110KV变电所二次设备部分设计毕业论文.pdf

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1、湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）第一章 变电站原始资料 1)该牵引变电所的供电电源是由电力系统的区域变电所以双边双回路(110kV)的输电形式输送电能的，基准容量 100MVA，在最大运行方式下电力系统的电抗标幺值为 0.13，最小运行方式下为 0.15，高压侧有一定的穿越功率。(2)该牵引变电所性接触网的供电方式为直供加回流的供电方式，为单线区段，同时以 10kV 电压给车站电力、照明等地区符合供电，容量计算为 1000MVA，还可以提供变电所。(3)牵引变电器的参数：额定电压为 110/27.5kV,重负荷臂有效电流和平均电流为 366A 和 285A，重负荷臂的最大电流

2、为 580A，轻负荷臂的有效电流为 322A 和 243A。(4)环境资料：本牵引变电所地区海拔为 550 米，地层以纱质粘土为主，地下水位为 5.5米。该牵引变电所位于电气化铁路的中间位置，所内不设铁路岔线，外部有公路直通所内。本变电所地区最高温度为 38，年平均温度为 21，年最热月平均最高气温为 33，年雷暴日为 25 天，土壤冻结深度为 1.2m。附录附录 设备技术参数设备技术参数 附表 1 610kV 低损耗全密封波纹油箱配电变压器技术参数 型号 额定容量（kVA）额定电压（Kv）联接组标号 空载损耗（kW）负载损耗（kW）空载电流（%）阻抗电压（%）高压 低压 S9-M-30 30

3、 6.3 6.3 10 10.5 11 0.4 Y,yn0 0.13 0.60 2.1 4 S9-M-50 50 0.17 0.87 2.0 4 S9-M-63 63 0.20 1.04 1.9 4 S9-M-80 80 0.25 1.25 1.8 4 S9-M-100 100 0.29 1.50 1.6 4 S9-M-125 125 0.34 1.80 1.5 4 S9-M-160 160 0.40 2.20 1.4 4 S9-M-200 200 0.48 2.60 1.3 4 S9-M-250 250 0.56 3.05 1.2 4 S9-M-315 315 0.67 3.65 1.1 4

4、 S9-M-400 400 0.80 4.30 1.0 4 S9-M-500 500 0.96 5.10 1.0 4 湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）S9-M-630 630 1.20 6.20 0.9 4 S9-M-800 800 1.40 7.50 0.8 4 S9-M-1000 1000 1.70 10.3 0.7 4 S9-M-1250 1250 1.95 12.8 0.6 4 S9-M-1600 1600 2.4 14.5 0.6 4 S9-M-2000 2000 2.85 17.8 0.6 4 1.1 变电所简介 在电力系统中，发电厂将天然的一次能源转变成电能，向

5、远方的电力用户送电，为了减小输电线路上的电能损耗及线路阻抗压降，需要将电压升高；为了满足电力用户安全的需要，又要将电压降低，并分配给各个用户，这就需要能升高和降低电压，并能分配电能的变电所。所以变电所是电力系统中通过其变换电压、接受和分配电能的电工装置，它是联系发电厂和电力用户的中间环节，同时通过变电所将各电压等级的电网联系起来，变电所的作用是变换电压，传输和分配电能。变电所由电力变压器、配电装置、二次系统及必要的附属设备组成。变压器是变电所的中心设备，它利用电磁感应原理。配电装置主要由母线、高压断路器开关、电抗器线圈、互感器、电力电容器、避雷器、高压熔断器、二次设备及必要的其他辅助设备所组成

6、。二次设备是指一次系统状态测量、控制、监察和保护的设备装置。由这些设备构成的回路叫二次回路，总称二次系统。二次系统的设备包含测量装置、控制装置、继电保护装置、自动控制装置、直流系统及必要的附属设备。一次设备主要有：主变压器及其附属设备，GIS 设备，开关柜设备，接地变压器。站用变压器，动态无功补偿装置，其他附属设备如中性点接地隔离开关、中性点避雷器、零序电流互感器等。对一次设备进行监察、测量、控制、保护和调节的设备，称为二次设备。二次设备主要包括哪些：（1）测量表计。用来监视、测量电路的电流、电压、功率等。（2）绝缘监察装置。用来监察交、直流电网的绝缘状况。（3）控制和信号装置。控制主要是指采

