系列数字式变压器保护

1、 南京新宁电力技术有限公司 本公司为国电南自的控股子公司，专业从事变压器保护的研制、生产、销售；PST-1200系列数字式变压器保护为本公司的主要产品；现正为国电西北公司研制750kV电压等级的变压器保护。本文件的主要内容产品概述研制背景主要特点原理简介注意事项PST 1200系列数字式变压器保护产品概述 PST-1200系列数字式变压器保护装置是以差动保护、后备保护和瓦斯保护为基本配置的成套变压器保护装置，适用于500kV、330kV、220kV、110kV、66kV、35kV、10kV等大型电力变压器。本系列数字式变压器保护装置有两种不同原理的差动保护。本系列保护装置基本配置设有完全相同的

2、CPU插件，分别完成差动保护功能，高压侧后备保护功能, 中压侧后备保护功能，低压侧后备保护功能，各种保护功能均由软件实现。瓦斯保护由独立机箱实现。 保护的逻辑关系符合国家设计原则。 本系列数字式变压器保护装置的保护配置和各保护时限的跳闸逻辑可在线编程。产品概述PST-1200 系列保护（66kV及以上电压等级）产品概述PST-1200 系列保护（110kV及以下电压等级）产品概述PST-1200差动软件配置表产品概述PST-1200后备保护软件名称配置表产品概述PST-1200功能配置代码说明产品概述A 相间阻抗保护(两段五时限) B 接地阻抗保护(一段三时限) C 复合电压过流保护(一段两时

3、限) D 复合电压(方向)过流保护(两段六时限)E 零序过流保护(一段两时限) F 零序(方向)过流保护(两段六时限)G 间隙保护(一段两时限) H 反时限过激磁保护(五段折线式)I 中性点过流保护(一段一时限) J 公共绕组过负荷保护K 非全相保护 L (复合电压过流)保护(两段六时限)PST 1200系列数字式变压器保护研制背景1. 数字式继电保护的发展 自八十年代末起，数字式变压器保护已历三代以其技术先进、调试维护简单、易于修改、运行稳定可靠、易于实现变电站自动化等优点，得到广大用户的欢迎和肯定。 因其实现各种保护方案的灵活性，极大促进了继电保护新原理的研究与开发，为保证电力系统安全稳定

4、运行作出了重大贡献。 PST-1200系列变压器保护在对以前变压器保护的总结基础上，引进各种先进原理和成熟技术开发而成。研制背景 自98年起，跟踪数字式保护特别是变电站自动化技术的国际发展趋势，吸取国内外数字式保护的最新成果，总结国电南自数十年继电保护成功经验，反复试验、论证，开展了包括PST1200系列保护的PS6000变电站自动化系统的研究。2. 研制经过研制背景 2000年11月18日，PS 6000变电站自动化系统及PST 1200系列数字式变压器保护等7项产品通过鉴定，标志着PS 6000变电站自动化系统及与变电站自动化有关的保护控制设备的全面推出，为电力系统各个电压等级的保护与变电

5、站自动化系统提供了完整的二次设备解决方案。2. 研制经过(续)研制背景 PST1200经历了中国电科院等近10家单位的检测，先后在中国电力科学研究院、华东电力试验研究院、四川省电力科学研究院、华中理工大学等动态模拟系统上进行了充分的试验认证。产品鉴定以后由华北电力管理局、华中电力管理局、辽宁省电力局、四川省电力局等针对具体应用特点进行了严格的试验认证，证明PST1200具有很好的完善性、稳定性、实用性和适应性。3. 动模试验情况研制背景 自2000年以来，已有四千两百多套PST1200装置运行于全国各电网，各种设计思想和特点得到充分的验证和体现 PST1200在2000年11月18日鉴定到现在

6、，第一年就销售了200多套，推广速度前所未有，广泛分布在全国各省、自治区或直辖市，并批量出口；最早投入系统运行已将近四年。PST1200经历了多次区内、外故障的考验，设备运行情况安全可靠稳定。 应用情况 500KV及330KV电压等级变压器上共有174套PST-1200系列变压器保护在运行； 220KV电压等级变压器上共有2576套PST-1200系列变压器保护在运行 110KV电压等级变压器上共有1556套PST-1200系列变压器保护在运行 应用情况PST1200系列数字式变压器保护主要特点系列化、模块化设计大资源、通用化设计装置整体高可靠性设计透明化设计完善的故障录波功能开放性设计人性化

