220kv-變電站電氣二次部分設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上天 津 大 學 網(wǎng) 絡(luò) 教 育 學 院?？飘厴I(yè)論文題目：220kv 變電站電氣二次部分設(shè)計完成期限：2016年1月8日 至 2016年4月20日學習中心：嘉興專業(yè)名稱：電氣自動化技術(shù)學生姓名：沈榮華學生學號：5指導教師：李娜娜專心-專注-專業(yè)220kv 變電站電氣二次部分設(shè)計1.1 概述變電站是電力系統(tǒng)組成的一個重要環(huán)節(jié)，是電力網(wǎng)中線路的重要連接部分，其作用是交換電壓、匯集和分配電能。變電站能否正常運行關(guān)系到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。因此對變電站進行監(jiān)控和保護具有十分重要的意義。電力變壓器是電力系統(tǒng)中極其重要的電氣設(shè)備，它的安全運行與否，直接關(guān)系到電力系統(tǒng)能否連續(xù)安全、穩(wěn)

2、定地運行。特別是由于變壓器本身結(jié)構(gòu)復雜、造價昂貴，一旦因故障而遭到損壞，其檢修難度大，檢修時間長，將造成巨大的經(jīng)濟損失。近年來，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴大，電壓等級的升高，大容量變壓器的應(yīng)用日趨增多, 對變壓器保護提出了更高的要求。母線的安全可靠運行則直接影響發(fā)電廠和變電所工作的可靠性。當母線上發(fā)生短路時，如果故障不能迅速被切除，將會引起事故擴大，破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，嚴重時將造成電力系統(tǒng)的瓦解事故。因此，在重要的220kV及其以上的發(fā)電廠或變電所的母線上，都需要裝設(shè)專用的母線保護裝置。保護的合理配置以及保護定值的整定計算是電力系統(tǒng)繼電保護工作的一個重要組成部分，保護的合理設(shè)計與選型是保證電網(wǎng)安

3、全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)，而保護定值的正確與否決定著保護裝置能否有效發(fā)揮作用，從而決定這被保護對象能否正常運行以及在發(fā)生故障時能否將各種故障從電網(wǎng)隔離，以避免事故的進一步擴大。無論保護裝置采用的原理多么先進，算法多么精確，硬件設(shè)計多么嚴密可靠，如果給定的整定值是錯誤的，則保護裝置就不可能正常工作，所以正確的繼電保護整定值是繼電保護裝置有效發(fā)揮作用的一個重要條件。我必須對相關(guān)保護原理有十分深刻的理解，深入研究其保護配置方案并完成相關(guān)保護的整定計算。必須深入研究和了解其保護特點，合理進行保護配置設(shè)計，正確確定保護定值。1.2 變壓器保護的研究現(xiàn)狀和發(fā)展差動保護作為變壓器主保護的主要形式，長期以來受到保護工

4、作者的關(guān)注。對其研究可追述到二三十年代。1931 年，R.E.Cordray 提出比率差動的變壓器保護，標志著差動保護作為變壓器主保護時代的到來。隨著計算機的出現(xiàn)，繼電保護的微機化成為又一關(guān)注的熱點。變壓器保護新原理的研究主要集中在變壓器主保護方面，成功的實現(xiàn)變壓器主保護的關(guān)鍵在于準確區(qū)分內(nèi)部故障和外部故障、內(nèi)部故障和勵磁涌流、內(nèi)部故障和差動TA 二次斷線等運行情況?，F(xiàn)場長期的運行的統(tǒng)計資料表明差動保護是能夠準確地區(qū)分區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障的，目前變壓器主保護的研究重點在于如何提高保護的整體性能上，尤其是微機保護被大量使用后，如何充分利用微機的各種資源和特性來改善變壓器保護的性能成為了研究領(lǐng)域的一個重

5、要方向。近年來，新器件、新技術(shù)的應(yīng)用為變壓器保護的研究與發(fā)展提供了一個廣闊的天地。數(shù)字信號處理器 DSP 的出現(xiàn)，不但可以提高微機保護數(shù)據(jù)采樣與計算的速度和精度，甚至可能改變往常微機保護裝置的設(shè)計思想，使得復雜的算法得以在保護裝置中。隨著變壓器主保護的研究不斷取得進展，變壓器后備保護的研究和應(yīng)用也日益引起人們的重視。對于變壓器后備保護，由于其原理相對簡單、成熟，因此在實現(xiàn)技術(shù)方面的研究更為引人關(guān)注。變壓器短路故障的后備保護主要包括相間短路、接地短路兩個部分。變壓器后備保護在開發(fā)和應(yīng)用中面臨的突出問題是，后備保護的配置與變壓器的容量、電壓等級、運行方式以及所接電源和負載的情況等諸多因素有關(guān)，就目

6、前來說，如何提高后備保護的適應(yīng)性，是現(xiàn)階段的研究重點。1.3 母線保護的研究現(xiàn)狀和發(fā)展母線保護的發(fā)展經(jīng)歷了電磁型、晶體管型、集成電路型到微機型幾個發(fā)展階段。其中電磁型、晶體管型母線保護雖仍有應(yīng)用，但是已逐步被淘汰，目前母線保護正由集成電路型逐步向微機型過渡。按照母線保護裝置的輸入阻抗值的大小，則可分為低阻抗型母線保護 (一般為幾歐姆)，中阻抗型母線保護(一般為幾百歐姆)，高阻抗型母線保護(一般為幾千歐姆)，其中，低阻抗型母線保護接線簡單，可瞬時動作，是工程應(yīng)用最為廣泛的一種母差保護。 近年來發(fā)展迅速的微機型母線保護，相對于其他類型的母線保護，它有著不可比擬的優(yōu)勢。其最主要的特點是充分利用了計算

