220KV变电站电气二次部分设计

xxxx学院本科毕业设计（论文）摘要摘要变电站保护配置方案设计和整定计算是变电站继电保护工作的重要内容，合理的方案设计和整定计算对保证变电站，乃至整个电力系统的安全稳定运行具有非常重要的作用。本论文根据220kV变电所一次侧的配置要求，进行变电站设备保护方案设计和整定计算工作。根据变电站的工程实际，对变电站主要设备(设备)，包括变压器、母线等的保护特点和要求进行了分析，结合所采用的许继设备保护的功能特点，提出了一套完整的设备保护设计方案。论文阐述了保护方案的设计原则和保护功能配置情况。 设备保护的整定计算与所采用的保护原理密切相关，论文针对所选用保护装置的构成特点，对其保护原理和整定方法进行了研究分析，以充分发挥保护装置的总体性能。论文介绍了设备保护的基本原理，并对其整定计算方法进行了论述。 根据所提出的变电站设备保护的设计方案以及保护整定计算的基本原则和方法，论文阐述了整定计算的基本过程和主要结果，完成了变电站设备保护的整定计算，并经校验合格。论文的最后对本课题的研究工作与研究成果进行了总结。 关键词：变电站，保护设计，保护整定计算，变压器保护，母线保护Ixxxx学院本科毕业设计（论文）ABSTRACTABSTRACTResearch of configuration design and setting calculation forsubstation element protection is a very important part of substation relay protection. A reasonable configuration design and setting calculation plays a very important role in a substation and even the whole power system. Element protection involving many device-levelsetting values,which is different from line protection. And the setting values is directly related to the protection principles and technologies. The paper starts configuration design and setting calculation for substation element protection bases on the application requirement of a substation. At first, the paper begins with a overview and a analysis on the research and present situation and development of the substation element protection, on this basis, the paper start a research on the protection of substation element, including transformer and bus-bar and so on. And then proposed a complete configuration design of element protection combined with the characteristics of the foreign general element protection. And the paper also describes the design principle of the protection scheme and the configuration situation of the protection functions. Based on the design scheme and basic principle and method of protection setting calculation of the substation element protection, the paper discusses the basic process and the primary results of the setting calculation, and then completes the setting calculation of the foreign substation. Now the settings