7、设计免调节概念设计主要特点装置系列化设计，包括500kV-10kV变电站所需的全套保护和自动化产品统一设计的硬件平台，CPU模块相同软件统一平台，模块化设计高级语言软件设计1. 系列化、模块化设计主要特点PST-1200突破传统保护设计概念的局限强大的数据处理及记录资源每个CPU上事件记录可达1000条录波长度可达8秒，可录12-48次保护动作过程的全息记录，便于事件分析冗裕设计，提高装置安全性为产品通用化提供条件2. 大资源、通用化设计主要特点32位MPU256K字节ROM程序256K 字节RAM数据缓存1M字节FM事故报告64K字节EEPROM 32组整定值CAN-bus接口快速内部网络其

8、他I/O资源2.1 强大的保护功能模件主要特点精度高14位,40倍精确工作电流稳定性好，零漂、温漂小，不需现场调节精度与采用率无关，可提高采样率器件有较大的选择余地2.2 高精度模数转换技术主要特点装置整体可靠性设计背插式机箱结构通过了全面的电磁兼容试验组屏可不加抗干扰模件3. 装置整体的高可靠性主要特点各插件自带可插拔端子强弱电完全分开便于底板连线按总线方式布置便于插件按模块化设计可取消交流模块的大电流接插件3.1 背插式机箱的优点主要特点背后插拔的CPU板与母板相连的48针插头序号试验名称要求1静电放电抗扰度试验 4级 2射频电磁场辐射抗扰度试验 3级 3电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 4级4

9、浪涌（冲击）抗扰度试验 3级5射频场感应的传导骚扰抗扰度试验 4级3.2 电磁兼容试验项目主要特点序号试验名称要求6工频磁场抗扰度试验5级7脉冲磁场抗扰度试验4级8阻尼振荡磁场抗扰度试验5级9振荡波抗扰度试验5级10无线电骚扰试验A级 3.2 电磁兼容试验项目(续)主要特点记录保护内部所有元件动作过程记录各元件变化时内部各计算值记录所有输入和输出开关量的变化电流有突变或开关量变化时录记录动作过程中发出的事件和所用定值可将数据在Psview分析软件上进行事件分析支持远程诊断4. 透明化设计主要特点丰富而灵活的通信资源充分考虑与现有变电站自动化系统接口实现全站全以太网通信基于DL/T667-199

10、9规约的包括TCP/IP协议的平衡式保护规约5. 开放性设计主要特点六个通信口可提供两个RS-422/485接口、两个以态网口、一个打印机通信串口和一个调试口（232）支持集中打印、就地打印或取消打印机5.1 灵活的通信接口主要特点PSVIEW软件调试口RS-232打印集中打印通信以太网络LONWORKCANBUSRS232/485/422事件上传录波召唤动作过程数据召唤遥控压板投退操作远方读取、修改定值、切换定值区遥测、遥信及遥控跳、合闸装置工况监视等5.2 与变电站自动化系统配合主要特点全以太网的通信网络 从监控到装置的无缝全连接顺应信息化潮流，持续利用国际最新发展成果最强的使用广泛性，不

11、会被淘汰最强的技术支持，保证技术进步与兼容满足厂站越来越大的数据通信需求，方便扩容与接入为正在讨论中的变电站国际标准的推选方案各装置在节点上的平等性，为信息化保护打下基础5.3 实现全站全以太网通信主要特点极大提高系统的通信效率单元信息至监控系统只需不到100ms时间实现装置接入网络的即插即用，可实现不同厂家设备的即时接入率先系统采用国际通信规约5.4 基于DL/T 667-1999规约的包括TCP/IP协议的平衡式保护规约实现全站全以太网通信主要特点大屏幕液晶显示,显示汉字：15个8行(240128点阵)全汉化操作表格、波形方式输出方便的PSview调试分析软件系列产品统一的操作菜单和键盘系

12、列产品统一造型和色系6. 人性化设计主要特点PSVIEW软件调试口RS-232高精度、高稳定器件保证软件微调无可调节元件，无需现场对采样精度调整完善的自检功能方便的现场调试工具PSmate计算机化生产、测试线保证稳定的性能，可实现状态检修7. 免调节概念设计主要特点PST 1200系列数字式变压器保护原理简介波形对称原理的差动保护 波形快速比较法 全稳态启动 双原理差动保护三折线比率制动差动保护原理利用多侧电流量的CT断线识别原理 采用嵌入式多任务操作系统采用的新原理、新技术波形对称原理比率制动元件启动元件CT回路异常判别元件1. 差动保护原理简介1.1 波形对称原理（续）|(Ii+Ii+18

