新型微機變壓器保護的開(kāi)發(fā)設計和應用 
電力變壓器是發(fā)電廠(chǎng)和變電站的主要電氣設備之一，它們對電力系統的安全穩定運行至關(guān)重要。一旦發(fā)生故障遭到損壞，其檢驗難度大、時(shí)間長(cháng)，要造成很大的經(jīng)濟損失；另外，發(fā)生故障后忽然切除變壓器也會(huì )對電力系統造成或大或小的擾動(dòng)。因此，對繼電保護的要求很高。電力分析儀| 諧波分析儀| 發(fā)生器| 多用表| 驗電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測試器| 電力計| 電力測量?jì)x| 光度計| 電壓計| 電流計|  

保護設計方案 

DF3300系列微機變壓器保護裝置主要是為滿(mǎn)足大量的中、低壓電網(wǎng)的變壓器保護的需要而設計。它作為DF3300變電站自動(dòng)化系統的有機組成部分，可以滿(mǎn)足變電站自動(dòng)化的全部需求，也可以作為獨立的變壓器保護系統工作。  

 保護配置方案 

在設計保護的配置方案時(shí)，充分留意到最新的《繼電保護和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規程》中提到建議和要求等，同時(shí)，考慮到中、低壓電網(wǎng)中保護應用的實(shí)際情況，尤其是農用電網(wǎng)中保護的實(shí)際情況，而確定采用的保護配置方案。 

高壓電網(wǎng)的變壓器重要程度等因素，要求變壓器保護雙重化配置，所以采用主后備一體化的雙套變壓器保護裝置是比較好的方式。中、低壓電網(wǎng)中，一方面要求變壓器保護裝置的可靠工作，另一方面并不要求變壓器保護雙重化配置，針對這種情況，假如將變壓器的全部保護集中在一套保護裝置，一旦保護裝置故障將失往全部的變壓器保護功能，所以采用主后備保護分配到完全獨立的不同的保護裝置，適當的保護功能獨立分擔方式是較好的配置方式。對于農用電網(wǎng)的小型變壓器，對保護的要求簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟，而且經(jīng)濟性要求十分明顯，采用簡(jiǎn)單的主后備保護一體化的保護裝置是較好的配置方式。變壓器的非電量保護，原則上應該與電氣量保護相互獨立，真正起到互為備用或補充�；�于以上的設計思想確定的主要面向中、低壓電網(wǎng)的變壓器保護系列裝置如下： 

1).DF3330三圈變差動(dòng)保護裝置，滿(mǎn)足四側電流輸進(jìn)的差流速斷保護和比率差動(dòng)保護，中、低壓側及第四側各配置過(guò)電流保護等，適用于中、低壓電網(wǎng)的電力變壓器的主保護； 

2).DF3331A變壓器接地側后備保護裝置，具有復壓閉鎖（方向）過(guò)流保護，零壓閉鎖零序（方向）過(guò)流保護，間隙零序過(guò)流保護等，作為變壓器大電流接地側的后備保護； 

3).DF3331B變壓器不接地側后備保護裝置，具有復壓閉鎖（方向）過(guò)流保護，零序過(guò)流保護，零序過(guò)壓告警，過(guò)負荷保護等，作為變壓器不接地側的后備保護； 

4).DF3333雙圈變差動(dòng)保護裝置，滿(mǎn)足兩側電流輸進(jìn)的差流速斷保護和比率差動(dòng)保護，低壓側配置過(guò)電流保護等，適用于中、低壓電網(wǎng)的電力變壓器的主保護； 

5).DF3332變壓器本體保護裝置，具有六路跳閘回路和五路信號回路，適用于油浸式電力變壓器的開(kāi)關(guān)量保護； 

6).DF3333A變壓器保護裝置。滿(mǎn)足兩側電流輸進(jìn)的差流速斷保護和比率差動(dòng)保護等；高、低壓側的復壓閉鎖（方向）過(guò)流保護，高、低壓側零序過(guò)壓告警，過(guò)負荷保護等，特別適用于農用電網(wǎng)的小型變壓器的成套保護； 

7).DF3331C變壓器后備保護裝置，具有復壓閉鎖（方向）過(guò)流保護，零序過(guò)流保護，零序過(guò)壓告警，過(guò)負荷保護，三路獨立的本體跳閘和信號回路及一路帶延時(shí)的開(kāi)關(guān)量保護，測控功能等，作為變壓器不接地或小電流接地側的后備保護和測控裝置； 

