继电保护课程设计

上海交通大学电子信息与电气工程学院地址：上海市华山路1954号邮政编码：200030上海交通大学电子信息与电气工程学院地址：东川路800号邮编：200240完成时间：2012.12.20继电保护课程设计报告——#1主变压器保护整定及配合上海交通大学电子信息与电气工程学院组员信息姓名学号分工细则联系方式张XX509030XXXX组长：电路拓扑分析，报告撰写XXXX@林XX509030XXXX组员：资料查询XXXX@指导教师：房鑫炎

第2页共4页上海交通大学电子信息与电气工程学院第45页上海交通大学电子信息与电气工程学院第1页共4页上海交通大学电子信息与电气工程学院目 录TOC\o"1-3"1.设计要求 11.1任务概述 11.2电气主接线图 11.3简化图及保护范围 22.线路参数 32.1110KV进线参数 32.2#1主变压器参数 32.3参数归一化处理 33.序网分析 53.1正序序网图 53.2负序序网图 63.3零序序网图 83.4序阻抗汇总 94.短路电流 104.1最大运行方式下三相短路 104.2最小运行方式下两相相间短路 104.3最大运行方式下两相接地短路 114.4最大运行方式下单相短路 124.5单相短路时的零序电流（低压侧） 134.6单相短路时的零序电流（高压侧） 134.7短路电流计算汇总 135.整定计算 155.1保护类型概述 155.2纵联差动保护 155.3低电压起动的过电流保护 185.4热过负荷保护 195.5接地电流保护 206.保护选型 216.1选型原则概述 216.27UT612数字式保护介绍 226.3纵联差动主保护单元 256.4基于电流的后备保护单元 306.5非电气量保护单元 357.接线图 407.1电量保护接线图 407.2非电量保护接线图 428.技术评定 448.1可靠性 448.2选择性 448.3灵敏性 448.4速动性 45第2页共10页信息产业部电信科学技术第一研究所设计要求任务概述本次继电保护课程设计电路采用上海市轨道交通杨浦线（M8）工程的电气主接线图。其中高压侧为110KV电压等级，低压侧为35KV电压等级。我们组任务是完成#1主变压器的线路参数计算、序网分析、主保护和后备保护的保护选型，以及与下一级线路的配合调试。电气主接线图图1.1电气主接线图简化图及保护范围我们组负责的电气接线的线路简化图如下：图1.2变压器部分简化图本组主要负责#1主变压器的保护，由于在变压器高压侧的保护CT安装在了连接电缆外，而低压侧的保护CT安装在连接电缆出线处，所以我们的保护范围从图1.2所示的1点到2点。所以在该范围内部发生的可能影响变压器运行安全的各种故障、短路及过载等，以及与下一级线路的配合，利用电量和非电量相结合，构成#1主变压器的保护。线路参数110KV进线参数1号线路长度：L=18KM，阻抗R1=0.17/Km，X1=0.415/KmR0=0.51/KM，X0=1.245/KML=2KM（电缆），R1=0.193/Km，X1=0.162/KmR0=1.18/KM，X0=0.94/KM110Kv进线母线短路阻抗大方式正序5.9欧姆，小方式正序18欧姆大方式零序10欧姆，小方式零序28欧姆#1主变压器参数变压器型号：SZ9（远景SZ9-63000kVA/115）容量：31500kVA/115抽头：115±8×1.25%/37kV接法：Yn,d11Xd%=10.5变压器低压侧还包含一段电缆线路，其型号参数如下：2-(WDZA-YJV-35-1*400mm2)*3参数归一化处理由于变压器涉及到两个电压等级，为了方便后续计算和分析，所以这里首先将所有参数做归一化处理，规定SB=100MVA，UB=115kV。