA、主变二分支TA全选；其他只选主变一分支。发电机侧TA：可以选择发电机机端TA或主变低压侧TA。高厂变高压侧TA：如果厂变高压侧有一组大变比TA、一组小变比TA，选择高厂变高压侧TA2，即大变比TA；如果厂变高压侧只有一组TA，选择高厂变高压侧TA，此时在定值整定时要将厂变高压侧大变比的TA变比和厂变高压侧变比的TA变比整定成相同。主变差动各侧电流的折算主变差动各侧电流的折算主变差动所用电流为主变高压侧电流（主变差动所用电流为主变高压侧电流（3/2接线为一分支和二分支）、主变低压侧电流、高接线为一分支和二分支）、主变低压侧电流、高厂变高压侧电流，由于各侧电流处

58、于不同的电压等级，所以在差动运算前，要对各侧电流厂变高压侧电流，由于各侧电流处于不同的电压等级，所以在差动运算前，要对各侧电流进行折算，折算到同一个电压等级。在进行折算，折算到同一个电压等级。在RCS985中，电流的折算方法是采用标么值。中，电流的折算方法是采用标么值。标么值定义：电流的实际值和基准值的比值，一般选取各侧的额定电流做为基准电流。标么值定义：电流的实际值和基准值的比值，一般选取各侧的额定电流做为基准电流。对于主变各侧额定电流的计算公式如下（统一选取主变额定容量为基准容量）：对于主变各侧额定电流的计算公式如下（统一选取主变额定容量为基准容量）：1）主变高压侧：）主变高压侧：2）主变

59、低压侧：）主变低压侧：3）高厂变高压侧）高厂变高压侧：各参数定义如下：各参数定义如下：SN：主变额定容量：主变额定容量U1N：主变高压侧额定线电压：主变高压侧额定线电压 N1：主变高压侧：主变高压侧TA变比变比U2N：主变低压侧额定线电压：主变低压侧额定线电压 N2：主变低压侧：主变低压侧TA变比变比 N3：高厂变高压侧：高厂变高压侧TA变比变比 1113NUSInne2223NUSInne3233NUSInne主变差动保护定值主变差动保护定值序号序号定值名称定值名称定值范围定值范围整定步长整定步长1比率差动起动定值0.1-1.50 (Ie)0.01 (Ie)2差动速断定值2-14.00 (I

60、e)0.01 (Ie)3比率差动起始斜率0.05-0.150.014比率差动最大斜率0.500.800.015谐波制动系数0.10-0.350.016差动保护跳闸控制字0000-FFFF1以下是运行方式控制字整定1表示投入，0表示退出1差动速断投入0，12比率差动投入0，13工频变化量比率差动投入0，14涌流闭锁原理选择0，10：二次谐波闭锁1：波形判别5TA断线闭锁比率差动0，1主变差动保护逻辑框图主变差动保护逻辑框图比率差动元件&差动保护硬压板投入比率差动保护软压板投入TA瞬时断线判别&差流起动元件&涌流开放元件过激磁闭锁差动判别TA饱和判别元件高值比率差动元件&差动保护硬压板投入比率差动保护软压板投入TA瞬时断线判别比率差动保护跳闸&差动起动元件&涌流开放元件=1差动速断元件