8).DF3332A變壓器本體保護裝置，具有三路跳閘回路和兩路信號回路，三個(gè)獨立的具有壓力閉鎖功能的操縱箱回路，適用于油浸式電力變壓器的開(kāi)關(guān)量保護。 

因此，以上的變壓器保護裝置可以根據需要靈活配置，完全可以經(jīng)濟、實(shí)用、可靠的完成中、低壓電網(wǎng)及農用電網(wǎng)的各種變壓器保護的需要。 

保護原理 

1）差動(dòng)電流速斷保護 

采用三相差動(dòng)電流中任一相大于差動(dòng)電流速斷定值時(shí)，瞬時(shí)動(dòng)作出口，它不受任何閉鎖條件約束，快速切除變壓器區內發(fā)生的嚴重故障。根據微機保護的特點(diǎn)，該保護判據采用可變數據窗的兩種算法實(shí)現。一種用于保護啟動(dòng)后初始階段的快速判定，加快出口動(dòng)作速度；另一種計算正確，可以在啟動(dòng)一個(gè)周波后隨時(shí)瞬動(dòng)出口。整體效果類(lèi)似“反時(shí)限”的性能。保護判據為：Idz ≥ ISD，ISD—差動(dòng)電流速斷定值。

2）比率差動(dòng)保護 

該保護采用如下的保護動(dòng)作判據公式（2-1），保護的動(dòng)作特性曲線(xiàn)如圖2.1所示。 

Idz≥ICD （Izd Idz≥ICD +KB1(Izd -IGD ) （Izd ≥IGD ）  

圖2.1 比率差動(dòng)動(dòng)作特性 
該保護識別勵磁涌流采用了二次諧波制動(dòng)和波形不對稱(chēng)制動(dòng)兩種判據。二次諧波制動(dòng)判占有兩種方案供選擇：一種是按二次諧波和基波比值最大的相為制動(dòng)判據；另一種是分別選取三相差動(dòng)電流中二次諧波和基波的最大值，并以它們的比值為制動(dòng)判據。 

按最大比值相制動(dòng)：max(Icda2 / Icda1，Icdb2 / Icdb1，Icdc2 / Icdc1) ≥ KXB （2-2） 
綜合相制動(dòng)：max(Icda2、Icdb2、Icdc2) / max(Icda1、Icdb1、Icdc1) ≥ KXB （2-3） 

波形不對稱(chēng)制動(dòng)判據只在DF3333A變壓器保護裝置中采用了，因此這里不再過(guò)多敘述。 

3）CT飽和時(shí)的附加穩定特性 

比率差動(dòng)保護設有一個(gè)CT飽和時(shí)的附加穩定特性區，它的工作特性如圖2.1所示。廣州市駿凱電子科技有限公司對于發(fā)生在被保護變壓器區外的故障引起的CT飽和，可以通過(guò)高值的初始制動(dòng)電流（ICT）檢測出來(lái)，此電流會(huì )將工作點(diǎn)短暫的移至附加穩定特性區內。反之，當變壓器區內故障時(shí)其工作點(diǎn)會(huì )立即進(jìn)進(jìn)動(dòng)作區，不會(huì )進(jìn)進(jìn)附加穩定特性區。因此，利用故障發(fā)生的最初半個(gè)周期內，丈量的量值引發(fā)的工作點(diǎn)是否在附加穩定特性區內，由此作出決定。一旦檢查出外部故障引起CT飽和，裝置自動(dòng)閉鎖了比率差動(dòng)保護，并會(huì )在整定的時(shí)間（TCT）內一直有效閉鎖，直到整定時(shí)間到時(shí)，才解除閉鎖。在外部故障引起的CT飽和閉鎖了比率差動(dòng)保護期間，假如此后發(fā)生故障變化，變壓器區內也發(fā)生故障，工作點(diǎn)穩定地連續兩個(gè)周期工作在動(dòng)作區內，閉鎖會(huì )被立即解除，可靠地檢查出被保護變壓器發(fā)展中的故障而較迅速動(dòng)作。檢查出變壓器區外故障引起CT飽和閉鎖了比率差動(dòng)保護的判據公式如下式（2-4）。 

