变压器保护讲义

{企业通用培训}变压器保护讲义背插式结构即插件从装置的背后插拔，各插座间的连线在整母板上，母板位于机箱的前部。而不使用端子绕线式，提高了装置本体的抗干扰性能，同时减少了人为的差错因素，保证了品质的一致性。该结构具有以下优点：(1)各插件自带可插拔端子，母板上只有保护内部使用的5V和24V电压等级回路连线，强弱电完全分开，可大大减少外部电磁干扰在弱电侧的耦合，增强装置的抗干扰能力，提高其可靠性和安全性；(2)可使母板连线按总线方式布置，使装置在功能配置上具有很强的灵活性，(3)可取消交流变换模件的大电流端子，再不会出现电流端子顶不开导致的CT二次侧开路和分流问题，提高装置的可靠性。(4)便于插件按模块化设计。(5)可以根据用户的需要更换或增加部分模件，扩充或更改装置的功能；模/数转换模块(A/D)/数转换(A/D)及微处理器构成。其中A/D采用14位高精度、高稳定性器件，精确工作电流可达0.04In，精确工作电压达0.2V，提高保护的测量精度。各模拟量经无源低通滤波，可有效滤除高次谐波，而对基波量的衰减不到1％，且各通道模拟量的衰减率及相移皆能达到很好的一致性。保护功能模件(CPU)用于处理A/D(CPU)由A/D模块、状态量输入、状态量输出(用于跳合闸脉冲输出、告警信号输出、闭锁继电器的开放及其它信号输出)MPURAMROMFLASHMEMORY、电可擦除电可改写存储器EEPROMCPU(32位)ROM(256K字节)、RAM(256K字节)及FLASHRAM(1M字节)，使得该CPU模件具有极强的数据处理及记录能力，可以实现各种复杂的故障处理方案和记录大量的故障数据，可记录1500条以上的事件和12~48份事故录波报告(30份左右录波报告，内含定值、采样值、过程标志集以及与之相关的电气量计算值，等等)C语言编制的保护程序，可使程序具有很强的可靠性、可移植性和可维护性，保护功能的扩展具有很好的开放性。各种与CPU有关的器件集中于一块插件上，各输入、输出状态量皆经光耦隔离。本CPU模件设有两片微处理器，主处理器用于运行保护程序，辅助处理器用于监视主处理器工作状况。当本模件有器件出现异常，主处理器驱动闭锁继电器，切断状态量输出光耦输出侧的工作电源。当主处理器工作异常，辅助处理器驱动上述闭锁继电器。闭锁继电器的需掉电方能复归。双处理器相互监视，确保了装置工作的可靠性。CPU模件的端子主要用于接入该CPU上保护所需的压板及专用输入、输出信号等。至RAMROMCPU至FLASH以太网I/O人机对话模件(MMI)安装于装置整面板后，该模件是PS6000系列数字式保护产品的通用件，在上述产品中硬件和软件完全兼容。(32位)，大容量ROM(512K字节)、RAM(1M字节)、FLASHMEMORY(1M字节)，EEPROM，状态量输入、输出，通信控制器件，时钟，大屏幕液晶显示器(240×128)，全屏幕操作键盘，信号指示灯等。本模件主要用于人机界面管理。主要功能为：键盘操作、管理液晶显示、信号灯指示、与调试计算机及变电站监控系统通信、GPS脉冲对时(分/秒脉冲对时)以及将控制信息传给CPU、从各CPU模件获取信息。与各CPU的通信采用CAN总线，速率为100Kbps，保护动作事件可以主动上传至MMI，突破了装置内部通信的瓶颈，提高装置内部信息传送的速度。对外通信有五个端口，一个设置在面板上，四个设置在通信接口模件的背板上。在面板上的为RS232串口（新方案为USPPC机连接。在通信接口模件的背板上的四路通信端口可根据需要设置成不同的物理接口。MMI模件电原理示意图通信接口模件(COM)，主要有两种功能：本装置各CPU所需公共输入状态量(包括GPS对时脉冲输入)由此模件经光电转换后接入装置母板，供各CPU模件共享。另一主要功能为MMI模件上的通信功能经本模件转换为相应物理接口输出，用于变电站自动化系统通信及打印通信。本模件通信接口可根据变电站通信系统的物理媒介选择不同的配置方式。当由本系列装置构成变电站自动化系统时，推荐采用以太网接口，全站构成以太网络通信系统，以克服以往产品的通信瓶颈，大大提高信息传输的实时性能。在采用以太网通信时，使用基于以太网的平衡式IEC870－5－103通信规约及其通用报文可以兼顾通信规约的兼容性和通信的效率。当本装置接入其它变电站自动化系统时，根据具体工程的特殊要求，在通信接口可设置成EIA422/485接口、CAN总线接口、LONWORK总线接口或光纤接口等，以满足不同的自动化系统需要。