变电站第三章第三讲

N
Y 闭锁比率 差动保护
过流保护 跳闸逻辑
正常运行程序
返回主程序
图2.1.3
* ●
I1
Y Y
△
● I4
*
*
●
I2
*
●
I3
▪ 装置采用三折线比率差动原理，其动作方程如下：
I d I cdqd
I r 0.5I e
I d I cdqd Kbl (I r 0.5I e ) I d I cdqd Kbl 2.5I e I r 3I e
&3.3.1 比率制动差动保护基本概念
▪ 不平衡电流整定动作值随不平衡电流的增大而不得不
大，直接影响差动保护的灵敏度：
▪ 比率制动式差动保护原理：
保护的动作电流（差动电流定值）随外部短路电流 按比率增大，既能保证外部短路不误动，又能保证内部 短路有较高的灵敏度。
▪ 比率：差动保护差动电流与制动电流之比
B相二次谐波制动
≥1
C相二次谐波制动
五次谐波制动
TA断线检测
断线信号
差流越限告警
越限信号
&4 变压器后备保护
变压器必须装设的相间短路的、反映外部接 地的及中性点过电压保护装置，作为相邻元件以 及变压器内部故障的后备保护。
后备保护组成：
▪ 根据变压器容量和保护灵敏度要求，后 备保护的方式主要有复合电压启动的 （方向）过电流保护、负序电流和单相 低电压启动的过流保护、阻抗保护。
&3.3.2 和差式比率制动的差动保 护原理
Idz
I op.m a x K1(I res I res.0 ) Iop.min
K2 (I res I res.1) K1(Ires.1 I res.0 ) Iop.min
&3.3.2 和差式比率制动的差动保 护原理
▪ 动作判断： Id I zd 制动系数 K1, K2 Kk (f ph U 0.1)
Ⅰ母刀闸 01
Ⅱ母刀闸 03
06 1UA1
1YQ
07 1UB1
1YQ
12 1UC1
1YQ
13 1UN1
1YQ
05 1UA2
2YQ
10 1UB2
2YQ
11 1UC2
2YQ
16 1UN2
2YQ
电压切换回路
1YQ
+-
1YQ
1YQ
+-
+-
2YQ
+-
2YQ
2YQ
+-
+-
02 04 直流电源-
08 1UA
18 2UA1
▪ 对于110KV变压器，一般配置为RCS-9671/3（差动保护） +RCS-9681（高压侧后备保护测控）+RCS-9682（低压侧后 备保护测控）+RCS-9661（非电量保护+操作回路+压切回路）
▪ +RCS9603(直流量、变压器挡位控制)构成对变压器的全 部保护和测控功能。
▪ 装置为由多微机实现的变压器差动保 护，适用于110KV及以下电压等级的双圈、 三圈变压器，满足四侧差动的要求。
&3.3.1 比率制动差动保护基本概念
▪ 制动电流：一般按最大差电流相的三侧电流 之最大者
1：不平衡电流； 2：无制动时整定电 流； 3：差动保护区内 短路时的差电流； 4：制动特性差动 继电器保护特性
&3.3.2 和差式比率制动的差动保 护原理
▪ 差动短路电流： Id Ih Il
▪ 制动电流：Ires Ih Il
▪ 为防止变压器长期过负载运行带来的绝 缘加速老化，还应装设负载保护。
&4.1 后备保护启动元件
① 三个相电流突变量启动元件； ② 零序电流越限启动：3I0 3I0.set ③ 零序电压越限启动：3U0 3U0.set ④ 若含有反时限过激磁保护，则当过激磁
倍数大于下限定时限定值时，保护启动； ⑤ 任意稳态电气量>保护定值（阻抗保护
一类集成变压器保护单元（变压器差动、高低压 侧后备、非电量保护及三相操作回路等） 一类保护单元仅完成一部分变压器保护任务。
▪ RCS9000系列变压器保护测控装置是适用于110KV及以下 电压等级的变压器成套保护装置。成套保护由差动保护、 后备保护和非电量保护组成。
▪ 对于35KV或66KV变压器，一般可用RCS-9679变压器保护 装置，本装置中有差动保护，高、低压侧后备保护，非电 量保护及三相操作回路等功能，如要对变压器进行测控则 需另加单元测控装置。
差动速断保护不经过滤波，直接利用差电流的全 波幅值作为动作量，没有制动量，可在内部严重故障 时快速动作。