110kV进线归一化参数：（为方便书写，标幺值的星号省略，以下所有值无特殊说明的，均默认为做过归一化处理的标幺值）=0.023=0.056=0.023+j0.056=0.069=0.120=0.069+j0.120母线阻抗归一化参数：最大方式下=0.045=0.075最小方式下=0.136=0.211电缆阻抗归一化参数：=0.003=0.002=0.003+j0.002=0.018=0.014=0.018+j0.014#2主变压器归一化参数：=0.333序网分析正序序网图情况一：变压器低压侧短路最大运行方式下：图3.1最大运行方式下正序等值图（低压侧）由序网图，可得：正序等值阻抗=0.074+j0.393最小运行方式下：图3.2最小运行方式下正序等值图（低压侧）=0.165+j0.393情况二：变压器高压侧短路最大运行方式下：图3.3最大运行方式下正序等值图（高压侧）=0.071+j0.058最小运行方式下：图3.4最小运行方式下正序等值图（高压侧）=0.162+j0.058负序序网图负序序网图和正序序网图唯一的区别是缺少交流源，所以等值参数数值不变，即情况一：变压器低压侧短路最大运行方式下：图3.5最大运行方式下负序等值图（低压侧）最小运行方式下：图3.6最小运行方式下负序等值图（低压侧）情况二：变压器高压侧短路最大运行方式下：图3.6最大运行方式下负序等值图（高压侧）最小运行方式下：图3.8最小运行方式下负序等值图（高压侧）零序序网图情况一：变压器低压侧短路在低压侧短路时，由于变压器采用Yn,d11接法，所以在d侧短路时，零序电流无法流过高压侧，而又假定负载侧开路，所以情况二：变压器高压侧短路最大运行方式下：图3.9最大运行方式下零序等值图（高压侧）=0.074+j0.121最小运行方式下：图3.10最小运行方式下零序等值图（高压侧）=0.108+j0.164序阻抗汇总将上述计算的种类繁多的阻抗值汇总成表格，方便以后查找和应用。表3.1序阻抗汇总表最大运行方式(M)最小运行方式(m)变压器低压侧短路0.074+j0.3930.165+j0.3930.074+j0.3930.165+j0.393∞∞变压器高压侧短路h0.071+j0.0580.162+j0.0580.071+j0.0580.162+j0.0580.074+j0.1210.108+j0.164短路电流最大运行方式下三相短路由对称分量法的知识，三相短路时系统任然对称，所以不存在负序和零序阻抗。另外，从本节开始，以下得出的短路电流值均为有名值。情况一：电压侧短路三相短路电流其中，——最大运行方式下正序阻抗的标幺值；——该母线电压等级下的基准电流，则一次侧三相短路电流=1264.594A二次侧三相短路电流=3878.088A情况二：高压侧短路由于高压侧短路时，除零序电流外没有流经变压器，所以此时仅需要计算一次侧的短路电流，计算方法同低压侧短路。由公式一次侧三相短路电流=5474.852A最小运行方式下两相相间短路为后续计算灵敏度，需要求得此短路值。情况一：低压侧短路由对称分量法，两相相间短路时，假定bc两相短路，则a相的正序电流值可由公式得出，所以=1.182又因为此时故障相电流所以得出一次侧二相短路电流=1027.827A二次侧二相短路电流=3152.001A情况二：高压侧短路同上，假设bc两相短路，则=2.907一次侧两相短路电流=2527.807A最大运行方式下两相接地短路情况一：低压侧短路由序网分析及对称分量法可知，假设故障发生在bc两相，此时a相（非故障相）正序电流的表达式为（相量式）bc两相的短路电流表达式分别为：（上两式均为相量式）将序网参数带入，可以得到=0.231-j1.229=-2.129-j0.400=2.129+j-0.400一次侧两相接地短路=1087.427A二次侧两相接地短路=3334.776A情况二：高压侧短路与低压侧算法原则相同，由于此时零序等值阻抗不是无穷大，所以复数运算相对复杂。利用上面的公式，可以得到=5.017-j4.538=3.197-j8.721=-10.164+j4.635以上各值均为标幺化后的复数值，再将其取摸乘以基准电流，得到一次侧两相接地短路=4663.487A =5608.334A可见，两相短路时的故障相短路电流已经接近了三相短路电流。最大运行方式下单相短路情况一：低压侧短路由对称分量法，单相短路时，假定a相短路，可得a相正序电流幅值为此时可得故障相电流由于，所以此时单相接地短路=0情况二：高压侧短路所需公式同上，带入序阻抗参数，由一次侧单相接地短路=4696.926A单相短路时的零序电流（低压侧）由对称分量法，单相短路时，假定a相短路，a相的电流可由公式得出又因为和，所以得到零序电流：二次侧单相短路零序电流=0单相短路时的零序电流（高压侧）同低压端的计算方法。