7、機進行數(shù)字計算的能力，方便地實現(xiàn)帶比率制動特性的電流瞬時值差動保護原理，而且，微機母線保護對 TA 飽和具有獨特的檢測方法，抗飽和能力強，對雙母線接線方式而言具有自適應(yīng)能力，可自動識別母線運行方式；同時微機母線保護具有自檢功能，可靠性也得到進一步的提高；更重要的是，微機母線保護具有通信接口，可方便地與監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)來完成信息的遠傳與遠控，實現(xiàn)自動化。當然，微機母線保護具有調(diào)試整定方便的優(yōu)點也是不言而喻的，因此，母線保護和其他類型的元件保護一樣，采用微機型的保護是大勢所趨和發(fā)展方向。綜上所述，本次設(shè)計我選用新型的成套微機保護裝置，組成變電站微機綜合保護自動化系統(tǒng)，下圖為其結(jié)構(gòu)圖：圖1.1 變電站微

8、機綜合保護自動化系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)2 變壓器微機保護設(shè)計2.1 變電站一次部分設(shè)計基本數(shù)據(jù)表2.1三相短路電流計算結(jié)果運行方式電壓等級短路點三相短路電流三相短路全電流沖擊值（KA）沖擊電流有效值(KA)三相短路容量（KVA）標幺值有名值(KA)最大運行方式220KVK130.48787.653320.561412.38793048.858110KVK221.598310.84329.136117.55142156.83210KVK317.621096.890260.350156.8301762.090最小運行方式220KVK130.48787.653320.561412.38793048.8581

9、10KVK219.67349.877226.536015.98761967.34010KVK315.448884.946228.251137.4981544.880表2.2單相接地短路電流計算結(jié)果運行方式電壓等級短路點單相短路電流單相短路全電流沖擊值（KA）沖擊電流有效值(KA)單相短路容量（MVA）標幺值有名值(KA)最大運行方式220KVK139.05239.803026.340715.86753905.238110KVK231.729615.929642.802925.78433172.95110KVK323.2612127.904343.679207.0312326.130最小運行方式

10、220KVK137.97509.532625.014215.42993797.518110KVK228.623014.37038.612623.26002862.30110KVK322.6057124.299333.990201.1962260.568表2.3 兩相接地短路電流計算結(jié)果運行方式電壓等級短路點兩相短路電流兩相短路全電流沖擊值（KA）沖擊電流有效值(KA)兩相短路容量（MVA）標幺值有名值(KA)最小運行方式220KVK126.40326.628017.806710.72822640.388110KVK217.03778.553922.980913.84571703.76610KV

11、K313.379173.565197.671119.0771337.905表2.4 LB-220(W)型電流互感器主要技術(shù)參數(shù)型號技術(shù)參數(shù)額定電流比級次組合動穩(wěn)定電流（KA）3S熱穩(wěn)定電流（KA）LB-220(W)800/1D/0.210040表2.5 LGB-110型電流互感器主要技術(shù)參數(shù)型號技術(shù)參數(shù)額定電流比準確級動穩(wěn)定電流（KA）3S熱穩(wěn)定電流（KA）LGB-1102000/55P12531.5表2.6 LDJ-10型電流互感器主要技術(shù)參數(shù)型號技術(shù)參數(shù)額定電流比準確級動穩(wěn)定倍數(shù)Kd4S熱穩(wěn)定倍數(shù)KtLDJ-1015000/55P1540 220kV側(cè)電壓互感器的選擇表2.7 TYD220

12、-0.01H電壓互感器主要技術(shù)參數(shù)型號額定電容（uF）電壓額定比額定容量TYD220-0.01H0.01/:100/:1000.2級0.5級3級150VA200VA100VA 110kV側(cè)電壓互感器的選擇表2.8 TYD110-0.02H電壓互感器主要技術(shù)參數(shù)型號額定電容（uF）電壓額定比額定容量TYD110-0.02H0.02/:100/:1000.2級0.5級3級150VA200VA100VA 10kV側(cè)電壓互感器的選擇表2.9 JSZ-10電壓互感器主要技術(shù)參數(shù)型號最大容量類別電壓額定比額定容量JSZ-101500VA戶內(nèi)10000/:100/:100/0.2級0.2級0.2級200VA

13、200VA200VA2.2 變壓器故障類型及相應(yīng)保護根據(jù)電力裝置的繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范GB50062-92第4.0.1節(jié)對電力變壓器的下列故障及異常運行方式，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護裝置：繞組及其引出線的相間短路和在中性點直接接地側(cè)的單相接地短路；繞組的匝間短路； 外部相間短路引起的過電流；中性點直接接地電力網(wǎng)中外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓；過負荷； 油面降低；變壓器溫度升高或油箱壓力升高或冷卻系統(tǒng)故障。對變壓器引出線、套管及內(nèi)部的短路故障。對于10MVA及以上的單獨運行變壓器和6.3MVA及以上的并列運行變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。對于10MVA以下的變壓器宜裝設(shè)電流速斷保護和過電流

14、保護。在2MVA及以上的變壓器，當電流速斷靈敏系數(shù)不符合要求時，宜裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。各項保護裝置應(yīng)動作于斷開變壓器的各側(cè)斷路器。對由外部相間短路引起的變壓器過電流，應(yīng)裝設(shè)過電流保護裝置。保護裝置動作后，應(yīng)帶時限動作于跳閘，三線圈變壓器，宜裝于主電源側(cè)及主負荷側(cè)。主電源側(cè)的保護應(yīng)帶兩段時限，以較短的時限斷開未裝保護側(cè)的斷路器。按照規(guī)范要求對變壓器保護應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的保護，反應(yīng)變壓器繞組、引出線上的各種短路故障的縱差保護；為防止外部短路引起的過電流和作為變壓器縱差保護、瓦斯保護的后備保護設(shè)置過流保護。2.3 主變壓器保護配置方案與選型電力變壓器是電力系統(tǒng)之中十分重要的電氣設(shè)備，發(fā)生故障將給電力系統(tǒng)的運

15、行帶來嚴重的后果，將引起系統(tǒng)大面積的停電，危及變電站安全，甚至可能使部分系統(tǒng)癱瘓，為了保證變壓器的安全運行和防止擴大事故，裝設(shè)靈敏、快速、可靠和選擇性好的微機保護是極為重要的。2.3.1 主變壓器保護配置方案變壓器可能發(fā)生的故障可分為內(nèi)部故障和外部故障。內(nèi)部故障指的是箱殼內(nèi)部發(fā)生的故障，有繞組的相見短路故障、單相繞組匝間短路故障、單相繞組和鐵芯間絕緣損壞而引起的接地短路故障、繞組的斷線故障等。外部故障指的是箱殼外部繞組引出線間的各種相見短路故障和引出線因絕緣套管閃絡(luò)或破碎通過箱殼發(fā)生的單相接地故障。微機保護裝置和微機監(jiān)控系統(tǒng)具有很強的抗電磁干擾及抗諧波干擾能力，并有防止雷電沖擊和系統(tǒng)過電壓的措

