1、PA300T变压器主保护装置技术说明书PA300-T变压器主保护装置技术说明书1.1. PA300-T软件原理1.1.1. 整体结构本软件采用嵌入式实时操作系统，对保护任务、通信任务、正常处理任务、打印任务等进行实时调度，实现了对系统资源的合理利用，很大程度上提高了系统运行的可靠性和实时性。1.1.2. 起动元件起动元件用于开放保护跳闸出口继电器的电源及起动该保护故障处理程序。主要包括相电流突变量起动元件、零序电流起动元件和稳态差流起动元件。任一起动元件动作则保护起动。a) 相电流突变量起动元件该元件的判据为：i0.2In+1.25IT 其中：为A、B、C三种相别，T为电流周期，In为额定电流
2、，i| i(t)-2* i(t-T)+i(t-2T) | 为相电流突变量，ITmax( | I(tT)-2*I(t-2T)+I(t-3T) | )为相电流不平衡量的最大值（其中i(t)、i(t-T)、i(t-2T)分别为t时刻、t-T时刻和t-2T时刻的电流瞬时值，I(tT)、I(t2T)、I(t3T)分别为t-T时刻、t-2T时刻和t-3T时刻的电流有效值）。当任一相电流突变量连续三次大于起动门坎时，保护起动。b) 零序电流起动元件和稳态差流起动元件这两个起动元件是为了防止在转换性故障、多出线相继故障及匝间轻微故障时相电流突变量起动元件灵敏度不够而设置的辅助起动元件，在满足条件并持续30ms
3、后动作。1.1.3. 差动电流速断保护该保护是为了在变压器内部严重故障时快速切除变压器各侧开关，以确保变压器安全。动作判据为： Icd Isd其中Icd为差动电流，Isd为差动电流速断保护定值。为了保证装置的正确动作，速断电流定值必须按以下原则选取： 必须躲过空投变压器时可能产生的最大励磁电流； 必须躲过变压器区外端部故障时穿越电流产生的不平衡电流。1.1.4. 二段比率差动保护a) 比率制动曲线差动电流保护计算中电流量都采用标幺值。动作判据为： Icd Iqd (Izd Kbl (Izd Igd) (Izd Igd时)差动电流 Icd = | I1 + I2 + I3 + I4 |；制动电流
4、 Izd = max(|I1|, |I2|, |I3|, |I4|) （三侧差动或四侧差动）或 Izd = |I1-I2|/2 （二侧差动）；其中 I1、I2、I3、I4为各侧电流，Iqd为起动电流定值，Igd为拐点制动电流定值，Kbl为比率制动系数。比率制动曲线如图1.1.1。图1.1.1 比率制动曲线b) 二次谐波制动元件该元件是为了在变压器空投时防止励磁涌流引起差动保护误动。动作判据为：Id2 K21 Id1其中 Id1为差动电流基波分量，Id2为差动电流二次谐波分量，K21为二次谐波制动系数。1.1.5 差流越限告警判据为差流超过定值后延时5s告警。1.1.6 过流保护每侧都设置了一个
5、独立的过流保护，判据为任一相电流超过定值，经延时跳闸。1.1.7 TA断线判别元件该元件判别TA回路是否断线，元件动作后可选择闭锁或开放差动保护，延时5s发信号。断线判据为：对于全星形接线侧： 只有一相电流为0 其它两相电流大小相等，无变化对于星三角接线侧： 只有一相电流为0 其它两相电流大小相等，无变化或 两相电流夹角为60度 另一相电流为此两相电流（有效值）和的0.866倍在TA断线时，如果某侧任一相电流超过TA断线解锁电流定值，TA断线闭锁功能开放保护，保证故障情况下保护能正常动作。1.1.8 相位校正和电流平衡调整对于数字式变压器差动保护接线，应该有相位校正和电流平衡调整。a ) 相位
6、校正由于变压器Y/D接线导致两侧电流存在相位差，所有在计算差动电流前必须进行相位校正。相位校正主要有两种方法： 二次传统型接线：将Y侧TA二次接成D（三角形），D侧接成Y，D侧线电流直接输出给保护。其优点主要是装置运算简单，缺点是二次接线复杂，TA断线判据复杂，同时线电流作额定电流幅值较大，TA容易饱和。 二次全星形接线：两侧TA均接成Y。装置中Y侧相电流通过软件两两相减得到线电流，再与D侧电流电流平衡。其优点是二次接线简单，TA断线判据简单，二次额定电流小，缺点是计算量大，试验方法复杂。保护装置支持以上两种接线方式。b ) 电流平衡调整数字式变压器差动保护电流平衡调整时建立在各侧电流平衡系数
7、计算基础上的，由软件实现电流平衡的自动调整。由于本装置采用标幺值计算，所以电流平衡系数的计算转换为标幺值基值的计算。 计算各侧一次额定电流 其中SN为变压器额定容量，UL为额定线电压。 计算二次额定电流其中nTA为TA变比。 计算二次额定计算电流，即为标幺值基值 I2NJ = I2N KJX 其中KJX为变压器接线系数，变压器Y侧为，D侧为1。1.1.9 差动保护逻辑图1.1.2 差动保护逻辑1.2. PA300-T硬件原理1.2.1. 装置整体结构图1.2.1 PA300-T装置整体结构1.2.2. 装置面板布置图1.2.2 PA300-T面板布置1.2.3. 装置接线端子图1.2.3 PA