但由于它们的传输效率比较低(在系统节点比较大时尤其明显)，并且CAN总线和LONWORK总线缺少比较统一的通信规约，所以本公司不推荐这几种接口方式。电源模件(POWER)，用于将变电站内直流电源转换为保护装置所需的工作电压。本模件输出一路5V，两路24V电压，5V电源用于装置数字器件工作，一路24V电源用于继电器驱动及各模件间相互信号交换，另一路24V电源输出装置，用于装置状态量输入使用。各电压等级电源相互独立，不共地。电源模件原理示意图见图3－4。为增强电源模件的抗干扰能力，本模件的直流输入及引出端子的24V电源皆装设滤波器。在工作温度为25℃时，设计寿命为12年，其中电源为5年。影响装置使用寿命的因素有：1、环境，包括温度、湿度、气压等；2、元器件的选择；3、4、系统最大短路容量（CT5、6、系统电磁干扰强度。1、人性化装置采用大屏幕全汉化液晶显示器，可显示15×8个汉字，显示信息多；事件和定值全部采用汉字显示或打印，摒弃了字符表述方式；定值以表格方式输出，录波数据可选择波形输出或数据输出；计算机界面的调试和分析软件Psview，不但能完成装置键盘上的功能，还能对保护录波数据分析；可独立整定32套定值，供改变运行方式时切换使用。2大资源保护功能模件（CPU）的核心为32位微处理器，配以大容量的RAM和FlashRAM，使得本装置具有极强的数据处理能力和存储能力，可记录的录波报告为8至50个，可记录的事件不少于1000条。数据存入FLASHRAM中，装置掉电后可保持；A/D模件采用14位的A/D转换和无源低通滤波，使本装置具有极高的测量精度；采用CAN网作为内部通信网络，数据信息进出流畅，事件可随时上传。3高可靠性装置采用背插式机箱结构和特殊的屏蔽措施，能通过IEC60255－22－4标准规定的IV级（4kV±10％）快速瞬变干扰试验、IEC60255－22－2标准规定的IV级（空间放电15kV，接触放电8kV）静电放电试验，装置整体具备高可靠性；组屏可不加抗干扰模件。4开放性●通信接口方式选择灵活，与变电站自动化系统配合，可实现远方定值修改和切换、事件记录及录波数据上传、压板遥控投退和遥测、遥信、遥控跳合闸。5透明化记录保护内部各元件动作行为和录波数据；记录各元件动作时内部各计算值；可将数据在Psview软件上分析保护内部各元件动作过程。6免调试●在采样回路中，选用高精度、高稳定的器件，保证正常运行的高精度，避免因环境改变或长期运行而造成采样误差增大；细微的软件自动调整，提升装置精度；完善的自检功能，满足状态检修的要求；装置中无可调节元件，无需在现场调整采样精度，同时可提高装置运行的稳定性；YZuuuuuuAaP和和；()P和PP））））））、瓦斯保护的动作原理图和。、保护启动元件用于开放保护跳闸出口继电器的电源及启动该保护故障处理φφφ；b)差流越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续。5；,；；；；或或为I为为为；）和）φHQ；WI且DWI；WI为YWIφ为QHDWI2345YYYYYYYY）Yabcgfh；abcgfhahbhchTFH；ahbhchTFHTY；TY））））））））；）；）；）；）））））））））的0铁芯中的磁通急剧增大，使铁芯瞬间饱和，这时出现数值很大的冲击励磁电流为uu)uu)uuu0L；））Kbbccbcc3压达到额定电压的120%－140%时，励磁电流可增至额定电流的10%－43%（大PST-1200对此选用平衡系数来完成，此平衡系数的计算是由保护装置的软件来完成。平衡系数的计算与的接线方式无关BL/BH应尽可能的小于16，这是保证装置最佳运行方式。若BL/BH大于16，在正常运行中会造成差流误差变大。变压器纵差保护都有励磁涌流和过励磁工况下防止误动的问题。优点：①无励磁涌流影响②与过励磁无关③与分接头调压无关缺点：①对匝间无保护作用②每一绕组须有四个引出端子用途：用于50kV分相式自耦变压器，满足基尔霍夫定律，无转角。变压器零序差动保护，应考虑励磁涌流对的影响。差动速断保护，Icd>Isd五.变压器后备保护根据工程实际配置后备保护。A.反映相间故障的后备保护（1）过流保护变压器各侧过流保护按相设置（2）复合电压闭锁过流作为相邻元件及变压器内部故障的后备保护，当过流保护的灵敏度不足时，增加复合电