动作方程： Id Iop.set
I op.se t
躲过最大励磁涌流； 躲过外部短路时最大不平衡电流； 通常为正常运行负荷电流的5~6倍。
&3.3.5 电流互感器断线监视
不同装置的判据有很大不同。
0.5I e I r 3Ie I r 3I e
Id i1 i2 i3 i4
Ir 0.5 I1 I2 I3 I4
Id
1
Icdqd
Kbl
0.5Ie
3Ie
Ir
▪ 在RCS-9671保护中，比率差动保护利用三相差动 电流中的二次谐波作为励磁涌流闭锁判据。其动作 方程如下：
I d 2 K xb I d
此时励磁电流是对称性的电流，二次谐波制动不起作用 ，采用五次谐波制动。
Id5 KI d1 例：K 35%
电压达到115%~120%时，五次谐波含量最大，之后其 含量降低，电压达到140%，降低到35%，但此时可以允许 差动保护跳闸。
&3.3.4 差动速断保护
差动保护原理复杂，用到各种滤波环节，使得保 护动作速度较慢。
说明：虚线框内电路表示在标准装置中未焊元件
+-
+-
+-
TWJ3
TWJ2
TWJ1
TBJV
TBJ
+-
TBJV
HBJ
TBJV
+-
HYJ
HBJ
+-
KKJ
+-
TYJ TBJ
+-
TBJ
+-
HWJ2
+-
HWJ1
+-
TYJ
+-
HYJ
02 04 控制电源+
03 跳位监视
TYJ
HYJ
06 控制电源-
KKJ
01 合闸线圈
过软件进行Y／Δ转换及平衡系数调整。平衡系数的内部算
法如下：以Kmode=1为例
对于变压器Y接线侧
K
ph1
Байду номын сангаас
U1n
CT11 S
K ph2
U2n
CT21 S
K ph3
U 3n
CT31 S
对于变压器Δ接线侧
K ph4
3 U 4n CT41 S
若报“平衡系数错”，这说明平衡系数太大，最好改变 CT变比以满足要求。这样更能保证差动保护的性能。
▪ 运行方式控制字在定值整定时输入，用作 保护运行功能的切换。其中断线闭锁(DXBS) 控制字投入后，一旦瞬时CT断线判别元件动
作，则闭锁比率差动保护出口，其它保护元
件正常运行，正常运行灯不熄灭。比率差动
保护出口闭锁后，将一直保持，报警灯不熄
灭，直到按面板上的“复位”键，使装置复 位。反之，若DXBS控制字整定为“0”，则瞬 时CT断线判别元件动作后仅发告警信号，所 有保护元件均正常运行。
▪ 本装置包括差动速断保护，比率差动 保护，中、低侧过流保护，CT断线判别。 RCS-9671装置中的比率差动保护采用二 次谐波制动，RCS-9673装置中的比率差 动保护采用偶次谐波判别原理。
采样中断
采样
计算
保护启动 Y
差动判别
涌流判别
N 比率差动动作 Y CT断线判别
N CT断线
Y
DXBS=1
式中Id2φ为A、B、C三相差动电流中的二次谐波，Idφ为 对应的三相差动电流中的基波，Kxb为二次谐波制动系数。 保护采用按相闭锁的方式。
RCS-9673保护利用三相差流的偶次谐波作为励磁涌流识 别判据。滤除非周期分量后，在内部故障时，差流基本上 是工频正弦波，而励磁涌流有大量的偶次谐波分量存在。
过负荷保护动作时Ⅰ段用于发告警信号， Ⅱ段用于启动冷却器，Ⅲ段用于闭锁有载调 压。
&4.5 变压器相间短路后备保护的配 置原则
▪ 双绕组变压器——主电源侧； ▪ 单侧电源的三绕组变压器或自耦变压
器——电源侧和主负荷侧； ▪ 多侧电源的三绕组变压器——各侧均配
置后备保护。
&5 变压器微机监控、 保护装置实例
TWJ2
零序保护： ①全绝缘变压器 ②中性点设有放电间隙的分级绝缘变压 器 ③中性点不设放电间隙的分级绝缘变压 器
变压器中性点直接接地时的保护原理
中性点可接地也可不接地运行的变压器零序保护 （全绝缘变压器）
中性点可接地也可不接地运行的变压器零序保护 （分级绝缘变压器）
&4.4 变压器过负荷保护
在大多数情况下，变压器过负荷是对称的， 因此变压器过负荷只用一个电流继电器，接 于任一相电流之中，经延时作用于信号。
举例： (1)发生突变后电流减小（而不是增大）； (2)本侧三相电流中有一相或两相无电流，且对