一次侧单相短路零序电流=4692A短路电流计算汇总表4.1短路电流汇总（低压侧短路）相（零序）电流变压器一次侧（A）变压器二次侧（A）最大运行方式1264.5943878.088最小运行方式1027.8273152.001最大运行方式1087.4273334.776最大运行方式——0最大运行方式零序——0表4.2短路电流汇总（高压侧短路）相（零序）电流变压器一次侧（A）最大运行方式5474.852最小运行方式2527.807最大运行方式4663.487、5608.334最大运行方式4696.926最大运行方式零序4696.926注：上表中所列电流均为故障相电流，且为短路之后的稳态工频短路电流，非故障相电流在不计负荷的情况下可近似为0。整定计算保护类型概述整定值的选取和计算主要依据是选择的保护的类型，本次课程设计，我们组针对#1主变压器进行了主保护和后备保护，同时考虑非电气量的比如瓦斯保护、温度保护等想配合，以求实现在故障发生时，能够快速准确切除故障，达到不误动、不拒动，并且有选择性。主保护有变压器的纵联差动保护，非电气量采用瓦斯保护。后备保护有与下一级线路相配合的带低电压闭锁的过电流保护，针对变压器的过负荷保护，以及非电气量的温度保护。纵联差动保护表5.1变压器纵差动保护用互感器变比选择名称各侧数据Y（110kV）Δ（35kV）额定电流（A）变压器接线方式YnΔCT接线方式ΔYCT计算变比实选CT变比nl300/5600/5实际CT电流（A）不平衡电流（A）4.565-4.096=0.469确定基本侧非基本侧基本侧启动电流的整定稳态情况下，变压器纵差保护的最大不平衡电流式中——电流互感器的同型系数，取为1——电流互感器允许的最大相对误差，取10%——由带负荷调压所引起的相对误差——所采取互感器变比与计算值不同引起的相对误差，取0.05——保护范围外部最大短路电流归算到二次侧的值由上式可得=(1×10%+0.1+0.05)×3878.088=969.522A躲开正常运行时互感器二次侧断线=1.3×491.528=638.986A躲开保护范围外部短路时的最大不平衡电流=1.3×969.522=1260.379A躲开变压器励磁涌流=1.3×491.528=638.986A比较上述三个整定条件，取较大值，所以启动电流=1260.379A基本侧差动线圈的匝数和继电器动作电流将两侧电流互感器分别结于继电器的两组平衡线圈，再接入差动线圈，使继电器的实用匝数和动作电流更接近于计算值；以二次回路额定电流最大侧作为基本侧。基本侧的继电器动作电流及线圈匝数计算如下：基本侧继电器差动线圈匝数计算公式如下：式中为继电器动作安匝，应采用实际值，本设计中采用额定值，取得60安匝。由上式得，实际的整定匝数=5匝。所以继电器的实际动作电流为： 比率差动制动的整定当采用比率差动保护时，保护的制定特性不再仅仅是一条斜率为1的曲线，由第六章的选型（图6.5）可知由三段曲线构成。门槛电流各参数的意义同上，得到制动系数定义：最大制动系数其中，是最大动作电流，即 是最大制动电流，本系统下。根据差动起动值、第一拐点电流、、，可按下式计算出比率差动保护动作特性曲线中折线的斜率，当时最后得到制动系数的计算公式为由前一章得到取，得到=0.336速断整定参考图6.5，可知在大电流下，可以不考虑制动量，即大电流故障不带制动的快速跳闸。根据经验，一般，这里取。BASEPOINT计算由下一章可知，采用7UT612保护，其利用BASEPOINT和门槛电流推导出制动特性，这里我们已计算出制动系数，所以需要反推出BASEPOINT值。=0.34，取=0.80易得由几何关系，，得出灵敏系数的校验在最小方式下，在35kV侧发生两相短路时短路电流（变压器二次侧，互感器一次侧）由第四部分查表可得=3152.001A，互感器二次侧的电流=26.267A。可以得到灵敏系数=2.189按照系统设计要求，灵敏系数不应低于2，本纵差保护的系数值大于2，所以整定值符合设计要求。