have been used in the substation and have obtained a good result. The last part of the paper makes a summary to the research work and achievement of the project.Keywords：Element Protection, Protection Design, Protection Setting Calculation, Transformer Protection, Bus-bar ProtectionIIxxxx学院本科毕业设计（论文）目录目录摘要IABSTRACTII1绪论11.1概述11.2变压器保护的研究现状和发展11.3母线保护的研究现状和发展22变压器微机保护设计42.1变电站一次部分设计基本数据42.2变压器故障类型及相应保护62.3主变压器保护配置方案与选型72.3.1 主变压器保护配置方案72.3.2 主变压器保护配置选型82.4主变压器主保护92.4.1 电流差动保护原理92.4.2 装置原理102.4.3 主变压器各主保护动作关系162.4.4 主变压器后备保护162.4.5 装置原理162.5主变压器非电气量保护202.6电气量保护装置硬件介绍及接线212.6.1 装置介绍212.6.2 装置背视示意图222.6.3 与综合自动化监控系统接口说明232.7非电气量保护装置硬件介绍及接线252.7.1 装置介绍252.7.2 装置背视示意图262.7.3 与综合自动化监控系统接口说明262.8变压器比率制动差动保护的整定计算282.8.1 变压器主保护整定计算282.8.2 变压器后备保护整定计算303母线微机保护设计313.1母线保护的配置原则与规范313.2母线保护配置方案设计与选型313.3母线微机保护313.3.1 保护配置313.3.2 母线保护原理323.3.3 母线运行方式识别363.4母线保护装置硬件介绍及接线373.4.1 装置介绍373.4.2 装置背视示意图383.4.3 与综合自动化监控系统接口说明393.5母线比率差动保护的整定计算404断路器、隔离开关的控制及操作回路设计424.1断路器、隔离开关的配置原则与规范424.1.1 断路器控制回路设计原则424.1.2 隔离开关控制回路设计原则424.2控制及操作回路设计434.2.1 智能操作箱选型434.2.2 装置工作原理434.2.3 智能操作箱各插件原理图455互感器的接线设计495.1互感器配置选型495.2互感器接线形式说明495.3各保护装置中互感器接线506信号回路的设计526.1概述526.2变电站信号回路设计526.2.1 IEC60870-5-103和104规约介绍526.3中央信号装置的选型536.4中央信号装置介绍546.4.1 CAKJ-XHB中央信号报警装置的功能546.4.2 CAKJ-XHB中央信号报警装置的报警方式556.4.3 装置电源的选用556.5与其他保护装置接线55结论57附录A58致谢59参考文献60xxxxx学院本科毕业设计（论文）绪论1 绪论1.1 概述变电站是电力系统组成的一个重要环节，是电力网中线路的重要连接部分，其作用是交换电压、汇集和分配电能。变电站能否正常运行关系到电力系统的稳定和安全。因此对变电站进行监控和保护具有十分重要的意义。电力变压器是电力系统中极其重要的电气设备，它的安全运行与否，直接关系到电力系统能否连续安全、稳定地运行。特别是由于变压器本身结构复杂、造价昂贵，一旦因故障而遭到损坏，其检修难度大，检修时间长，将造成巨大的经济损失。近年来，随着电力系统规模的扩大，电压等级的升高，大容量变压器的应用日趋增多, 对变压器保护提出了更高的要求。母线的安全可靠运行则直接影响发电厂和变电所工作的可靠性。当母线上发生短路时，如果故障不能迅速被切除，将会引起事故扩大，破坏电力系统的稳定运行，严重时将造成电力系统的瓦解事故。因此，在重要的220kV及其以上的发电厂或变电所的母线上，都需要装设专用的母线保护装置。保护的合理配置以及保护定值的整定计算是电力系统继电保护工作的一个重要组成部分，保护的合理设计与选型是保证电网安全稳定运行的基础，而保护定值的正确与否决定着保护装置能否有效发挥作用，从而决定这被保护对象能否正常运行以及在发生故障时能否将各种故障从电网隔离，以避免事故的进一步扩大。无论保护装置采用的原理多么先进，算法多么精确，硬件设计多么严密可靠，如果给定的整定值是错误的，则保护装置就不可能正常工作，所以正确的继电保护整定值是继电保护装置有效发挥作用的一个重要条件。我必须对相关保护原理有十分深刻的理解，深入研究其保护配置方案并完成相关保护的整定计算。