16、施，輸入偷出同路設(shè)有光電隔離設(shè)施和防止接點抖動的措施；微機保護裝置具備集保護、監(jiān)測、控制、通訊于一體的功能，并具有獨立性，在不與微機監(jiān)控設(shè)備聯(lián)用時能獨立運行。根據(jù)DL400-91繼電器保護和安全起動裝置技術(shù)規(guī)程的規(guī)定：主保護1) 差動速斷、比率差動保護：保護動作跳開主變壓器各側(cè)斷路器。 2) 非電量保護：按主變壓器廠的要求，裝設(shè)瓦斯保護、壓力釋放、過溫 保護等非電量保護。跳閘型非電量瞬時或延時跳閘，信號型非電量瞬間發(fā) 信號。跳閘型非電量保護出口繼電器動作時間范圍為 1035ms，當其電壓低于額定電壓 55%時應(yīng)可靠不動作。 后備保護1) 高壓側(cè)配置復合電壓閉鎖過流保護，保護動作延時跳開主變壓器

17、各側(cè)斷路器；配置中性點間隙電流保護、零序電壓保護，保護動作延時跳開主變壓器各側(cè)斷路器；配置零序電流保護，保護動作第一時限跳高壓側(cè)母聯(lián)（分段）斷路器，第二時限跳開主變壓器各側(cè)斷路器。2) 中壓側(cè)配置復合電壓閉鎖過流保護。保護為二段式，第一段第一時限跳段斷路器，第二時限跳開本側(cè)斷路器；第二段延時跳開主變壓器各側(cè)斷路器。低壓側(cè)配置時限速斷、復合電壓閉鎖過流保護。保護為二段式，第一段第一時限跳分段，第二時限跳開本側(cè)斷路器；第二段第一時限跳分段斷路器，第二時限跳開本側(cè)斷路器；第三時限跳開主變壓器各側(cè)斷路器。 各側(cè)均配置過負荷保護，保護動作于發(fā)信號2.3.2 主變壓器保護配置選型綜合考慮變電站電壓等級、重

18、要程度、可靠性等因素，本設(shè)計選用許繼WBH-801A變壓器保護裝置作為主變的電氣量保護裝置，為主變壓器提供主保護和后備保護。選用WBH-802A 型保護裝置作為主變的非電氣量保護裝置。為主變壓器提供全部非電氣量保護。WBH-801A的保護配置情況見下表：表2.10 主變壓器電氣量保護配置保護功能保護功能主保護縱差保護中壓側(cè)保護相間阻抗保護差動速斷保護接地阻抗保護增量差動保護復壓閉鎖過流保護差流越限保護過負荷高壓側(cè)保護相間阻抗保護低壓側(cè)保護復壓閉鎖過流保護接地阻抗保護過負荷復壓閉鎖過流保護過負荷如上表2.7所示，本次設(shè)計中主變的主保護為縱差保護，差動速斷保護，增量差動保護和差流越限告警。主變的后

19、備保護為相間阻抗保護，接地阻抗保護，復壓過流保護，零序（方向）過流，過負荷保護。WBH-802的保護配置情況：每套WBH-802 裝置可完成15 路非電量保護，其中12 路非電量可通過壓板投為跳閘或發(fā)信，另3 路非電量只具有發(fā)信功能。不需要延時跳閘的非電量通過壓板直接去跳閘，需要延時跳閘的非電量通過CPU 延時后，由CPU 發(fā)出跳閘信號。非電量保護動作后，裝置自動打印動作信息且可通過通信將信息傳至監(jiān)控系統(tǒng)。保護邏輯如下圖所示：圖2.1 非電量保護邏輯框圖2.4 主變壓器主保護2.4.1 電流差動保護原理電流差動保護比較被保護設(shè)備各引出線上的電流，規(guī)定電流的正方向為流入被保護設(shè)備。當各引出線之間

20、在電路上相連時，被保護設(shè)備可看作一個節(jié)點。在正常運行及外部故障時按照基爾霍夫電流定律有式（2.1）式中，Id 差動電流Ij引出線 j 上流入被保護設(shè)備的相電流n 引出線個數(shù)上式對被保護設(shè)備的每一相都成立。一般地，我們把各引出線流入被保護設(shè)備的總電流稱為差動電流；在被保護設(shè)備內(nèi)部故障時，當總短路電流可以在故障點流入地或其他支路（如流入其他相）時有：式（2.2）Id = If 式中，If故障點的總短路電流，以上分析可以得出差動保護的基本判據(jù)：IdId0，其中，Id0為差動保護的啟動電流。差動保護的基本原理說明，不考慮 TA 誤差，在正常及外部故障時Id=0，差動保護可靠地不動作；在內(nèi)部故障時Id0

21、，保護可靠地動作；差動保護有絕對地選擇性，保護動作不需要延時。一般內(nèi)部故障最小短路電流也大于差動電流的啟動值，差動保護有很高的靈敏度。所以，差動保護具有選擇性好、靈敏度高、快速性的優(yōu)點。2.4.2 裝置原理變壓器主保護由縱差保護、差動速斷、增量差動和差流越限告警組成?？v差保護能反應(yīng)變壓器內(nèi)部所有故障類型，包括變壓器內(nèi)部高（中，低）壓側(cè)相間短路故障、高（中）壓側(cè)單相接地短路及匝間層短路故障。增量差動為變壓器其他主保護的補充，主要解決變壓器輕微的匝間故障，高阻接地故障。主保護配置原理如下： 縱差保護縱差保護的電流取自變壓器的高壓側(cè)CT，中壓側(cè)CT 和低壓側(cè)外附CT，既要考慮勵磁涌流和過勵磁運行工況

