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HN-2020型变压器保护测控装置HN-2020型变压器保护测控装置培训学习资料18目 录1概述11.1 适用范围11.2 主要特点12 保护功能13装置原理23.1 保护原理23.2定值清单103.3 保护逻辑框图133.4 测控原理144硬件说明154.1 面板说明154.2信号指示灯的含义164.3 按键的含义164.4模件说明171概述1.1 适用范围HN-2020型变压器保护测控装置(以下简称装置)是在总结公司多年继电保护研发和工程经验的基础上,参考国内外相关成果,应用先进的软、硬件技术和专利抗干扰技术研制而成,符合继电保护四统一的要求,适用于35KV及以下电压等级变压器的综合保护、测量、控制。HN-2020型变压器保护测控装置可与HN-2042型变压器差动保护装置(主保护)组成变压器成套保护装置,对变压器组提供完善的保护。1.2 主要特点u 带有测控功能,计算精度高,能实现四遥功能; u 保护功能与通讯功能相互独立,任何通信故障不影响保护单元的正常运行;u 具有本地或远方操作功能;u 装置可存入多套定值,定值可以由本地或远方整定;u 装置具有故障录波功能及32次带时间信息的保护动作顺序事件记录,且具有掉电保持功能;u 装置具有自检功能; u 装置具有独立的交流电流电压输入、输出回路,及独立的具有防跳功能的操作回路(适用于断路器回路或FC回路)。 2 保护功能u 三段复合电压闭锁过流保护;u 高压侧正序反时限过流保护;u 过负荷保护;u 负序过流保护;u 高压侧三段零序定时限过流保护;u 高压侧零序过压保护;u 低压侧三段零序定时限过流保护和零序反时限保护;u 低电压保护;u 非电量保护;u PT断线检测及闭锁、报警;u 事故记录;u 故障录波;u 独立的操作回路。3装置原理3.1 保护原理3.1.1 复合电压闭锁的过流保护三段式复合电压电流定时限过流保护,各段电流及时间定值可独立整定,三段可分别通过控制字选择经或不经复合电压闭锁,复合电压闭锁的负序电压与低电压闭锁定值均可独立整定。可作为变压器外部相间短路、外部接地短路及变压器本身故障保护。动作判据为: 或 式中:为三相电流中的最大值;为装置自产负序电压值;为与故障相有关的任意线电压值;为闭锁负序电压整定值;为闭锁线电压整定值;(即、)为各段电流的整定值;(即、)为各段时限。3.1.1.1闭锁元件定值整定原则:a) 闭锁线电压可按躲开正常运行情况下母线上可能出现的最低工作电压,及外部故障切除后电机自起过程中出现的低电压,一般设为7080V。b) 闭锁负序电压可按躲开正常运行下由电压不平衡引起的最大负序电压,一般取612V。3.1.1.2速断动作电流的整定原则:a) 当复合电压过流的复合电压条件投入时动作电流的整定原则:动作电流应按躲过变压器额定电流整定,整定计算公式如下:式中: 为可靠系数,取1.2; 为返回系数,可取0.850.95; 为变压器额定电流二次值。电流的灵敏系数应按下式校验: 式中:为变压器后备保护区末端两相金属性短路时流过保护的最小短路电流(二次值)。作为变压器近后备保护时,要求1.3;当作为变压器远后备时,要求1.2b) 当复合电压过流的复合电压条件不投入时动作电流的整定原则:这时相当于仅仅投入的是电流速断保护,其整定规范为:变压器电流速断保护电流定值应该躲过变压器负荷侧母线上三相短路时流过保护的最大短路电流。其中:为可靠系数,可以取1.31.4为短路点流过保护的最大短路电流变压器电流速断保护电流定值同时也应该躲过变压器空载投入时的励磁涌流: 其中:为躲励磁涌流可靠系数,可以取35;为变压器的额定电流。