pcs778微机变压器成套保护装置技术书正文大学毕设论文.doc

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1、 PCS-778微机变压器成套保护装置目 录1装置概述11.1装置名称和软件版本定义11.2保护配置11.3典型应用配置31.4主要性能特点51.5硬件原理图62技术参数72.1额定电气参数72.2功耗72.3保护回路过载能力72.4机械及环境参数72.5主要技术指标72.5.1动作时间72.5.2定值精度82.5.3输出接点容量82.5.4实时时钟82.5.5电磁兼容83保护接线93.1 TA接线原则及其平衡93.2 交流量输入93.2.1五组三相电流93.2.2三组零序电流93.2.3三组三相电压93.2.4三组零序电压94保护原理114.1装置起动元件114.1.1比率差动起动114.1

2、.2工频变化量差动起动114.1.3 零序差动起动114.1.4 高压侧和中压侧后备保护起动114.1.5 低压侧后备保护起动114.1.6 公共绕组后备保护起动114.2差动速断124.3比率差动保护124.3.1 动作方程124.3.2 励磁涌流闭锁原理134.3.3 过激磁（电压）闭锁原理134.3.4比率差动逻辑图144.4工频变化量差动保护144.4.1 动作判据144.4.2 工频变化量比率差动逻辑框图154.5采样值差动保护154.5.1 动作方程164.5.2 采样值差动逻辑框图174.6零序比率差动保护174.6.1 动作方程174.6.2 TA暂态特性不同导致的零序比率差动

3、误动的闭锁措施184.6.3 零序差动保护逻辑框图184.7差动保护的其他保护元件184.7.1 差流越限监视184.7.2 零序差流越限监视184.7.3 TA断线告警及闭锁差动保护184.7.4 TA饱和闭锁194.8 过激磁保护194.8.1 定时限过激磁保护194.8.2 过激磁反时限保护204.8.3 过激磁保护逻辑框图214.9高中压侧后备保护214.9.1 相间阻抗保护214.9.2 复压闭锁过流保护234.9.3零序过流保护（接地保护）254.9.4 中性点不接地保护264.9.5 过负荷保护276.9.6 非全相保护274.9.7 失灵保护284.9.8 TV断线判别元件28

4、4.9.9 TA断线判别284.10 低压侧后备保护284.10.1 复合相间过流保护284.10.2 零序过压保护（接地保护）304.10.3 其它异常保护304.11公共绕组后备保护305辅助功能325.1跳闸出口325.2信号接点输出325.2.1跳闸信号325.2.2告警信号325.3事故分析335.3.1保护动作事件记录335.3.2 故障起动记录345.3.3 故障录波记录355.3.4 保护投退装置运行开入记录356定值清单及整定说明376.1装置的系统参数376.2变压器主保护定值376.3过激磁保护定值376.4高压侧后备保护定值386.5中压侧后备保护定值406.6低压侧后

5、备保护定值416.7公共绕组后备保护定值426.8定值表相关说明427 装置使用447.1面板使用说明447.1.1键盘说明447.1.2光字牌信号灯说明447.1.3操作小孔说明457.2菜单操作与显示457.2.1装置正常运行时显示457.2.2装置的菜单界面467.3自检信息508 装置接线与安装529装置调试与投运539.1调试资料准备539.2试验仪器539.3通电前检查539.4上电检查539.5定值整定说明539.6整机调试549.6.1交流量调试549.6.2输入开入量调试549.6.3输出开关量调试549.6.4保护功能调试559.6.5通信功能调试559.6.6打印功能调试

6、559.6.7调试功能结束559.7注意事项559.7.1装置定检559.7.2投入运行与操作569.7.3常见故障及相应措施569.7.4事故处理5810订货须知59附录A PCS-778变压器保护装置的差动保护整定计算601比率差动601.1差流TA平衡系数计算601.2差动电流起动定值Icdqd的整定611.3制动特性拐点电流Ires.o的选取611.4比率制动系数的整定611.5比率差动保护灵敏系数的计算621.6谐波制动比整定621.7差动速断保护622零序比率差动622.1零差各侧平衡系数计算622.2零序电流起动定值I0cdqd的整定632.3零差比率差动保护灵敏系数的计算63附

