国电南瑞变压器后备保护装置.docx

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国电南瑞变压器后备保护装置

第三章DSA2324/2325/2326

变压器后备保护装置

技术说明书

（V2.00）

编写：

陈兴松

校对：

仇新宏

审核：

顾欣欣

批准：

季侃

1基本配置及特点

1.1基本配置

装置为由大规模可编程逻辑电路和intel80296为主CPU实现的变压器后备保护，适用于110kV及以下电压等级的双圈、三圈变压器。

本装置包括复合电压闭锁方向过流、限时速断、零序电压、零序电流、间隙零序电流、过负荷告警、闭锁有载调压、启动风冷等保护，装置型号及保护配置如下表：

装置型号

保护配置

测控功能

通讯接口

DSA2324

（小接地系统两圈变高低压侧后备保护，大接地系统变压器中压低侧后备保护）

1、II段定值III时限复合电压闭锁方向过流

2、I段定值II时限限时速断保护

3、过负荷告警、起动风冷、闭锁有载调压

4、网络化低压母线保护

5、母线接地告警

32路保护转遥信

标配：

双CAN网选配：

双以太网及光纤介质，独

立的485校时总线

DSA2325

（小接地系统两圈变高压侧后备低压侧后备一体化保护）

1、高压侧I段定值III时限复合电压闭锁过流

2、低压侧I段定值III时限复合电压闭锁过流

3、低压侧I段定值II时限限时速断保护

4、高压侧过负荷告警、起动风冷、闭锁有载调压

5、网络化低压母线保护

6、高低压侧母线接地告警

7、高低压侧后备保护复合电压选择通过软件开关控制

24路保护转遥信

标配：

双CAN网选配：

双以太网及光纤介质，独立的485校时总线

DSA2326

（大接地系统变压器高压侧后备保护）

1、II段定值III时限复合电压闭锁方向过流

2、I段定值II时限限时速断保护

3、II段定值II时限零序电压闭锁零序电流保护

4、II段定值II时限间隙零序电流保护

5、II段定值I时限零序电压保护

6、过负荷告警，起动风冷，闭锁有载调压

7、网络化低压母线保护

32路保护转遥信

标配：

双CAN网选配：

双以太网及光纤介质，独立的485校时总线

1.2技术特点

1.硬件结构单元化、全密封、单元内各模件独立金属腔体、自检和冗余措施完善，抗干扰性能好；

2.软件面向控制对象开放式设计，实现模块化，可查询CPU状态及保护中间过程；

3.人机接口由宽温大屏幕液晶显示趋和薄膜按键组成，信息显示汉化；

4.详尽的大容量的事件记录功能，便于分析事故及观察运行工况；

5.保护动作信息及预告信息可由单元转化为遥信上送，提高动作及返回信息实时性；

6.保护投退状态可转化为遥信上送，并可远方遥控投退保护，无障碍适用于各种调度规约；

7.交流量开关量录波功能、录波波形就地显示及后台软件分析相结合；

8.通讯双CAN网标配，多ID号2.0B协议，通讯波特率在线修改、自动双网切换，保证通讯的可靠性，通讯介质简单，并可扩展为光纤网；同时可选配双光纤以太网及独立的485校时总线；