必须深入研究和了解其保护特点，合理进行保护配置设计，正确确定保护定值。1.2 变压器保护的研究现状和发展差动保护作为变压器主保护的主要形式，长期以来受到保护工作者的关注。对其研究可追述到二三十年代。1931 年，R.E.Cordray 提出比率差动的变压器保护，标志着差动保护作为变压器主保护时代的到来。随着计算机的出现，继电保护的微机化成为又一关注的热点。变压器保护新原理的研究主要集中在变压器主保护方面，成功的实现变压器主保护的关键在于准确区分内部故障和外部故障、内部故障和励磁涌流、内部故障和差动TA 二次断线等运行情况。现场长期的运行的统计资料表明差动保护是能够准确地区分区内和区外故障的，目前变压器主保护的研究重点在于如何提高保护的整体性能上，尤其是微机保护被大量使用后，如何充分利用微机的各种资源和特性来改善变压器保护的性能成为了研究领域的一个重要方向。近年来，新器件、新技术的应用为变压器保护的研究与发展提供了一个广阔的天地。数字信号处理器 DSP 的出现，不但可以提高微机保护数据采样与计算的速度和精度，甚至可能改变往常微机保护装置的设计思想，使得复杂的算法得以在保护装置中。随着变压器主保护的研究不断取得进展，变压器后备保护的研究和应用也日益引起人们的重视。对于变压器后备保护，由于其原理相对简单、成熟，因此在实现技术方面的研究更为引人关注。变压器短路故障的后备保护主要包括相间短路、接地短路两个部分。变压器后备保护在开发和应用中面临的突出问题是，后备保护的配置与变压器的容量、电压等级、运行方式以及所接电源和负载的情况等诸多因素有关，就目前来说，如何提高后备保护的适应性，是现阶段的研究重点。1.3 母线保护的研究现状和发展母线保护的发展经历了电磁型、晶体管型、集成电路型到微机型几个发展阶段。其中电磁型、晶体管型母线保护虽仍有应用，但是已逐步被淘汰，目前母线保护正由集成电路型逐步向微机型过渡。按照母线保护装置的输入阻抗值的大小，则可分为低阻抗型母线保护 (一般为几欧姆)，中阻抗型母线保护(一般为几百欧姆)，高阻抗型母线保护(一般为几千欧姆)，其中，低阻抗型母线保护接线简单，可瞬时动作，是工程应用最为广泛的一种母差保护。 近年来发展迅速的微机型母线保护，相对于其他类型的母线保护，它有着不可比拟的优势。其最主要的特点是充分利用了计算机进行数字计算的能力，方便地实现带比率制动特性的电流瞬时值差动保护原理，而且，微机母线保护对 TA 饱和具有独特的检测方法，抗饱和能力强，对双母线接线方式而言具有自适应能力，可自动识别母线运行方式；同时微机母线保护具有自检功能，可靠性也得到进一步的提高；更重要的是，微机母线保护具有通信接口，可方便地与监控系统互联来完成信息的远传与远控，实现自动化。当然，微机母线保护具有调试整定方便的优点也是不言而喻的，因此，母线保护和其他类型的元件保护一样，采用微机型的保护是大势所趋和发展方向。综上所述，本次设计我选用新型的成套微机保护装置，组成变电站微机综合保护自动化系统，下图为其结构图：图1.1 变电站微机综合保护自动化系统的模块结构67xxxx学院本科毕业设计（论文）变压器微机保护设计2 变压器微机保护设计2.1 变电站一次部分设计基本数据表2.1三相短路电流计算结果运行方式电压等级短路点三相短路电流三相短路全电流冲击值（KA）冲击电流有效值(KA)三相短路容量（KVA）标幺值有名值(KA)最大运行方式220KVK130.48787.653320.561412.38793048.858110KVK221.598310.84329.136117.55142156.83210KVK317.621096.890260.350156.8301762.090最小运行方式220KVK130.48787.653320.561412.38793048.858110KVK219.67349.877226.536015.98761967.34010KVK315.448884.946228.251137.4981544.880表2.2单相接地短路电流计算结果运行方式电压等级短路点单相短路电流单相短路全电流冲击值（KA）冲击电流有效值(KA)单相短路容量（MVA）标幺值有名值(KA)最大运行方式220KVK139.05239.803026.340715.86753905.238110KVK231.729615.929642.802925.78433172.95110KVK323.2612127.904343.679207.0312326.130最小运行方式220KVK137.97509.532625.014215.42993797.518110KVK228.623014.37038.612623.26002862.30110KVK322.6057124.299333.990201.1962260.568表2.3 