JBK-3071变压器差动保护装置(精)

JBK-3071变压器差动保护装置
1.1
基本配置
JBK-3071适用于110kV 及以下电压等级的双圈变、三圈变，满足四侧差动的要求，典型配置如图2-1所示。

本装置包括差动速断、比率差动（二次谐波、三次谐波制动）、两段过流保护、TA 断线闭锁、相电流和差电流的故障录波。

图2-1
1.2 装置的性能特征
1.2.1 本装置起动元件动作后开放保护装置出口继电器正电源。

1.2.2 装置DSP 完成输入量的采样和各种保护量的计算。

1.2.3 差动速断及比率差动保护性能
1.2.3.1 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，出口动作时间小于20ms 。

1.2.3.2 比率差动保护的动作特性如图2-2所示，能可靠躲过外部故障时的不平衡电流。

1.2.4 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变压器的额定工作电流Ie 。

1.2.5 采用可靠的TA 断线报警闭锁功能，保证装置在TA 断线及交流回路故障时不误动。

1.2.6 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。

1.2.7 本装置算法的突出特点是在较高采样率（每周波24点采样）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，在一个采样间隔完成所有继电器保护量的计算，装置有很高的固有可靠性及动作速度。

1.2.8 本装置具有的录波功能，能够记录下起动前2个周波、起动后6个周波，动作前2
I ●
个周波、动作后6个周波时刻的所有模拟量、开关量，以及动作时的保护定值。

本装置还可记录正常情况下所有模拟量10个周波的波形。

图2-2 JBK-3071比率差动保护动作特性
其中：Id*为动作电流标幺值，Ir*为制动电流标幺值，Icdqd*为差动电流起动值标幺值，Kbl为比率差动制动系数，图中阴影部分为保护动作区。

1.3 技术数据
1.3.1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
1.3.2功耗
交流电流：＜1VA／相(In=5A)
＜0.5VA／相((In=1A)
直流：正常＜15W
跳闸＜25W
1.3.3主要技术指标
1.3.3.1差动保护
①整组动作时间（无重动出口继电器情况下）
差动速断＜20ms（1.5倍整定值）
二／三次谐波制动原理比率差动＜30ms（2倍整定值，无涌流制动情况下）
②起动元件
差流电流起动元件，整定范围为0.3I e～1.5I e，级差0.01I e（I e为被保护变压器的额定电流）。

③差动速断保护整定范围为3～14I e(I e为被保护变压器的额定电流)。

④TA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。

⑤电流定值误差±5%
⑥比率差动制动系数0.3～0.75可调
⑦二次谐波制动系数0.1～0.35可调
⑧三次谐波制动系数0.1～0.35可调
1.3.3.2 后备保护（两段过流保护）
电流定值： 0.1In ～20In 定值误差： ±5%
时间定值误差： ±1%整定值+20ms 1.4
装置原理
1.4.1 装置逻辑见附图JBK-3071逻辑框图。

1.4.2 模拟量输入
如图2-1所示，输入I 1、I 2、I 3、I 4四侧电流，由()
4
321I I I I +++构成差动电流，作为差动继电器的动作量；由I 3构成中压侧后备保护的动作量；由I 4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采用星形接线时，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感器。

1.4.3 软件说明
1.4.3.1 保护总体流程
保护正常运行在主程序，进行通信及人机对话等工作，间隔一段时间（24点采样，0.833ms ）产生一次采样中断。

采样部分通过A ／D 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TA 断线瞬时判别程序，以区分内部短路故障和TA 断线。

差动速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TA 断线判别环节。

随后进行三侧和四侧过流保护的判别。

1.4.3.2 差流起动元件
cdqd d I I >||max φ
三相差动电流最大值||max φd I 大于差动电流起动整定值cdqd I 动作，此起动元件用来开放比率差动保护和差动速断保护。

起动元件动作并展宽500ms ，开放出口继电器正电源。

1.4.3.3 相电流起动元件
当三侧、四侧三相电流最大值大于相应的过电流定值时动作。

此起动元件用来开放相应侧的过流保护，开放出口继电器正电源。

1.4.3.4 比率差动元件
装置采用三折线比率差动原理，其动作方程如下：
⎪⎩⎪
⎨⎧>-+*+>≤<-*+>≤>335.235.0)
5.0(5.0****
*******r r bl cdqd d r r bl cdqd d r cdqd d I I K I I I I K I I I I I 其中： bl K 为比率制动系数
*cdqd I 为差动电流起动定值（整定为额定电流e I 的倍数）
e d I i i i i I /4321*+++= ()e r I I I I I I /5.04321*+++=
变压器各侧电流经软件进行Y ／△调整，即采用全星形接线方式。