22、，同時也要考慮CT 異常、CT 飽和、CT 暫態(tài)特性不一致的情況。a 縱差保護動作方程式（2.3）Iop為差動電流，Iop.0為差動保護啟動電流定值，Ires為制動電路，Ie為差動保護的基準電流（通常以高壓側(cè)額定電流為基準），各側(cè)電流的方向都以指向變壓器為正方向。b 縱差保護動作特性圖2.2 縱差保護動作特性如上圖所示，當制動電流小于時，差動保護啟動電流定值為，而差動電流大于該定值時，縱差差動元件才動作；當制動電流在和之間時，而差動電流大于線段ab代表的差動保護啟動電流定值時，縱差差動元件才動作；當制動電流大于時，而差動電流大于點b以后代表的差動保護啟動電流定值時，縱差差動元件才動作。c 縱差

23、保護邏輯圖圖2.3 縱差保護邏輯圖如上圖2.13所示，差動出口輸出信號需滿足：主保護硬壓板（即實際的金屬接頭壓板）投入，主保護軟壓板（即在微機保護系統(tǒng)中的設(shè)置），縱差保護控制字為1，縱差差動啟動元件動作，縱差差動元件動作，勵磁涌流識別出無涌流，CT斷線閉鎖差動控制字為1，CT發(fā)生異常同時發(fā)生時，差動出口才有輸出信號；CT異常信號輸出信號發(fā)生在CT發(fā)生異常。a 勵磁涌流判據(jù)裝置提供兩種勵磁涌流識別方式，當“二次諧波制動”整定為1 時，采用二次諧波原理閉鎖，整定為0 時，采用波形比較原理閉鎖。式（2.4）變壓器空投時，三相勵磁涌流中往往有一相含有大量的二次諧波。但是，變壓器差動保護各側(cè)電流要進行相

24、位調(diào)整，相位調(diào)整后的電流不再是真實的勵磁涌流，電流中的二次諧波含量也會發(fā)生變化。本裝置根據(jù)變壓器的不同工況自動選擇電流計算二次諧波含量，如在變壓器空載合閘時采用相位調(diào)整前的電流計算二次諧波含量，因此，計算勵磁涌流的二次諧波含量更加真實，性能更加可靠。變壓器在正常運行時，裝置采用差動電流中的二次諧波含量來識別勵磁涌流。判別方程如下： 式中：為差流中的二次諧波，為差流中的基波，為二次諧波系數(shù)。如果某相差流滿足上式，同時閉鎖三相差動保護。本裝置在采用二次諧波“或”閉鎖的同時采用空投主變過程中故障識別專利技術(shù)，短時投入按相綜合開放判據(jù)，既能正確識別勵磁涌流，又能在空投故障變壓器時快速可靠地開放差動保護

25、，提高在空投變壓器于故障時差動保護的動作速度。本裝置根據(jù)變壓器的不同工況自動選擇差動電流或相電流計算波形的不對稱度，計算出勵磁涌流的波形不對稱度更加真實，保護性能更加可靠。波形比較判別方程如下：式（2.5） 式中：為差動電流采樣點的不對稱度值，為對應(yīng)差動電流采樣點的對稱度值，為某一固定系數(shù)。如果某相差流滿足上式，閉鎖本相差動保護。b CT飽和判據(jù)為防止在變壓器區(qū)外發(fā)生故障等狀態(tài)下的CT 飽和所引起的比率制動式差動保護誤動作，本裝置設(shè)有CT飽和判據(jù)。由鐵磁元件的“B-H”曲線可知，區(qū)外故障起始時和一次電流過零點附近CT 存在一個線性傳變區(qū)，因此，區(qū)外故障CT 飽和時，差動電流波形不完整，存在間斷

26、。采用時差法判斷出為變壓器區(qū)外故障后，如果判斷出差動電流不完整，存在間斷，則閉鎖差動保護。并采用虛擬制動量的CT 飽和識別專利技術(shù)，既能有效防止區(qū)外故障保護誤動作，又能保證在區(qū)內(nèi)故障及區(qū)外故障發(fā)展成為區(qū)內(nèi)故障時保護的快速動作。c CT異常判據(jù)CT異常判據(jù)分為兩種情況。高定值判據(jù)：當差流大于0.2 倍的額定電流時，啟動CT 異常判別程序，滿足下列條件認為CT 異常： 本側(cè)三相電流中至少一相電流不變； 任意一相電流為零。低定值判據(jù)：滿足下列條件認為CT 異常，延時10s 發(fā)CT 異常信號： 零序電流大于0.1 倍的額定電流； 任意一相電流為零。通過定值“CT 斷線閉鎖差動保護”控制CT 異常判別出

27、后是否閉鎖差動保護。當“CT 斷線閉鎖差動保護”整定為“0”時，判別出CT 異常后不閉鎖差動保護，整定為“1”時，判別出CT異常后閉鎖差動保護。 差動速斷保護由于比率差動保護需要識別變壓器的勵磁涌流和過勵磁運行狀態(tài)，當變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時，不能夠快速切除故障，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定帶來嚴重危害，所以配置差動速斷保護，用來快速切除變壓器嚴重的內(nèi)部故障。當任一相差流電流大于差動速斷電流定值時差動速斷保護瞬時動作，跳開各側(cè)斷路器。差動速斷保護邏輯圖如下：圖2.4 差動速斷保護邏輯圖如上圖2.14所示，差動出口輸出信號需滿足：主保護硬壓板（即實際的金屬接頭壓板）投入，主保護軟壓板（即在微機保護系統(tǒng)中的設(shè)

28、置），差動速斷控制字為1，差動速斷動作，速斷啟動元件動作，差動出口才有輸出信號。 增量差動保護增量差動不受正常運行的負荷電流的影響，具有比比率差動更高的靈敏度，由于比率差動保護的制動電流的選取包括正常的負荷電流，變壓器發(fā)生弱故障時，比率差動保護由于制動電流大，可能延時動作或者不動作。增量差動主要解決變壓器輕微的匝間故障，高阻接地故障。a 動作方程式（2.6）b 動作特性圖2.5 增量差動保護動作特性圖如上圖2.5所示，當差動電流大于且大于時，增量差動元件動作。c 保護邏輯圖圖2.6 增量差動保護邏輯圖如上圖2.6所示，差動出口輸出信號需滿足：主保護硬壓板（即實際的金屬接頭壓板）投入，主保護軟壓