变压器电流速断保护电流定值应该取其中的最大值整定。此时,按照最小运行方式下,变压器发生出口处二相短路时流过保护的短路电流来校验保护的灵敏度:其中:为二相短路时的短路电流;为变压器电流速断保护电流定值。3.1.1.3电流段整定计算 其中:1.1; 为变压器低压母线发生短路时流过的短路电流。过电流段动作时间整定:TI2=0.30.5s3.1.1.4电流段整定计算其中:1.2,= 0.850.95;为本线路的最大负荷电流(应考虑事故条件下备用电源自投、环网解环、双回线按单回方式运行时流过变压器的最大负荷电流,可以不考虑负荷的自起动电流);过电流段动作时间整定: (=0.30.5s)3.1.2高压侧正序反时限保护本装置共集成了国际电工委员会标准(IEC255-4)和英国标准规范(BS142.1966)规定的三个标准特性方程,用户可根据需要选择任何一种特性的正序反时限保护a) 一般反时限: b) 非常反时限: c) 极端反时限: 以上三个方程式中:为正序电流;为动作时间;为电流基准值,取正序反时限保护基准值;为时间常数,取正序反时限保护时间常数;可取1.051.3,整定范围为01s。由于正负序电流的计算方法与电流互感器配置方式有关,故对于电流互感器不完全星形接法的情况,和完全星形接法二者采用的算法不一样。故对于只装A、C相电流互感器的情况,正序电流计算公式为: 其中, 为、之间的相角差。3.1.3过负荷保护此保护主要是针对变压器过负荷的保护,判断三相电流中的最大相电流超过过负荷电流定值,经过一定时间延时,发出过负荷的告警信号。过负荷报警的判据为: 式中:为三相负荷电流中的最大值;为负荷电流的报警整定值; 为时限定值。动作电流整定: 其中:可以取1.21.5;为流过变压器的最大负荷电流; 可以取310s。3.1.4负序电流定时限保护主要是高压侧相间电流不平衡的保护。可作为断相、反相等故障保护,以变压器运行电流中的负序分量作为保护的判断依据。负序电流计算公式:动作判据如下: 即三相电流中负序电流分量大于整定值,且持续时间大于时间整定值,则负序保护动作。当断相时,负序电流为相电流的/3倍。3.1.4.1负序过流保护定值的整定:负序过流保护定值一般可按躲过变压器正常运行时,由于系统频率等运行参数改变而产生的不平衡电流。其中:可以取0.10.2。也可按躲过变压器相连接的线路上,发生一相断线时,流过保护的负序电流整定,可以作为变压器断相故障的保护。其中: 可以取1.2;可以根据电网的结构,进行选取;和分别为系统零序和负序阻抗; 为断线前流过断线点的最大负荷电流。另外,在做概略计算时,可以使用以下公式: 3.1.4.2灵敏度校核:为在系统最小运行方式下,被保护变压器线路末端发生不对称短路时,流过保护的最小负序电流。 灵敏度要求不小于1.20。3.1.5高压侧三段式零序定时限过流保护在经小电阻接地系统中,接地零序电流相对较大,故采用直接跳闸方法,装置中设置三段零序过流保护来作为高压侧母线接地故障的后备保护,其中零序过流、段可整定为跳闸,零序过流段可整定为报警或跳闸。保护动作判据为: 式中:为各段零序定值; 为各段时限定值。定值可按外部接地故障时,流过零序电流互感器的电容电流整定。3.1.6 高压侧零序过压保护装置应用于不接地或小电流接地系统中,在系统中发生接地故障时,其接地故障点零序电流基本为电容电流,且幅值很小,用零序过流继电器来检测接地故障很难保证其选择性和灵敏性。为准确反映此种故障情况,增设高压侧零序过压保护,可以整定成为告警或者跳闸。零序过压跳闸经TWJ位置闭锁,装置的零序过压保护用电压由装置内部对三相电压矢量相加自产。