低电压起动的过电流保护考虑到负载主要为电动机负载，且列车开停很频繁，所以采用低电压起动的过电流保护。当电流元件与电压元件同时动作后，才能启动时间继电器，经过预定的延时后启动出口中间继电器跳开变压器两侧的断路器。另外说明，此过电流保护装在变压器的基本侧，即二次侧。整定值的计算由于低电压元件的存在，电流元件的整定值可以不考虑可能出现的最大负荷电流，而是按大于变压器的额定电流整定，即=693.922A其中,继电器的整定值=5.783A低电压元件的起动值按躲开正常运行时二次侧可能出现的最低工作电压，且考虑外部故障切除后电动机自启动的过程中它必须返回来整定，通常采用=25.9kV灵敏度的校验根据整定结果，需要分别校验电压和电流的灵敏度。电流元件的灵敏度：=4.542电压元件的灵敏度：=10.504（注：这里由于无法获知35kV母线短路时，变压器低压侧到母线的那段电缆阻抗值，所以这里只能大致估算，用110kV处的电缆参数代替，可以得到）灵敏度校验均符合的要求。动作时限单侧电源的的双绕组降压变压器，在低压侧设两段时限，以断开低压母线分段断路器（为低压侧馈线配合段保护动作时间）；以断开变压器低压侧断路器。取0.5，则得到，。热过负荷保护采用120%热过负荷保护，此时符合的大小由电流值反应，所以整定方法和原理和过电流保护类似。区别的地方，对于单侧电源的降压变压器，过负荷保护装在高压侧，所以需要利用一次侧的电流值和互感器变比计算。整定值的计算最大允许持续电流=189.778ACT二次侧的整定值=5.478Ak因数为1.2。启动电流的估计由于电机启动时，需要短时闭锁热过负荷保护以排除可能出现的大电流。其计算公式如下：在综合了相关材料之后，这里确定电动机负载的自启动系数，所以启动电流=316.296A。CT二次侧的整定值=9.131A动作时限一般变压器都有一定的过载运行能力，根据理论和经验，一般时限设为5~10，也可以采取反时限特性，即动作时限随着电流（负荷）的增加而变短，具体曲线和方法在后续章节讨论。接地电流保护在中性点直接接地系统中，接地短路是常见的故障形式，所以处于该系统中的变压器要装设接地（零序）保护，以反映变压器高压绕组、引出线上的接地短路，并作为变压器主保护和相邻母线、线路接地保护的后备保护。整定值的计算=5630.4A其中， 为分支系数，单线情况下取1在本系统中，由于主变压器的中性点直接接地，所以选择中性点上接CT的方法来判定接地故障。中性点上连接的CT变比选择1200/5，则继电器的整定值为=23.46A动作时限保护动作时间比出现零序电流保护的后备段大出一个，表示为。取为0.5，则。保护选型选型原则概述(1)保护监控配置保护监控装置必须满足国家颁发的继电保护及安全自动装置通用技术条件。对于110kV及以下变电站保护监控，宜选用保护、测量、控制、信号为一体的"四合一"保护测控装置；对于220kV及以上变电站保护监控，宜选用保护、监控独立装置，因为220kV及以上变电站设备保护要求双重化配置。(2)环境要求由于微机保护监控装置要下放到间隔层设备附近安装（如高压开关柜），故要求保护监控装置适应现场恶劣环境（如潮湿、温度、灰尘、有害气体等），尤其是环境温度,如果保护监控装置不适应环境温度要求，微机保护装置误跳闸、误发信号的情况时有发生。保护监控装置适应环境温度必须达到-15℃～+55℃。温度范围越宽，装置适应环境能力越强。(3)装置结构要求选用全密封结构和背插式结构，以提高装置对辐射电磁场干扰、静电干扰的抗干扰能力。(4)装置电源由于微机保护监控装置电源对保护装置可靠性十分重要，要求电源范围必须达到-20%～+10%，纹波系数小于5%，且电源功率足够。电源范围越宽，装置性能越强。如果装置电源范围不满足要求，保护装置误动、拒动、通信掉网等情况时有发生。(5)装置耐压绝缘性能所有印制板插件在不拔出条件下，均应具有较高绝缘水平和较高耐压水平。正常情况下，耐压性能：交流回路对地2Kv/1min，直流回路对地1Kv/1min，开路回路对地、通信回路对地0.5Kv/1min，装置回路对地1.5Kv/1min；湿热情况下为上述指标的75%。