Izd ≥ ICT ICT —制動(dòng)電流門(mén)坎值 
Icd ≤ (KB1/2) Izd TCT—閉鎖時(shí)間 （2-4） 
T ≤ TCT  

4）.CT斷線(xiàn)判據 

裝置設有延時(shí)CT斷線(xiàn)報警及瞬時(shí)CT斷線(xiàn)報警功能。該瞬時(shí)CT斷線(xiàn)判據只針對變壓器各側CT 接線(xiàn)均為Y形接法的回路。具體方案如下： 

1).延時(shí)CT斷線(xiàn)報警：當任一相差流大于0.12In的時(shí)間超過(guò)5秒時(shí)，采樣異常告警信息并指示燈顯示，但不閉鎖比率差動(dòng)保護。兼作為交流采樣回路異常的自檢作用； 

2).瞬時(shí)CT斷線(xiàn)采用比較變壓器各側電流的方法實(shí)現檢測功能。判據如下： 

只有一側一相電流減小到零，其它各側電流不變的情況下，判為CT斷線(xiàn)。且在如下的條件下不進(jìn)行CT斷線(xiàn)判別：?jiǎn)��?dòng)前某側最大相電流小于0.1In ，該側不判；啟動(dòng)后任一側相電流增加；啟動(dòng)后相電流大于1.2Ie。瞬時(shí)CT斷線(xiàn)功能可以通過(guò)配置字選擇投/退，還可以選擇是否閉鎖比率差動(dòng)保護，還可以選擇相電流超過(guò)1.2Ie時(shí)解除閉鎖保護功能。  

 后備保護原理 

針對中、低壓電網(wǎng)的變壓器及農用電網(wǎng)的變壓器的保護需求，后備保護考慮到各種變壓器的最大配置要求。主要采用了各種過(guò)電流類(lèi)的保護，如：復壓閉鎖（方向）過(guò)流保護，零壓閉鎖零序（方向）過(guò)流保護，間隙零序過(guò)流保護，過(guò)負荷保護等。后備保護的方向元件、方向指向、電壓元件、PT斷線(xiàn)等功能均可由邏輯控制字的字位設定邏輯而靈活配置，跳閘出口可由邏輯控制字的字位編程確定相應的出口。因此，該系列變壓器保護中的后備保護配置完備，應用靈活方便。另外，在DF3331C變壓器后備保護裝置中配有測控功能。 

算法 

該系列變壓器保護的采樣率為每周波16點(diǎn)，主要采用全周付氏差分濾波算法。保護裝置在較高的采樣率下，保證了數據正常狀況下的精確計算和故障全過(guò)程的正確計算，所有獨立功能單元的數據運算保證并行實(shí)時(shí)計算跟蹤。因此，該系列變壓器保護裝置具有很高的固有可靠性及安全性。 

啟動(dòng)元件 

保護的啟動(dòng)元件主要由兩種類(lèi)型的算法構成。一種是突變量啟動(dòng)元件，該元件啟動(dòng)快速捕捉故障起始點(diǎn)正確，對突發(fā)性短路故障啟動(dòng)迅速；另一種是有效值啟動(dòng)元件，該元件啟動(dòng)可靠正確。廣州市駿凱電子科技有限公司這兩種啟動(dòng)元件互為補充，保證了保護的可靠啟動(dòng)。不同的保護采用不同的啟動(dòng)元件，啟動(dòng)方式采用相對的“寬進(jìn)嚴出”策略。啟動(dòng)元件動(dòng)作后開(kāi)放裝置跳閘出口回路，使正常情況下保護裝置的元件損壞不會(huì )引起保護裝置誤出口，大大進(jìn)步了保護裝置的可靠性。 

自檢功能 

裝置具有較完善的自檢功能，當檢測出有異常情況時(shí)，裝置告警并天生告警報告，裝置液晶顯示并將報告通訊上傳。根據告警的嚴重程度分為裝置故障和異常告警兩類(lèi)。 

裝置故障類(lèi)：如定值出錯、RAM故障、程序ROM故障、開(kāi)出常通故障、AD變換超時(shí)故障等，此時(shí)裝置故障告警，保護功能退出并閉鎖保護出口，應盡快檢查解決題目。 

異常告警類(lèi)：如采樣異常、CT斷線(xiàn)、PT斷線(xiàn)、復合電壓出口等。此時(shí)裝置異常告警，保護功能沒(méi)有退出，應盡快分析檢查解決題目。 