9.14位AD宽幅模数转换，24点/周波采样，提高了保护精度、灵敏度；

10.测量精度系数单独存放在交流采样模件带SPI接口的独立E2PROM中，独立性好；

11.保护定值多区域相对独立的E2PROM/DSRAM中存放，自动互相校验，自行修复，完全避免运行中定值缺损或丢失；

12.单元自带蜂鸣器件，故障告警；

13.保护出口继电器组态灵活，满足不同运行方式的要求；

14.具备主变中、低压侧母线保护功能，通过网络通讯及节点方式区分母线和线路出口故障；

15.网络通讯及节点方式的相结合闭锁VQC调节主变分接头。

2技术参数

2.1额定参数

●交流电压：

100V、57.7V

●交流电流：

5A、1A

●频率：

50HZ

●直流电源：

220V、110V，允许偏差＋15％，－20％

●直流电压：

＋5V、±12V

2.2功率消耗

●交流电流回路：

额定电流5A时，每相不大于1.0VA

额定电流1A时，每相不大于0.5VA

●交流电压回路：

额定电压时，每相不大于0.5VA

●直流电源回路：

正常工作，每个保护单元不大于20W

保护动作，每个保护单元不大于30W

2.3直流工作电压

●+5V，允许偏差±0.15V

●±12V，允许偏差±0.2V

●装置突然上电、掉电，电源缓慢上升或下降，装置均不误动作或误发信号

2.4过载能力

●交流电流回路：

2倍额定电流连续工作

10倍额定电流允许工作10s

40倍额定电流允许工作1s

●交流电压回路：

1.4倍额定电压连续工作

●直流电源回路：

80%～110%额定电压连续工作

2.5测量元件精度

●刻度误差：

不大于±2%

●温度误差：

在工作环境温度范围内不大于±3%

●综合误差：

不大于±5%

2.6允许环境温度

●正常工作温度：

-10℃～55℃

●极限工作温度：

-25℃～60℃

●运输和贮存温度：

-40℃～70℃

2.7电磁兼容性能

●高频电气干扰通过IEC255-22-IMH脉冲群干扰试验及GB6162100kHz脉冲干扰试验。

●静电放电通过IEC255-22-2中严酷等级为Ⅲ级的静电放电试验。

●辐射电磁场干扰通过GB/T14598-1996规定的严酷等级为Ⅲ级的辐射电磁场干扰试验。

●快速瞬变干扰通过IEC255-22-4标准规定的Ⅳ级（4kV±10%）快速瞬变干扰试验。

2.8绝缘耐压

●满足电力行业标准：

DL478

2.9保护技术指标

●复合电压闭锁方向过流保护Ⅰ段

定值整定范围：

电流0.5～120A

低电压10～90V

负序电压2～50V

第一时限0～10s

第二时限0～10s

第三时限0～10s

●复合电压闭锁过流Ⅱ段

定值整定范围：

电流0.5～120A

低电压10～90V

负序电压2～50V

第一时限0～10s

第二时限0～10s

第三时限0～10s

其中，低电压闭锁和负序电压闭锁可分别投退，方向可投退

●零序电流保护Ⅰ段

定值整定范围：

零序电流1～20A

零序电压2～50V

第一时限0～10s

第二时限0～10s

其中，零序电压闭锁可投退

●零序电流保护Ⅱ段

定值整定范围：

零序电流1～20A

零序电压2～50V

第一时限0～10s

第二时限0～10s

其中，零序电压闭锁可投退

●间隙零序电流保护I段

定值整定范围：

间隙零序电流0.5～50A

I时限0～10s

II时限0～10s

可随中性点刀闸状态自动投退

●间隙零序电流保护II段

定值整定范围：

间隙零序电流0.5～50A

I时限0～10s

II时限0～10s

可随中性点刀闸状态自动投退

●零序过电压保护I段

定值整定范围：

零序电压2～200V

时限0～10s

可随中性点刀闸状态自动投退

●零序过电压保护II段

定值整定范围：

零序电压2～200V

时限0～10s

可随中性点刀闸状态自动投退

●输出事故总信号接点

●过负荷告警（仅取B相电流）

定值整定范围：

电流0.5～20A

时限0～10s

●过负荷起动风冷（仅取B相电流）

定值整定范围：

启动电流0.5～20A，固定延时4s

关闭电流0.5～20A，固定延时2s

●过负荷闭锁有载调压（仅取B相电流）

定值整定范围：

电流0.5～20A

时限0～10s

●网络母线保护

定值整定范围：

电流1～120A

时限0～10s

网络闭锁时限0.1s～10s

网络闭锁可投退

●限时电流速断保护

定值整定范围：

电流1～120A

第一时限0～10s

第二时限0～10s

3装置功能

3.1模拟量输入

装置最大可输入各侧电压、电流及零序交流量15路。

3.2开关量输入

装置最大可输入15路开关量，具体定义见背板端子图。

3.3继电器开出

装置最多可输出11路空接点，用以保护跳闸，多侧复合电压闭锁、起动风冷、闭锁有载调压及闭锁备自投等，具体定义见背板端子图。

3.4保护功能

3.4.1复合电压闭锁方向过电流保护

变压器过电流保护作为变压器相间短路后备保护起两个作用，在变压器内部相间故障时起近后备保护的作用，当变压器主保护拒动时经过整定延时后动作，跳开变压器各侧断路器；另，在外部相间故障时起远后备保护的作用，当外部相间故障引起变压器过电流时延时动作。

