2023年数字式变压器保护技术讲义.doc

PS系列数字式保护装置 技术研讨会 讲 义 国电南京自动化股份 二OO四年十一月 第一局部 数字式变压器保护的历史 l 数字式变压器保护的历史 数字式保护经过二十多年的开展，以历经时代： 1、 第一代以保护的微机化为代表，CPU为8位(8031/8051)； 线路代表装置为WBX-11系列；变压器代表装置为WBZ-01。 2、 第二代以提高保护性能和保护操作液晶界面为代表，CPU为16位； 线路代表装置为LFP-900系列；变压器代表装置为WBZ-21\LFP-972\WBZ-500。 3、 第三代以汉化界面和提高通信性能〔与综自系统等的联系〕的运用为代表，CPU为32位； 线路代表装置为PSL-600系列、RCS-900系列和CSC-100系列； 变压器代表装置为PST-1200 系列和RCS-978系列。 4、 第四代以网络化、分布式、实时嵌入式操作系统和电子式互感器的应用为标志。 国电南自的U系列、南瑞继保的PDS系列、四方公司的 l 数字式变压器保护的硬件开展 传统电磁型保护 1. 集成电路型保护 数字式保护的硬件分为以下局部： 1. 模拟量的输入及模/数转换； 模/数转换模块(A/D)，由滤波、模/数转换(A/D)及微处理器构成。 AD与VFC的比拟 精度 可靠性 抗干扰能力 可扩展性 传统电磁型的继电器输入为全信号，其他的保护为提高抗干扰性能，对信号进行滤波，由模拟到数字的转换过程实际是连续量到离散，存在误差，丧失特征。 2. 开关量输入、输出； 开关量输入回路开始为弱电，为提高抗干扰性能，不出屏；现开展为强电，问题有两个：时间和功率；〔动作电压〕 3. 逻辑判断〔CPU系统〕； CPU 以太网 RAM ROM FLASH I/O 端子信号 母板信号 出口 信号、告警输出 RS232至PC 数据采集系统 至MMI 时钟 CPU 以太网 RAM ROM FLASH I/O 端子信号 母板信号 出口 信号、告警输出 RS232至PC 数据采集系统 至MMI 时钟 保护功能模件(CPU)用于处理A/D模块传来的数据，执行设定的保护功能。保护功能模件(CPU)由A/D模块、状态量输入、状态量输出(用于跳合闸脉冲输出、告警信号输出、闭锁继电器的开放及其它信号输出)、微处理器MPU、随机存储器RAM、程序存储器ROM、闪存FLASH MEMORY、电可擦除电可改写存储器EEPROM等构成。高性能的微处理器CPU(32位)，大容量的ROM(256K字节)、RAM(256K字节)及FLASH RAM(1M字节)，使得该CPU模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案和记录大量的故障数据，可记录1500条以上的事件和12~48份事故录波报告(视故障的复杂程度而有所变化，通常可保存30份左右录波报告，内含定值、采样值、过程标志集以及与之相关的电气量计算值，等等)。C语言编制的保护程序，可使程序具有很强的可靠性、可移植性和可维护性，保护功能的扩展具有很好的开放性。 各种与CPU有关的器件集中于一块插件上，各输入、输出状态量皆经光耦隔离。本CPU模件设有两片微处理器，主处理器用于运行保护程序，辅助处理器用于监视主处理器工作状况。当本模件有器件出现异常，主处理器驱动闭锁继电器，切断状态量输出光耦输出侧的工作电源。当主处理器工作异常，辅助处理器驱动上述闭锁继电器。闭锁继电器的需掉电方能复归。双处理器相互监视，确保了装置工作的可靠性。 4. 电源系统； 开关电源，〔低频、高频〕 问题：抗干扰能力、寿命； 电源模件(POWER)，用于将变电站内直流电源转换为保护装置所需的工作电压。本模件输出一路5V，两路24V电压，5V电源用于装置数字器件工作，一路24V电源用于继电器驱动及各模件间相互信号交换，另一路24V电源输出装置，用于装置状态量输入使用。各电压等级电源相互独立，不共地。电源模件原理示意图见图3－4。 为增强电源模件的抗干扰能力，本模件的直流输入及引出端子的24V电源皆装设滤波器。 5. 通信系统； 开展的需要 问题：需求〔监控、保护信息系统、调试、系统扩展等〕 IEC61850应用 人机对话模件(MMI)安装于装置整面板后，该模件是PS6000系列数字式保护产品的通用件，在上述产品中硬件和软件完全兼容。 该模件包括：微处理器(32位)，大容量ROM(512K字节)、RAM(1M字节)、FLASH MEMORY(1M字节)，EEPROM，状态量输入、输出，通信控制器件，时钟，大屏幕液晶显示器(240×128)，全屏幕操作键盘，信号指示灯等。 本模件主要用于人机界面管理。主要功能为：键盘操作、管理液晶显示、信号灯指示、与调试计算机及变电站监控系统通信、GPS脉冲对时(分/秒脉冲对时)以及将控制信息传给CPU、从各CPU模件获取信息。 与各CPU的通信采用CAN 总线，速率为100Kbps，保护动作事件可以主动上传至MMI，突破了装置内部通信的瓶颈，提高装置内部信息传送的速度。 对外通信有五个端口，一个设置在面板上，四个设置在通信接口模件的背板上。