7、用手动或自动方式，通过操作回路实现配电装置中断路器的合、跳闸。（4）继电保护及自动装置。（5）直流电源设备。包括蓄电池组和硅整流装置。用作开关电器的操作、信号、湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）继电保护及自动装置的直流电源，以及事故照明和直流电动机的备用电源。（6）塞流线圈（又称高频阻波器）。为电力载波通信设备中必不可少的组成部分，它与耦合电容、结合滤波器、高频电缆、高频通信机等组成电力线路高频通信通道。塞流线圈起到阻止高频电流向变电站或支线泄漏、减小高频能量损耗的作用。（7）综合自动化设备。这次设计的主要内容是二次设备的（3），有主变压器的微机保护、主变压器的测控装置、母线的

8、微机保护、断路器的隔离开关的控制以及操作回路、互感器的配置与接线、中央信号的系统设置。湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）第二章 主变压器微机保护设计 2.1 变压器保护的发展及现状 变压器的保护发展历史，是以 1931 年 R.E.Cordrary 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。1941 年，C.D.Hayward 首次提出了利用谐波制动的差动保护，将谐波分析引入到变压器差动保护中，并逐渐成为国外研究励磁涌流制动方法的主要方向。1948 年，R.L.Sharp 和W,EGlassBurn 提出了利用二次谐波鉴别变压器励磁涌流的方法同时，还提

9、出了差动加速的方案，以差动加速，比率差动，二次谐波制动来构造整个谐波制动式保护的主体，并一直延续至今。微机变压器保护的研究开始于 60 年代末 70 年代初。1969 年，Rockerfeller首次提出数字式变压器保护的概念，揭开了数字式变压器保护研究的序幕，只后O.P.Malik 和 Degens 对变压器保护的数字处理和数字滤波做出了研究。1972 年，Skyes 发表了计算机变压器谐波制动保护方案，使得微机式变压器保护的发展向实用化方向迈进。变压器保护在进入数字微机时代后，利用微机强大的运算和处理能力，新的励磁涌流鉴别方法不断被提出，在国内外形成研究热潮。现在使用的微机变压器保护中识别

10、励磁涌流的方法主要是：二次谐波闭锁、间断角闭锁、波形对称原理等。实践表明，在过去几十年间，上述原理基本上能达到继电保护要求。然而，随着电力系统以及变压器制造技术的日益发展，利用涌流特征的各种判据在实用中均遇到了一些无法协调的矛盾。在高压电力系统中，由于 TA 饱和、补偿电容或长线分布电容等因素的影响，内部敌障时差流中的二次谐波分量显著增大。造成保护误闭锁和延时动作。另一方面，现代大型变压器多采用冷轧硅钢片，饱和磁密较低而剩磁可能较小，使得变压器励磁涌流中的二次谐波和间断角均明显变小。不断出现的问题，推动了研究的不断深入。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。

11、数字信号处理器 DSP(Digital Signal Processor)的出现。不但可以提高微机保护数据采样与计算速度与精度，甚至可能改变往常微机保护装置的设计思路，使得复杂的算法得以在保护装置中实现。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。为了实现对现代技术后备的要求，目前的常用做法是，按典型方式构成不同型号的后备保护供用户选择，或根据用户实际需要进行软、硬件的调整。为此，研制开发具有良好适应性的通用型变压器后备保护装置，降低开发和维护成本，提高保护装置的稳定性和可靠性具有十分重要的作用。湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）2.2

12、变压器的故障类型及保护配置 2.2.1 变压器故障类型及其不正常运行状态 变压器的故障可以分为油箱内的故障和油箱外的故障。油箱内的故障指的是变压器邮箱内各侧绕组之间发生的相间短路、同相部分绕组中发生的匝间短路以及大电流系统测的单相接地短路等。油箱外的故障指的是变压器绕组引出端绝缘套管及短路线上的故障，主要有各种相间短路和接地短路。比较常见的故障有变压器绕组引出端绝缘套管及引出短线上各种相间短路和接地短路，而变压器油箱内各侧绕组直接发生相间短路的情况则较少。外部相间短路引起的过电流，中性点直接接地电网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压，负荷长时间超过额定容量引起的过负荷，油箱漏油造成的油面