7、录B PCS-778变压器保护装置的后备保护整定计算641低阻抗保护642复合电压闭锁方向过流652.1复合电压起动过电流保护652.2相间故障后备保护方向元件的整定663变压器接地运行后备保护663.1零序电流继电器的整定663.2零序电流继电器的灵敏系数校验674变压器不接地运行后备保护674.1零序过电压继电器的整定674.2间隙零序过电流继电器的整定675自耦变压器的中性点零序电流保护675.1自耦变压器中性点零序过电流保护整定计算675.2零序电流继电器的灵敏系数校验68附录C PCS-778变压器微机保护装置通讯说明691定值和交流量通讯说明692故障报告说明693自检报文说明70

8、4保护开关量说明705故障录波实际通道序号表(ACC) 说明70 【附图1】PCS-778装置端子排接线图【附图2】PCS-778装置开入开出端子排接线图【附图3】PCS-778装置交流端子接线图【附图4】PCS-778装置保护逻辑图（）【附图5】PCS-778装置保护逻辑图（二）【附图6】PCS-778装置正面布置及柜上安装开孔图【附图7】PCS-778装置跳闸接点说明【附图8】PCS-778装置信号继电器接点说明深圳南京自动化研究所 深圳南瑞科技有限公司 第 72 页 1装置概述PCS-778微机变压器成套保护主要适用于500kV及以下各种电压等级的变压器。它集成一台变压器全套电量保护，主

9、保护和后备保护共用一组TA。可满足各种电压等级变压器的双套主保护和双套后备保护完全独立的配置要求。满足变电站综合自动化系统的要求。1.1装置名称和软件版本定义其中的变压器接线方式含义如下： 表2.1变压器接线方式接线方式XY/Y/Y/Y-12-12-12GY/Y/Y/-12-12-11AY/Y/-12-11-11BY/Y/Y/-12-12-1CY/Y/-12-1-1DY/-11-11-11EY/-1-1-1F注：变压器接线方式中第一侧对应高压侧1支路，第二侧对应高压侧2支路（或旁路），第三侧对应中压侧，第四侧对应低压侧。变压器接线方式由保护软件处理，与装置硬件无关。装置出厂后，对应某一装置的具

10、体软件名称及版本号可在装置的查看菜单中查看到。1.2保护配置本装置集成了一台主变的全套电量保护，主保护和后备保护共用一组TA和TV。PCS-778保护配置如表1.1所示，每项功能均可通过整定或投退压板分别投退。表1.1 PCS-778保护配置表保护类型段数每段时限数备注主保护差动速断保护采样值差动保护比率差动保护工频变化量比率差动保护零序比率差动保护主要针对自耦变差流越限告警零序差流越限告警主要针对自耦变TA断线告警及闭锁差动保护过激磁过激磁定时限21过激磁反时限 过激磁定时限告警11高压侧阻抗保护12阻抗保护退出过流保护11复压过流保护22I、II段都可经复压闭锁和方向闭锁零序过流保护22I

11、段可经方向闭锁，I、II段都可经谐波闭锁零序过压保护12间隙过流保护12非全相保护11提供2个支路失灵保护11提供2个支路过负荷告警11告警过负荷启动风冷31过负荷闭锁有载调压11中压侧阻抗保护12阻抗保护退出过流保护11复压过流保护22I、II段都可经复压闭锁和方向闭锁零序过流保护22I段可经方向闭锁，I、II段都可经谐波闭锁零序过压保护12间隙过流保护12非全相保护11失灵保护11过负荷告警11告警过负荷启动风冷11低压侧复合过流保护22I、II段都可经低压闭锁和方向闭锁零序过压保护12过负荷告警11告警过负荷启动风冷11公共绕组零序过流保护11可经谐波闭锁过负荷告警11告警过负荷启动风冷