两相接地短路电流计算结果运行方式电压等级短路点两相短路电流两相短路全电流冲击值（KA）冲击电流有效值(KA)两相短路容量（MVA）标幺值有名值(KA)最小运行方式220KVK126.40326.628017.806710.72822640.388110KVK217.03778.553922.980913.84571703.76610KVK313.379173.565197.671119.0771337.905表2.4 LB-220(W)型电流互感器主要技术参数型号技术参数额定电流比级次组合动稳定电流（KA）3S热稳定电流（KA）LB-220(W)800/1D/0.210040表2.5 LGB-110型电流互感器主要技术参数型号技术参数额定电流比准确级动稳定电流（KA）3S热稳定电流（KA）LGB-1102000/55P12531.5表2.6 LDJ-10型电流互感器主要技术参数型号技术参数额定电流比准确级动稳定倍数Kd4S热稳定倍数KtLDJ-1015000/55P1540 220kV侧电压互感器的选择表2.7 TYD220-0.01H电压互感器主要技术参数型号额定电容（uF）电压额定比额定容量TYD220-0.01H0.01/:100/:1000.2级0.5级3级150VA200VA100VA 110kV侧电压互感器的选择表2.8 TYD110-0.02H电压互感器主要技术参数型号额定电容（uF）电压额定比额定容量TYD110-0.02H0.02/:100/:1000.2级0.5级3级150VA200VA100VA 10kV侧电压互感器的选择表2.9 JSZ-10电压互感器主要技术参数型号最大容量类别电压额定比额定容量JSZ-101500VA户内10000/:100/:100/0.2级0.2级0.2级200VA200VA200VA2.2 变压器故障类型及相应保护根据电力装置的继电保护和自动装置设计规范GB50062-92第4.0.1节对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置：绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路；绕组的匝间短路； 外部相间短路引起的过电流；中性点直接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；过负荷； 油面降低；变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。对变压器引出线、套管及内部的短路故障。对于10MVA及以上的单独运行变压器和6.3MVA及以上的并列运行变压器，应装设纵联差动保护。对于10MVA以下的变压器宜装设电流速断保护和过电流保护。在2MVA及以上的变压器，当电流速断灵敏系数不符合要求时，宜装设纵联差动保护。各项保护装置应动作于断开变压器的各侧断路器。对由外部相间短路引起的变压器过电流，应装设过电流保护装置。保护装置动作后，应带时限动作于跳闸，三线圈变压器，宜装于主电源侧及主负荷侧。主电源侧的保护应带两段时限，以较短的时限断开未装保护侧的断路器。按照规范要求对变压器保护应设置相应的保护，反应变压器绕组、引出线上的各种短路故障的纵差保护；为防止外部短路引起的过电流和作为变压器纵差保护、瓦斯保护的后备保护设置过流保护。2.3 主变压器保护配置方案与选型电力变压器是电力系统之中十分重要的电气设备，发生故障将给电力系统的运行带来严重的后果，将引起系统大面积的停电，危及变电站安全，甚至可能使部分系统瘫痪，为了保证变压器的安全运行和防止扩大事故，装设灵敏、快速、可靠和选择性好的微机保护是极为重要的。2.3.1 主变压器保护配置方案变压器可能发生的故障可分为内部故障和外部故障。内部故障指的是箱壳内部发生的故障，有绕组的相见短路故障、单相绕组匝间短路故障、单相绕组和铁芯间绝缘损坏而引起的接地短路故障、绕组的断线故障等。外部故障指的是箱壳外部绕组引出线间的各种相见短路故障和引出线因绝缘套管闪络或破碎通过箱壳发生的单相接地故障。微机保护装置和微机监控系统具有很强的抗电磁干扰及抗谐波干扰能力，并有防止雷电冲击和系统过电压的措施，输入偷出同路设有光电隔离设施和防止接点抖动的措施；微机保护装置具备集保护、监测、控制、通讯于一体的功能，并具有独立性，在不与微机监控设备联用时能独立运行。根据DL400-91继电器保护和安全起动装置技术规程的规定：主保护1) 差动速断、比率差动保护：保护动作跳开主变压器各侧断路器。 2) 非电量保护：按主变压器厂的要求，装设瓦斯保护、压力释放、过温 保护等非电量保护。跳闸型非电量瞬时或延时跳闸，信号型非电量瞬间发 信号。跳闸型非电量保护出口继电器动作时间范围为 1035ms，当其电压低于额定电压 55%时应可靠不动作。 