3.1.7低压侧三段式零序定时限过流保护和零序反时限保护装置中设置三段式零序过流保护与零序反时限保护来作为低压侧接地保护。其中装置中设置三段零序过流保护来作为低压侧系统接地故障的后备保护。本装置共集成了3种特性的零序反时限保护,采用了国际电工委员会标准(IEC255-4)和英国标准规范(BS142.1966)规定的三个标准特性方程,分别列举如下:a) 一般反时限: b) 非常反时限: c) 极端反时限: 用户可根据需要选择任何一种特性的零序反时限保护。零序反时限保护特性在可以在菜单中整定。以上三个方程式中:为低压侧零序电流; 为动作时间;为零序电流基准值,取零序反时限保护基准值;为时间常数,取零序反时限保护时间常数。3.1.7.1 零序I段保护的整定: ; 0s其中: 为变压器区外故障时流过变压器的最大最大零序电流;为可靠系数,可以取1.3。3.1.7.2 零序II段保护的整定:与低压侧线路零序段保护配合,做为后备保护。 ; 0.30.5s其中:为变压器低压侧线路零序段保护定值; 为可靠系数,可以取1.1。3.1.7.3零序III段保护的整定:与低压侧线路零序II段保护配合,做为后备保护。 ; + 0.30.5s其中:为变压器低压侧线路零序II段保护定值; 为可靠系数,可以取1.1。3.1.7.4零序反时限保护的整定:其中:按躲过变压器正常运行时的最大不平衡电流整定,通常取0.25倍低压侧二次额定电流;为时间常数,与熔断器配合的时间常数,整定范围为01s。3.1.8 低电压保护三个相间电压均小于低电压保护定值,时间超过整定时间时,低电压保护动作。低电压保护经TWJ位置闭锁。装置能自动识别三相PT断线,并及时闭锁低电压保护。3.1.9 非电量保护 非电量保护,顾名思义就是保护的动作不依赖采集的电流电压量。变压器的非电量保护主要有瓦斯保护、温度保护、压力保护等,还有其它的一些辅助的告警性质保护。装置设置重瓦斯跳闸、轻瓦斯报警、超温报警或跳闸、压力释放跳闸、一路备用非电量报警或跳闸。其中重瓦斯跳闸、压力释放跳闸分别通过控制字选择投退;轻瓦斯报警功能固定投入;超温报警或跳闸可通过控制字来选择;一路备用非电量经延时报警或跳闸也可通过控制字来选择。备用非电量报警或跳闸的最长延时可达5000秒。3.1.9.1瓦斯保护是反映变压器油箱内部故障的主要保护之一变压器油箱内的故障通常为:绕组匝间或段间绝缘损坏造成的短路;高压绕组对地绝缘损坏造成的单相接地;局部发热或烧损;分接开关接触不良或导线焊接不良等。对于变压器油箱内的某些短路故障,差动保护往往不能反映。如绕组少数线匝的匝间短路,虽然短路匝内循环电流很大,会造成局部绕组严重过热,但表现在相电流上却并不大。对于这种故障,瓦斯保护却可以灵敏的反应,所以差动保护不能代替瓦斯保护。当变压器内部故障时,短路电流所产生的电弧将使绝缘材料和变压器油受热分解,产生大量气体。气体的多少和故障的严重程度有关。轻微故障时,产生的气体较少,这些气体慢慢扩散,通过变压器油箱和油枕间的连接管道进入油枕;而当故障严重时,就有大量气体产生,油会迅速膨胀,这时,就会有强烈的油流冲向油枕。瓦斯保护是通过瓦斯继电器(气体继电器)来实现的。瓦斯继电器安装在油箱和油枕间的连接管道上,当内部短路时有一定流量气体经过时它就可以动作。瓦斯继电器主要有浮筒式、挡板式、复合式。目前,多采用复合式瓦斯继电器,它具有较大的流速整定范围且抗震性能好。0.8MVA及以上厂用工作变压器和0.4MVA及以上车间内油浸式变压器,均应装设瓦斯保护。 瓦斯保护主要有重瓦斯保护(油箱内部严重短路,瞬间作用于跳闸)、轻瓦斯保护(油箱内部轻度短路或有较多的放电现象,瞬间作用于告警)、调压重瓦斯保护(有载调压变压器调压时的短路,作用于跳闸)等。3.1.9.2温度保护变压器各部分的允许温升取决于绝缘材料。