29、板（即在微機保護系統(tǒng)中的設(shè)置），增量差動保護控制字為1，增量差動啟動元件動作，增量差動元件動作，勵磁涌流識別出無涌流，CT斷線閉鎖差動控制字為1和CT發(fā)生異常至少一個不發(fā)生時，差動出口才有輸出信號；CT異常信號輸出信號發(fā)生在CT發(fā)生異常時。 差流越限保護當任一套差動保護的任一相差流電流大于0.5 倍的該套差動保護啟動電流定值時，延時5s 報差流越限信號。差流越限保護邏輯圖如下圖所示：圖2.7 差流越限告警邏輯圖如上圖2.7所示，差流越限輸出信號的出現(xiàn)需滿足：主保護硬壓板（即實際的金屬接頭壓板）投入，主保護軟壓板（即在微機保護系統(tǒng)中的設(shè)置），任一差動保護控制字為1（即縱差差動保護控制字，差動速斷

30、保護控制字，增量差動保護），差流越限元件動作，延時5s后，差流越限信號發(fā)出。2.4.3 主變壓器各主保護動作關(guān)系縱差保護能反應(yīng)變壓器內(nèi)部所有故障類型，包括變壓器內(nèi)部高（中，低）壓側(cè)相間短路故障、高（中，低）壓側(cè)單相接地短路及匝間層間短路故障。差動速斷保護是縱差保護的輔助。差動速斷元件沒有制動特性，而且差動速斷保護無需識別變壓器的勵磁涌流和過勵磁運行狀態(tài)，能防止在短路水平高，短路電流很大的情況時，因諧波分量的驟增而使CT飽和，產(chǎn)生很大的制動力矩使差動保護拒動。差動速斷保護起到的作用：用于快速切除變壓器嚴重的內(nèi)部故障，當任一相差流電流大于差動速斷電流定值時差動速斷保護瞬時動作，跳開各側(cè)斷路器。增量

31、差動具有比比率差動更高的靈敏度，當變壓器發(fā)生弱故障時，比率差動保護由于制動電流大，可能延時動作或者不動作。增量差動作用：解決變壓器輕微的匝間故障，高阻接地故障。差流越限保護起到的作用：當任一套差動保護的任一相差電流大于0.5倍該套差動保護啟動電流定值時，延時5s時差流越限信號出現(xiàn)。2.4.4 主變壓器后備保護2.4.5 裝置原理變壓器后備保護通常作為主保護的后備，如果主保護未能快速將故障切除，可通過后備保護進行切除。變壓器短路故障的后備保護主要包括相間短路、接地短路兩個部分。相間故障后備保護通常采用過流保護，低電壓啟動的過電流保護，復合電氣啟動的過流保護以及負序過電流保護等，也有采用阻抗保護作

32、為后備保護。接地故障后備保護通常采用階段式零序過流保護，零序過電壓保護。變壓器后備保護的配置與變壓器的容量、電壓等級、運行方式以及所接電源和負載的情況等諸多因素有關(guān)。此次設(shè)計選用WBH-801A裝置作為后備保護。后備保護裝設(shè)于變壓器高中低側(cè)，動作后跳開各側(cè)斷路器。復合電壓啟動的過電流保護的復合電壓啟動部分由負序過電壓元件與低電壓元件組成。在微機保護中，接入微機保護裝置的電壓為三個相電壓或三個線電壓，負序過電壓與低電壓功能由算法實現(xiàn)。過電流元件的實現(xiàn)通過接入三相電流和保護算法實現(xiàn)，兩者相與構(gòu)成復合電壓啟動的過電流保護。后備保護原理如下： 相間阻抗保護相間阻抗保護通常用于220kV500kV 大型

33、聯(lián)絡(luò)變壓器、升壓及降壓變壓器，作為變壓器引線、母線及相鄰線路相間故障的后備保護。當電流、電壓保護不能滿足靈敏度要求或根據(jù)網(wǎng)絡(luò)保護間配合的要求，變壓器的相間故障后備保護可采用相間阻抗保護。相間阻抗保護可實現(xiàn)偏移阻抗、全阻抗或方向阻抗特性。對相間阻抗保護各時限可以通過相應(yīng)保護控制字進行投退。a 啟動元件當相間電流突變量元件啟動或負序電流元件啟動時，開放相間阻抗保護。式（2.7）式中I為相間電流突變量。IT為浮動門檻，隨著變化量輸出增大而逐步自動提高，取1.25倍可保證門檻電流始終略高于不平衡輸出。Ie為變壓器本側(cè)二次額定負荷電流。b 相間阻抗保護邏輯框圖圖2.8 相間阻抗保護邏輯框圖如上圖2.7所

34、示，相間阻抗保護可用于當電流、電壓保護不能滿足需求時的變壓器相間故障后備保護。相間阻抗保護信號輸出需滿足：本側(cè)電壓投退壓板（當某側(cè)電壓投退壓板退出時，該側(cè)相間阻抗元件判別自動退出）不退出，相間阻抗在動作區(qū)，本側(cè)PT未異常動作，滿足啟動元件動作條件（見式2.6），后備保護硬壓板投入（即實際的金屬接頭壓板），后備保護軟壓板投入（即在微機保護系統(tǒng)的設(shè)置），相間阻抗保護控制字為1，相間阻抗保護啟動元件動作。 接地阻抗保護接地阻抗保護作為繞組、引線的接地故障的后備保護或相鄰元件接地故障的后備保護。在中性點直接接地的電網(wǎng)中，當零序電流保護的靈敏度不能滿足要求時，可采用接地阻抗保護，它的主要任務(wù)是正確反映電