后备保护1) 高压侧配置复合电压闭锁过流保护，保护动作延时跳开主变压器各侧断路器；配置中性点间隙电流保护、零序电压保护，保护动作延时跳开主变压器各侧断路器；配置零序电流保护，保护动作第一时限跳高压侧母联（分段）断路器，第二时限跳开主变压器各侧断路器。2) 中压侧配置复合电压闭锁过流保护。保护为二段式，第一段第一时限跳段断路器，第二时限跳开本侧断路器；第二段延时跳开主变压器各侧断路器。低压侧配置时限速断、复合电压闭锁过流保护。保护为二段式，第一段第一时限跳分段，第二时限跳开本侧断路器；第二段第一时限跳分段断路器，第二时限跳开本侧断路器；第三时限跳开主变压器各侧断路器。 各侧均配置过负荷保护，保护动作于发信号2.3.2 主变压器保护配置选型综合考虑变电站电压等级、重要程度、可靠性等因素，本设计选用许继WBH-801A变压器保护装置作为主变的电气量保护装置，为主变压器提供主保护和后备保护。选用WBH-802A 型保护装置作为主变的非电气量保护装置。为主变压器提供全部非电气量保护。WBH-801A的保护配置情况见下表：表2.10 主变压器电气量保护配置保护功能保护功能主保护纵差保护中压侧保护相间阻抗保护差动速断保护接地阻抗保护增量差动保护复压闭锁过流保护差流越限保护过负荷高压侧保护相间阻抗保护低压侧保护复压闭锁过流保护接地阻抗保护过负荷复压闭锁过流保护过负荷如上表2.7所示，本次设计中主变的主保护为纵差保护，差动速断保护，增量差动保护和差流越限告警。主变的后备保护为相间阻抗保护，接地阻抗保护，复压过流保护，零序（方向）过流，过负荷保护。WBH-802的保护配置情况：每套WBH-802 装置可完成15 路非电量保护，其中12 路非电量可通过压板投为跳闸或发信，另3 路非电量只具有发信功能。不需要延时跳闸的非电量通过压板直接去跳闸，需要延时跳闸的非电量通过CPU 延时后，由CPU 发出跳闸信号。非电量保护动作后，装置自动打印动作信息且可通过通信将信息传至监控系统。保护逻辑如下图所示：图2.1 非电量保护逻辑框图2.4 主变压器主保护2.4.1 电流差动保护原理电流差动保护比较被保护设备各引出线上的电流，规定电流的正方向为流入被保护设备。当各引出线之间在电路上相连时，被保护设备可看作一个节点。在正常运行及外部故障时按照基尔霍夫电流定律有式（2.1）式中，Id 差动电流Ij引出线 j 上流入被保护设备的相电流n 引出线个数上式对被保护设备的每一相都成立。一般地，我们把各引出线流入被保护设备的总电流称为差动电流；在被保护设备内部故障时，当总短路电流可以在故障点流入地或其他支路（如流入其他相）时有：式（2.2）Id = If 式中，If故障点的总短路电流，以上分析可以得出差动保护的基本判据：IdId0，其中，Id0为差动保护的启动电流。差动保护的基本原理说明，不考虑 TA 误差，在正常及外部故障时Id=0，差动保护可靠地不动作；在内部故障时Id0，保护可靠地动作；差动保护有绝对地选择性，保护动作不需要延时。一般内部故障最小短路电流也大于差动电流的启动值，差动保护有很高的灵敏度。所以，差动保护具有选择性好、灵敏度高、快速性的优点。2.4.2 装置原理变压器主保护由纵差保护、差动速断、增量差动和差流越限告警组成。纵差保护能反应变压器内部所有故障类型，包括变压器内部高（中，低）压侧相间短路故障、高（中）压侧单相接地短路及匝间层短路故障。增量差动为变压器其他主保护的补充，主要解决变压器轻微的匝间故障，高阻接地故障。主保护配置原理如下： 纵差保护纵差保护的电流取自变压器的高压侧CT，中压侧CT 和低压侧外附CT，既要考虑励磁涌流和过励磁运行工况，同时也要考虑CT 异常、CT 饱和、CT 暂态特性不一致的情况。a 纵差保护动作方程式（2.3）Iop为差动电流，Iop.0为差动保护启动电流定值，Ires为制动电路，Ie为差动保护的基准电流（通常以高压侧额定电流为基准），各侧电流的方向都以指向变压器为正方向。b 纵差保护动作特性图2.2 纵差保护动作特性如上图所示，当制动电流小于时，差动保护启动电流定值为，而差动电流大于该定值时，纵差差动元件才动作；当制动电流在和之间时，而差动电流大于线段ab代表的差动保护启动电流定值时，纵差差动元件才动作；当制动电流大于时，而差动电流大于点b以后代表的差动保护启动电流定值时，纵差差动元件才动作。c 纵差保护逻辑图图2.3 纵差保护逻辑图如上图2.13所示，差动出口输出信号需满足：主保护硬压板（即实际的金属接头压板）投入，主保护软压板（即在微机保护系统中的设置），纵差保护控制字为1，纵差差动启动元件动作，纵差差动元件动作，励磁涌流识别出无涌流，CT断线闭锁差动控制字为1，CT发生异常同时发生时，差动出口才有输出信号；CT异常信号输出信号发生在CT发生异常。