变压器过电流保护的基本工作原理、构成和整定校验方法与输电线路过电流保护基本相同，但在实施时应考虑以下特点：

（1）变压器具有相当大的过载能力，在实际运行时往往要利用它的过载能力。

因此，变压器过电流保护在整定时必须计及变压器过载的可能，防止过载时过电流保护误动。

如果从定值上避开最大过载电流，保护的灵敏度往往就不能满足要求。

所以变压器过电流保护一般采用电压闭锁，以降低动作电流，提高灵敏度。

实际上一般用复合电压来闭锁变压器过电流保护，即发生对称性故障保护安装处电压低于定值或发生不对称故障负序电压高于定值时，开放过电流保护。

（2）电力变压器一般采用Y/△接法，在这种接线方式变压器的副方两相短路时，原方完好相也会有电流，从而降低故障相短路电流，使得保护灵敏度降低。

因此原方的过电流保护应采用三相式接线。

若电源侧配置的过电流保护要作为对侧母线相间故障的后备时，一定要注意保护的灵敏度，不仅电流定值要校验灵敏度（≥1.5），而且要校验复合电压定值的灵敏度，尤其是在低压侧故障时，高压侧复合电压定值的灵敏度，必要时需将低压侧或各侧的复合电压动作信号并接于高压侧。

特别要注意低压母线故障时，主变后备保护要有足够灵敏度，以避免这种危害性极大的故障持续和蔓延。

DSA系列变压器保护在高压侧后备保护中设置了两段复合电压闭锁方向过电流保护（必要时可增至三段或四段），每段三个时限，每段的方向可分别投退，共用一个方向元件；每段的复合电压元件独立并可分别投退，共用一套复合电压定值。

在中压侧和低压侧后备保护中设置一段复合电压闭锁方向过电流保护（必要时可增加）。

复合电压闭锁方向过电流保护的逻辑如图3-1所示。

图3-1

3.4.2过负荷保护

过负荷保护是为了反应变压器在异常状态下因过负荷而引起的过电流，动作后发出告警信号、启动风冷或闭锁有载调压，由运行调度人员采取措施转移负荷或限制负荷。

由于过负荷都是对称的，所以过负荷保护采用单相接线，保护逻辑如图3-2所示。

3.4.3延时速断保护（或网络化母线保护）

运行整定规程规定：

如果变压器低压侧无母线差动保护，电源侧高压线路的继电保护整定值对该低压母线又无足够的灵敏系数时，应按下述原则考虑保护问题。

如变压器高压侧的过电流保护对低压侧母线有规程规定的灵敏系数时，则在变压器的低压侧断路器与高压侧断路器上配置的过电流保护将成为该低压母线的主保护及后备保护。

如变压器高压侧的过电流保护对该低压母线无规程规定的灵敏系数时，则在变压器低压侧断路器上应配置两套完全独立的过电流保护作为该低压母线的主保护及后备保护。

在这种情况下，要求这两套过流保护接于不同的电流互感器，经不同的直流熔断器供电并分别作用于该低压侧断路器与高压侧断路器（或变压器各侧断路器）。

为突出作为低压侧母线主保护的重要性，DSA系列变压器中/低压侧后备保护中的一段过流保护被命名为延时速断保护。

在微机保护中三段式电流保护没有本质上的区别，保护逻辑相同，只需在电流定值与延时上区分开来即可。

考虑到作为低压侧母线主保护，该延时速断保护的电流定值比较大，灵敏度有所保证，因此该保护不经复合电压闭锁，延时速断保护亦可作馈线近后备保护作用。

延时速断保护逻辑如图3-3所示。

网络化母线保护原理与延时速断保护相同，并在其基础上利用DSA通讯CANBUS总线的快速性将馈线保护感应85%左右的故障电流信息反馈给后备保护，后备保护据有无此信息作为判断母线故障和馈线故障的依据，作出跳闸判断或闭锁母线保护判断。