绝缘性能：交直流回路选用开路电压1000V摇表，开路回路选用500V绝缘遥表进行绝缘测试。一般情况下，装置耐压水平和绝缘水平越高保护监控装置性能越好,抗干扰性能越好,保护监控装置越能长期可靠运行。(6)装置跳闸出口跳闸出口最好为独立出口，带独立信号，具有独立遥控跳合闸执行继电器，以提高保护监控装置可靠性和符合我国运行习惯。因为保护监控装置跳闸出口为一综合出口，如果出口继电器故障，保护原理不论怎样全面，均无济于事。(7)分散式原则对110kV及以上电压等级和发电机、主变压器等设备的保护监控、保护测控应独立配置,保护应按功能分散配置，独立配置保护单元。如一台110kV主变压器保护测控、差动保护为一个保护单元，后备保护按一侧设计为一个保护测控单元，非电量一个保护单元。因为采用此种设计原则，不会出现因一台装置故障，而使变压器失去保护，可以降低事故风险。(8)硬件标准化一个变电站所有保护监控装置硬件必须标准化，且完全可以互换，保护测控装置机械结构开孔尺寸应当完全统一，有利于使用者运行维护，减少备品备件。(9)供电电源保护监控装置供电电源选用DC220V，以提高抗干扰性能。(10)抗干扰问题具有抗共模、差模、静电、辐射电磁场、快速瞬变、谐波等干扰能力，不需外加抗干扰端子。7UT612数字式保护介绍在数字式保护实现上，我们采用SEIMENS公司的7UT612，它提供了从测量回路到继电器输出所有功能的全数字化处理。其特点主要有：采用高性能32位微处理器系统，全数字化处理与控制采用全封闭标准结构模式，较强的抗高频电磁干扰和振动所有的保护功能具有通用和标准化概念可通过时间同步信号（DCF77、IRIG-B）、二进制、系统对时口等方式对时可采用多种通信接口，可以采用多种通信规约其可以实现的保护功能主要有：带二次谐波制动的相电流比率差动保护和零序电流比率差动保护相、地电流和零、负序电流的瞬时和延时过流保护以及反时限保护热过负荷保护及不平衡负荷保护断路器失灵保护跳闸回路监视模拟输入量测量输入单元“MI”把得自CT的电流变换成能在装置内处理的内部信号电平。装置内有八个电流输入。图6.1数字差动保护7TU612的硬件结构在保护区域内的每一端均配有3个电流输入，另外的电流输入（I7）可用于其它电流测量，如零序CT。电流输入I8用于小电流检测，如油箱的泄漏电流。模拟/数字转换器组“AD”包括放大器、模拟/数字转换器和存贮器模块，存贮器模块把数据传送到微处理器系统“μC”。微处理器系统除了处理测量值，微处理器系统“μC”还能执行保护和控制功能。特别包括以下功能：−测量信号的过滤和整理−测量信号的持续监视−每一个保护功能启动条件的监视−测量信号整理，例根据变压器接线组别的电流变换和调整电流大小−差动电流和制动电流的构成−相电流的频率分析−被保护设备的电流实际值和温度计算−门槛值和时间序列查询−逻辑功能的信号处理−跳闸命令决定−故障信息存执、故障发布和故障录波−操作系统和相关功能管理，如日期、时间、通讯和接口等。二进制输入和输出微处理器系统通过二进制输入，如远方复位和闭锁命令，得到额外信息。“μC”通过输出接点发布信息给外部，包括跳闸命令给断路器和把重要信息给远方告警系统。面板元件在前面板上的发光二极管(LEDs)和显示屏(LCD)提供诸如测量值、相关事件或故障、状态和7UT612的功能状态。串口前面板的操作串口提供了7UT612和个人电脑间的通讯。装置所有功能可使用SIPROTEC®4的操作程序DIGSI®4方便地操作。辅助电源7UT612带有各种通用的辅助电源。在辅助电源系统发生的短路产生的暂态可通过电容器桥接。纵联差动主保护单元我们选用上一节介绍的7UT612数字数保护，差动保护也是该装置的主要特色。根据选型配置的原则，虽然该装置集成了差动和过电流等后备保护，但基于分散式的原则，主保护单元的装置7UT612仅用于差动主保护。差动保护基本原理差动保护基于电流比较。在正常工作情况下，保护设备两侧（图6.2）总是流过是同样的电流i(虚线)，此电流从保护区域的一端流入，从另一端流出。电流符号差别是本区域内的故障明显指示。