a 励磁涌流判据装置提供两种励磁涌流识别方式，当“二次谐波制动”整定为1 时，采用二次谐波原理闭锁，整定为0 时，采用波形比较原理闭锁。式（2.4）变压器空投时，三相励磁涌流中往往有一相含有大量的二次谐波。但是，变压器差动保护各侧电流要进行相位调整，相位调整后的电流不再是真实的励磁涌流，电流中的二次谐波含量也会发生变化。本装置根据变压器的不同工况自动选择电流计算二次谐波含量，如在变压器空载合闸时采用相位调整前的电流计算二次谐波含量，因此，计算励磁涌流的二次谐波含量更加真实，性能更加可靠。变压器在正常运行时，装置采用差动电流中的二次谐波含量来识别励磁涌流。判别方程如下： 式中：为差流中的二次谐波，为差流中的基波，为二次谐波系数。如果某相差流满足上式，同时闭锁三相差动保护。本装置在采用二次谐波“或”闭锁的同时采用空投主变过程中故障识别专利技术，短时投入按相综合开放判据，既能正确识别励磁涌流，又能在空投故障变压器时快速可靠地开放差动保护，提高在空投变压器于故障时差动保护的动作速度。本装置根据变压器的不同工况自动选择差动电流或相电流计算波形的不对称度，计算出励磁涌流的波形不对称度更加真实，保护性能更加可靠。波形比较判别方程如下：式（2.5） 式中：为差动电流采样点的不对称度值，为对应差动电流采样点的对称度值，为某一固定系数。如果某相差流满足上式，闭锁本相差动保护。b CT饱和判据为防止在变压器区外发生故障等状态下的CT 饱和所引起的比率制动式差动保护误动作，本装置设有CT饱和判据。由铁磁元件的“B-H”曲线可知，区外故障起始时和一次电流过零点附近CT 存在一个线性传变区，因此，区外故障CT 饱和时，差动电流波形不完整，存在间断。采用时差法判断出为变压器区外故障后，如果判断出差动电流不完整，存在间断，则闭锁差动保护。并采用虚拟制动量的CT 饱和识别专利技术，既能有效防止区外故障保护误动作，又能保证在区内故障及区外故障发展成为区内故障时保护的快速动作。c CT异常判据CT异常判据分为两种情况。高定值判据：当差流大于0.2 倍的额定电流时，启动CT 异常判别程序，满足下列条件认为CT 异常： 本侧三相电流中至少一相电流不变； 任意一相电流为零。低定值判据：满足下列条件认为CT 异常，延时10s 发CT 异常信号： 零序电流大于0.1 倍的额定电流； 任意一相电流为零。通过定值“CT 断线闭锁差动保护”控制CT 异常判别出后是否闭锁差动保护。当“CT 断线闭锁差动保护”整定为“0”时，判别出CT 异常后不闭锁差动保护，整定为“1”时，判别出CT异常后闭锁差动保护。 差动速断保护由于比率差动保护需要识别变压器的励磁涌流和过励磁运行状态，当变压器内部发生严重故障时，不能够快速切除故障，对电力系统的稳定带来严重危害，所以配置差动速断保护，用来快速切除变压器严重的内部故障。当任一相差流电流大于差动速断电流定值时差动速断保护瞬时动作，跳开各侧断路器。差动速断保护逻辑图如下：图2.4 差动速断保护逻辑图如上图2.14所示，差动出口输出信号需满足：主保护硬压板（即实际的金属接头压板）投入，主保护软压板（即在微机保护系统中的设置），差动速断控制字为1，差动速断动作，速断启动元件动作，差动出口才有输出信号。 增量差动保护增量差动不受正常运行的负荷电流的影响，具有比比率差动更高的灵敏度，由于比率差动保护的制动电流的选取包括正常的负荷电流，变压器发生弱故障时，比率差动保护由于制动电流大，可能延时动作或者不动作。增量差动主要解决变压器轻微的匝间故障，高阻接地故障。a 动作方程式（2.6）b 动作特性图2.5 增量差动保护动作特性图如上图2.5所示，当差动电流大于且大于时，增量差动元件动作。c 保护逻辑图图2.6 增量差动保护逻辑图如上图2.6所示，差动出口输出信号需满足：主保护硬压板（即实际的金属接头压板）投入，主保护软压板（即在微机保护系统中的设置），增量差动保护控制字为1，增量差动启动元件动作，增量差动元件动作，励磁涌流识别出无涌流，CT断线闭锁差动控制字为1和CT发生异常至少一个不发生时，差动出口才有输出信号；CT异常信号输出信号发生在CT发生异常时。 差流越限保护当任一套差动保护的任一相差流电流大于0.5 倍的该套差动保护启动电流定值时，延时5s 报差流越限信号。差流越限保护逻辑图如下图所示：图2.7 差流越限告警逻辑图如上图2.7所示，差流越限输出信号的出现需满足：主保护硬压板（即实际的金属接头压板）投入，主保护软压板（即在微机保护系统中的设置），任一差动保护控制字为1（即纵差差动保护控制字，差动速断保护控制字，增量差动保护），差流越限元件动作，延时5s后，差流越限信号发出。2.4.3 主变压器各主保护动作关系纵差保护能反应变压器内部所有故障类型，包括变压器内部高（中，低）压侧相间短路故障、高（中，低）压侧单相接地短路及匝间层间短路故障。