8、300-T接线端子1.2.4. PA300-T插件原理说明组成装置的插件有：交流插件（TA）、通讯滤波插件（COM +LPF）、保护插件（CPU）、电源插件（POWER）、跳闸出口插件（RELAY）、人机对话插件（MMI，位于前面板背部）。具体硬件模块图见图1.2.4。图1.2.4 硬件模块图a) 交流插件（No.1=TA）交流插件（TA）与系统接线图如图1.2.1 “PA300-T装置整体结构”。该插件有12路电流输入，最多可实现四侧差动。电流正方向为母线或线路指向变压器。交流插件中12路电流输入，按额定电流可分为1A、5A两种，订货时请注明，投运前注意检查。b) 通讯滤波插件（No.2=C
9、OM+LPF）该插件的通信功能是完成与监控计算机或RTU的连接，有四种型号可选：表1.2.1-通信配置链路层物理层规约5ARS485双绞线IEC60870-5-1035BRS485光纤5C以太网RJ455D以太网10/100M光纤图1.2.5 通信插件背板端子及外部接线图所有型号的插件均设置了一个用于对时的RS485接口，该接口只接收GPS发送的对时报文，不向外发送任何信号。所有型号的插件还设置了一个用于打印的RS485或RS232接口，通过该插件上的跳线选择接口方式。同时接口的通信波特率应与打印机整定一致。插件的滤波部分其主要作用是：（1）滤除高频信号，（2）电平调整。各模拟量经有源低通滤波
10、，可有效滤除高次谐波，而对基波量的衰减不到1，且各通道模拟量的衰减率及相移皆能达到很好的一致性。c ) 保护插件（No.3=CPU）该插件是装置核心部分，由32位单片机（CPU）、数字信号处理器（DSP）、大容量的ROM（512K字节）、非易失RAM(512K字节)及可编程逻辑器件（FPGA）组成， CPU完成装置的总起动元件和人机界面及后台通信功能，DSP完成所有的保护算法,FPGA负责所有输入输出的逻辑功能。装置采样率为每周波24点，在每个采样点对所有保护算法和逻辑进行并行实时计算，使得装置具有很高的固有可靠性及安全性。该CPU插件具有极强的数据处理及记录能力，可以实现各种复杂的故障处理方
11、案和记录大量的故障数据。基于操作系统（RTOS）用C语言编制的保护程序，可使程序具有很强的稳定性、可移植性和可维护性。起动CPU内设总起动元件，起动后开放出口继电器的正电源，同时完成事件记录及打印、保护部分的后台通信及与面板通信；另外还具有完整的故障录波功能，录波格式与COMTRADE格式兼容，录波数据可单独从串口输出或打印输出。CPU插件上有开入量端子，接线方式参见电源插件（POWER）说明。3X2-3X9为开入量输入，可以分别作为本体保护中本体重瓦斯、有载重瓦斯、本体轻瓦斯、有载轻瓦斯、压力释放、风冷、温度、备用远动的信号输入，用于事件记录。3X10-3X11为备用开入。3X12-3X13
12、分别为差动速断和比率差动保护的硬压板开入。3X14为故障检修开入。为了防止在保护装置进行试验时，有关报告经IEC60870-5-103规约接口向监控系统发送相关信息，而干扰调度系统的正常运行，一般在屏上设置检修态压板。在装置检修时，将该压板投上，在此期间进行试验的动作报告不会通过通信口上送，但本地的显示、打印不受影响；运行时应将该压板退出。3X15为打印开入。用于手动起动打印未打印过的所有动作报告，一般在屏上装设打印按钮。装置通过整定控制字选择自动打印或手动打印，当设定为自动打印时，保护一有动作报告即向打印机输出，当设定为手动打印时，则需按屏上的打印按钮打印。如果想手动打印某一个动作报告，可以
13、在显示面板上打印操作菜单中进行。3X16为信号复归开入。用于复归装置的磁保持信号继电器和显示面板上相关指示灯，一般在屏上装设信号复归按钮。信号复归也可以通过通信进行远方复归。d ) 电源插件（No.4=POWER）图1.2.6 电源插件原理及输入输出接线图保护装置的电源从4X8端子（直流电源220V/110V端）、4X10端子（直流电源220V/110V端）经抗干扰盒、背板电源开关至内部DC/DC转换器，输出5V、12V、24V（继电器电源）给保护装置其它插件供电；另外经4X3、4X4端子输出一组24V光耦电源，作为CPU插件开入量的外部电源，其中4X3为光耦24V，4X4为光耦24V。输入电