12、111.3典型应用配置装置考虑了500kV220kV各种（自耦）变压器保护最大配置要求。高压侧和中压侧后备保护完全相同，可用于500kV侧和220kV侧的后备保护。图1.1、1.2为装置在三卷变和自耦变保护中的典型应用，具体接线方式参考实际应用。1.4主要性能特点l 高性能的数字滤波算法：装置采样率为每周波24点，采用全周傅氏算法。装置在较高采样率的前提下，保证在故障全过程对所有继电器的实时计算，使得装置具有很高的固有可靠性和及时动作速度。l 独立的起动元件：装置的两个DSP板互为起动，起动元件动作后开放相应的出口继电器正电源；同时针对不同的保护用不同的起动元件，CPU板各保护动作元件只有在其

13、相应的起动元件动作后才能出口跳闸。l 变压器差动各侧电流的自动平衡补偿：变压器各侧TA二次电流相位由软件自动调整，各侧电流平衡系数调整范围为0.254倍。装置采用Y变换调整差流平衡，便于明确区分涌流和故障的特征，大大加快保护的动作速度。l 完善的稳态差动保护配置：本装置稳态差动保护由差动电流速断保护和比率差动保护组成。比率差动动作特性采用三折线，励磁涌流闭锁判据采用本公司独创的二次谐波复合制动原理。采用差动电流五次谐波进行过激磁闭锁。装置独特的TA深度饱和判据措施可有效防止在TA深度饱和时差动保护的误动。l 高灵敏的工频变化量比率差动：工频变化量比率差动保护完全反映差动电流和制动电流的变化量，

14、不受变压器正常运行时负荷电流的影响，具有很高的检测变压器内部小电流故障（如中性点附近的单相接地以及相间短路，轻微匝间短路）能力。l 独特的采样值差动：采样值差动本身具备识别励磁涌流和外部故障TA饱和的能力，不需要另外附加励磁涌流判据，同时其数据窗为小于一个周波的短窗，故可以实现大多数变压器内部故障的快速切除。l 完备的零序比率差动：对于自耦变压器，单相接地是其主要故障形式之一，加装零序差动保护将提高自耦变压器内部接地短路的灵敏度。其各侧零序电流均由装置自产得到，各侧TA二次零序电流由软件自动进行平衡调整。同时采用了非全相差流等措施来避免涌流和和应涌流等因素导致的零序比率差动误动。l 完备的TA

15、断线、短路闭锁与报警功能：采用可靠的TA断线和短路闭锁功能，保证装置在TA断线、短路及交流采样回路故障时不误动。l 先进的TA饱和闭锁技术：采用可靠的TA饱和闭锁功能，保证装置在TA深度饱和时不误动。l 配置完善的过激磁保护：装置设有定时限过激磁和反时限过激磁保护。其中定时限过激磁有两段跳闸定值和一段报警定值。反时限过激磁则通过对给定的反时限动作特性曲线进行线性化处理，在计算得到过激磁倍数后，采用分段线性插值求出对应的动作时间值，实现反时限。给定的反时限动作特性曲线由输入的十组定值得到。反时限过激磁保护的动作特性能与不同的变压器过励曲线进行配合。l 灵活完善的后备保护： 各侧后备保护考虑最大配

16、置要求，其动作元件跳闸出口可以整定，适用于各种跳闸方式。TV断线时阻抗保护退出，通过整定控制字可投入一段过流保护作为后备保护跳变压器各侧开关。为了防止变压器和应涌流对零序过流保护的影响，设有谐波闭锁功能。l 完善的事故分析功能：装置具有完善的记录包括保护事件记录、起动记录、录波记录、保护投退记录、装置运行记录、开入记录，装置还保护逻辑透明化分析功能。l 完美的人机界面：正常时，液晶显示时间，变压器的主接线，各侧电流、电压大小，以及差流大小。键盘操作简单，采用菜单方式，仅有六个按键，易于学习掌握。人机对话中所有的菜单均为简体汉字，打印的报告也为简体汉字，使用方便。l 强大的通信功能：装置内部数据