另外，裝置具有電源監視電路及接點(diǎn)輸出，硬件看門(mén)狗電路。通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò )間接監視裝置的工作情況。以上措施大大進(jìn)步了裝置的可靠性、免維護性和連續工作的時(shí)間。 

人機接口 

裝置具有人性化的豐富的人機接口功能，通過(guò)這個(gè)界面使人和裝置、人和系統之間更加透明了。主要包括幾個(gè)方面建立聯(lián)系：裝置面板上的大屏幕液晶顯示器，提供文字圖形信息；裝置面板上的小鍵盤(pán)輸進(jìn)，提供輸進(jìn)交互功能；裝置通過(guò)面板上的維護口與筆記本電腦通訊，由維護軟件實(shí)現強大的維護分析功能；裝置的網(wǎng)絡(luò )通訊口提供后臺或遠程的強大維護分析功能。 

2.2.7 故障分析 

為了滿(mǎn)足保護的故障分析要求，該系列變壓器保護具有較強的故障錄波能力。保護動(dòng)作時(shí)，每次按照觸發(fā)事件錄波，每一事件錄事件前五個(gè)周波和事件后二十個(gè)周波，每次可以最多錄100周波的采樣數據�？梢杂涗洶舜蔚墓收箱洸〝祿�，并且配合豐富的事件報告，廣州市駿凱電子科技有限公司記錄事件發(fā)生時(shí)的具體信息。能夠記錄10份的保護動(dòng)作報告和10份的告警報告。這些故障信息可以通訊上傳。另外，還可以將分散錄波的插件安裝在特定的裝置內部，組成獨立的錄波網(wǎng)。裝置的故障分析能力大大加強了。 

保護硬件平臺和結構 

保護的硬件分為幾個(gè)功能插件來(lái)完成，主要包括：CPU插件、交流插件、出口插件、電源插件、通訊板卡及面板。硬件平臺采用先進(jìn)的產(chǎn)業(yè)級芯片和器件，主芯片為MOTOROLA的32位單片機；芯片、器件采用表面貼裝技術(shù)，多層印制板設計；采用14位A/D轉換芯片，進(jìn)步了數據采集的分辨率和丈量精度；具有足夠的輸進(jìn)和輸出接口；一個(gè)標準RS485通訊接口，另外具有一個(gè)通訊板卡可選為FDKBUS接口、光纖FDKBUS環(huán)網(wǎng)接口、以太網(wǎng)接口之一；電源采用開(kāi)關(guān)電源，采用浮地方式同機殼不相連等。 

結構為插件式整面板密閉嵌進(jìn)式結構，采用高6U、寬19"/N、深232.5mm的機箱，內部插件的方式。結構美觀(guān)大方適用，滿(mǎn)足集中組屏或就地安裝要求。其外觀(guān)圖示見(jiàn)圖2.2。  
  
圖2.2 結構外觀(guān)圖 
該系列變壓器保護裝置的電氣隔離和電磁屏蔽設計符合國際標準,電磁兼容性能指標滿(mǎn)足IEC61000-4中規定的最嚴酷等級（Ⅳ級）的要求。 

保護通訊功能 

保護的通訊接口豐富，功能強大。安裝不同的通訊板卡，就可以實(shí)現通訊接口的不同選擇，通訊接口可以選擇如下說(shuō)明的接口之一。 

1).一個(gè)可選的FDKBUS接口，通訊媒介可采用屏蔽電纜，通訊速率為187.5K～1Mbps，通訊規約采用FNP（Fieldbus Network Protocol）規約； 
2).一個(gè)標準的RS485接口，通訊媒介可以采用光纖或屏蔽電纜，通訊速率為9600bps； 
3).一個(gè)可選的光纖FDKBUS環(huán)網(wǎng)接口，可實(shí)現基于FDKBUS的塑料光纖冗余雙環(huán)或多模光纖冗余雙環(huán)通訊方式，通訊速率為187.5K～1Mbps，通訊規約采用FNP規約； 
4).一個(gè)可選的以太網(wǎng)接口，通訊媒介可以采用光纖或屏蔽電纜，通訊速率為10Mbps，通訊規約建立在國際標準的TCP/IP協(xié)議之上。 