压闭锁回路。在不对称性故障时，出现负序电压及在对称性故障及三相电压低于某一值时，

才开放过流保护，这样过流保护的定值可大大降低，同时也提高了保护的灵敏度。

三侧电压闭锁问题（反措要求）：采用“或”门逻辑，提高高中压侧对低压侧故障的灵敏度。（3）带方向的复合电压闭锁过流保护对于220kV侧，作为变压器的后备保护以电源侧向下指：方向元件和电流元件按90接线

B．反映接地故障的后备保护作为变压器接地故障的后备保护，它是整个电网接地保护的组成部分之一，它的配置与整定

必须和电网接地保护相配合。在中性点直接接地的电力网中，对外部单相接地引起的过电流应设零序过流保护。

110kV220kV中性点直接接地的电力网中，对外部单相接地故障引起的过流，以及因失去接

地中性点引起的变压器中性点电压升高，按规程装设零序保护。对全绝缘变压器除零序过流

外，应增设零序过电压保护。当电力网单相接地失去中性点是，零序电压保护应经过0.3~0.5S时限动作于断开变压器各侧开关。方向指向系统，CT极性指向母线若中性点不接地，系统单相（A）接地时的零序电压

C．变压器其它异常运行保护1、过激磁保护2、过负荷保护。（1）过负荷发信（2）启动风冷（3）闭锁调压根据国电公司《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》“对于220千伏主变压器的微机保护必须双重化的精神，主变压器宜采用两套完整、独立的主保护和两套相同配置的后备保护，同时还必须保证两套主、后备保护在交、直流回路上的独立性。一、保护的配置：1、微机保护按两套主保护（采用不同原理：二次谐波闭锁原理、波形对称原理）、两套后备保护配置。全部保护和操作回路按两面屏布置。第一面屏配置：PST-1202AJSPST-1222或PST-1212型操作箱（220kVPST-1206A断路器失灵保护，一台打印机。第二面屏配置：（PST-1202BJSPST-1210C型非电量及开关操作回路装置（包含非电量保护、110kV侧开关、低压侧开关操作回路及电压切换2、电流回路的配置：（1）第一方案：正常运行时两面屏均用开关侧CT。旁路代主变断路器运行时，原则上只考虑启用一套完整的主保护、后备保护（即只将一块屏的主保护后备保护切人旁路CT（2）第二方案：正常运行时一面屏用开关侧CT，另一面屏用套管侧CT。旁路代主变断路器运行时为简化操作，当不考虑CT回路的切换，第一面屏主保护和后备保护退出，第二面屏主保护和后备保护全部投入，同时启用旁路线路保护的接地距离和相间距离一段作为变压器套管CT至开关间引线故障的保护；距离定值整定一般取不大于10欧姆以CT回路的切换，用开关侧CT面的屏的主保护后备保护切人旁路CT，另一面屏仍用套管侧CT。（3CT，各侧均以星形接线输入，星-角变换和各侧电流数值平衡均有保护装置软件实现。3、直流电源：（1PST-1202AJS型保护装置（主保护与各侧后备保护）配置一组熔断器或