13、降低，变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障等。对于大容量变压器，因其铁芯额定工作磁通密度与饱和磁通密度比较接近，所以当系统电压过高或系统频率降低时，可能产生变压器的过励磁故障。变压器的不正常运行状态也会危及变压器的安全，如果不能及时发现和处理，会造成变压器故障及损坏变压器。所以，当变压器处于不正常运行状态时，继电保护装置应尽快发出告警信号，使运行人员及时发现并采取相应的措施，确保变压器的安全运行。2.2.2 变压器保护配置原则 根据电力装置的继电保护和自动装置设计规范及其电力工程电气设计手册(电气二次部分)_部分 8可知以下变压器的保护装置原则：1 反应变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯

14、保护 0.8MVA 及以上的油浸式变压器和0.4MVA 及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。当变压器安装处电源侧无断路器或短路开关时，可作用于信号。2 对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应装设相应的保护装置，并应符合下列规定 1）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。6.3MVA 及以下单独运行的重要变压器，亦可装设纵联差动保护。2）10MVA 以下的变压器可装设电流速断保护和过电流保护。2MVA 及以上的变压器,当电流速断

15、灵敏系数不符合要求时，宜装设纵联差动保护。3）0.4MVA 及以上，一次电压为10KV 及以下，线圈为三角星形连接的变压器，可采用两相三继电器式的过流保护。湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）4）本条规定的各项保护装置，应动作于断开变压器的各侧断路器。3 后备保护 对于由外部相间短路引起的变压器过电流，可采用下列保护作为后备保护。1)过电流保护。宜用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷。2)复合电压（包括负序电压及线电压）起动的过电流保护。宜用于升压变压器和系统联络变压器及过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。3)负序电流保护和单相式低电压启动的过电流保护

16、。可用于 63000kVA 及以上的升压变压器。4)对于升压变压器和系统联络变压器，当采用上述、保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。4 中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护 110kV 及以上中性点直接接地电网中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器上应装设零序电流保护。作为变压器主保护的后备保护，并作为相邻元件的后备保护。5 过负荷保护 对于400kVA及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。对自耦变压器和多绕组变压器，保护装置应能反应公共绕组及各侧过负荷的

17、情况。过负荷保护应接于一相电流上，带时限动作于信号。在无经常值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷。2.3 变压器的保护的配置方案确定 变压器作为电力系统的重要设备，广泛存在于各级网络系统中，它的安全运行直接关系到整个电网的可靠运行。随着我国经济和社会的飞速发展，人们对电网的质量要求日益提高，在面对变压器可能发生的内部故障、外部故障和不正常运行状态的影响，从而对变压器的可靠运行提出了更加严峻的挑战。这就要求装设的变压器不仅安全可靠，而且要迅速动作。因此装配快速、灵敏、迅速、可靠和选择性好的微机保护是极其重要的。微机保护装置和微机监控系统具有可靠的抗谐波干扰、抗振能力抗电磁

18、干扰的能力，并且具有防止系统过电压和过雷电冲击的措施。在输入输出回路设有光电隔离和防止接点抖动的措施，及其拥有友好的人机界面，使其操作方便。综合考虑变电站的电压等级，变电所在电网中的地位，可靠性及其地理位置湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）等因素。本设计采用南京南瑞集团RCS-9000系列保护测控装置。该装置支持GOOSE跳闸方式和IEC61850后台通讯方式国际规约,而且还具有两路独立RS485的标准通信接口以及一路基于RS-232的装置打印和调试接口，两路独立的通信接口标准都采用电力行业标准DL/T667-1999（IEC-60870-5-103）规约或LFP规约，其常用通

19、信介质为屏蔽双绞线，其中一路可选配为光纤媒介。其保护测控装置的对时有两种方式，一种为软件进行对时，对时精度为10ms左右；另一种为通过硬件秒对时方式进行对时，对时精度为1ms级。所有装置共用一个对时总线，以差分信号输入，对这两种对时方式综合使用。在 RCS-9000 系列中，主保护采用 RCS-9671 变压器差动保护装置；后备保护采用 RCS-9681 后备保护测控装置作为变压器的 110KV 侧的后备保护；RCS-9682 变压器后备保护测控装置作为变压器的低压侧和中压侧进行后备保护；RCS-9661 变压器非电量保护装置，以上装置和操作把手、切换把手、复归按钮等组成一面主变压器保护测控屏