采用全星形接线方式对减小电流互感器的二次负荷和改善电流互感器的工作性能及减少互感器的二次误接线有很大好处。

1.4.3.5 谐波制动（二次、三次谐波）
比率差动保护利用三相差动电流中的二次和三次谐波含量作为励磁涌流闭锁判据。

其动作方程如下：
⎩⎨
⎧>>st
xb rd st
xb nd I K I I K I 133122**
其中nd I 2、rd I 3分别为每相差动电流中的二次谐波和三次谐波，st I 1为对应相的差流基
波，xb k 2、xb k 3分别为二次谐波和三次谐波制动系数整定值。

推荐xb k 2整定为0.15，xb k 3整定为0.2。

谐波闭锁比率差动保护，在刚启动的时间内，保护采用相互闭锁方式，在相互闭锁时间过后，保护采用按相闭锁的方式。

相互闭锁时间可整定为0—2s ；当整定为2s 时，装置始终进行相互闭锁。

1.4.3.6 差动速断保护
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。

1.4.3.7 TA 断线报警及闭锁比率差动保护设有延时TA 断线报警及瞬时TA 断线闭锁或报警功能。

i) 延时TA 断线报警：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TA 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。

a)任一相差流大于Ibj 整定值；
b) max 2dI dI βα+>
其中： 2dI 为差流的负序电流
max dI 为三相差流的最大值
α为固定门槛值
β为某一比例系数
ii) 瞬时TA 断线报警：满足下述任一条件不进行TA 断线判别：
a ）起动前某侧最大相电流小于0.2Ie ，则不进行该侧TA 断线判别；
b ）起动后最大相电流大于1.2Ie ；
c ）起动后任一侧电流比起动前增加。

只有在比率差动元件动作后，才进入瞬时TA 断线判别程序，这也防止了瞬时TA 断线的误闭锁。

某侧电流同时满足下列条件认为是TA 断线：
a）只有一相电流为零；
b）其它二相电流与起动前电流相等。

通过整定控制字选择，瞬时TA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。

1.4.3.8差动保护和过流保护动作，用于跳开变压器各侧断路器。

1.4.3.9过流保护
本装置设有两段过流保护，分别为Ⅲ侧（中压侧）过流保护和Ⅳ侧（低压侧）过流保护。

每段过流保护，均有一个时限，分别设置整定控制字控制该保护的投退。

1.4.3.10非电量保护
为适应变电站综合自动化无人值班的需要，本装置做为JBK-3061／JBK-3062非电量保护的中央信号采集（如重瓦斯保护等）和延时保护（如冷控失电保护）装置。

JBK-3061／JBK-3062非电量接点（如重瓦斯接点等）动作后，其提供的远动信号空接点本装置采集作为SOE信号并上送远方监控，JBK-3061／JBK-3062非电量保护装置的冷控失电保护启动后经时间延时动作出口。

1.4.3.11装置告警
当检测到装置本身硬件故障时，发出装置闭锁报警信号，同时BSJ继电器返回闭锁整套保护。

硬件故障包括：RAM、EPROM、定值出错、电源故障等。

当检测到下列故障时，发出运行异常报警信号：
a）TA延时断线报警
b）TA瞬时断线报警（可经控制字选择是否闭锁比率差动保护）
1.4.4定值整定及用户选择
1.4.4.1定值整定
例：已知变压器参数如下：
容量：40／20／40兆伏安
电压：110±4×2.5%／38.5±2×2.5%／10.5千伏
接线方式：Yo／Y／△-12-11
2-1。

则系统参数整定如下：
进行Y ／Δ转换。

1.4.4.2 若保护只用两侧或三侧电流，可将不用的那侧“TA 额定一次值”置为0，并将该侧电流输入短接，实现两侧或三侧差动。

例如：有一台Y ／△-11两圈变压器，只需要实现两侧差动，可将高压侧TA 接入第一侧，低压侧TA 接入第四侧。

将“系统参数”中的 “二侧TA 额定一次值”和“三侧TA 额定一次值”整定为0，根据接线方式对照表，选择“变压器接线方式”为01（或02、03）。

此时应将“投三侧过流”退出，并将“三侧过流电流定值”整为最大值（99.99A ），“三侧过流时间定值”整为最大值（10s ）。

第四侧即低压侧过流保护按需整定；若不用，则将“投四侧过流”退出，将“四侧过流电流定值”整为最大值（99.99A ），“四侧过流时间定值”整为最大值（10s ）。

1.4.4.3 装置通过变压器容量，变压器各侧额定电压和各侧TA 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，通过软件进行Y ／Δ转换及平衡系数调整。