17、交换采用电流环接口，不同功能模块隔离供电，保证装置部分模块发生故障时不会影响其他模块的正常工作。装置对外提供的通信接口有：两个TCP/IP以太网接口，两个RS485口，一个串行打印口，一路GPS接口（差分输入或空节点输入）。通信规约采用电力行业标准-IEC 60870-5-103规约。1.5硬件原理图本装置采用了三CPU插件，MCPU（管理板）、BCPU（主保护板）、PCPU（后备保护板），其中MCPU板采用32位RICS微处理器，BCPU和PCPU板采用32位浮点DSP处理器。 BCPU和PCPU插件的数据采集回路完全独立，通过串行通信与MCPU交换信息，通信不影响保护行为。装置的整定、调试

18、等操作以及工况查看、保护动作和自诊断信息显示，均通过串行通信由MCPU完成。MCPU带有320240点阵汉字液晶显示屏，操作界面友好简捷。装置充分发挥微机保护的优越性，具有丰富的辅助功能。图1.3 PCS-778装置硬件原理框图2技术参数2.1额定电气参数频率：50Hz或60Hz交流电压：100V或100 V交流电流：5A或1A直流工作电源：220V/110V，允许偏差：-20+15数字系统工作电压：+5V，允许偏差：0.15V继电器回路工作电压：+24V，允许偏差：2V2.2功耗交流电流回路：In=5A,每相不大于1VA In=1A,每相不大于0.5VA直流电源回路：正常工作时，全装置不大于

19、35W 跳闸动作时，全装置不大于50W2.3保护回路过载能力交流电流回路：2倍额定电流，连续工作（大于1min） 10倍额定电流，允许10s 40倍额定电流，允许2s直流电源回路：80115%额定电压，连续工作 装置经受上述的过载电压/电流后，绝缘性能不下降。2.4机械及环境参数机箱结构尺寸：482.6mm265.9mm270mm环境温度 正常工作温度： -5 +40 极限工作温度：-10 +55 贮存及运输： -25 +702.5主要技术指标2.5.1动作时间 差动速断： 15ms（2倍整定值） 比率差动： 26ms(5%匝间故障) 工频变化量比率差动：26ms(2.5%匝间故障) 采样值差

20、动： 22ms(2倍整定值) 零序比率差动： 26ms(2倍整定值)2.5.2定值精度 电流定值误差：5% 电压定值误差：5% 阻抗定值误差：5% 时间定值误差：1%整定值装置定值整定范围和步长见表6.16.5。2.5.3输出接点容量装置出口和信号接点单接点时最大允许接通功率为150W或1250VA,最大允许长期接通电流5A，多付接点并联时接通功率和电流可以适当提高。两种方式下接点均不允许断弧。2.5.4实时时钟掉电不停计时的实时时钟。该实时时钟具备万年历功能，能接收微机监控系统的校时。装置内部实时时钟在装置掉电时自动切换为由时钟芯片内部锂电池供电，在电池无短路及其它异常情况下，后备电池工作时

21、间不少于10年。 BCPU和PCPU时钟严格与MCPU同步，误差不超过5ms。2.5.5电磁兼容幅射电磁场干扰试验符合国标：GB/T14598.9 的规定快速瞬变干扰试验符合国标：GB/T14598.10的规定静电放电试验符合国标： GB/T14598.14 的规定脉冲群干扰试验符合国标：GB/T14598.13的规定3保护接线3.1 TA接线原则及其平衡 表3.1 CT二次电流UD转换方程11点钟接线1点钟接线Iab=Ia-IbIbc=Ib-IcIca=Ic-IaIac=Ia-IcIba=Ib-IaIcb=Ic-Ib为简化现场接线，改善涌流制动特性（相电流涌流制动特性），本装置要求变压器各侧

22、TA均按U形接线，并要求各侧TA均按相同极性接入，即各侧电流均以流入（或流出）变压器为正方向。装置内部对变压器U形侧的电流进行相位校正，见表3.1，其效果与将TA按D形接线完全相同，相量图见图3.1。本装置对变压器各侧TA变比不一致进行调整，即每侧设置一个TA变比调整系数，装置采集的电流量乘以该系数即为TA变比调整后得到的量，无需外接辅助TA，与使用硬件回路调整相比，可靠性更高。本装置只需要将变压器相关参数输入（见表6.1）就可以自动得到各侧TA调节系数。3.2 交流量输入3.2.1五组三相电流包括高压侧1支路、高压侧2支路（或高压侧旁路）、中压侧、低压侧和公共绕组电流（针对自耦变）。3.2.