20、。2.4 变压器主保护测控装置 2.4.1 RCS-9671 变压器主保护的基本配置及规格 1 基本配置 RCS-9671保护装置为变压器主保护提供差动速断保护，比率差动保护，中、低侧过电流保护，CT断线判别。装置中的比率差动保护采用二次谐波制动判别原理。其技术数据如下：1）额定数据 直流电源：220V，110V 允许偏差+15%，-20%交流电流：5A，1A 频 率：50Hz 2）功耗 交流电压：0.5VA/相 交流电流：1VA/相(IN=5A)0.5VA/相(IN=1A)直 流：正常15W 跳闸25W 3）差动保护主要技术指标 a整组动作时间 差动速断：20ms(1.5 倍整定值)湖南铁路

21、科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）二次谐波原理比率差动：25ms(2 倍整定值，无涌流制动情况下)b起动元件 差流电流起动元件，整定范围为：0.3Ie1.5Ie，级差：0.01Ie(Ie 为被保护变压器的额定电流)。c差动速断保护整定范围为：414Ie。dCT断线可通过整定控制字选择闭锁比率差动保护出口或仅发报警信号。e电流定值误差：5%f比率差动制动系数：0.30.75 可调 g二次谐波制动系数：0.10.35 可调 4）后备保护主要技术指标 电流定值：0.1In20In 定值误差：5%时间定值误差：1%整定值+20ms 2 装置的性能特征 1)本装置有独立的CPU作为整机起动元件，

22、该起动元件在电子电路上（包括数据采集系统）与保护CPU完全独立，动作后开放保护装置出口继电器正电源。2）装置保护CPU 担负保护功能，完成输入量的采样计算，动作逻辑判断直至跳闸。保护CPU还设有本身的起动元件，构成独立完整的保护功能。3)差动速断及比率差动保护性能 图 1.1 比率差动保护动作特性图 其中：Id为动作电流，Ir为制动电流，Icdqd为差动电流起动值，Kb1为比率差动制动系数，Ie为变压器的额定电流，图中阴影部分为保护动作区。a.差动速断保护实质上为反应差动电流的过电流继电器，用以保证在变压器内部发生严重故障时快速动作跳闸。b.比率差动保护的动作特性如图1.1所示，能可靠躲过外部

23、故障时的不平衡电湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）流。4）采用软件调整变压器各侧电流的平衡系数方法，把各侧的额定电流都调整到保护装置的额定工作电流IN(IN=5A或1A)。5)采用可靠的CT 断线报警闭锁功能，保证装置在CT 断线及交流回路故障时不误动。6)采用变压器接线方式整定的方法，使软件适用于变压器的任一接线方式。7)本装置算法的突出特点是在较高采样率的前提下，保证了在故障全过程对所有继电器的并行实时计算，装置有很高的固有可靠性及动作速度。2.4.2 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

24、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.1ndjjII 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：dfII 式（2.2）式中，If为故障点的总电流，以上分析可以得出差动保护的判别依据；0ddII其中，0dI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的误差，在正常及外部故障时0dI 差动保护可靠地不动作；在内部故障时0dI，保

25、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。为了保证三绕组变压器纵差动保护的正确工作，亦必须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿，使得变压器在正常运行和外部短路故障时，流入继电器的电流为零。2.4.3 RCS-9671 变压器主保护的装置原理 1 装置逻辑框图如图1.5所示 湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）当设定的启动电流值或中低压侧电流值大于设定的整定值时，保护启动QD线圈通电，QD触点和BSJ触点闭合，保护装置出口接通电源

26、。当不满足差动速断保护要求和在电流互感器不断线的情况下，比率差动不满足设定的整定值时，发出跳闸命令，通过一系列装置跳开各侧断路器。投中低压侧过流时，当中低压侧不满足其过流保护时，通过一系列装置跳过相应的断路器。2 模拟量的输入如图 1.2。输入 I1、I2、I3、I4 四侧电流，由(I1+I2+I3+I4)构成差动电流，作为差动保护装置的动作量；由 I3 构成中压侧后备保护的动作量；由 I4 构成低压侧后备保护的动作量。在本装置内，变压器各侧电流存在的相位差由软件自动进行校正。变压器各侧的电流互感器均采用星形接线，各侧电流方向均指向变压器。各侧电流的平衡系数调整通过软件完成，不需外接中间电流互

27、感器。由于一次侧主接线没有 I2 电流，在运用此设备时，I2 电流侧接线悬空。图 1.2 模拟量输入图 2.4.4 RCS-9671 变压器主保护软件说明 1 保护总体流程 保护正常进行在主程序，进行通信及人机对话等工作，间隔一段(RCS-9671 保护1.667ms)产生一次采样中断。采样部分通过AD采样，进行数字滤波及预处理过程，形成保护判别所需的各量。若保护起动元件动作，则进入保护继电器动作测量程序。首先测量比率制动特性的差动继电器是否动作，若动作，则再经涌流判别元件，以区分是故障还是励磁涌流。比率差动继电器动作后若未被涌流判别元件闭锁，则再进入CT 断线瞬时判别程序，以区分内部短路故障