如果实际CT变比一样，在线路端的CT1和CT2可连接成带有二次电流I的回路；测量元件M连接在电气平衡点，在正常工作情况下保持零电流。图6.2两侧差动保护基本原理当故障发生在变压器限制的区域内，电流I1+I2成比例于由从两侧产生的故障电流i1+i2，流入到测量元件。结果是，图6.2所示单回路确保保护可靠跳闸，如果进入保护区的故障电流足够大可使测量元件M响应。制动电流当外部故障发生时，会有大电流流过保护区，在饱和情况下，由CT1和CT2的磁特性的差异产生的电流会流入测量元件M。如果此电流大于门槛值，保护发出跳闸信号。制动电流防止误动作。在用于两端保护设备的差动保护系统中，制动电流从电流差值|I1–I2|或算术和|I1|+|I2|得到。两种方法在制动特性上是相等的。7UT612使用后一中方法。提供以下定义：跳闸作用或差动电流稳定或制动电流容易得出，内部故障时，其情形如图6.3中的直线D。图6.3差动保护的动作特性和故障特性外部故障附加制动由大故障电流引起的CT饱和，和/或长系统时间常数无法判别为内部故障（在保护区域内故障），因为在差流和制动电流中发现同样程度的测量值失真。图6.3中的虚线举例说明瞬时量的形成，在穿越电流引起一侧CT饱和期间。外部故障期间的CT饱和用最初的大制动电流检测，动作点暂时移动到"Add-onstabilization"区（图6.3）。在故障开始后的第一个四分之一周波内，决定CT是否饱和。动保护在可调整的时间内闭锁。谐波制动当投入空载变压器或并联电抗器在带电母线上时，会产生涌流。此涌流产生差值，类似于故障电流。当变压器并列，或变压器过激磁，由于电压增加和/或频率减少产生的磁化电流会产生差值。涌流为额定电流的倍数，并由二次谐波描述特性，二次谐波在断路故障时不存在。如果二次谐波电流超过门槛值，则跳闸闭锁。启动时增加启动值启动值的增加特别适合于电动机。相对于变压器的涌流，电动机的涌流是穿越电流。如果在通电前，CT有不同的剩磁，会出现差流。因此CT在它们磁滞作用的不同运行点被通电。尽管差流通常很小，如果差动保护设置的非常灵敏，也是有害的。图6.4启动时启动值的增加跳闸特性图6.5解说明了差动保护的全部跳闸特性。分支a代表了差动保护的灵敏门槛值（定值I-DIFF>)和假设不变的误差电流，如磁化电流。分支b考虑了电流比例误差，此误差来自主CT、继电器CT的转换误差，或由电压调整器的分接头位置产生的错误电流。在可能增加CT饱和的大电流范围内，分支c产生更多的制动。差动电力大于分支d产生立即跳闸，不管制动量和谐波分量的大小（定值I-DIFF>>)。这是"大电流故障不带制动的快速跳闸"区域。图6.5差动保护跳闸特性图6.6差动保护跳闸逻辑整定功能参数表6.1差动保护整定功能参数表地址整定名称整定选项整定值注释1201DIFF.PROTOFFONBlockrelayfortripcommandsON差动保护1205INC.CHAR.STARTOFFONON启动时增加启动值1206INRUSH2.HARMOFFONON二次谐波涌流制动1207RESTR.n.HARM.OFF3.Harmonic5.Harmonic3.Harmonicn次谐波制动1208I-DIFF>MONOFFONON差动电流监视1210I>CURR.GUARD0.20..2.00I/InO;00.00I/InO出线电流监视1211ADIFFw.IE1-MEASNOYESNO差动保护带接地电流S11211ADIFFw.IE2-MEASNOYESNO差动保护带接地电流S21221I-DIFF>0.05..2.00I/InO0.25I/InO差动保护启动值1226ATI-DIFF>0.00..60.00sec0.00sec差动保护I-DIFF>延时1231I-DIFF>>0.5..35.0I/InO;∞8I/InO差动保护高定值段启动1241ASLOPE10.10..0.500.34跳闸特性斜率11242ABASEPOINT10.00..2.00I/InO0.27I/InO特性斜率1的基点1243ASLOPE20.25..0.950.80跳闸特性斜率21244ABASEPOINT20.00..10.00I/InO7.90I/InO特性斜率2的基点基于电流的后备保护单元基于电流的后备保护包括了带低电压闭锁的过电流保护、针对变压器的过负荷保护以及接地短路保护。