差动速断保护是纵差保护的辅助。差动速断元件没有制动特性，而且差动速断保护无需识别变压器的励磁涌流和过励磁运行状态，能防止在短路水平高，短路电流很大的情况时，因谐波分量的骤增而使CT饱和，产生很大的制动力矩使差动保护拒动。差动速断保护起到的作用：用于快速切除变压器严重的内部故障，当任一相差流电流大于差动速断电流定值时差动速断保护瞬时动作，跳开各侧断路器。增量差动具有比比率差动更高的灵敏度，当变压器发生弱故障时，比率差动保护由于制动电流大，可能延时动作或者不动作。增量差动作用：解决变压器轻微的匝间故障，高阻接地故障。差流越限保护起到的作用：当任一套差动保护的任一相差电流大于0.5倍该套差动保护启动电流定值时，延时5s时差流越限信号出现。2.4.4 主变压器后备保护2.4.5 装置原理变压器后备保护通常作为主保护的后备，如果主保护未能快速将故障切除，可通过后备保护进行切除。变压器短路故障的后备保护主要包括相间短路、接地短路两个部分。相间故障后备保护通常采用过流保护，低电压启动的过电流保护，复合电气启动的过流保护以及负序过电流保护等，也有采用阻抗保护作为后备保护。接地故障后备保护通常采用阶段式零序过流保护，零序过电压保护。变压器后备保护的配置与变压器的容量、电压等级、运行方式以及所接电源和负载的情况等诸多因素有关。此次设计选用WBH-801A装置作为后备保护。后备保护装设于变压器高中低侧，动作后跳开各侧断路器。复合电压启动的过电流保护的复合电压启动部分由负序过电压元件与低电压元件组成。在微机保护中，接入微机保护装置的电压为三个相电压或三个线电压，负序过电压与低电压功能由算法实现。过电流元件的实现通过接入三相电流和保护算法实现，两者相与构成复合电压启动的过电流保护。后备保护原理如下： 相间阻抗保护相间阻抗保护通常用于220kV500kV 大型联络变压器、升压及降压变压器，作为变压器引线、母线及相邻线路相间故障的后备保护。当电流、电压保护不能满足灵敏度要求或根据网络保护间配合的要求，变压器的相间故障后备保护可采用相间阻抗保护。相间阻抗保护可实现偏移阻抗、全阻抗或方向阻抗特性。对相间阻抗保护各时限可以通过相应保护控制字进行投退。a 启动元件当相间电流突变量元件启动或负序电流元件启动时，开放相间阻抗保护。式（2.7）式中I为相间电流突变量。IT为浮动门槛，随着变化量输出增大而逐步自动提高，取1.25倍可保证门槛电流始终略高于不平衡输出。Ie为变压器本侧二次额定负荷电流。b 相间阻抗保护逻辑框图图2.8 相间阻抗保护逻辑框图如上图2.7所示，相间阻抗保护可用于当电流、电压保护不能满足需求时的变压器相间故障后备保护。相间阻抗保护信号输出需满足：本侧电压投退压板（当某侧电压投退压板退出时，该侧相间阻抗元件判别自动退出）不退出，相间阻抗在动作区，本侧PT未异常动作，满足启动元件动作条件（见式2.6），后备保护硬压板投入（即实际的金属接头压板），后备保护软压板投入（即在微机保护系统的设置），相间阻抗保护控制字为1，相间阻抗保护启动元件动作。 接地阻抗保护接地阻抗保护作为绕组、引线的接地故障的后备保护或相邻元件接地故障的后备保护。在中性点直接接地的电网中，当零序电流保护的灵敏度不能满足要求时，可采用接地阻抗保护，它的主要任务是正确反映电网的接地短路。接地阻抗保护可实现偏移阻抗、全阻抗或方向阻抗特性。对接地阻抗保护的各时限可以通过相应保护投退控制字进行投退。a) 启动元件启动电流元件采用电流互感器二次三相自产零序电流，当自产零序电流大于0.2 倍本侧二次额定电流时，开放接地阻抗保护。式（2.8）式中Ie为变压器本侧二次额定电流。b) 接地阻抗保护逻辑框图图2.9 接地阻抗保护逻辑框图如上图2.8所示，接地阻抗保护作为绕组、引线的接地故障的后备保护或相邻元件接地故障的后备保护，主要任务是正确反映电网的接地短路。接地阻抗保护信号输出需满足：本侧电压投退压板（当某侧电压投退压板退出时，该侧接地阻抗元件判别自动退出）不退出，接地阻抗在动作区，本侧PT未异常动作，满足启动元件动作条件（见式2.7），后备保护硬压板投入（即实际的金属接头压板），后备保护软压板投入（即在微机保护系统的设置），接地阻抗保护控制字为1，接地阻抗保护启动元件动作。 复压闭锁过流保护复压过流保护，作为变压器或相邻元件的后备保护。可通过整定相关定值控制字选择各段过流是否投入。a) 过流元件过流元件接于电流互感器二次三相回路中，当任一相电流满足下列条件时，过流元件动作。式（2.9）式中Iop为动作电流整定值。b) 复合电压元件当某侧PT 检修或旁路代路未切换PT 时，为保证该侧后备保护的正确动作，需退出该侧电压投退压板。当某侧电压投退压板退出或某侧发生PT 异常时，对复压闭锁过流保护的影响如下：l 对于低压侧复压过流保护，该保护变成过流保护。