28、和CT断线。差动速湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）Y 断继电器的动作测量则相应简单，它实质上是一个差动电流过流继电器，不需经过任何涌流闭锁判别和CT 断线判别环节。随后进行中低压侧的过流保护判别。保护流程图如图1.3所示。图 1.3 保护总体流程图 2 装置总启动原件 起动 CPU 设有装置总起动元件，当三相差流的最大值大于差动电流起动定值时，或者中、低压侧三相电流的最大值（I3、I4）大于相应的过流定值时，起动元计算 采样 保护启动 差动判别 涌流判别 比率差动动作 CT 断线判别 CT 断线 DXBS=1 闭锁比率 差动保护 采样中断 过流保护 跳闸逻辑 正常运行程序 返

29、回主程序 N N N 湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）件动作并展宽 500ms，开放出口继电器正电源。3 保护启动元件 若三相差动电流最大值大于差动电流起动定值或中、低压侧电流的最大值（3I、4I）大于相应的过电流定值，起动元件动作，在起动元件动作后也展宽500ms，保护进入故障测量计算程序。4 比率差动元件 装置采用三折线比率差动原理，变压器各侧电流经软件Y/调整，即采用全星型接线方式。采用全星型接线方式对减小电流互感器的二次符合和改善电流互感器的工作性能有很大好处。5 二次谐波制动 在RCS-9671保护中，比率差动利用三相差动电流中的二次谐波作为励磁涌流闭锁判据。取三相

30、差动电流中二次谐波最低值，作为按相制动的判据。6 差动速断保护 当任一相差动电流大于差动速度整定值时瞬时动作于出口继电器。7 CT断线报警及闭锁比率差动保护 设有延时CT 断线报警及瞬时CT 断线闭锁或报警功能。延时CT 断线报警在保护采样程序中进行，当满足以下两个条件中的任一条件，且时间超过10 秒时发出CT 断线告警信号，但不闭锁比率差动保护。这也兼起保护装置交流采样回路的自检功能。1)任一相差流大于Ibj整定值；2）2maxDI+DI；其中：2DI为差流的负序电流 maxDI为三相差流的最大值 为固定门槛值 为某一比例值 瞬时CT 断线报警或闭锁功能在比率差动元起动作后进行判别。但是当差

31、动保护起动后满足电压电流形成的故障识别判据，被认为是故障情况，为防止瞬时 CT 断线的误闭锁，此时不进行瞬时CT 断线判别。通过整定控制字选择，瞬时CT 断线判别动作后可只发报警信号或闭锁比率差动保护出口。8 差动保护动作 跳各侧断路器，用于跳开变压器各侧断路器。9 装置闭锁和装置告警 湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）当检测到装置本身硬件故障时，发出装置闭锁信号(BSJ 继电器返回)，闭锁整套保护。硬件故障包括：RAM、EPROM、定值出错和电源故障。平衡系数错和接线方式错也将闭锁整套保护。当检测到下列故障时，发出运行异常报警装置(BJJ 继电器动作)：1)CT告警 2)CT

32、断线(可经控制字选择是否闭锁比率差动保护)3)起动CPU 定值错(将不再开放启动继电器)4)起动CPU 通讯错 5）起动CPU 长期起动 2.4.5 RCS-9671 变压器主保护装置端子说明 RCS-9671变压器主保护装置与互感器连接关系，将在互感器接线方式章节中阐述。装置背板端子如图1.4所示。图 1.4 RCS-9671 背板端子图 湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）图 1.5 RCS-9671 逻辑框图 2.5 变压器后备保护测控装置 在本 110KV 变电所二次部分设计中高压侧后备保护装置采用南瑞 RCS-9681 作为高压侧后备保护测控装置，RCS-9682 装置