根据分散式的原则，用另一套7UT612搭建如下的几个后备保护。相过流保护在7UT612中，相间过电流的整定值用值I>>表示，检测并报告超过启动值的电流。当相应的延时TI>>或T3I0>>期满，发跳闸命令。图6.7相电流保护逻辑图在7UT612中，也有专门的地址用来整定相间过电流功能参数。具体整定功能参数表6.2。表6.2相间过电流整定功能参数表地址整定名称整定选项整定值（5A）注释2001PHASEO/CONOFFON相过流2002InRushRest.PhONOFFOFF相过流的涌流制动2011I>>0.10..35.00A;∞5.78AI>>启动值2012TI>>0.00..60.00sec;∞1.00secI>>延时2024TOCDROP-OUTInstantaneousDiskEmulationDiskEmulationTOC返回特性接地过流保护其原理和特性与相间过电流类似，均为过量保护。对于本系统，变压器中性点接地，所以在变压器中性点和接地极之间安装CT检测接地电流。在输入I7测量的电流与整定值IE>>比较。检测并报告超过启动值的电流。当相应的延时TIE>>期满，发跳闸命令。对电流>0.3IN，复位值大约低于启动值的5%。图6.8接地电流保护逻辑图图中I7接地电流的CT二次侧的输入值表6.3接地过流整定功能参数表地址整定名称整定选项整定值（5A）注释2401EARTHO/CONOFFON接地过流2402InRushRestEarthONOFFOFF接地过流的涌流制动2408AIEMAN.CLOSEI>>instantaneouslyI>instantaneouslyIpinstantaneouslyInactiveI>>instantaneously人工合闸过流模式2411IE>>0.10..35.00A;∞23.46AIE>>启动值2412TIE>>0.00..60.00sec;∞1.00secIE>>延时2424TOCDROP-OUTInstantaneousDiskEmulationDiskEmulationTOC返回特性过负荷保护热过负荷保护防止了保护设备由热过负荷产生的损害，特别用于变压器、旋转机械、电抗器和电缆。7UT612中使用两种过负荷检测方法：根据IEC60255-8，使用热模型计算过负荷根据IEC60354，计算热点温度和测定老化率实现原理本系统采用比较简单的第一种检测方法。根据热单体模型计算温度升高，象下面的热微分等式：其中Θ–当前有效的温度升高，参考最大允许相电流kINobj的最终温升τth–加热的热时间常数k–k–因数，指定最大允许持续电流，参考保护设备的额定电流I–当前有效电流值RMSINobj–保护设备的额定电流此等式在稳态条件下是e的函数，其渐进线显示了最终温升Θend。当温升达到第一个整定的温度门槛值Θalarm时，其值低于最终的温升，给出告警信号为了允许及早地减少负荷。当第二个温度门槛值，即最终温升或跳闸温度达到时，保护设备从系统中断开。过负荷也可设置为Alarmonly。在这种情况下，当最终温升达到时，仅输出告警信号。在热模型中，从相电流的平方可分别计算每相的温度升高。保证了真实值测量和谐波的影响。三相中计算出最大的温度升高决定门槛值的评估。最大持续的热过负荷电流已由第五章整定值的计算给出。另外，除热告警段外，过负荷保护也包括电流过负荷告警段Ialarm，能够对即将到来的过负荷电流输出早期告警，即使温升还未到达告警或跳闸的温升值。电动机启动识别针对本线路负荷多为电动机，当电力机械启动时，由热模型计算的温升可能超过告警温升，甚至超过跳闸温升。为避免告警或跳闸，获得启动电流，并且得自其的温升增加被禁止。这意味着当检测到启动电流时，计算温升保持常数。图6.9热过负荷保护逻辑图k-因数保护设备的额定电流作为检测过负荷的基本电流。定值k在地址4202K-FANTOR.处设置。由允许最大让持续电流和额定电流的关系决定：由第四章，热模型的时间常数τ热时间常数τth在地址4203TIMECONSTANT处设置。