23、2三组零序电流包括高压侧间隙电流、中压侧的间隙电流和公共绕组零序电流（针对自耦变）。3.2.3三组三相电压包括高压侧、中压侧和低压侧的电压。3.2.4三组零序电压包括高压侧、中压侧和低压侧的零序电压。装置显示和计算的差流见表3.2中，高压侧1支路、高压侧2支路、中压侧、低压侧分别以下标H1、H2、M和L表示。 表3.2 三相差流和制动电流计算公式接线方式差 动 电 流制 动 电 流Y/Y/Y/Y-12-12-12 Ida=IH1a+IH2a+IMa+ILa Idb=IH1b+IH2b+IMb+ILb Idc=IH1c+IH2c+IMc+IlcIRa=(|IH1a|+|IH2a|+|IMa|+|

24、ILa|)/2IRb=(|IH1b|+|IH2b|+|IMb|+|ILb|)/2IRc=(|IH1c|+|IH2c|+|IMc|-|ILc|)/2Y/Y/Y/-12-12-11 Ida=IH1ab+IH2ab+IMab+ILa Idb=IH1bc+IH2bc+IMbc+ILb Idc=IH1ca+IH2ca+IMca+Ilc IRa=(|IH1ab|+|IH2ab|+|IMab|+|ILa|)/2 IRb=(|IH1bc|+|IH2bc|+|IMbc|+|ILb|)/2 IRc=(|IH1ca|+|IH2ca|+|IMca|+|ILc|)/2Y/Y/-12-11-11 Ida=IH1ab+IH

25、2ab+IMa+ILa Idb=IH1bc+IH2bc+IMb+ILb Idc=IH1ca+IH2ca+IMc+Ilc IRa=(|IH1ab|+|IH2ab|+|IMa|+|ILa|)/2 IRb=(|IH1bc|+|IH2bc|+|IMb|+|ILb|)/2 IRc=(|IH1ca|+|IH2ca|+|IMc|+|ILc|)/2Y/Y/Y/-12-12-1 Ida=IH1ac+IH2ac+Imac+ILa Idb=IH1ba+IH2ba+IMba+ILb Idc=IH1cb+IH2cb+IMcb+Ilc IRa=(|IH1ac|+|IH2ac|+|IMac|+|ILa|)/2 IRb=(|

26、IH1ba|+|IH2ba|+|IMba|+|ILb|)/2 IRc=(|IH1cb|+|IH2cb|+|IMcb|+|ILc|)/2Y/Y/-12-1-1 Ida=IH1ac+IH2ac+Ima+ILa Idb=IH1ba+IH2ba+Imb+ILb Idc=IH1cb+IH2cb+IMc+Ilc IRa=(|IH1ac|+|IH2ac|+|Ima|+|ILa|)/2 IRb=(|IH1ba|+|IH2ba|+|Imb|+|ILb|)/2 IRc=(|IH1cb|+|IH2cb|+|IMc|+|ILc|)/2Y/-11-11-11 Ida=IH1ab+IH2a+IMa+ILa Idb=IH1

27、bc+IH2b+IMb+ILb Idc=IH1ca+IH2c+IMc+Ilc IRa=(|IH1ab|+|IH2a|+|IMa|+|ILa|)/2 IRb=(|IH1bc|+|IH2b|+|IMb|+|ILb|)/2 IRc=(|IH1ca|+|IH2c|+|IMc|+|ILc|)/2Y/-1-1-1 Ida=IH1ac+IH2a+Ima+ILa Idb=IH1ba+IH2b+Imb+ILb Idc=IH1cb+IH2c+IMc+Ilc IRa=(|IH1ac|+|IH2a|+|Ima|+|ILa|)/2 IRb=(|IH1ba|+|IH2b|+|Imb|+|ILb|)/2 IRc=(|IH1