14、源的额定电压有220V和110V两种，订货时请注明，投运时请检查所提供电源插件的额定输入电压是否与控制电源电压相同，电源输入连接如图1.2.6（B）。光耦电源的连接如图1.2.6（C），电源插件输出光耦24V（4X4端子），经外部连线直接接至CPU插件的光耦24V（3X17端子）；输出光耦24V（4X3端子）接至屏上开入公共端子；为监视开入24V电源是否正常，需从开入公共端子或4X3端子经连线接至CPU插件的光耦24V（3X1端子）。e ) 跳闸出口插件（N0.5=RELAY）图1.2.7 跳闸插件接点输出图出口插件共有3组继电器CK1、CK2、CK3，每组继电器有1对接点。用户可以通过“变压
15、器参数设置”中每个保护功能对应的保护出口逻辑定义哪些组继电器动作，从而控制相应的开关动作。差动保护动作时跳变压器各侧。f ) 人机对话插件（MMI）显示面板单设一个单片机，负责汉字液晶显示（320240点）、键盘处理和信号指示灯，通过串口与CPU交换数据。显示面板还提供一个与PC机通信的调试接口（9芯）。1.3. PA300-T定值内容及整定说明保护定值的调整级差为：电流为0.01A，电压为0.01V，时间为0.01S。定值的有效位数为5位。电流正方向为系统（母线）指向变压器。表1.3.1-差动保护整定值清单序号定值名称范围单位备注1控制字0000ffff无十六进制，参见控制字定义2差动速断电
16、流0.00-200.00A3比率差动启动电流0.00-99.99A4差流越限电流0.00-99.99A5拐点制动电流0.00-99.99A6差动比率系数0.00-0.99无7二次谐波制动系数0.00-0.99无8CT断线解锁电流倍数0.50-2.00无9一侧过流速断电流0.00-99.99A10一侧过流速断时间0.00-99.99秒11二侧过流速断电流0.00-99.99A12二侧过流速断时间0.00-99.99秒13三侧过流速断电流0.00-99.99A14三侧过流速断时间0.00-99.99秒15四侧过流速断电流0.00-99.99A16四侧过流速断时间0.00-99.99秒表1.3.2-
17、差动保护控制字定义位置0的含义置1的含义0CT额定电流为5ACT额定电流为1A1CT断线闭锁退出CT断线闭锁投入2CT断线告警退出CT断线告警投入3备用备用4第四侧不参与差动第四侧参与差动5一侧过流速断退出一侧过流速断投入6二侧过流速断退出二侧过流速断投入7三侧过流速断退出三侧过流速断投入8四侧过流速断退出四侧过流速断投入915备用备用表1.3.3-变压器参数清单序号定值名称范围单位备注1零序电流起动系数0.01-9.99无建议为0.52相电流突变量系数0.01-9.99无建议为0.23故障录波时间0.00-4.00s4变压器容量0.00-99.99MVA5变压器接线类型及TA接线方式见表1.
18、3.4无见表1.3.46一侧额定电压0.0-999.9kV7二侧额定电压0.0-999.9kV8三侧额定电压0.0-999.9kV9四侧额定电压0.0-999.9kV10一侧TA一次额定值0-9999A11二侧TA一次额定值0-9999A12三侧TA一次额定值0-9999A13四侧TA一次额定值0-9999A14TA二次额定值5/1A15差动速断出口逻辑0000-0FFF无共6个输出继电器，将要输出的相应位置1，见表1.3.416比率差动出口逻辑0000-0FFF无17一侧过流出口逻辑0000-0FFF无18二侧过流出口逻辑0000-0FFF无19三侧过流出口逻辑0000-0FFF无20四侧过
19、流出口逻辑0000-0FFF无表1.3.4-变压器接线类型及TA接线方式定值含义0YYD-11全星形1YYD-11常规2YYD-1全星形3YYD-1常规4YDD-11全星形5YDD-11常规6YDD-1全星形7YDD-1常规8YY全星形9YD-11全星形10YD-11常规11YD-1全星形12YD-1常规注：如表中无所需接线方式，请与生产厂商联系。表1.3.5-保护出口逻辑表(字)BIT15141312110定义备用CK1CK2CK3CK4CK5CK6备用定值整定说明： 差动保护的动作值按高压侧的有名值整定，四侧过流保护按各自侧的有名值整定。其余侧的差动保护动作值可经换算得到： Icd23 = Icd1IN23/IN1 其中，Icd23为中低压侧差动动作值，Icd1为高压侧差动动作值，IN23为中低压侧额定计算电流，IN1为高压侧额定计算电流。 差动速断电流的整定必须躲过空投变压器时可能产生的最大励磁电流和变压器区外端部故障时穿越电流产生的不平衡电流，一般取610倍额定电流。 四侧差动用于内桥接线的三圈变或低压侧双分支的三圈变，第四侧额定电压的整定依据其外部接线接于哪一侧而定。 二次谐波制动系数一般可取0.10.3之间，建议为0.15。 差动电流、制动电流、二次谐波电流、平衡系数、额定计算电流都可在“保护量测试”菜单下查看。