本装置推荐用户TA 采用全星形接线，以下讨论时TA 接成全星形，平衡系数的内部算法如下：
①计算变压器各侧一次额定电流
n
n
n U S I 113=
②计算变压器各侧TA 二次额定电流（在选择TA 变比时，应保证变压器各侧TA 二次额定电流小于16A ）
LH
n
n n I I 12=
式中I 1n 为变压器计算侧一次额定电流，n LH 为变压器计算侧TA 变比。

下面相同。

③计算变压器各侧平衡系数
b n n ph K I I K ⨯=
-2min 2，其中)4,min(min
2max 2--=n n b I I
K 式中I 2n 为变压器计算侧二次额定电流，I 2n-min 为变压器各侧二次额定电流值中最小值，
I 2n-max 为变压器各侧二次额定电流值中最大值。

平衡系数的计算方法即以变压器各侧中二次额定电流为最小的一侧为基准，其它侧依次放大。

若最大二次额定电流与最小二次额定电流的比值大于4，则取放大倍数最大的一侧倍数为4，其它侧依次减小；若最大二次额定电流与最小二次额定电流的比值小于4，则取放大倍数最小的一侧倍数为1，其它侧依次放大。

装置为了保证精度，所能接受的最小系数K ph 为0.25，因此差动保护各侧电流平衡系数调整范围最大可达16倍。

当进行参数整定时，若报“平衡系数出错”，这说明平衡系数太大，最好改变TA 以满足要求。

或可将“系统参数”中的“变压器容量”增加，以同时减小各侧的平衡系数。

此时应注意应按增大后的变压器容量来整定“差动电流起动值”和“差动速断定值”。

④变压器各侧电流相位补偿
本装置采用Δ—>Y 变化调整差流进行相位补偿，这样可以区分涌流和故障特征，大大加快保护动作速度。

因此，推荐用户TA 采用全星形接线。

对于Y ／Δ-11的接线，其校正方法为
对于变压器Y 接线侧，
⎪⎩⎪⎨⎧-='-='-='000I I I I I I I I I c c
b b a a
对于变压器Δ接线侧，
()()()⎪⎩⎪⎨⎧-='-='-='3
33b
c
c
a b b c a
a
I
I I I
I I I I I
注意：
虽然装置中差动保护各侧电流平衡系数调整范围最大可达16倍，但在实际选择差动保护回路TA 时（尤其是变压器低压侧的TA ），应尽可能使变压器各侧中最大二次额定电流与最小二次额定电流的比值小于4，这样更能保证差动保护的性能。

1.4.4.4 比率差动元件的起动值一般取变压器额定电流的30%。

1.4.4.5 差动速断元件按躲过变压器的励磁涌流，最严重外部故障时的不平衡电流及电流互感器饱和等整定。

1.4.4.6 保护运行时控制字的说明
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“TADX 闭锁比率差动”控制字投入后，一旦瞬时TA 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。

比率差动保护出口闭锁后，将一直保持，运行异常报警灯点亮，“运行异常”空接点闭合，直到按面板上的“复位”键，使装置复位。

反之，若“TADX 闭锁比率差动”控制字整定为“退出”，则瞬时TA 断线判别元件动作后仅发告警信号（运行异常报警灯点亮，“运行异常”空接点闭合），所有保护元件均正常运行。

当TA 延时断线报警动作后，不闭锁任何保护，运行异常报警灯点亮，“运行异常”空接点闭合，直到按面板上的“复位”键，使装置复位。

1.4.5 装置具备硬件脉冲对时功能。

1.4.6 装置通讯接口兼容各种网络接口，并可采用双网通讯方式，装置能适应多种通讯媒介，如光纤，网络双绞线等。

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。

1.5
背板端子及说明
1.5.1 JBK-3071装置的背板端子见附图JBK-3071背板端子图所示。

1.5.2 JBK-3071背板端子说明
CPU插件上的D型头为串行打印机接口。

1.6 参数及定值整定
表2.6-3保护定值
注：
（1）定值整定中In是指该侧TA额定二次值；
（2）定值整定中Ie是指差动保护中归算到某侧TA的额定二次值；
（3）装置自动计算的变压器额定电流Ie及各侧经平衡系数后的额定电流可以在装置的“状态显示”→“其他显示”菜单中观察到。

12
3
4
5
6
7
8
910
1
23
4
56
7
8
9
10
19
20
18
17
16
15
14
13
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11
123
4
5
6
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101
23
4
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7
8
9
10
19
20
18
17
16
15
14
13
12
11
13
5
7911131517192
4
68
10
1214
16
18
202123
22
24
Ⅲ
Ⅳ
12345678910
比率差动
差动速断
独立起动段
出口正电源
Ⅲ侧过流
Ⅳ侧过流
冷控失电跳闸(带延时的非电量保护)
60分钟
出 口。