快速开关。PST-1222型操作箱含220kV侧开关操作回路及电压切换回路，设置两组熔断

器或快速开关供双跳圈断路器直流电源。（2）第二面屏内PST-1202BJS型保护装置（主保护与各侧后备保护）配置一组熔断器。

非电量及失灵电流起动配置一组熔断器。110kV侧开关和低压侧开关操作回路各配置一组

熔断器。二、关于220千伏微机变压器保护的配置方案1、主保护：（1）差动速断：跳主变各侧开关。（2）比率差动（采用不同励磁涌流闭锁原理）：跳主变各侧开关。

CT断线经控制字投/退确定是否闭锁差动保护，同时发信号。（3）零序比率差动：自耦变压器，其公共绕组必须具有三相引出CT或主变中性点直接接地并三相引出CT跳主变各侧开关。CT断线经控制字投/退确定是否闭锁差动保护，同时发信号。（4）非电量保护：包括重瓦斯、轻瓦斯、油温、油位、压力释放、冷却器全停等。非电量保护（除需经保护装置延时的信号外）直接起动装置跳闸回路，且保护动作应自动记录。3、后备保护：（1）过流保护①高压侧复合电压闭锁过流保护，设两段。复合电压闭锁方向过流保护：方向指向变压器，一个时限跳本侧开关。复合电压闭锁过流保护：第一个时限跳本侧开关；第二个时限跳主变各侧开关。复合电压取高、中、低压侧电压（可分别经压板投/退）为：高压侧线电压+负序电压中压侧线电压+负序电压低压侧线电压+负序电压②中压侧复合电压闭锁过流保护，设两段。复合电压闭锁方向过流保护：方向指向中压侧母线，第一个时限跳中压侧母联；第二个时限跳本侧开关。复合电压闭锁过流保护：第一个时限跳本侧开关；第二个时限跳主变各侧开关。

复合电压取高、中、低压侧电压（可分别经压板投/退）为：

高压侧线电压+负序电压中压侧线电压+负序电压低压侧线电压+负序电压③低压侧过流保护，设3段。复合电压闭锁过流保护：设2段。其中第一段一时限跳本侧分段复合电压取高、中、低压侧电压（可分别经压板投/退）为：

高压侧线电压+负序电压中压侧线电压+负序电压低压侧线电压+负序电压（2）零序保护①高压侧零序过流保护（零序电流取高压母线侧自产零序电流），设两段。零序方向过流保护：方向指向变压器，一个时限跳本侧开关。零序过流保护：第一个时限跳本侧开关；第二个时限跳主变各侧开关。②高压侧零序过压保护零序过压保护：第一个时限跳本侧开关；第二个时限跳主变各侧开关。③高压侧中性点间隙过流保护（电流取高压侧中性点间隙零序电流）中性点间隙零序过流保护：一个时限跳主变各侧开关。变压器为自耦变，本保护为公共绕组零序过流保护；变压器为三圈变，本保护为中性点间隙过流保护。④零序方向过流保护：方向指向中压侧母线，第一个时限跳本侧母联；第二个时限跳本侧开关。零序过流保护：第一个时限跳本侧开关；第二个时限跳主变各侧开关。⑤中压侧零序过压保护零序过压保护：第一个时限跳本侧开关；第二个时限跳主变各侧开关。⑥中压侧间隙零序过流保护（电流取中压侧中性点间隙零序电流）中性点间隙零序过流保护：一个时限跳主变各侧开关。（3）过负荷及异常保护①过负荷信号。高、中、低压侧和公共绕组（针对自耦变）均设过负荷信号。②起动风冷。高、中侧均设起动风冷。③过载闭锁调压。高、中侧均设过载闭锁调压。（4）220kV侧非全相保护与变压器失灵电流起动①非全相保护：应经断路器辅接点闭锁的零序电流I段，第一时限跳220kV侧开关；第二个时限跳主变各侧开关。②变压器失灵电流起动。、、、、、、数字化变电站系统包括断路器的智能化、测量系统的数字化、变压器在线检测实时化，变电站综自系统等；其核心问题为一次系统的数字化，即断路器的智能化、测量系统的数字化。智能断路器在国外已有较多的应用，主要在现有的断路器上融合隔离刀闸功能和断路器测控功能；利用光纤或其他介质，通过通信方式控制断路器，传送断路器的各种信息。测量系统的数字化主要为电流电压互感器的数字化。光电式电流电压互感器为其中的主要发展方向。下面主要介绍光电式电流电压互感器的原理和应用，以及应用对电力系统现有保护带来的影响。一、目的和意义现在我国电力系统中采用的电流电压互感器基本为传统的电磁感应式或电容分压式，输