33、作为中、低压侧后备保护测控装置 2.5.1 基本配置及规格 1 基本配置 RCS-9681为用于110KV电压等级变压器的110KV 侧后备保护测控装置，采用以下保护功能和测控功能。保护方面的主要功能有：1）复合电压闭锁过流保护；2）接地零序保护（三湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）段零序过流保护）；3）保护出口采用跳闸矩阵方式，可灵活整定；4）过负荷发信号；5）启动主变风冷；6）过载闭锁有载调压；7）故障录波。RCS-9682为用于110KV及以下电压等级的变压器35KV、10KV侧后备保护测控装置，采用以下保护功能和测控功能。保护方面的主要功能有：1）复合电压闭锁过流保护；

34、2）保护出口采用跳闸矩阵方式，可灵活整定；3）过负荷发信号；4）故障录波。测控方面的主要功能有：1）7路（RCS-9682装置8路）遥信开入采集、遥信变位、事故遥信；2）3路（RCS-9682装置5路）断路器遥控分合，空接点输出；出口动作保持时间可程序设定；3）P、Q、I（IA、IB、IC）、U（UA、UB、UC、UAB、UBC、UCA）、U0、F、COS等模拟量的遥测；4）遥控事件记录及事件SOE 等；5）四路脉冲累加单元，空接点输入。2.5.2 保护测控装置原理说明 1 RCS-9681后备保护测控装置原理 1）装置逻辑框图如图1.8所示 本设计采用复合电压闭锁过流后备保护功能，当复合电压

35、闭锁过流控制字投入时，复合电压闭锁过流后备保护功能启动，触点QJ闭合，BSJ闭合，保护装置接通电源。通过复合电压闭锁负序电压大于整定值和复合电压闭锁低电压大于其整定值时，且及本侧电压互感器没有退出的情况下，且各相复合电压闭锁过流值大于整定值时，通过跳闸矩阵，通过出口接点，断开该侧的断路器，使其一次设备受到保护。当启动风冷最大值、闭锁调压最大值、过负荷最大值大于相应的整定值时，通过保护装置发出跳闸命令。2）模拟输入 外部电流及电压输入经隔离互感器隔离变换后，由低通滤波器输入至模数变换器，CPU 经采样数字处理后，构成各种保护继电器，并计算各种遥测量。aI、bI、cI、oI、ogI为保护用电流模拟

36、量输入，oI为变压器中性线零序电流，ogI为变压器经间隙接地的间隙支路零序电流。AI、BI、CI为测量专用CT输入，保证遥测量有足够的精度。AU、BU、CU取自高压侧母线PT，用于复压闭锁及方向元件，同时也作为测量用电压输入，与AI、BI、CI一起计算形成线路的P、Q、COS、whK、varhK。oU高压侧母线PT开口三角电压。2 RCS-9682后备保护测控装置原理 1）装置逻辑框图如图1.9所示 湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）RCS-9682后备保护装置和RCS-9681后备保护装置动作原理类似，不再重复陈述。2）模拟输入 外部电流及电压输入经隔离互感器隔离变换后，由低

37、通滤波器输入至模数变换器，CPU 经采样数字处理后，构成各种保护继电器，并计算各种遥测量。aI、bI、cI 为保护用电流模拟量输入。AI、BI、CI 为测量用专用测量CT 输入，保证遥测量有足够的精度。AU、BU、CU 取自本侧母线PT，用于复压闭锁元件，同时也作为测量用电压输入，与IA、IB、IC 一起计算形成本线路的P、Q、COS、whK、varhK。0U 为本侧母线PT开口三角电压。2.5.3 RCS-9681 后备保护测控装置软件说明 在本设计中选用RCS-9681后备保护装置中的复合电压闭锁过流，接地保护，过负荷、启动风冷、过载闭锁有载调压，PT断线等保护功能，其功能原理如下：1 复

38、合电压闭锁过流 本装置设三段复合电压闭锁过流保护，各段电流及时间定值可独立整定，分别设置整定控制字控制这三段保护的投退。、段可带方向闭锁，由控制字选择，方向元件采用正序电压极化，方向元件和电流元件接成按相起动方式。方向元件带有记忆功能以消除近处三相短路时方向元件的死区。当电流方向指向变压器时，方向元件指向变压器，方向元件灵敏角为45度。复合电压元件，其负序电压由相电压计算得到，应按相整定；低电压取自线电压，应按线整定。复合电压闭锁过流保护可取三侧复合电压，任一侧复合电压动作均可起动过流保护动作（其它两侧动作后给出动作接点1bU）。2 接地保护 对于110KV 及以上电压等级的变压器需要设置接地