35、網(wǎng)的接地短路。接地阻抗保護可實現(xiàn)偏移阻抗、全阻抗或方向阻抗特性。對接地阻抗保護的各時限可以通過相應(yīng)保護投退控制字進行投退。a) 啟動元件啟動電流元件采用電流互感器二次三相自產(chǎn)零序電流，當自產(chǎn)零序電流大于0.2 倍本側(cè)二次額定電流時，開放接地阻抗保護。式（2.8）式中Ie為變壓器本側(cè)二次額定電流。b) 接地阻抗保護邏輯框圖圖2.9 接地阻抗保護邏輯框圖如上圖2.8所示，接地阻抗保護作為繞組、引線的接地故障的后備保護或相鄰元件接地故障的后備保護，主要任務(wù)是正確反映電網(wǎng)的接地短路。接地阻抗保護信號輸出需滿足：本側(cè)電壓投退壓板（當某側(cè)電壓投退壓板退出時，該側(cè)接地阻抗元件判別自動退出）不退出，接地阻抗在

36、動作區(qū)，本側(cè)PT未異常動作，滿足啟動元件動作條件（見式2.7），后備保護硬壓板投入（即實際的金屬接頭壓板），后備保護軟壓板投入（即在微機保護系統(tǒng)的設(shè)置），接地阻抗保護控制字為1，接地阻抗保護啟動元件動作。 復壓閉鎖過流保護復壓過流保護，作為變壓器或相鄰元件的后備保護?？赏ㄟ^整定相關(guān)定值控制字選擇各段過流是否投入。a) 過流元件過流元件接于電流互感器二次三相回路中，當任一相電流滿足下列條件時，過流元件動作。式（2.9）式中Iop為動作電流整定值。b) 復合電壓元件當某側(cè)PT 檢修或旁路代路未切換PT 時，為保證該側(cè)后備保護的正確動作，需退出該側(cè)電壓投退壓板。當某側(cè)電壓投退壓板退出或某側(cè)發(fā)生PT

37、異常時，對復壓閉鎖過流保護的影響如下：l 對于低壓側(cè)復壓過流保護，該保護變成過流保護。l 對于高（中）壓側(cè)復壓過流保護，退出該側(cè)的復合電壓啟動，即高壓側(cè)發(fā)生PT 異?；螂妷和锻藟喊逋顺鰰r，退出高壓側(cè)的復合電壓啟動，中壓側(cè)發(fā)生PT 異?；螂妷和锻藟喊逋顺鰰r，退出中壓側(cè)的復合電壓啟動，如此類推。l 當各側(cè)都出現(xiàn)電壓投退壓板退出或發(fā)生PT 異常時，各側(cè)復壓過流保護都變成過流保護。c) 保護邏輯框圖以高壓側(cè)復壓過流為例，保護邏輯圖如下圖所示：圖2.10 復合電壓過流保護邏輯圖 過負荷（有載調(diào)壓閉鎖、通風啟動）保護裝置設(shè)有三個保護分別對應(yīng)這三項功能，取最大相電流作為判別。裝置給出通風啟動觸電，有載調(diào)壓閉

38、鎖觸電?？梢酝ㄟ^相應(yīng)保護投退控制定值進行投退。各側(cè)過負荷保護定值固定為該側(cè)額定電流1.1倍，時間固定為6s。過負荷保護的邏輯框圖：圖2.11 過負荷保護邏輯圖2.5 主變壓器非電氣量保護WBH-802A 裝置完成一臺變壓器所有的非電量保護。非電量觸點經(jīng)保護裝置重動后給出三組信號觸點，同時保護裝置的CPU 記錄非電量動作情況。直接跳閘的非電量保護，直接驅(qū)動保護裝置中的跳閘出口繼電器。非電量保護的原理示意圖如下所示：圖2.12 直接瞬時跳閘的非電氣量保護原理示意圖圖2.13 不跳閘的非電量保護原理示意圖2.6 電氣量保護裝置硬件介紹及接線2.6.1 裝置介紹WBH-801A保護裝置采用新一代32

39、位基于DSP 技術(shù)的通用硬件平臺。整體大面板，全封閉機箱，硬件電路采用后插拔的插件式結(jié)構(gòu)，CPU 電路板采用6 層板，并采用表面貼裝技術(shù)，提高了裝置可靠性。硬件框圖如下圖所示：圖2.14 硬件框圖裝置有兩個完全獨立的、相同的CPU 板，并具有獨立的采樣、A/D 變換、邏輯計算及啟動功能，兩塊CPU 板硬件電路完全一樣。CPU 部分硬件框圖如圖4-1-2。兩塊CPU 板“與”啟動出口。另有一塊人機對話板，由一片DSP 專門處理人機對話任務(wù)。人機對話擔負鍵盤操作和液晶顯示功能。正常時，液晶顯示當前時間、各側(cè)電流、電壓、差電流。人機對話中所有的菜單均為簡體漢字。裝置核心部分采用德州儀器公司(Texa

40、s Instruments)的32 位數(shù)字信號處理器TMS320VC33，主要完成保護的出口邏輯及后臺功能，使保護整體精確、高速、可靠。圖2.15 CPU部分硬件框圖模擬量變換由23 塊交流變換插件完成，功能是將CT、PT 二次電氣量轉(zhuǎn)換成小電壓信號。保護出口由23 塊出口插件構(gòu)成，完成所有跳閘出口功能。信號插件和開入插件分別完成信號開出、開關(guān)量輸入等功能。2.6.2 裝置背視示意圖裝置背視示意圖如下圖所示：圖2.16 WBH-801A背視示意圖1、2、3號插件分別對應(yīng)高中低壓側(cè)，作用是將對應(yīng)的互感器二次側(cè)信號轉(zhuǎn)換成保護裝置所需要的弱電信號，同時起隔離和抗干擾作用。采保插件將由變換器來的弱電信

41、號經(jīng)過低通濾波后，由多路轉(zhuǎn)換開關(guān)對信號進行選通，然后通過電壓跟隨器對信號進行處理，以提高其負載能力。主保護CPU和后備保護CPU有數(shù)據(jù)采集、I/O、保護及控制功能。8、9號和A#跳閘出口插件提供各種保護所需觸點，是輸出跳閘控制信號的出口。C#、D#、E#插件提供保護的信號接點，并提供與監(jiān)視控制系統(tǒng)的接口。2.6.3 與綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)接口說明系統(tǒng)應(yīng)用總體框圖如下圖所示：圖2.17 系統(tǒng)總體框圖構(gòu)成系統(tǒng)的各個裝置之間、每一裝置內(nèi)各保護CPU 之間以及保護CPU 與通信管理CPU 之間通過現(xiàn)場總線Lonworks 相連，可方便的實現(xiàn)自檢和互檢，同時減少各部分的關(guān)聯(lián)性，有利于整體可靠性的提高。單元