计算方法如下：1–s电流1–s电流由于没有直接提供，所以只能根据经验值，确定。值的确定由公式确定，可以得到=70%表6.4热过负荷保护整定功能参数表地址整定名称整定选项整定值（5A）注释4201Ther.OVERLOADOFFONAlarmOnlyAlarmOnly热过负荷保护4202K-FACTOR0.10..4.001.20K-因数4203TIMECONSTANT1.0..999.9min30.0min时间常数4204ΘALARM50..100%70%热告警段4205IALARM0.50..20.00A5.48A电流过负荷告警整定点4209AIMOTORSTART3.00..50.00A;∞9.13A电动机启动时的启动电流非电气量保护单元非电气量保护包括作为主保护的瓦斯保护以及作为后备保护的温度保护，两者都需要借助非电气量继电器实现。在保护选型上，我们组选用南瑞继保电气有限公司的专门针对110kV及以下的变压器非电量保护集成模块RCS-9661B，该保护模块可以实现包括瓦斯、油温、压力、油位等多个参量的记录和处理，本次设计只用到其中的瓦斯保护和油温度保护。瓦斯保护变压器油箱内发生任何一种故障时，由于短路电流和短路点电弧的作用，将使变压器油及其他绝缘材料因受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们就要从油箱流向油枕的上部，当故障严重时，油会迅速膨胀并有大量气体产生，此时，会有强烈的油流和气流冲向油枕的上部。利用油箱内部故障时的这一特点构成的保护称之为瓦斯保护。气体（瓦斯）继电器瓦斯保护是利用安装在变压器油箱与油枕之间的连接管道中的气体继电器构成的，变压器油箱内部故障时，故障点电流和电弧将使变压器油及其它绝缘材料因局部受热而分解产生气体（瓦斯气体），气体从油箱经连接管流向油枕的上部。如图6.10所示：图6.10气体继电器安装示意图以QJ1—80型气体继电器为例，分为轻瓦斯和重瓦斯两种。轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳闸，如图6.11所示：图6.11QJ1-80型继电器结构图定值整定轻瓦斯定值一般为：250mL~350mL（集聚气体数量），若轻瓦斯不满足要求，可以调节开口杯背后的重锤改变开口杯的平衡来满足要求。重瓦斯定值一般为：1.0~2.0m/s（油速整定），若重瓦斯不满足要求，可以通过调节指针弹簧改变挡板的强度来满足需求。温度保护变压器的温度保护是一种检测变压器油温变化作出系统故障判断，并发出告警或者跳闸信号的非电量保护，作为变压器非电量的后备保护，可以很好的保护变压器内部因油温过高导致的参数及绝缘性能的变化。温度继电器变压器油温的监视采用温度继电器，是一种非电量继电器。常用的电触头压力式温度继电器由受热元件(传感器)1、温度计3及附件组成，是按流体压力原理工作的。图6.12温度继电器结构图工作原理当变压器油温升高时，受热元件1发热升高使铜质连接管2中的液体膨胀，温度计3中的压力增大，可动指针4向指示温度升高的方向转动。可动指针4与事先定位的黄色指针5接触时，发出预告信号并开启变压器冷却风扇。如经强迫风冷后变压器油温降低，则可动指针4逆时针转动，信号和电扇工作停止；反之，如果变压器油温继续升高，可动指针4顺时针转动到与红色定位指针6接触，这时为避免事故发生而接通断路器跳闸回路，使断路器跳闸，切除变压器，并发出音响灯光信号。RCS-9661B非电量逻辑图图6.13RCS-9661B非电量逻辑图可以看到，装置对从变压器本体来的非电量接点（如瓦斯、油温度）重动后发出中央信号、远动信号，并送给本装置的CPU作为事件记录，其中中央信号磁保持。需要直接跳闸的则另外起动本装置的跳闸继电器。接线图电量保护接线图电量保护由于采用7UT612集成化的模块实现，所以主接线图参照7UT612的USER_MANUAL连接方式，如图7.1。图7.1电量保护接线图纵联差动保护图7.1中Side1侧和Side2侧连入7UT612保护模块，共同构成了本系统的差动保护接线图