39、保护。本装置具有三种接地方式均设有保护：a)中性点直接接地运行；b)中性点不接地运行；c)经间隙接地运行。1)中性点直接接地运行 设有三段零序过流保护，每段均一个时限，分别设有整定控制字控制这三段保护的投退。2)中性点不接地或经间隙接地运行 装置设有段两时限零序无流闭锁零序过压保护和段两时限间隙零序过流保护，两者第一时限出口跳闸用于缩短故障范围，第二时限均跳主变各侧开关。零序无流的定值同、段零序过流电流定值的最小值。湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）3 过负荷、启动风冷、过载闭锁有载调压 装置设有三个定值分别对应这三项功能，取最大相电流作为判别。装置给出一付过负荷接点，一付启动

40、风冷接点，一付过载闭锁有载调压接点。4 PT断线 PT 断线判据如下：1)正序电压U1 小于30 伏，而任一相电流大于0.06In；2)负序电压大于8 伏；满足上述任一条件后延时10 秒报母线PT 断线，发出装置异常报警信号（BJJ 继电器动作），待电压恢复保护也自动恢复正常。在断线期间，根据整定控制字选择是退出经方向或复合电压闭锁的各段过流保护还是暂时取消方向和复合电压闭锁。当各段复压过流保护都不经复压闭锁和方向闭锁时，不判PT 断线。当本侧PT 检修或旁路代路时，为保证该侧后备保护的正确动作，需投入“本侧PT退出”压板，此时该侧后备保护的功能有如下变化：1)复合电压闭锁（方向）过流保护自动

41、解除本侧复合电压闭锁，只是经过其他侧复合电压闭锁（控制字UBS=1 时）；2)复合电压过流保护自动解除方向元件；3)PT断线检测功能解除；4)本侧复合电压动作功能解除。5 跳闸逻辑矩阵 本装置各保护跳闸方式采用整定方式，即哪个保护动作，跳何开关可以按需自由整定。RCS9681共有三组出口跳闸继电器：出口1（CK1）、出口2（CK2）、出口3（CK3）。原则上，出口跳闸继电器2用于跳开主变各侧开关。出口跳闸继电器1、3 可由用户选择去跳何种开关。跳闸矩阵如表2.1所示。表2.1 RCS-9681跳闸矩阵表 位数 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 I0jx2 I0jx1 U02 U01 L0

42、3 L02 L01 GL3 GL2 GL1 CK1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 CK2 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 CK3 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 其中：行表示保护元件，列表示要动作的出口跳闸继电器。整定方法：在保护元件与要动作的出口跳闸继电器的空格处填1,其它空格填0，则可得到跳闸方式。6 装置告警 保 护 元 件 跳 闸 出 口 湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）当CPU检测到装置本身硬件故障时，发出装置故障闭锁信号(BSJ继电器返回)，闭锁整套保护。硬件故障包括：RAM、EPROM、定值出错和出口三极管长期导通。当CPU检测到下列故

43、障时，发出装置异常报警信号(BJJ继电器动作)：（A）过负荷；（B）PT断线；（C）三相电流不平衡经10秒延时报CT异常。7 遥控、遥测、遥信功能 遥控功能主要有两种：3 路断路器的正常遥控跳闸操作，正常遥控合闸操作。遥测量主要有：U、I、COS、F、P、Q，有功电度，无功电度及脉冲电度。所有这些量都在当地实时计算，实时累加，三相有功无功的计算消除了由于系统电压不对称而产生的误差，且计算完全不依赖于网络，精度达到0.5 级。本装置的遥测功率计算可选用三表法或二表法。遥信量主要有：7 路遥信开入、装置变位遥信及事故遥信，并作事件顺序记录，遥信分辨率小于2ms，四路空接点脉冲开入。8 装置通讯接口

44、 兼容各种网络接口，并可采用双网通讯方式，装置能适应多种通讯媒介，如光纤，网络双绞线。通信规约支持电力行业标准DL/T667-1999（IEC-60870-5-103）最新保护远动通信标准。2.5.4 RCS-9682 后备保护测控装置软件说明 本设计中选用RCS-9682后备保护装置中的复合电压闭锁过流，过负荷报警，PT断线等保护功能，其功能原理如下：1 复合电压闭锁过流 本装置设四段复合电压闭锁过流保护，各段电流及时间定值可独立整定，分别设置整定控制字控制各段保护的投退。、段可带方向闭锁，由控制字选择，方向元件采用正序电压极化，方向元件和电流元件接成按相起动方式。方向元件带有记忆功能以消除