也可利用馈线保护感应85%左右的故障电流给出的硬接点信号作为闭锁母线保护的依据。

网络化母线保护配在两卷变高后备或中低压侧后备保护中。

网络化母线保护逻辑如图3-3-1所示。

3.4.4零序电流保护

变压器接地故障后备保护的配置和中性点直接接地系统中变压器中性点的接地方式及绝缘水平有关，零序电流保护、间隙零序电流保护和零序电压保护也是相互关联的，因此本说明书将接地故障后备保护的配置作为一个专门的问题在第3.5.3小节详细说明。

零序电流保护有两段，其中第一段有两个时限，经零序电压闭锁且每段可分别投退，共用一套闭锁零序电压定值。

除大型自耦变压器外，零序电流一般取自中性点零序TA，故现场也有要求用中性点接地刀闸状态来闭锁零序电流保护的。

零序电流保护的逻辑如图3-4所示。

图3-4零序电流保护逻辑框图

3.4.5间隙零序电流保护

运行整定规程规定：

110kV变压器中性点放电间隙零序电流保护的一次电流定值一般可整定为40～100A，保护动作后带0.3～0.5s延时跳开变压器各侧断路器。

DSA系列变压器后备保护中，间隙零序电流定值范围1～20A，时间定值范围0～10s，具有“自动投退”功能，该功能可投退。

“自动投退”指保护随中性点接地刀闸的状态而自动投退，具体而言，中性点接地刀闸拉开则保护投入，反之保护则自动退出。

间隙零序电流保护的逻辑如图3-5所示。

图3-5间隙零序电流保护逻辑框图

3.4.6零序电压保护

对中性点经放电间隙接地的半绝缘水平的110kV变压器的零序电压保护，其3U0定值一般整定为150～180V，保护动作后带0.3～0.5s延时跳开变压器各侧断路器。

当变压器中性点绝缘水平低于半绝缘水平时，其中性点一般应直接接地运行。

DSA系列变压器后备保护中，零序电压定值范围0～200V，时间定值范围0～10s，同样具有“自动投退”功能。

与间隙零序电流保护共用一个“自动投退”功能的投退定值。

零序电压保护的逻辑如图3-6所示。

图3-6零序电压保护逻辑框图

3.4.7TV断线保护

TV断线保护的逻辑如图3-7所示。

图3-7PT断线保护逻辑框图

3.4.8母线接地告警

大接地系统主变中低压侧后备或小接地系统主变高低压侧后备接入母线开口三角电压3U0，当3U0大于定值时发母线接地告警信号并启动相应信号继电器，高低压侧母线接地告警共用一套定值，告警信号相对独立。