13、0)/(Ii-Ii+180)|K波形对称原理是我们首先提出并实现工程化应用,享有发明专利,专利号为 ZL-95-1-12781.0 1.1 波形对称原理（续）原理简介磁通励磁电流 i P x ix S 0 ix i 1 180 2 360图(1)励磁涌流图解 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、变压器磁通涌流及其导数PST1200数字式变压器保护 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 对称涌流导数半波 比较示意图PST1200数字式变压器保护1.1 波形对称原理（续）原理简介1)灵敏度高 抗干扰能力强2)对剩磁的适应能力强,当变压器有 0.9倍剩磁时仍然能正确动作.3)计算量小, 对硬件要求低.1.2 启动元件原理简介差流突变启动| i(t)-2i(t-T)+i(t-2T) |0.5Icd ； 差流稳态启动 差流越

15、限启动元件是为了防止经大电阻故障时相电流突变量启动元件灵敏度不够而设置的辅助启动元件。该元件在差动电流大于差流越限启动门坎并持续5ms后启动。差流越限启动门坎为差动动作定值的80%。 1.3 二次谐波制动元件原理简介本元件是为了在变压器空投时防止励磁涌流引起差动保护误动, 其动作判据为：I Id * XB 2；其中：I为差动电流中的二次谐波含量；Id为变压器差动电流；XB2为差动保护二次谐波制动系数；本元件是为了在变压器过励磁时防止差动保护误动, 其动作判据为：I Id *XBB 5其中：I为差动电流中的五次谐波含量；Id为变压器差动电流XBB5为差动保护五次谐波制动系数,软件设定为0.38；

16、1.4五次谐波制动元件原理简介 两侧差动： Icdd =|I1+I2|； Izdd =max(|I1|,|I2|)； 三侧差动： Icdd =|I1+I2+I3|； Izdd =max(|I1|,|I2|,|I3|)； 四侧差动： Icdd =|I1+I2+I3+I4|； Izdd =max(|I1|,|I2|,|I3|,|I4|)； 1.5 比率制动元件原理简介 五侧差动： Icdd =|I1+I2+I3+I4+I5|； Izdd =(|I1|+|I2|+|I3|+|I4|+|I5|)/2；动作判别： IzddIzd 时IcddIcd或 3IzdIzddIzd ， Icdd-IcdK1*(I

17、zdd-Izd)或 Izdd3Izd， Icdd-Icd- K1*2IzdK2*(Izdd-3Izd)其中： I1为侧电流；I2为侧电流； I3为侧电流；I4为侧电流； I5为侧电流； Icd为差动保护电流定值；1. 5 比率制动元件（续）原理简介 Icdd为变压器差动电流； Izdd为变压器差动保护制动电流，Izd为差动保护比率制动拐点电流定值, 软件设定为高压侧额定电流值；K1,K2为比率制动的制动系数，软件设定为K1=0.5,K2=0.7；1. 5 比率制动元件（续）原理简介1.5 比率制动元件（续）原理简介比率制动曲线1、|i|0.04In且|IH| IWI 5、 max(Ida,Id

18、b,Idc)0.577Icd其中：i为相电流突变值Ida,Idb,Idc为A,B,C三相差流值；Icd 为差动保护电流定值；In 为额定电流 ；IQ 前一次测量电流；IH 当前测量电流；ID 无流相的差动电流； IWI无电流门槛值，取0.04倍的TA额定电流；以上条件同时满足(1)、（2）、（3）、（4）判TA断线，仅条件（5）满足，判为差流越限。1.6 TA回路异常判别元件原理简介当TA为Y型接线，变压器绕组为Y型：Ia=(IA-IB)/3；Ib=(IB-IC)/3；Ic=(IC-IA)/3； 如有其它接线方式，请在定货合同或技术协议中特别说明。 1.7变压器电流相位补偿元件原理简介 二次谐

19、波差动保护原理图 波形对称差动保护原理图2 后备保护原理简介保护启动元件相间阻抗保护元件接地阻抗保护元件复合电压（方向）过流元件零序（方向）过流元件间隙保护元件中性点保护元件非全相保护元件公共线圈过负荷元件TV断线判别元件2.1保护启动元件原理简介相电流突变启动|i|kIn i为电流突变值； kIn为可整定的额定电流倍数各种保护定值稳态启动过激磁跳闸启动非全相启动2.2 相间阻抗保护元件原理简介本保护采用相位比较原理，阻抗特性为偏移圆。 TV断线时，相间阻抗保护退出。TV断线后若电压恢复正常，相间阻抗保护也随之恢复正常。其动作判据为: Zxj =U/I Z1 =Zxj -Za Z2 =Zxj