我国油浸电力变压器一般采用A级绝缘材料,最高允许温度为105,高于105时绝缘材料就很快老化。根据电力变压器标准GB1094-85规定,为保证变压器具有正常的使用年限(2030年),油浸电力变压器温升限值如下表所示: 变压器的部分温升限值测量方法绕组自然油循环65电阻法强迫油循环铁芯表面75温度计法与变压器油接触(非导电部分)的结构件表面80油顶层55所以,当由于变压器故障或者散热不良或过负荷引起变压器温度过高时,就必须引起运行人员的注意,甚至保护直接作用于跳闸。当温度高于设定值但还可以容忍时,发温度过高报警信号;当温度高于最高设定值时,动作于跳闸。3.1.9.3压力释放保护大容量变压器的油箱盖上装有安全气道,其出口用薄玻璃板盖住,当变压器内部发生严重故障而瓦斯继电器失灵时,油箱内部的压力急剧增高,气体冲破玻璃板从安全气道喷出,保护变压器不受严重损害。此时反映压力释放的继电器或装置动作,作用跳闸。3.1.9.4辅助告警量如通风故障等。非电量保护单元一般安装在变压器保护屏柜上,它采集现场各种跳闸或告警继电器的常开接点信号,并启动控制或告警回路,相关的跳闸或告警信号通过非电量保护单元的继电器扩展常开接点引入对应的开入回路中。3.1.10 PT断线告警装置具有PT断线检查功能,可通过控制字投退。装置检测母线电压异常时报PT断线,并闭锁相关的保护,待电压恢复正常后保护也自动恢复正常。PT断线判据如下:1)最大相间电压小于30V,且任一相电流大于0.06;2)负序电压大于8V。满足以上任一条件认为发生PT断线,同时闭锁相关保护并延时3s报PT断线告警。PT断线消失后延时10秒返回。3.1.11 事故记录装置可记录32个事故信息。事故信息包含事故相的电压或电流和保护动作时间。3.2定值清单序号符号名称整定范围整定 步长单位1过流保护复合电压闭锁控制字(1、2、3,下同)投跳/投信/退出2过流保护控制字投跳/投信/退出3过流段定值0.2200.01A4过流段时限0.0099.990.01s5过流段定值0.2200.01A6过流段时限0.0099.990.01s7过流段定值0.2200.01A8过流段时限0.0099.990.01s9闭锁线电压整定值1.00120.000.01V10闭锁负序电压整定值1.00120.000.01V11高压侧正序反时限保护控制字投跳/投信/退出12过负荷报警控制字投跳/投信/退出13负序过流保护控制字投跳/投信/退出14负荷电流的报警整定值0.2200.01A15负荷电流报警时限0.0099.990.01s16正序反时限保护基准值1.051.30.01A17正序反时限保护时间常数0.011.000.01s18负序过流定值0.2200.01A19负序过流时限0.0099.990.01s20高压侧零序过压保护控制字投跳/投信/退出21高压侧零序电压保护定值1.00120.000.01V22高压侧零序电压保护时限0.0099.990.01s23低电压保护控制字投跳/投信/退出24低电压定值1.00120.000.01V25低电压动作时限0.0099.990.01s26高压侧零序定时限过流保护段控制字投跳/投信/退出序号符号名称整定范围整定 