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1、NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,RCS-978微机变压器保护,RCS-978C在自耦变压器中的典型应用配置,RCS-978C在自耦变压器中的典型应用配置 (华东),RCS-978G2的典型应用配置,RCS-978G5在自耦变压器中配置,RCS-978H在三圈变压器中的典型应用配置,保护主体方案,总体方案为双主双后 即双套主保护、双套后备保护的配置方案。其思想是将一台主变的全套电量保护集成在一套装置中，主保护和后备保护共用一组TA，对每台变压器配置双套保护，每套保护装置采用不同组TA。 双主双后的优点 能够使得现场二次回路清晰、独立，现场维护方便，电缆数减少，可
2、靠性和安全性将极大地提高。,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,满足实时高速并行运算的硬件,投退压板,跳闸接点,跳闸控制字,跳闸信号,某侧后备跳闸:相间后备,接地零序,不接地零序.,异常信号接点,某侧报警和通用报警:报警指示灯,TV断线,TA断线(负序),过负荷 零序电压报警接点:不参与某侧及通用报警. 起动风冷及有载调压:没有任何报警信号,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,高速数字信号处理器DSP 大规模逻辑门阵列FPGA和可编程逻辑门阵列CPLD 14位并行A/D 32位微处理器CPU 单独的CPU处理显示、
3、键盘等人机对话 大屏幕汉字液晶显示,实时高速并行运算,特点：在较高的采样率的前提下，装置保证在故障全过程对所有保护继电器（主保护与后备保护）的并行实时计算，这样具有很高的可靠性及安全性（装置的采样率设计为每个周波24点，主要继电器采用全周傅氏算法）,变压器空载合闸示意,变压器差动保护需考虑的特殊问题,变压器励磁涌流的影响及防止措施,励磁涌流的出现机理,设外施电压按正弦规律变化，则 u1= U1sin(t+)=R1i1+N1d/dt 电阻 R1 i1较小,初始分析时可以略去。但 R1 的存在是瞬态过程衰减的重要因素。 不考虑电阻压降时 N1d/dt= U1sin(t+) d= U1/N1sin(
4、t+)dt =- U1/(N1)cos(t+)+C=-mcos(t+)+C 设无剩磁 t=0，=0，得 C=mcos =mcos-cos(t+),励磁涌流的出现机理,若在初相角=0时合闸，则 =m(1-cost) t=时，=2m，再考虑到剩磁，=(2.22.3)m，导致磁路过饱和，相应的励磁电流急剧增大，达正常时空载电流的几百倍，额定电流的6-8倍。 若在初相角 = 2时合闸，则 =-msint 变压器即进入稳态，是理想合闸时间。,励磁涌流的出现机理,电流的衰减 由于R1 的存在，电流脉冲将逐渐衰减。衰减的快慢由时间常L1/R1决定，一般在1s内，暂态电流就会大大衰减。小型变压器电阻较大，电抗
5、较小，衰减较快，约几个周期可达稳态；大型变压器，电阻较小，电抗较大，衰减较慢，可能延续20s才达到稳态。,励磁涌流的出现机理,变压器励磁涌流的影响,我们称mcos(t+)为稳态磁通，将非同期磁通mcos和剩磁r合称为暂态磁通。当=0时，如图所示。,变压器励磁涌流的影响,(a)磁化曲线；(b)励磁涌流,可以清楚看到，当电源电压Um一定时，稳态磁通幅值m就一定，因此暂态磁通愈大，总磁通的最大值就愈大，相应的涌流就有更大的峰值，=0时有最大的暂态磁通，因此=0也就是产生最大涌流峰值的条件(对单相变压器而言)。 对于三相变压器，由于三相相差120度，因此总是有涌流出现。 在各侧均有负荷电流时，励磁电流
6、只是励磁支路中的分流；在空投时，励磁电流全部表现为差流，且数值非常大，需要采取一定措施躲过。,变压器励磁涌流的影响,大型变压器差动保护差流中二次谐波1517是按照一般饱和磁通为1.4倍额定磁通幅值的涌流考虑的，但是由于变压器制造技术提高和材料利用率的改进，饱和磁通倍数1.21.3,甚至低致1.15,在此情况下涌流最小二次谐波含量可能低致10,变压器励磁涌流的影响,涌流对变压器差动保护的影响及已往解决措施,(1)利用励磁涌流中的非周期分量使继电器铁芯饱和，自动地提高保护的动作电流，如过去用速饱和铁芯的差动继电器。 (2)利用延时动作或提高保护动作值来躲过励磁涌流。但前者失去了速动的优点，后者降低