42、管理機以串行通信或網(wǎng)絡(luò)通信方式與變電站監(jiān)控系統(tǒng)相聯(lián),可對變電站監(jiān)控系統(tǒng)上送事件報告、告警信息等，并可由遠方實現(xiàn)保護投退功能。通過Lonworks 現(xiàn)場總線可方便的級連多臺保護裝置，通過軟件可設(shè)置任一臺保護裝置單元管理機為與自動化系統(tǒng)連接節(jié)點端口。設(shè)有兩組獨立的通訊接口RS-485，支持IEC60870-5-103 通訊規(guī)約?？蓾M足Ethernet組網(wǎng)要求，并通過配套規(guī)約轉(zhuǎn)換器可適應(yīng)多種通信規(guī)約，滿足220kV 及以上電壓等級變電站綜合自動化系統(tǒng)的要求。通信功能由兩個插件實現(xiàn)，即通信插件(E#)和通信轉(zhuǎn)換插件(D #)，可作為保護、測控或其它自動控制裝置的通訊、人機接口管理單元，根據(jù)用戶需求，提

43、供了4個以太網(wǎng)口、2個RS-485 通信接口、1個網(wǎng)絡(luò)打印485 串口、1個打印232串口。具體定義見下圖。圖2.18 通信轉(zhuǎn)換插件端子定義圖圖2.19 通信插件端子定義圖實際應(yīng)用時，通信插件通過RS485 口（E09、E10或 E11、E12）將信息傳送到通信轉(zhuǎn)換插件的RS485口1 或RS485口2，再經(jīng)由通信轉(zhuǎn)換插件的以太網(wǎng)接口與控制系統(tǒng)進行通信。WBH-801A與控制系統(tǒng)連接示意圖如下：圖2.20 主變電氣量保護與控制系統(tǒng)接線示意圖如上圖2.20所示，WBH-801A變壓器保護裝置中通訊插件將信息通過RS485端口傳入通訊轉(zhuǎn)換插件的RS485端口，然后通過內(nèi)部轉(zhuǎn)換，通過LAN端口與光纖

44、環(huán)網(wǎng)連接，再連接主控系統(tǒng)的LAN端口。一次側(cè)共選用了四臺相同型號的三繞組變壓器，根據(jù)一次側(cè)的設(shè)計，只需要選用四臺WBH-801A變壓器保護裝置即能滿足主變壓器的電氣量保護需求。2.7 非電氣量保護裝置硬件介紹及接線2.7.1 裝置介紹WBH-802A保護裝置采用新一代32 位基于DSP 技術(shù)的通用硬件平臺。整體大面板，全封閉機箱，硬件電路采用后插拔的插件式結(jié)構(gòu)，CPU 電路板采用6 層板，并采用表面貼裝技術(shù)，提高了裝置可靠性。裝置核心部分采用德州儀器公司(Texas Instruments)的32 位數(shù)字信號處理器TMS320VC33，主要完成保護的出口邏輯及后臺功能，使保護整體精確、高速、可

45、靠。2.7.2 裝置背視示意圖圖2.21 WBH-802A背視示意圖1#和I#插件作用：保護、測控以及其他自動控制裝置的通訊、人機接口管理單元。跳閘插件提供各種保護所需觸點，是輸出跳閘控制信號的出口。開入插件是裝置所需非電量信息的入口。其中包括重瓦斯、油面溫度等信息。保護CPU起到信息處理、I/O作用。出口插件作用：對應(yīng)不同情況，發(fā)出信號令繼電器動作。2.7.3 與綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)接口說明單元管理機以串行通信或網(wǎng)絡(luò)通信方式與變電站監(jiān)控系統(tǒng)相聯(lián)，可對變電站監(jiān)控系統(tǒng)上送事件報告、告警信息等，并可由遠方實現(xiàn)保護投退功能。通過Lonworks 現(xiàn)場總線可方便的級連多臺保護裝置，通過軟件可設(shè)置任一臺保

46、護裝置單元管理機為與自動化系統(tǒng)連接節(jié)點端口。設(shè)有兩組獨立的通訊接口RS-485，支持IEC60870-5-103通訊規(guī)約?？蓾M足Ethernet組網(wǎng)要求，并通過配套規(guī)約轉(zhuǎn)換器可適應(yīng)多種通信規(guī)約，滿足220kV及以上電壓等級變電站綜合自動化系統(tǒng)的要求。通信功能由兩個插件實現(xiàn)，即通信插件(I#)和通信轉(zhuǎn)換插件(1#)，可作為保護、測控或其它自動控制裝置的通訊、人機接口管理單元，根據(jù)用戶需求，提供了4 個以太網(wǎng)口、2 個RS-485 通信接口、1 個網(wǎng)絡(luò)打印485 串口、1 個打印232 串口。具體定義見下圖。圖2.22通信轉(zhuǎn)換插件端子定義圖圖2.23 通信插件端子定義圖實際應(yīng)用時，通信插件通過RS

47、485 口（E09、E10或 E11、E12）將信息傳送到通信轉(zhuǎn)換插件的RS485口1 或RS485口2，再經(jīng)由通信轉(zhuǎn)換插件的以太網(wǎng)接口與控制系統(tǒng)進行通信。WBH-802A與控制系統(tǒng)連接示意圖如下：圖2.24 WBH-802A與控制系統(tǒng)接線示意圖如上圖2.24所示，WBH-802A變壓器保護裝置中通訊插件將信息通過RS485端口傳入通訊轉(zhuǎn)換插件的RS485端口，然后通過內(nèi)部轉(zhuǎn)換，通過LAN端口與光纖環(huán)網(wǎng)連接，再連接主控系統(tǒng)的LAN端口。一次側(cè)共選用了四臺相同型號的三繞組變壓器，根據(jù)一次側(cè)的設(shè)計，只需要選用四臺WBH-802A變壓器保護裝置即能滿足非電氣量保護需求。2.8 變壓器比率制動差動保護