侧三相电流无变化。 满足以上条件时判为TA 二次回路断线。
三、微机型变压器差动保护的逻辑
逻辑示意图
A相差动速断
B相差动速断
≥1
C相差动速断
差动速断出口
A相比率差动
B相比率差动
≥1
C相比率差动
&
差动出口
A相二次谐波制动
第三章 主变压器的保护与监控
上节回顾
▪ 差动保护与差动电流
正常运行 内部故障
▪ 不平衡电流产生原因
▪ 电流平衡调整及调整系数计算
&3.3 变压器的比率制动式差动保护
&3.3.1 比率制动式差动保护的基本概念 &3.3.2 和差式比率制动的差动保护原理 &3.3.3 变压器励磁涌流的判断及二次谐波系数 &3.3.4 差动速断保护 &3.3.5 电流互感器断线监视
▪ 最小动作电流Iop.min定值大于额定负载 时的不平衡电流计算：
Iop.min Iunb Kk (Ktx fwc U f ph )Ieb / ni
&3.3.3 变压器励磁涌流的判断及 二次谐波系数
过激磁时，励磁电流急剧增大，波形严重畸变。
电压达到120%~140%时，励磁电流可达10%~43% ， 可能使差动保护误动作。
▪ RCS－9661为变压器的非电量保护装置。 装置对从变压器本体来的非电量接点(如瓦 斯等)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。同时装置还有四路 不按相操作断路器的独立的跳合闸操作回 路及两个电压切换回路。RCS-9661A与9661 的区别是有两个电压并列回路而无电压切 换回路。
滤除非周期分量后，内部故障时，有下列关系式成立：
S K S
S ST
S 是的全周积分值，即差动电流的幅值。
S 是偶次谐波的幅值。
ST 是门坎定值S ST 是防止 S 和 S 都很小时 S K S
误判
▪ 当任一相差动电流大于差动速断 整定值时瞬时动作于出口继电器。
▪ 本装置为变压器中、低压侧各设一段 过流保护，每段均为一个时限，分别设 置整定控制字控制各保护的投退。
J2C J2B J1C J1B J5C J5B J4C J4B J3C
2UA 08 2UB 10 2UC 12 2UN 14 2UMA 16 2UMB 18 2UMC 20 BY1- 22 BY2- 24
25 BY3+ 27 BY4+ 29 BY5+
J7C BY3- 26 J7B BY4- 28 J6C BY5- 30
▪ 当检测到装置本身硬件故障时，发出装置故 障报警信号(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。
当检测到下列故障时，发出运行异常信号(BJJ 继电器动作)：
a)CT告警
b)CT断线(可经控制字选择是否闭锁比率差 动保护)
▪ 装置通过变压器容量，变压器各侧额定电压和各侧CT变比 及接线方式的整定，装置自动进行各侧平衡系数的计算，通
1YQ
09 1UB
19 2UB1
1YQ
14 1UC 24 2UC1
1YQ
15 1UN
17 2UA2
2YQ
22 2UB2
2YQ
23 2UC2
2YQ
20 2UA 21 2UB 26 2UC
25 信号1+
27 信号2+
1YQ
2YQ
1YQ 2YQ
30 PT失压 28 同时动作
01并列 BL
J8B
02远控 YK
除外）。
&4.2 复合电压闭锁过流保护
▪ 原理：利用低电压和负序过电压反映系统故障防 止保护误动，其灵敏度比低压启动的过电流保护 灵敏度高。
1、低电压元件 2、负序电压元件
3、过电流元件
4、动作延时
&4.3 变压器零序保护
1. 变压器中性点直接接地时的保护 2. 中性点可接地也可不接地运行的变压器
J8C
03远并 YB 04远分 YF
RCS-9661A 电压并列回路
J6A
J7A
+-
+-
J1A
J2A
+-
+-
06 电源+
J3A
J4A
J5A
+-
+-
+-
J8A
SET+SET-
RST+RST-
07 1UA 09 1UB 11 1UC 13 1UN 15 1UMA 17 1UMB 19 1UMC 21 BY1+ 23 BY2+