7、了保护动作的灵敏度。 (3)用短路电流和励磁涌流波形的差别来躲过励磁涌流。,RCS-978励磁涌流识别方法,法一：采用三相差动电流中二次谐波、三次谐波的含量来识别励磁涌流，判别方程如下： 法二：利用波形识别的方法，,Y-D变换的缺点,1.Y侧中某一相的励磁涌流的特征会蔓延到其他相中。 2.只能采用一相闭锁三相的方式。可能带来差动保护动作时间的离散性。 3.空投于变压器内部小故障可能会被误闭锁。或者至少延时跳闸。,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,差动保护二次电流调整与涌流识别,根据历年来的事故分析和动模试验，变压器差动保护中的一个重要问题是如何解决空投
8、变压器于匝间故障时，差动保护动作时间慢、离散度大的问题。 通过深入的理论分析与实验，我们发现采用-Y变换调整变压器各侧TA二次电流相位更为合理。对于变压器带故障空投，故障相的电流表现为故障特征，非故障相的电流表现为励磁涌流特征。由于装置的励磁涌流闭锁判据采用分相制动，非故障相不会延误故障相的动作速度。,电流相位补偿新方法,由Y相位补偿新方法：在软件中将侧电流做一个反相序的两相电流之差。为求得零序电流的平衡，将Y侧电流减去零序电流。 侧 Y侧,采用Y相位补偿的新方法后，由于Y侧没有进行两相电流差的计算，变压器空载合闸时各相有涌流时其特征都很明显。有涌流时闭锁保护更加可靠。可以完成涌流判据的分相制
9、动，在空投变压器于故障时，在不考虑零序电流有涌流的情况下（大量试验说明零序涌流远小于最大相涌流），故障相涌流很小，可以做到故障相快跳。试验表明，空投在故障变压器上保护动作时间小于40mS。,电流相位补偿新方法,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,电科院、电自院、四川中试所等的动模试验，证明了此方法的可靠性与正确性 根据各种动模实验的统计表明:空投变压器于小匝间故障时，装置的整组动作时间绝大部分小于40ms左右。,差动保护二次电流调整与涌流识别,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,空投变压器于匝间故障 (B相2.5%
10、匝间故障), - Y,Y - ,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,变压器工频变化量差动保护,匝间短路是电力变压器主要的内部故障形式之一，根据1995-1999年全国统计表明，匝间故障约占变压器内部故障的70%左右。因此在保证安全性的前提下，采用灵敏度高的保护方法来检测出变压器的匝间故障，对提高变压器的安全运行水平具有重要意义。 针对上述问题，我们采用工频变化量差动保护来提高装置的灵敏度。装置利用变压器各侧电流中的工频变化量与差电流中的工频变化量，实现工频变化量比率差动保护。,工频变化量继电器的理论基础,重叠原理的应用,NARI POWER SYSTER
11、M RELAYING INC.,南瑞继保,工频变化量比率差动继电器,动作方程,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,工频变化量比率差动动作特性,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,变压器工频变化量差动逻辑,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,工频变化量比率差动继电器,由于它完全反映的是故障分量，不受变压器正常运行时负荷电流的影响(对稳态量的比率差动继电器，负荷电流是一个制动量,会影响内部短路的灵敏度)。因而有很高的检测变压器内部小电流故障的能力。 工频变化量比率差动制动系数可取
12、较高的数值，这样在发生区外各种故障、功率倒方向、区外故障中出现TA饱和与TA暂态特性不一致等状态下也不会误动作。使得保护的安全性与灵敏度同时得到了兼顾。同时防止变压器区外故障TA饱和造成差动保护误动。 受过渡电阻影响小。,特点：,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,工频变化量差动过流继电器,动作方程： Id1.25Idt+Idth Idt为浮动门坎，随着变化量输出增大而逐步自动提高。取1.25倍可保证门槛电压始终略高于不平衡输出，保证在系统振荡和频率偏移情况下，保护不动作。 Idth为固定门坎。,NARI POWER SYSTERM RELAYING I
13、NC.,南瑞继保,涌流闭锁与过激磁闭锁元件,工频变化量差动保护的励磁涌流闭锁判据采用差电流二次谐波闭锁或波形判别闭锁 采用差电流五次谐波进行过激磁闭锁,过激磁闭锁闭锁元件说明,影响：传统的防误动措施是增设五次谐波制动回路。当电压达到额定电压的120%140%，励磁电流可增值额定电流的10%43%，完全有可能使差动保护误动。 规律：当过电压为115120时，有最大的五次谐波分量（约为基波电流的50），过电压超过120，五次谐波分量将减小，例如过电压达到140时，五次谐波分量为基波的35。当过电压倍数超过140，严重威胁变压器的安全，此时，五次谐波含量小于35，差动保护动作也是合理的。,NARI