48、的整定計算2.8.1 變壓器主保護整定計算1 變壓器基本數(shù)據(jù)選用變壓器容量為SN=KVA，220kV側(cè)：額定電壓為U1N=220kV，額定電流I1N =SN/U1N =/（1.732*220）=629.855A 額定電流二次值I1n =629.855/800=0.787A110kV側(cè)：額定電壓為U2N=110kV 額定電流為I2N=SN/U2N=/（1.732*110）=1259.710A額定電流二次值I2n =1259.710/400=3.149 A10kV側(cè)：額定電壓為U3N=10kV 額定電流為I3N=SN/U3N=/（1.732*10）=13856.813 A額定電流二次值I3N=13

49、856.813/3000=4.619 ATA變比選擇：220kV側(cè)為800/1，110kV側(cè)為2000/5,10kV側(cè)為15000/52 差動保護啟動電流定值的整定 為差動保護的啟動電流定值，應(yīng)按躲過變壓器額定負載運行時的最大不平衡電流整定，即：式中：為變壓器高壓側(cè)的二次額定電流；為可靠系數(shù)，；為電流互感器在額定電流下的變比誤差。CT為10P型時取0.03*2，CT為5P型或TP型時取0.01*2。為變壓器分接頭調(diào)節(jié)引起的誤差（相對額定電壓的百分數(shù)）；為CT變比未完全匹配產(chǎn)生的誤差，一般取0.05。一般情況下可取：。根據(jù)現(xiàn)場實際情況(現(xiàn)場實測不平衡電流)確有必要時也可大于。根據(jù)工程數(shù)據(jù)，=1.

50、4*（0.02+0.1+0.9）*0.787=1.124 A3 差動速斷的整定對220kV500kV 變壓器，差動速斷是差動保護的一個輔助保護。當內(nèi)部故障電流很大時，防止由于電流互感器飽和引起差動保護延遲動作。差動速斷保護的動作電流應(yīng)按躲過初始勵磁涌流或外部短路最大不平衡電流整定，一般?。菏街校簽樽儔浩鞯亩晤~定電流。為為倍數(shù)，視變壓器容量和系統(tǒng)電抗大小，推薦值如下：40120MVA的變壓器可取3.08.0，120MVA及以上變壓器可取2.06.0。根據(jù)工程數(shù)據(jù)，=4.0*0.787=3.148A4 二次諧波制動系數(shù)的整定根據(jù)現(xiàn)場運行經(jīng)驗，建議整定為0.150.2。根據(jù)工程數(shù)據(jù)，將系數(shù)整定為0

51、.17.2.8.2 變壓器后備保護整定計算 電流的整定計算電流按躲過變壓器的額定電流整定：式中：為可靠系數(shù)，取1.21.3 為返回系數(shù)，取0.850.95 為變壓器的額定電流。 為電流互感器變比。根據(jù)工程數(shù)據(jù)，220kV側(cè)：110kV側(cè)： 10kV側(cè)： 靈敏度校驗式中：為后備保護區(qū)末端兩相金屬性短路時流過保護的最小短路電流。要求（近后備）。根據(jù)工程數(shù)據(jù)，220kV側(cè)： 110kV側(cè)： 10kV側(cè)：3 母線微機保護設(shè)計3.1 母線保護的配置原則與規(guī)范由于母線在電力系統(tǒng)中的地位和母線發(fā)生故障造成的后果的嚴重性及其母線保護在電力系統(tǒng)中的重要性， 因此必需裝設(shè)相應(yīng)的保護莊主，以便快速、有選擇性地切除故

52、障母線。根據(jù)電力裝置的繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范規(guī)程規(guī)定，裝設(shè)母線保護的原則如下：對220kV及以上電壓等級母線，應(yīng)裝設(shè)快速、有選擇切除故障的母線保護。對一個半斷路器接線，每組母線應(yīng)裝設(shè)兩套保護；對雙母線、雙母線分段等接線，為防止母線保護維修時失去保護，母線故障會危及系統(tǒng)穩(wěn)定和使事故擴大時，也應(yīng)裝設(shè)兩套保護。3.2 母線保護配置方案設(shè)計與選型微機型母線保護，相對于其他類型的母線保護，它有著不可比擬的優(yōu)勢。其最主要的特點是充分利用了計算機進行數(shù)字計算的能力，方便地實現(xiàn)帶比率制動特性的電流瞬時值差動保護原理，而且，微機母線保護對 TA 飽和具有獨特的檢測方法，抗飽和能力強，更重要的是，微機母線保護

53、具有通信接口，可方便地與監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)來完成信息的遠傳與遠控，實現(xiàn)自動化。當然，微機母線保護具有調(diào)試整定方便的優(yōu)點。在本次設(shè)計中，將選用WMH-800A 微機母線保護裝置作為母線保護。該型裝置設(shè)有兩套保護用計算機系統(tǒng)和一套人機接口計算機系統(tǒng)，CPU2 完成啟動（大差、失靈、母聯(lián)等保護啟動），CPU1 完成出口（大差及各段母線小差、復合電壓閉鎖、失靈保護、母聯(lián)保護等），雙CPU 模式可防止一塊CPU 意外故障而引起保護誤出口。其中，母聯(lián)保護包括母聯(lián)充電保護、過流保護和非全相保護。此外，CPU1 還具有母線運行方式的自動識別元件、TA 斷線閉鎖元件、TA 飽和檢測元件、母聯(lián)失靈及死區(qū)保護元件和TV 斷線判別元件等。3.3 母線微機保護3.3.1 保護配置WMH-800A型微機母線保護裝置設(shè)有母線差動保護、 母聯(lián)充電保護、 母聯(lián)死區(qū)保護、母聯(lián)失靈保護、母聯(lián)過流保護、母聯(lián)非全相保護以及斷路器失靈保護等功能。在本次設(shè)計中，將采用保護箱（一）加輔助箱，共