出模拟电流信号和模拟电压信号。传统电流电压互感器存在内部绝缘结构复杂、精度受二次

负载影响、易受电磁干扰和二次电缆昂贵等问题。光电互感器指输出为小电压模拟信号或数字信号的电流电压互感器。由于模拟输出的光

电互感器仍存在传统互感器的一些固有缺点，现在发展的高电压等级用光电互感器器般都用

光纤输出数字信号（以下的光电互感器均指此类光电互感器）。光电互感器有绝缘结构简单、

精度不受负载影响、无饱和、二次设备不产生附加误差和不易受电磁干扰等优点，而且信号

输出采用比电缆廉价的光缆降低了综合成本。由于光电互感器的诸多优点，光电互感器取代传统互感器将只是一个时间问题。国际上，

光电互感器已逐步成熟，正已越来越快的速度推广运用。其中ABB、西门子等公司生产的光

电互感器已有十几年的成功运行业绩。采用光电互感器的数字化变电站在欧洲也已经投入运

行。我国光电互感器的研制和运用相对比较落后，仅有为数不多的变电站使用了一些进口的

光电互感器。国内有二十余家企业和高校涉足了光电互感器的开发，经过多年的努力，已有

多套设备在现场试运行。光电互感器可分为两种型式。一种是用磁光效应和电光效应直接将电流电压传变为光信

号，一般称无源式；另一种是用电磁感应或分压原理将电流电压信号转变为小电压信号，再

将小电压信号转换为光信号传输给二次设备，一般称有源式。无源式由于存在稳定性和可生

产性较差、电子回路复杂等问题，现在主要处在实验室阶段，推广运用还有待时日。有源式

的难点是提供高压端需要工作电源，但随着激光供能和高压取能技术的突破，已得到根本上

的解决。我国在有源式光电互感器的研究已走在无源式的前面，有的产品已在在多个变电站试运行近一年的经验，运行情况良好，可满足保护和计量的要求，并通过了部级鉴定，达到国际先进水平。同时国内的二次设备制造商开发了可与光电互感器直接接口的数字接口继电保护装置、

数字接口电能表等二次设备，为光电互感器的实际使用提供了基础。光电互感器在变电站应用的具体问题，包括光电互感器的运行维护、数字接口二次设备

的运行维护、传统二次设备与光电互感器的接口、光电互感器对保护性能的影响、计量系统

的精度评估等内容。一方面研究光电互感器与数字接口二次设备配套使用的应用问题，另一

方面研究数字式互感器与传统二次设备配套使用的问题。由于国际上得到长期运行考验的的

光电互感器基本上采用有源式，而且国内尚没有通过鉴定的无源式电流电压互感器。

光电互感器包括组合式光电互感器、光电电流互感器和光电电压互感器。其中组合式光

电互感器同时具有电流互感器和电压互感器的功能。采用光电互感器后，变电站将有以下的效益：1.用光缆取代信号电缆，降低变电站投资，而且无电磁兼容问题；2.光电互感器绝缘结构简单，可采用干式绝缘，减少维护工作量；3.电流互感器无饱和现象，大大提高各种差动保护的性能。4.二次设备不产生附加误差，提高了保护和计量的精度。可见使用光电互感器可降低变电站的综合成本，提高运行水平，有重大的实际意义。二、国内外研究水平综述早在本世纪50年代，国际上几个著名的公司如霍尼韦尔、ABBSIMENSALSTOM等公司

开始光电互感器的研究，当时研究方向主要是应用法拉第磁光效应原理和POCKELS电光效应

原理，直到80年代末没有突破全环境下0.2级精度要求。随着激光技术和光电池技术的成熟，80用光纤输出的模式。90年代初取得成功，92年ABB公司的产品在巴西的主干网上投入运行，

至今运行良好。其他公司也相继研制成功。国内在光电互感器上的研究也有数十年历史，积累了许多成果。在无源式光电互感器上

投入的时间和力量均很大，同样由于上述技术原因未能推广运用。近年来许多研究单位已将

研究重点转向有源式光电互感器，迅速取得了突破。我国的各电力公司今年来也开始关注光电互感