14、POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,变压器发生轻微匝间故障 （C相1.5%匝间故障）,工频变化量差动,常规差动,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,稳态比率差动保护,由于反映工频变化量的差动保护在同名相区外转区内故障、振荡中再发生匝间故障等一些特殊情况下不能够获得足够的故障分量，其灵敏度降低，装置中保留了反映稳态量的比率差动保护。 利用差电流的二次、三次谐波或波形判别方法识别励磁涌流；利用差电流五次谐波识别变压器过励磁（装置可通过整定分别选择上述两种励磁涌流闭锁原理）。,NARI POWER SYSTERM RELAYING
15、 INC.,南瑞继保,稳态比率差动保护,动作方程：,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,稳态比率差动保护,动作特性,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,稳态高值比率差动保护,但在变压器区内发生严重故障时，TA也可能出现饱和，这时要求保护要快速动作，装置除了有差动速断保护外，还设有一高制动系数、高启动定值的比率差动保护，只经过励磁涌流判据闭锁，利用其本身的制动特性提高抗区外故障时TA饱和的能力,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,稳态高值比率差动保护,动作方程,动作特性,稳态差
16、动动作特性,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,零序比率差动保护,为了提高接地故障的灵敏度，针对自耦变压器，装置设有零序差动或分侧差动 现有零差保护存在的问题：零序TA极性不易校验问题；在变压器区外故障或励磁涌流状态下，由于非周分量、 TA特性不一致和TA饱和等因素的影响，零差保护可能误动作的问题。,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,零序比率差动保护方案,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调整平衡，这样可避免采用零序TA极性不易校验等问题 装置在理论分析与实验的基础上，采用正序电流制动与TA
17、饱和判据相结合的方法，保证零差保护在变压器区外故障时不误动。 正序电流制动判据：Ioo*I1,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,零序比率差动保护,动作方程：,动作特性：,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,自耦变压器正常运行发生A相1匝对地短路 （零差保护动作）,实例,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,自耦变压器区外出口三相短路并伴随TA饱和 （零差保护不误动）,实例,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,适用于变压器的TA饱和判据,
18、变压器差动保护TA饱和判据 稳态高值比率差动保护 实例,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,变压器差动保护TA饱和问题的提出,由于容量、测量范围、价格、负荷性质等多种因素，变压器差动保护各侧（尤其是低压侧）的TA不易选择合适的变比与特性，这样可能会造成在变压器发生区外短路等状态下的TA饱和、TA暂态特性不一致等因素引起差动保护误动。因此变压器差动保护需有可靠的TA饱和判据,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,变压器差动保护TA饱和研究,由专业互感器生产厂家用与一次电流互感器相同的材料制作了截面积小的易饱和电流互感器