20、+K *ZaZ1.Z2之间的相位差为,动作条件为90.其中: U为线电压Uab，Ubc，Uca； I为U对应的线电流Iab，Ibc，Ica；Zxj为相间的阻抗值欧 Za为相间阻抗保护的定值(最大灵敏角的阻抗值)K为阻抗圆的偏移度2.2 相间阻抗向量示意图原理简介2.3 接地阻抗保护元件 原理简介本保护采用相位比较原理，阻抗特性为偏移圆。TV断线时，接地阻抗保护退出。TV断线后若电压恢复正常，接地阻抗保护也随之恢复正常。其动作判据为:Zjd=U/（I+3I0*K0） Z1=Zjd-Za Z2=Zjd+K*ZaZ1.Z2之间的相位差为,动作条件为90。其中: U为相电压 I为U对应的相电流 3I0

21、为零序电流 Zjd为接地的阻抗值 Za为接地阻抗保护的定值(最大灵敏角的阻抗值) K为阻抗圆的偏移度 K0为零序电流补偿系数2.3 接地阻抗向量示意图原理简介2.4 复压（方向）过流保护原理简介本保护的方向元件TV断线后退出。TV断线后若电压恢复正常，本保护也随之恢复正常。本保护包括以下元件： 复合电压元件，电压取自本侧的TV或变压器各侧TV，动作判据为：min(Uab,Ubc,Uca)Ufx；以上两个条件为“或”的关系；其中：Uab、Ubc、Uca为线电压；Uddy为低电压定值；U2为负序电压；Ufx为负序电压定值；功率方向元件，电压电流取自本侧的TV和TA，动作判据为： 若方向由控制字选择

22、为正向：UabIc UbcIa UcaIb三个夹角（电流落后电压时角度为正），其中任一个满足式45-135最大灵敏角为-452.4 复压功率方向动作特性原理简介TA的正极性端指向母线复压功率方向指向系统（母线）,保护动作区22545，最大灵敏角为135；复压功率方向指向变压器；保护动作区45-135，最大灵敏角为-45；本保护TV断线方向元件退出。TV断线后若电压恢复正常，本保护也随之恢复正常。本保护包括以下元件：1） 零序过流元件，动作判据为：3I0 I0gl ；其中：3I0为零序电流，取自本侧零序TA。 I0gl为零序过流的电流定值；2.5 零序（方向）过流原理简介原理简介2.5 零序（方

23、向）过流（续）2)零序功率方向元件，动作判据为： 3U03I0夹角（电流落后电压时角度为正） -195-15 其中： 3I0为中性点零序电流或三相电流 Ia,Ib,Ic在软件中合成的零序电流 (3I0=Ia+Ib+Ic),可由控制字选择； 3U0为三相电压Ua，Ub，Uc在软件中 和成的零序电压， 3U0=Ua+Ub+Uc。 最大灵敏角为-1052.5 零序方向动作特性原理简介 方向校验： 复合电压闭锁（方向）过流保护的方向确定后,可用软件中合成的零序电流判别零序功率方向和中性点零序电流的极性; 零序功率方向的指向由控制字选择。若控制字选择零序功率方向元件的零序电流为软件中合成的零序电流,则保

24、护每次启动都会显示软件中合成的零序电流和中性点零序电流的方向是否一致. 零序功率方向控制字和复合电压功率方向控制字相同时，两功率方向的指向一致。本保护反应变压器间隙电压和间隙击穿的零序电流，可作为变压器的后备保护。保护包括以下元件：1)间隙零序过压元件，动作判据为： 3U0 U0L ；其中：3U0为零序电压，取自本侧零序TV； U0L为间隙零序过压的电压定值；2)间隙零序过流元件，动作判据为： 3I0g Iggl ；其中：3I0g为间隙零序电流，取自本侧中性点间隙TA； Iggl为间隙零序过流的电流定值；2.6 间隙零序保护原理简介2.7 中性点零序过流保护原理简介本保护反应变压器中性点电流，

25、仅作为自藕变压器的后备保护。本保护包括以下元件：中性点过流元件，动作判据为： Izxd Iz ；其中：Izxd为中性点电流，取自本侧中性点TA； Iz为中性点过流的电流定2.8 反时限过激磁保护原理简介本保护作为大中型变压器在过电压或低频率下运行的过激磁保护。 过激磁倍数N N=B/Be=(U/f)/(Ue/fe)；其中: U为变压器高压侧母线电压； f为系统频率； Ue为变压器高压侧母线额定电压； fe为系统额定频率；本保护包括以下元件：1) 下限定时限元件，动作判据为： NNa ；其中：Na为下限定时限的定值；2) 过激磁告警元件，动作判据为： NNx ；其中：Nx为过激磁告警的定值；2.