3.5后备保护需要说明的问题

3.5.1DSA变压器保护中的相位

电工学规定相量的角度以逆时针方向为正，一个相量的相位是以参考相量为起点，向逆时针方向转过的角度。

如对称三相交流电压，若a的相位为0°，则b、c分别为240°，120°，如图3-8所示。

而DSA系列变压器保护中的相位遵循这一原则。

图3-8对称三相电压图3-9a方向无件动作区（A相）

3.5.2过电流保护的方向元件及其指向

DSA系列变压器保护中过电流保护的方向元件采用传统的90°交叉极化接线，最大灵敏角30°。

为了消除三相短路时的动作死区，极化电压回路引入记忆特性。

标准程序中，方向元件指向变压器，动作区域如下，其中动作区的角度指电流与电压Ua的夹角。

相别

极化电压

动作区（实际相位）

A

Ubc

210°～30°（逆时针）

B

Uca

90°～270°（逆时针）

C

Uab

330°～150°（逆时针）

A相动作区如图3-9a所示，B相和C相动作区如图3-9b、3-9c所示。

图3-9b方向元件动作区（B相）图3-9c方向元件动作区（C相）

多侧电源变压器主电源侧的方向过电流保护的方向宜指向变压器，其它电源侧方向过电流保护的方向可根据选择性的需要确定。

具体而言，有以下原则：

（1）降压变压器（包括中低压侧有电源的降压变压器）、主电力网间联络变压器的高压侧的过电流保护的方向宜指向变压器，且对指定侧有足够的灵敏度。

只有在变压器的主保护得到加强而作为高压侧母线后备时才指向母线。

（2）小电源侧或无电源侧的过电流保护的方向宜指向本侧母线，同时兼作本侧出线故障的后备保护。

（3）发电厂的升压变压器，高中压侧后备保护的方向指向本侧母线，即指向负荷侧，且要有足够的灵敏度。

方向元件的指向与保护的跳闸方式密切相关。

3.5.3接地故障后备保护的配置

3.5.3.1概述

工作在大电流接地系统的变压器应设置反应接地故障的后备保护，其作用有二：

在变压器内部接地故障时作为近后备保护；在外部接地故障时作为远后备保护。

变压器接地后备保护是整个电网接地保护的组成部分之一，其设置与整定应和电网接地保护相配合。

接地后备保护包括零序电流保护、间隙零序电流保护和零序过电压保护，它们互相联系、协调动作。

在中性点直接接地系统中，变压器中性点的运行方式一般有直接接地、不接地或经放电间隙接地，而不直接接地变压器的绝缘水平分为全绝缘或分级绝缘。

目前大容量超高压变压器大都采用分级绝缘方式，分级绝缘变压器的中性点可能不接地或经放电间隙接地。

保护规程规定110kV及以上中性点直接接地的电力网中，如变压器的中性点直接接地运行，对外部单相接地引起的过电流，应装设零序电流保护。

零序电流保护可由两段组成。

其中，零序电流Ⅰ段定值一般与线路零序电流Ⅰ段或Ⅱ段配合，动作后跳母联断路器，如有第二时间，则可跳本侧断路器。

零序电流Ⅱ段定值应与线路零序电流保护最末一段配合，动作后跳变压器各侧断路器。

如变压器的中性点可能接地运行或不接地运行时，则对外部单相接地引起的过电流，以及对因失去接地中性点的电压升高，应按下列规定装设保护。

全绝缘变压器应按规定装设零序电流保护，并增设零序过电压保护。

当电力网单相接地且失去接地中性点时，零序过电压保护经0.3～0.5s时限动作于断开变压器各侧断路器。

分级绝缘变压器：

（1）中性点装设放电间隙时，应按规定装设零序电流保护，并增设反应零序电压和间隙放电电流的零序电流电压保护。

当电力网单相接地且失去接地中性点时，零序电流电压保护经时限动作于断开变压器各侧断路器。

（2）中性点不装设放电间隙时，应装设两段零序电流保护和一套零序电流电压保护。

当每组母线上至少有一台中性点接地变压器时，零序电流保护以较小时限动作于缩小故障影响范围。

零序电流电压保护用于中性点不接地运行时保护变压器，其动作时限与零序电流保护第二段时限配合，用于先切除中性点不接地变压器，后切除中性点接地变压器。

目前在220kV系统中，变压器接地后备保护不再应用零序联切不接地变压器再跳接地变压器的保护方式，以避免保护和二次回路交叉及在某些运行方式下扩大停电范围，而明确要求220kV不接地的半绝缘变压器中性点应采用放电间隙接地方式。

110kV系统中也不再推荐应用零序联切不接地变压器再跳接地变压器的保护方式。

3.5.3.2间隙零序电流保护

为防止工频过电压对中性点不接地变压器的危害，110kV及以上电压等级的变压器越来越多采用经放电间隙接地，并对其应用间隙零序电流保护和零序电压保护。

放电间隙装设于变压器中性点和地线之间，一般采用带半球形触头的Φ12圆铜棒，配置专用零序TA，变比一般为100～200/5。

放电间隙的放电电压一般整定较高，约等于变压器额定相电压。

正常情况下，放电间隙回路无电流，在电网接地故障时不轻易放电。

只有当电网发生接地故障，有关的中性点直接接地变压器全部和故障点分离后，而带电源的中性点不直接接地变压器仍保留在故障电网中，电网零序电压升高到接近额定相电压，对变压器绝缘有较大危害的情况下，放电间隙才放电，以降低对地电压，防止变压器绝缘被破坏。