19、，通过大量的试验对电流互感器的饱和特性进行了定量的研究，在理论分析、数字仿真与实验的基础上得知：TA在暂态饱和时谐波含量主要为二次谐波，稳态饱和时谐波含量主要为三次谐波。,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,变压器差动保护TA饱和研究,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,变压器差动保护TA饱和判据,装置利用变压器各侧电流中二次谐波含量与三次谐波含量来识别电流互感器的饱和。,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,由于变压器铁芯饱和的非线性和材料以及工艺上的差别，使得变压器过励磁特
20、性各异，这就要求变压器过激磁保护的动作特性能够适应不同的变压器过励磁曲线，而过激磁倍数测量值的精度对过激磁保护的动作特性有很大的影响,过激磁保护,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,过激磁保护,过激磁倍数可表示为: n=U/f 其中U和f分别为变压器端部电压的标幺值和频率的标幺值 装置采用正序电压相角软件测量频率和三相电压瞬时值均方根测量电压幅值的方法，使得过激磁倍数的测量值不受系统频率变化的影响，其测量精度在1%以内，这样减少了过激磁倍数测量值的误差对过激磁保护动作特性的影响。,过激磁倍数测量：,NARI POWER SYSTERM RELAYING
21、INC.,南瑞继保,反时限过激磁保护,装置采用了过励磁特性曲线可设定的反时限过激磁保护；反时限动作特性曲线由输入的十组定值得到，通过曲线拟合技术得到更加精确的反时限动作特性。 考虑到过激磁对变压器造成的危害主要表现为变压器局部过热，因此在过激磁倍数算法中采用了有效值的概念，其计算公式如下：,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,TA二次回路断线与短路判别方案,根据1995-1999年全国变压器差动保护误动作原因分析，有多起事故是由于TA二次回路断线或检修中误将差动保护的TA二次回路短接或误碰。因此有必要采取措施来判断TA二次回路断线、短路。,NARI PO
22、WER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,未引起差动保护起动的差回路异常报警,当任一相差流大于TA报警差流定值的时间超过10秒时发出差流异常报警信号，但不闭锁差动保护 ,判据构成：,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,瞬时TA断线与短路判别元件,当差动起动时不满足以下条件： 1任一侧任一相间工频变化量电压元件起动； 2任一侧负序相电压大于6V； 3起动后任一侧任一相电流比起动前增加； 4起动后最大相电流大于1.1 Ie,通过整定，用户可以选择在判断出TA二次回路断线或短路后发报警信号、部分闭锁差动保护或全部闭锁差动保护,TA异常判别原
23、理,装置设有TA异常判别判据为：当负序电流(零序电流)大于0.06In后延时10秒报该侧TA异常，同时发出报警信号，在电流恢复正常后延时10秒恢复,零序或分侧差流异常报警与TA断线闭锁,1 未引起零序或分侧差动保护起动的差回路异常报警：当零序或分侧差流大于定值的时间超过10秒时发出零序或分侧差流异常报警信号，不闭锁零序差动或分侧差动保护。 2 引起差动起动的差回路异常报警：判断方法同比率差动保护。,TV异常判别原理,(1)、正序电压小于30V，且任一相电流大于0.04In或开关在合位状态； (2)、负序电压大于8V。 满足上述任一条件，同时保护起动元件未起动，延时10秒报该侧母线TV异常，并发
24、出报警信号，在电压恢复正常后延时10秒恢复。在异常期间，根据整定控制字选择是退出经方向或电压闭锁的各段过流保护还是暂时取消方向和电压闭锁，以上各节均有详细说明。,复合电压闭锁方向过流,方向元件： 当过流方向指向控制字为1时，表示方向指向变压器，灵敏角为45；当过流方向指向控制字为0时，方向指向系统，灵敏角为225。,复合电压元件：,复合电压指相间电压低或负序电压高。对于变压器某侧复合电压元件可通过整定控制字选择是否引入其它侧的电压作为闭锁电压，例如对于I侧后备保护，装置分别设有控制字，如过流保护经II侧复压闭锁等，来控制过流保护是否经其II侧复合电压闭锁；当过流保护经II侧复压闭锁控制字整定为
25、1时，表示I侧复压闭锁过流可经过II侧复合电压起动；当过流保护经II侧复压闭锁控制字整定为0时，表示I侧复压闭锁过流不经过II侧复合电压起动。各段过流保护均有过流经复压闭锁控制字，当过流经复压闭锁控制字为1时，表示本段过流保护经复合电压闭锁。,TV异常对复合电压元件、方向元件的影响,若TV断线保护投退原则控制字为1，当判断出本侧TV异常时，方向元件和本侧复合电压元件不满足条件，但本侧过流保护可经其它侧复合电压闭锁（过流保护经过其他侧复合电压闭锁投入情况）；若TV断线保护投退原则控制字为0，当判断出本侧TV异常时，方向元件和复合电压元件都满足条件，这样复合电压闭锁方向过流保护就变为纯过流保护；不