2　后備保護  

后備保護在各型保護裝置中的差別不大，過(guò)流保護依然是最基本的后備保護，只是在一些具體題目上有所差別�，F在有些超高壓系統500 kV、330 kV電壓等級的變壓器后備保護已經(jīng)配備了阻抗保護，有相間阻抗保護和接地間隔保護各若干段。間隔保護應用在變壓器保護上是有益的補充，但其保護性能并不能完全取代過(guò)電流保護，因此阻抗保護和復合電壓閉鎖過(guò)流保護共同構成的后備保護更加完善。后備保護存在以下題目。  

HOBO 4通道脈沖記錄儀UX120-017

HOBO4通道脈沖數據記錄儀UX120-017M

E50B2功率&能量記錄儀T-VER-E50B2

4通道外部HOBO數據記錄器U12-008

環(huán)境氣象數據記錄儀H21-001

空調節能環(huán)境記錄儀U12-013

溫度/相對濕度/光強度記錄儀U12-012

環(huán)境照明數據記錄器U9-002

HOBO 4通道外部數據記錄儀U12-006

2.1復合電壓的使用  

復合電壓作為一個(gè)閉鎖條件，在新型微機保護中使用更加靈活。變壓器各側復合電壓并聯(lián)使用非常輕易：一側TV(電壓互感器)檢驗時(shí)，可以通過(guò)控制字或壓板投退本側電壓，這時(shí)本側復合電壓條件不滿(mǎn)足，本側復合電壓?jiǎn)��?dòng)其它側條件也不滿(mǎn)足。這樣便有效地解決了變壓器某側造成的失往閉鎖的題目。  

2.2方向題目  

零序方向元件由于采用自產(chǎn)3U0，電壓極性易于保證。但是零序電流可采用自產(chǎn)或外接中性點(diǎn)電流，這就要求嚴格保證不同裝置對中性點(diǎn)TA極性，只有保證中性點(diǎn)TA極性正確才能確保零序方向的正確性。  

3　非電量保護  

非電量保護即本體保護，在微機保護裝置中與以往區別不大，相當于繼電器箱。但是必須留意瓦斯保護啟動(dòng)中間繼電器的動(dòng)作電壓題目。  

變壓器重瓦斯保護啟動(dòng)跳閘中間繼電器的控制電纜很長(cháng)，電纜芯線(xiàn)對地電容較大，容抗Xc=1/jωC較小，通過(guò)線(xiàn)間電磁耦合過(guò)來(lái)的干擾電壓較大，尤其在發(fā)生直流接地時(shí)，輕易造成重瓦斯保護無(wú)故障跳閘。對此國家電力公司頒布的《繼電保護反事故措施要點(diǎn)》有相關(guān)規定，一定要進(jìn)步重瓦斯保護啟動(dòng)跳閘中間繼電器的動(dòng)作電壓，動(dòng)作電壓應進(jìn)步到0.55～0.6 Ue。因此，在二次安裝校驗時(shí)，一定要進(jìn)行檢驗。  

固然微機保護技術(shù)發(fā)展很快，但是瓦斯保護作為主保護的地位是不可動(dòng)搖的，它和差動(dòng)保護共同構成完整的主保護。  

4　直流電源  

變壓器保護實(shí)現了雙重化，其直流電源也必須分開(kāi)，2套保護電源應取自不同的直流母線(xiàn)，2段母線(xiàn)由2組蓄電池供電，這樣才能實(shí)現真正的雙重化。即2套保護裝置電源分別取自2段直流母線(xiàn)，如圖2所示。正常運行時(shí)，應將1、3開(kāi)關(guān)投進(jìn)，2、4開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。  


5　TA分配題目  

雙重化的變壓器微機保護要求由不同的TA繞組供電，220 kV及以上電壓的TA都有多組二次繞組。220 kV的多為6組，TA有一種常見(jiàn)故障是底部芯線(xiàn)對地閃絡(luò )，原因是頂部端蓋密封不嚴、漏水，由于TA內部積水而引起盡緣損壞。因此，在分配TA二次繞組時(shí)，原則是對該點(diǎn)故障，應在任何情況下均有快速保護。針對目前雙重化的變壓器微機保護主保護和后備保護一體的趨勢，對2套保護TA二次繞組的分配，1套應注重差動(dòng)保護，取靠近開(kāi)關(guān)側二次繞組；另1套注重后備保護，取靠近變壓器側二次繞組。這樣，既保證了差動(dòng)保護的范圍及對TA故障保護，又保證了各側對母線(xiàn)的后備保護。