步长单位27高压侧零序电流段定值0.0220.000.01A28高压侧零序电流段时限0.0099.990.01s29高压侧零序定时限过流保护段控制字投跳/投信/退出30高压侧零序电流段定值0.0220.000.01A31高压侧零序电流段时限0.0099.990.01s32高压侧零序定时限过流保护段控制字投跳/投信/退出33高压侧零序电流段定值0.0220.000.01A34高压侧零序电流段时限0.0099.990.01s35低压侧零序定时限过流保护控制字投跳/投信/退出36低压侧零序电流段定值0.0220.000.01A37低压侧零序电流段时限0.0099.990.01s38低压侧零序电流段定值0.0220.000.01A39低压侧零序电流段时限0.0099.990.01s40低压侧零序电流段定值0.0220.000.01A41低压侧零序电流段时限0.0099.990.01s42低压侧零序反时限保护控制字投跳/投信/退出43零序反时限保护基准值0.0220.000.01A44零序反时限保护时间常数0.011.000.01s45重瓦斯跳闸控制字投跳/投信/退出46超温报警或跳闸控制字投跳/投信/退出47压力释放跳闸控制字投跳/投信/退出48备用非电量报警或跳闸控制字投跳/投信/退出3.3 保护逻辑框图HN-2020 变压器保护测控装置逻辑方框图3.4 测控原理3.4.1 遥信采集装置可采集12路遥信量,具体定义如下:遥信序号遥信量定义备注K1开关合位K2开关分位当开关既不在合位也不在分位判断为控制回路断线K3断路器储能位置K4小车工作位置 断开表示小车在检修,不允许远方合、分K5小车试验位置K6远方/就地转换断开为就地操作,远方不能合、分K7温度闭合表示温度超过上限,预告信号继电器动作K8接地刀位置K9超高温闭合表示油温太高,跳闸K10重瓦斯闭合表示出现重瓦斯,跳闸K11轻瓦斯闭合表示出现轻瓦斯K12备用3.4.2 遥控输出装置一般提供两路遥控输出:遥控合闸、遥控跳闸。一般要求遥控跳合对象即为装置所保护的电力设备。遥控输出在装置内部设置多级软件和硬件闭锁,遥控操作由监控主站或当地监控站下达命令,装置接收此命令并返回校核无误,即输出此命令对开关进行跳/合操作。该控制受相关逻辑如装置故障、防跳回路、分合闸监控回路等控制电路的限制,这保证了遥控能安全、可靠地执行。此外提供3路备用遥控输出,每路输出有两对同时动作的空接点。3.5 装置自检功能装置具有完善的自检功能:u 能及时发现装置失电并发出信号;u 能自动检测到开出控制通道的损坏,并报警;u 在装置发生内部故障时闭锁保护出口,并发装置故障信号。4硬件说明4.1 面板说明本装置具有友好的人机对话界面,在前面板设有一个液晶显示屏、九个按键、五个信号指示灯及一个专用调试口(见图1)。图 1 装置的面板布置图4.2信号指示灯的含义名称定 义颜色运行灯闪烁时表明装置正常运行;常亮时表明装置处于整定状态绿灯告警灯装置内部故障或有告警出口时,此灯点亮并保持直到装置复归红灯跳闸灯保护跳闸时此灯常亮红灯合位灯断路器处于合闸位置此灯常亮红灯分位灯断路器处于分位时此灯常亮绿灯4.3 按键的含义【确认键】1当箭头指向主菜单中非设定项、非调试项时,按此键可进入下一级菜单,进入下一级后,此键无效。2当箭头指向可设定项、调试项时,按此键也可进入下一级菜单,在箭头提示下,按此键后,整定值的某位或某字闪动,调整后,再按此键闪动停止。【退出键】1当进入到主菜单项以下的非设定项的任一屏时,按此键可退到主菜单。2在设定项菜单中,按此键退到最后一屏的“是否退出”行。按(退出键)则转到设定项第一屏。【左、右键】1在非设定项菜单中,此键可向前、向后翻屏(循环),但只能在某一项菜单中翻屏。2在设定项、调试项菜单中,只要无闪动点,同样可以向前、向后翻屏。3在设定项、调试项菜单中,有闪动点,按此键可改变数字闪动位。【上、下键】1在非设定项菜单中,此键可逐行改变箭头指向位置。2在设定项、调试项菜单中,只要无闪动点,按此键同样可以逐行改变箭头指向位置。【加、减键】1在非设定

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