比较中性点直接接地变压器零序电流保护与变压器间隙零序电流保护，它们的用途不同，故具有完全不同的定值，前者动作电流较大，延时也较长，而后者则反之。

如果只设置一套继电器兼作两种保护用，就需要随着中性点接地方式的改变，随时改变保护定值，否则可能由于保护定值的不配合而造成电网接地故障时变压器越级跳闸。

为防止上述事件的发生，应对二者分别设置一套保护，同时电流互感器也分别装设，如图3-10所示。

图3-10分配配置的零序电流和间隙零序电流保护

3.5.3.3零序电压保护

零序电压保护的零序电压取自接在大电流接地系统侧母线上电压互感器的开口三角形接线的零序电压滤过器。

零序电压保护不能确定故障所在范围，在两台及以上变压器并联运行时，应与其它类型的接地保护配合动作以取得动作选择性。

现场一般采用间隙零序电流继电器与零序电压继电器并联的工作方式，当电网发生接地故障且失去接地中性点，带电源的中性点不直接接地变压器仍保留在故障电网中时，放电间隙放电，间隙零序电流保护动作；若放电间隙不放电，则利用零序电压继电器动作跳开变压器各侧断路器。

变压器零序电压保护作为大电流接地系统中性点不直接接地变压器接地后备保护中的最后一道防线，因此一般动作延时不应大于0.5s，跳开变压器各侧断路器。

3.6其他功能

3.6.1信息记录

装置可顺序存放32条保护信息、256条SOE、32条自检诊断信息、32条电流越限信息、8条录波信息、32条单元事件记录，信息存储采用先进先出原则。

保护事件记录

记录装置的保护事件，每条保护事件包括保护类型、测量类型、故障类型、动作值、动作时间等。

自检事件记录

记录装置的自检信息，包括A/D出错、定值出错、E2PROM出错、电流回路异常等。

遥信事件记录

记录装置的遥信变化及时间。

电流越限记录

记录电流越限的启动和返回时间。

单元信息记录

记录装置的各种人工操作的时间，包括投直流时间、退直流时间、保护定值整定时间、保护启动返回时间等。

3.6.2录波功能

录波数据存放在非易失性RAM中，存储容量64k，可顺序存放16个录波事件，每个事件中可对15个交流量进行录波，录波启动方式为电流越限启动。

电流越限启动录波的记录方式分为连续和断续两种。

录波启动后如果在规定的时间（96个采样点）内返回则采用连续记录方式，即启动时刻前32点，启动时刻后32＋X点（X点为录波返回时刻，1≤X≤64），然后再连续记录32点，总计录波96+X点。

见下图3-11。

录波启动后如果在规定的时间（96个采样点）仍未返回则采用断续记录方式，即启动时刻前后各32点，再连续记录64点后暂时停止，然后在录波返回时刻前后再各记录32点，总计录波192点。

见图3-12。

关于调用录波波形操作步骤：

按“ENT”键依次进入信息记录及录波事件记录菜单；按“+”、“-”键用于调节同一录波事件的不同交流量；按“↑”、“↓”键用于调节不同的录波事件共16个；按“←”、“→”键用于显示完整波形。

3.6.3通讯功能

装置采用双CAN网与上位机进行数据交换，原则上采用主备工作方式，即一般情况下，A网工作，当某一网络发生故障时，自动切换至备用B网通讯，非常情况下，当某一时刻需要上送的信息量十分大时，A网固定上送SOE、保护事件COS变化遥测等重要信息，B网上送全遥测、全遥信、全遥脉等一般信息。

3.6.4遥信功能

装置可接入32路遥信，同时具备32路保护事件转遥信功能，可通过开关投退是否转发遥信。

4定值整定

4.1相间后备保护的整定原则

4.1.1单侧电源两个电压等级的变压器

单侧电源两个电压等级的变压器电源侧的过电流保护作为保护变压器安全的最后一级跳闸保护，同时兼作无电源侧母线和出线故障的后备保护。

过电流保护的电流定值按躲额定负荷电流整定，时间定值与无电源侧出线保护最长动作时间配合，动作后，跳两侧断路器；在变压器并列运行时，如无电源侧未配置过电流保护，也可先