26、8 反时限过激磁保护（续）原理简介2.8 反时限过激磁保护（续）原理简介3） 反时限元件，本元件为五段折线式；动作特性为：其中：Tc为上限定时限的延时定值； Ta为下限定时限的延时定值；本保护检测断路器位置节点，同时判零序电流，保护动作出口仅跳本侧开关或变压器各侧开关.本保护仅适用于分相跳闸的断路器。本保护包括以下元件：1) 过流元件，动作判据为： 3I0 Ifqx ； I2 I2dz ；其中：3I0为三相电流Ia,Ib,Ic在软件中合成的零序电流，3I0=Ia+Ib+Ic； I2 为负序电流； Ifqx为零序过流的电流定值； I2dz为负序过流的电流定值；2) 断路器位置节点检测元件2.9

27、非全相保护原理简介本保护仅反应自藕变压器公共绕组情况，仅监测公共绕组A相电流。动作判据为： Ia Igfh ；其中: Ia为公共绕组A相电流；Igfh为变压器公共绕组过负荷电流定值；2.10 公共绕组过负荷保护原理简介 本元件仅在保护正常运行时投入；当保护启动后，退出本元件。动作判据为： 1) U28V； 2) min(Uab,Ubc,Uca)8V ； 4) U14V； U1、U2分别为本侧的正序电压和负序电压。满足条件1）或2）判为不接地系统或不直接接地系统TV断线，满足2)或3)判直接接地系统TV断线，满足4）判为TV三相失压。2.11 TV断线判别元件原理简介后备保护跳闸逻辑可通过调试软

28、件PSVIEW自由整定。本功能仅对内部使用提供特殊密码保护限定访问权限。 2.12 跳闸逻辑的整定原理简介原理简介3 失灵保护PST-1206（续）原理简介注1:电量保护动作跳高压侧开关，需输出两副节点， 一副用于“变压器电量保护动作”启动电流判别装置， 另一副接点用于“启动失灵接点”串联去启动母差的失灵保护。注2:当断路器为三相联动机构时，“断路器三相不一致接点”短接； 当断路器为分相跳闸机构时，“断路器三相不一致接点”必须用断路器本体的位置辅助接点，不能用重动接点；若无接点可用，短接。注3：建议T1整定为0.10.6s,T2整定为小于0.6S； T1必须小于T2。本保护完全独立于电气保护,

29、仅反应变压器本体开关量输入信号,驱动相应的出口继电器和信号继电器,为本体保护提供跳闸功能和信号指示.本保护包括:1) 重瓦斯 2)轻瓦斯3) 调压重瓦斯 4)调压轻瓦斯5) 油温高 6)油位低7) 压力释放 8)风冷消失 9) 冷却器故障等;4.1 瓦斯保护原理简介4.2 失灵电流启动判别和延时元件原理简介电流判别元件为开关失灵保护提供电流判别.延时元件为非电量保护和开关失灵保护提供计时功能.本元件共有三个电流判别回路和两个时间继电器回路.PST-1201A(B)变压器保护装置PST-1201A 本保护装置采用一体化设计，包括差动保护（SOFT-CD1）、高压侧后备保护（SOFT-HB1）、中

30、压侧后备保护（SOFT-HB1）、低压侧后备保护（SOFT-HB4）；适用于500kV和330kV电压等级的变压器。差动保护和后备保护共用TA回路、出口回路、信号回路、直流电源回路等；PST-1201B 本保护装置与PST-1201A的区别:所配置的差动保护原理不同，PST-1201B的差动保护为波形对称原理。 PST-1202A(B)变压器保护装置PST-1202A 本保护装置采用一体化设计，包括差动保护（SOFT-CD1）、高压侧后备保护（SOFT-HB3）、中压侧后备保护（SOFT-HB6）、低压侧后备保护（SOFT-HB4）；适用于330kV和220kV电压等级的变压器。差动保护和后备保护共用TA回路、出口回路、信号回路、直流电源回路等；PST-1202