28、cb|+|IH2c|+|IMc|+|ILc|)/24保护原理4.1装置起动元件PCS-778装置利用 双保护主板（BCPU和PCPU）互为闭锁起动，且针对不同的保护设置用不同的起动元件，各起动元件动作后，开放出口正电源。各保护元件只有在本身动作且另一主板上相应的起动元件动作后才能跳闸出口。4.1.1比率差动起动当分相差流最大值大于比率差动差流门槛定值时，起动元件动作。比率差动差流门槛定值整定见定值表。4.1.2工频变化量差动起动当分相工频变化量差流最大值大于工频变化量差流起动整定值时，起动元件动作。工频变化量差流起动整定见定值表。4.1.3 零序差动起动当零序差流大于零序差流起动整定值时，起动

29、元件动作。零序差流起动整定见定值表。4.1.4 高压侧和中压侧后备保护起动相电流起动元件：当三相电流中最大相电流值大于相电流起动定值时，起动元件动作。零序电流起动元件：当零序电流大于相应固定门槛值时，起动元件动作。工频变化量相电流起动元件：当相电流的工频变化量大于相应固定门槛值时，起动元件动作。零序电压起动元件：当开口三角TV零序电压大于零序电压起动定值时，起动元件动作。间隙电流起动元件：当间隙电流大于间隙电流起动定值时，起动元件动作。负序电流起动元件：当负序电流大于相应固定门槛值时，起动元件动作。注意：零序电流为自产零序电流。4.1.5 低压侧后备保护起动相电流启动元件：当三相电流中最大相电

30、流值大于相电流启动定值时，启动元件动作。负序电流起动元件：当负序电流大于相应固定门槛值时，启动元件动作。零序电压启动元件：当开口三角TV零序电压大于零序电压启动定值时，启动元件动作。注：相电流起动定值：相应侧所有相电流过流元件定值的最小值。零序电压起动定值：相应侧所有零序电压元件定值的最小值。间隙电流起动定值：相应侧所有间隙电流元件定值的最小值。4.1.6 公共绕组后备保护起动零序电流启动元件：当公共绕组零序电流大于零序电流启动定值，启动元件动作。注意：上述各种起动元件的整定定值应小于相应各保护跳闸段的整定值，但同时又要考虑躲过正常运行方式下的相应电流、电压量。4.2差动速断该保护安装于BCP

31、U插件中，任一相差流大于整定值Icdsd（差动电流速断保护定值）时，该保护瞬时动作切除变压器。动作特性见图4.2所示，图中Icdsd以上为差动电流速断保护动作区定值按躲过最大涌流整定，返回系数取0.90，作为差动保护范围内严重故障的保护。TA断线不闭锁该保护。差动速断的逻辑框图如下：4.3比率差动保护比率差动保护的动作特性采用两折线或三折线方式实现，图4.2为三折线方式，励磁涌流闭锁判据采用本公司独创的二次谐波复合制动原理。采用差动电流五次谐波进行过激磁闭锁。其中Id为差动电流，Ir为制动电流，Icdqd为差流门槛定值，Icdsd为差动电流速断定值，K1、K2、K3为比率差动比率制动系数定值，Ir1、Ir2为比率特性拐点制动电流整定值。4.3.1 动作方程其动作方程如下： 式中 Id差动电流，； Ir制动电流，； K1、K2、K3分别为第一、第二段和第三段比率斜率，K1 K2 K3； Ir1和Ir2分别为第一与第二段折点和第二与第三段折点对应的制动电流，Ir1Ir2； I1、I2、I3、I4、分别为各侧电流。4.3.2 励磁涌流闭锁原理 利用三相差电流中的二次谐波与基波的比值作为励磁涌流闭锁判据，其动作方程如下： 其中I2nd为每相差动电流中的二次谐波，I1st为对应相差动电流的基波，K2xb为二次谐波制动系数整定值。本装置涌流制动采用独