26、论TV断线保护投退原则控制字为0或1，都不会使本侧复合电压元件起动其它侧复压过流。,本侧电压退出对复压元件、方向元件的影响：,i) 本侧复合电压元件不启动，但可由其它侧复合电压元件起动（过流保护经过其它侧复合电压闭锁投入情况）； ii) 本侧方向元件输出为正方向即满足条件； iii) 不会使本侧复合电压元件起动其它侧过流元件（其它侧过流保护经过本侧复合电压闭锁投入情况）。,零序方向过流保护,方向元件所用零序电压固定为自产零序电压 方向元件： 装置分别设有零序方向指向控制字来控制零序过流各段的方向指向。当零序方向指向控制字为1时，方向指向变压器，方向灵敏角为255；当零序方向指向控制字为0时，表
27、示方向指向系统，方向灵敏角为75。,方向元件所采用的零序电流,装置设有零序方向判别用自产零序电流控制字来选择方向元件所采用的零序电流。若零序方向判别用自产零序电流控制字为1，方向元件所采用的零序电流是自产零序电流；若零序方向判别用自产零序电流控制字为0，方向元件所采用的零序电流为外接零序电流。,零序过流I段和II段所采用的零序电流,零序过流用自产零序电流控制字来选择零序过流各段所采用的零序电流。若零序过流用自产零序电流控制字为1时，本段零序过流所采用的零序电流为自产零序电流；若零序过流用自产零序电流控制字为0时，本段零序过流所采用的零序电流是外接零序电流。 III段固定为外接零序电流,TV异常
28、对零序方向元件的影,若TV断线保护投退原则控制字为1，当装置判断出本侧TV异常时，方向元件不满足条件；若TV断线保护投退原则控制字为0，当装置判断出本侧TV异常时，方向元件满足条件，零序方向过流保护就变为纯零序过流保护。,零序方向过流：,本侧电压退出压板或整定控制字，此时它对零序电压闭锁零序方向过流有如下影响： 方向元件输出为正方向。 零序电压闭锁元件开放,零序过流各段经谐波制动闭锁,零序过流经谐波制动闭锁控制字来控制零序过流各段是否经谐波制动闭锁。当零序过流经谐波制动闭锁控制字为1时，表示本段零序过流经谐波制动闭锁。 零序谐波闭锁所用电流固定为外接零序电流,阻抗继电器保护,灵敏角75度 装置
29、判断出本侧TV断线或异常时，自动退出阻抗保护,南瑞继保 南京市江宁区胜太路29号 211100,沈文英 质控中心 电话：025-52127694 手机：13585121919传真：025-52100543,邮箱： shenwynari-,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,这样过激磁测量倍数中既含有当前时刻的过激磁信息，同时也含有过激磁开始后各时间段的累积过激磁信息，更真实地反映了变压器的实际运行工况。,反时限过激磁保护,反时限过激磁特点：,1.2 总线结构综自系统,WorldFIP现场总线的特点,（1）通信速率高，通信距离长 WorldFIP现场总线以
30、工业屏蔽双绞线或光纤作为传输介质，双绞线方式有31.25kbps、1Mbps及2.5Mbps三种标准速率，相对应的最大通信距离分别为5km、1km和500m，通过网络中继器，总线可分别扩展到20km、5km、2km。 （2）通信效率高 一般来说单帧报文长度越长，通讯的传输效率就越高。WorldFIP现场总线最长支持128字节变量报文或256字节消息报文，其最大通信效率能达到88.99%，而CAN总线只能达到57.68%。 （3）通信实时性强 WorldFIP现场总线采用令牌方式调度各子站对传输介质的访问，各子站的数据可以在预先确定的时间内在网络上传输。由于不存在介质访问冲突问题，非常适合于对于
31、传输时间具有严格要求的场合，如各种分散式控制系统、分散式数据采集系统等。,WorldFIP现场总线的特点,（4）误码率低 WorldFIP现场总线报文自带CRC校验功能，数据校验功能由通信控制器完成，报文不可检错概率小，据统计采用1Mbps速率，其误码在20年中不会超过一帧。 （5）介质冗余 介质冗余功能是WorldFIP现场总线的特色之一。通信控制器连接两路独立的传输介质，在双介质运行时，两路介质相互热备用。当某一介质发生断线、短路等故障而造成通信中断时，通信控制器会自动将通信数据无缝切换到另一条无故障介质上，并能保证数据的完整性及正确性，不需要应用程序的干预，极大地增强了通信可靠性。 （6）抗电磁干扰性强，可靠性高 WorldFIP现场总线采用变压器隔离技术，具有良好的抗电磁干扰能力，在强干扰下通讯接口不易损坏。,NARI POWER SYSTERM RELAYING INC.,南瑞继保,RCS-978E装置正常时液晶显示画面,