在面板上的为RS232串口〔新方案为USP接口〕，用于和PC机连接。在通信接口模件的背板上的四路通信端口可根据需要设置成不同的物理接口。 主要有两种功能：本装置各CPU所需公共输入状态量(包括GPS对时脉冲输入)由此模件经光电转换后接入装置母板，供各CPU模件共享。另一主要功能为MMI模件上的通信功能经本模件转换为相应物理接口输出，用于变电站自动化系统通信及打印通信。本模件通信接口可根据变电站通信系统的物理媒介选择不同的配置方式。 当由本系列装置构成变电站自动化系统时，推荐采用以太网接口，全站构成以太网络通信系统，以克服以往产品的通信瓶颈，大大提高信息传输的实时性能。在采用以太网通信时，使用基于以太网的平衡式IEC870－5－103通信规约及其通用报文可以兼顾通信规约的兼容性和通信的效率。 当本装置接入其它变电站自动化系统时，根据具体工程的特殊要求，在通信接口可设置成EIA 422/485接口、CAN总线接口、LON WORK总线接口或光纤接口等，以满足不同的自动化系统需要。但由于它们的传输效率比拟低(在系统节点比拟大时尤其明显)，并且CAN总线和LON WORK总线缺少比拟统一的通信规约，所以本公司不推荐这几种接口方式。 l 设计寿命 在工作温度为25℃时，设计寿命为12年，其中电源为5年。 影响装置使用寿命的因素有： 1、 环境，包括温度、湿度、气压等； 2、 元器件的选择； 3、 系统扰动频率〔保护装置的启动和动作次数〕； 4、 系统最大短路容量〔CT二次电流〕； 5、 直流系统〔电压、纹波系数〕； 6、 系统电磁干扰强度。 l 装置特点 1、人性化 ● 装置采用大屏幕全汉化液晶显示器，可显示15×8个汉字，显示信息多； ● 事件和定值全部采用汉字显示或打印，摒弃了字符表述方式； ● 定值以表格方式输出，录波数据可选择波形输出或数据输出； ● 计算机界面的调试和分析软件Psview，不但能完成装置键盘上的功能，还能对保护录波数据分析； ● 可独立整定32套定值，供改变运行方式时切换使用。 2 大资源 ● 保护功能模件〔CPU〕的核心为32位微处理器，配以大容量的RAM和Flash RAM，使得本装置具有极强的数据处理能力和存储能力，可记录的录波报告为8至50个，可记录的事件不少于1000条。数据存入FLASHRAM中，装置掉电后可保持； ● A/D模件采用14位的A/D转换和无源低通滤波，使本装置具有极高的测量精度； ● 采用CAN网作为内部通信网络，数据信息进出流畅，事件可随时上传。 3 高可靠性 ● 装置采用背插式机箱结构和特殊的屏蔽措施，能通过IEC60255－22－4标准规定的IV级〔4kV±10％〕快速瞬变干扰试验、IEC60255－22－2标准规定的IV级〔空间放电15kV，接触放电8kV〕静电放电试验，装置整体具备高可靠性； ● 组屏可不加抗干扰模件。 4 开放性 ● 通信接口方式选择灵活，与变电站自动化系统配 合，可实现远方定值修改和切换、事件记录及录波数据上传、压板遥控投退和遥测、遥信、遥控跳合闸。 5 透明化 ● 记录保护内部各元件动作行为和录波数据； ● 记录各元件动作时内部各计算值； ● 可将数据在Psview软件上分析保护内部各元件动作过程。 6 免调试 ● 在采样回路中，选用高精度、高稳定的器件，保证正常运行的高精度，防止因环境改变或长期运行而造成采样误差增大； ● 细微的软件自动调整，提升装置精度； ● 完善的自检功能，满足状态检修的要求； ● 装置中无可调节元件，无需在现场调整采样精度，同时可提高装置运行的稳定性； l 变压器保护的原理及应用 一、 变压器简介 1、根据用途分类： A．电力变压器 降压变 升压变 配电变 联络变 B．电炉变压器 二次电压低，电流大 C．整流变压器 工作电流波形为不规那么的非正弦波 D．工频试验变压器 E．电抗器 F．调压器 G．矿用变压器 H．其它特种变压器(电磁式PT、CT) 2、电力变压器的性能参数： A．额定容量〔包括各侧容量〕 B．相数〔单相或三相〕 C．频率 D．额定电压 E．绕组接线方式和联结组 F．变压器冷却方式 G．绝缘水平 H．负载特点 I．安装特点〔户内或户外〕 J．短路阻抗→本钱随阻抗增加而增加 K．负载损耗→根本损耗〔直流电阻〕和附加损耗〔涡流和漏磁〕 L．空载损耗 M．空载电流 3、变压器的数学模型电路： A〕两卷单相变压器数学模型电路 B〕三相变压器绕组联结方式 A B C A B C X Y Z X Y Z Y形 △形 三相变压器绕组Z型联结： A B C uA1 uB1 uC1 uC2 uA2 uB2 C〕自耦变压器 A a X x 三、变压器内部故障主保护 A．概述 主保护：瓦斯保护和差动保护 1、 瓦斯保护 瓦斯保护为变压器本体内故障的一种主要保护，特别是铁心故障。无论差动保护还是其他内部短路保护如何改良，都不能代替瓦斯保护，当然瓦斯保护也不能代替差动保护，电气故障是瓦斯保护的反映较慢。 瓦斯保护在运行中，误动较多，主要为回路和瓦斯继电器本身的故障率较高。对于保护装置，只起到记录动作信息和转换保护动作出口的作用。 瓦斯保护的动作原理图 为提