l 对于高（中）压侧复压过流保护，退出该侧的复合电压启动，即高压侧发生PT 异常或电压投退压板退出时，退出高压侧的复合电压启动，中压侧发生PT 异常或电压投退压板退出时，退出中压侧的复合电压启动，如此类推。l 当各侧都出现电压投退压板退出或发生PT 异常时，各侧复压过流保护都变成过流保护。c) 保护逻辑框图以高压侧复压过流为例，保护逻辑图如下图所示：图2.10 复合电压过流保护逻辑图 过负荷（有载调压闭锁、通风启动）保护装置设有三个保护分别对应这三项功能，取最大相电流作为判别。装置给出通风启动触电，有载调压闭锁触电。可以通过相应保护投退控制定值进行投退。各侧过负荷保护定值固定为该侧额定电流1.1倍，时间固定为6s。过负荷保护的逻辑框图：图2.11 过负荷保护逻辑图2.5 主变压器非电气量保护WBH-802A 装置完成一台变压器所有的非电量保护。非电量触点经保护装置重动后给出三组信号触点，同时保护装置的CPU 记录非电量动作情况。直接跳闸的非电量保护，直接驱动保护装置中的跳闸出口继电器。非电量保护的原理示意图如下所示：图2.12 直接瞬时跳闸的非电气量保护原理示意图图2.13 不跳闸的非电量保护原理示意图2.6 电气量保护装置硬件介绍及接线2.6.1 装置介绍WBH-801A保护装置采用新一代32 位基于DSP 技术的通用硬件平台。整体大面板，全封闭机箱，硬件电路采用后插拔的插件式结构，CPU 电路板采用6 层板，并采用表面贴装技术，提高了装置可靠性。硬件框图如下图所示：图2.14 硬件框图装置有两个完全独立的、相同的CPU 板，并具有独立的采样、A/D 变换、逻辑计算及启动功能，两块CPU 板硬件电路完全一样。CPU 部分硬件框图如图4-1-2。两块CPU 板“与”启动出口。另有一块人机对话板，由一片DSP 专门处理人机对话任务。人机对话担负键盘操作和液晶显示功能。正常时，液晶显示当前时间、各侧电流、电压、差电流。人机对话中所有的菜单均为简体汉字。装置核心部分采用德州仪器公司(Texas Instruments)的32 位数字信号处理器TMS320VC33，主要完成保护的出口逻辑及后台功能，使保护整体精确、高速、可靠。图2.15 CPU部分硬件框图模拟量变换由23 块交流变换插件完成，功能是将CT、PT 二次电气量转换成小电压信号。保护出口由23 块出口插件构成，完成所有跳闸出口功能。信号插件和开入插件分别完成信号开出、开关量输入等功能。2.6.2 装置背视示意图装置背视示意图如下图所示：图2.16 WBH-801A背视示意图1、2、3号插件分别对应高中低压侧，作用是将对应的互感器二次侧信号转换成保护装置所需要的弱电信号，同时起隔离和抗干扰作用。采保插件将由变换器来的弱电信号经过低通滤波后，由多路转换开关对信号进行选通，然后通过电压跟随器对信号进行处理，以提高其负载能力。主保护CPU和后备保护CPU有数据采集、I/O、保护及控制功能。8、9号和A#跳闸出口插件提供各种保护所需触点，是输出跳闸控制信号的出口。C#、D#、E#插件提供保护的信号接点，并提供与监视控制系统的接口。2.6.3 与综合自动化监控系统接口说明系统应用总体框图如下图所示：图2.17 系统总体框图构成系统的各个装置之间、每一装置内各保护CPU 之间以及保护CPU 与通信管理CPU 之间通过现场总线Lonworks 相连，可方便的实现自检和互检，同时减少各部分的关联性，有利于整体可靠性的提高。单元管理机以串行通信或网络通信方式与变电站监控系统相联,可对变电站监控系统上送事件报告、告警信息等，并可由远方实现保护投退功能。通过Lonworks 现场总线可方便的级连多台保护装置，通过软件可设置任一台保护装置单元管理机为与自动化系统连接节点端口。设有两组独立的通讯接口RS-485，支持IEC60870-5-103 通讯规约。可满足Ethernet组网要求，并通过配套规约转换器可适应多种通信规约，满足220kV 及以上电压等级变电站综合自动化系统的要求。通信功能由两个插件实现，即通信插件(E#)和通信转换插件(D #)，可作为保护、测控或其它自动控制装置的通讯、人机接口管理单元，根据用户需求，提供了4个以太网口、2个RS-485 通信接口、1个网络打印485 串口、1个打印232串口。具体定义见下图。图2.18 通信转换插件端子定义图图2.19 通信插件端子定义图实际应用时，通信插件通过RS485 口（E09、E10或 E11、E12）将信息传送到通信转换插件的RS485口1 或RS485口2，再经由通信转换插件的以太网接口与控制系统进行通信。WBH-801A与控制系统连接示意图如下：图2.20 主变电气量保护与控制系统接线示意图如上图2.20所示，WBH-801A变压器保护装置中通讯插件将信息通过RS