45、近处三相短路时方向元件的死区。当电流方向指向变压器时，方向元件指向本侧系统，方向元件灵敏角为225 度。复合电压元件，其负序电压由相电压计算得到，应按相整定；低电压取自线电压，应按线整定。2 过负荷报警 装置取三相最大电流作为判别，过负荷动作后给出一付过负荷报警接点，并报运行异常信号（BJJ动作）3 PT断线 PT 断线判据如下：1）正序电压U1小于30 伏，而任一相电流大于0.06In；湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）2）负序电压大于8 伏；满足上述任一条件后延时10秒报母线PT断线，发出装置异常报警BJJ，待电压恢复保护也自动恢复正常。在断线期间，根据整定控制字选择是退出

46、经方向或复合电压闭锁的各段过流保护还是暂时取消方向和复合电压闭锁。当各段复压过流保护都不经复压闭锁和方向闭锁时，不判PT断线。4 跳闸逻辑矩阵 本装置各保护跳闸方式采用整定方式，即哪个保护动作，跳何开关可以按需自由整定。RCS-9682 共有三组出口跳闸继电器：出口1（CK1）、出口2（CK2）、出口3（CK3）。原则上，出口跳闸继电器2 用于跳开主变各侧开关。出口跳闸继电器1、3可由用户选择去跳何种开关。跳闸矩阵如表2.2所示。表2.2 RCS-9682跳闸矩阵表 位数 3 2 2 0 GL4 GL3 GL2 GL1 CK1 1 0 1 1 CK2 1 1 1 1 CK3 1 0 1 1 整

47、定方法：在保护元件与要动作的出口跳闸继电器的空格处填1，其他空格处填0，则可得到跳闸方式。5 装置告警 当CPU检测到装置本身硬件故障时，发出装置故障闭锁信号(BSJ继电器返回)，闭锁整套保护。硬件故障包括：RAM、EPROM、定值出错和出口三极管长期导通。当CPU检测到下列故障时，发出装置异常报警信号(BJJ继电器动作)：（A）过负荷；（B）PT断线；（C）三相电流不平衡经10秒延时报CT异常。6 遥控、遥测、遥信功能 遥控功能主要有两种：5路断路器的正常遥控跳闸操作，正常遥控合闸操作。遥测量主要有：U、I、COS、F、P、Q，有功电度，无功电度及脉冲电度。所有这些量都在当地实时计算，实时累

48、加，三相有功无功的计算消除了由于系统电压不对称而产生的误差，且计算完全不依赖于网络，精度达到0.5 级。本装置的遥测功率计算可选用三表法或二表法，如无特殊要求，出厂设置为三表法。若使用二表法，则默认B 相遥测电流不用，其值恒为零。遥信量主要有：5路遥信开入、装置变位遥信及事故遥信，并作事件顺序记录，遥信分辨率小于2ms，四路空接点脉冲开入。7 装置通讯接口 保 护 元 件 跳 闸 出 口 湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）兼容各种网络接口，并可采用双网通讯方式，装置能适应多种通讯媒介，如光纤，网络双绞线。通信规约支持电力行业标准DL/T667-1999（IEC-60870-5-

49、103）最新保护远动通信标准。2.5.5 保护测控装置端子说明 RCS-9681和RCS-9682后备保护装置与互感器的连接关系将在互感器接线方式中阐述。RCS-9681装置背板端子图如1.6所示；RCS-9682 装置背板端子图如 1.7 所示。2.5.6 主保护装置和后备保护装置配合分析 当变压器主保护拒动作时后备保护经整定时间延时后动作跳开主变压器各侧断路器，RCS-9671 主变压器保护装置提供差动保护，动作后出口跳闸主变压器高压侧断路器、中压侧断路器、低压侧断路器。RCS-9681 高后备保护装置动作后出口跳闸主变压器高压侧断路器、中压侧断路器、低压侧断路器，中、低压侧分段断路器。R

50、CS-9682 中压侧后备保护装置动作后出口跳闸主变压器中压侧断路器，分段断路器。RCS-9682 低压侧后备保护装置动作后出口跳闸主变压器低压侧断路器，分段断路器。RCS-9661 主变非电量保护，动作后出口跳闸主变压器高压侧断路器、中压侧断路器、低压侧断路器。湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）图 1.6 RCS-9681 装置背板端子图 湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）图 1.7 RCS-9682 装置背板端子图 湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）图1.8 RCS-9681逻辑框图 湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）图1.9