110KV变电所电气二次部分设计毕业设计.doc

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1、xxxx学院本科毕业设计（论文） 目录110KV变电所电气二次部分设计毕业设计目录1 绪论12 主变压器微机保护设计22.1 变压器保护的发展及现状22.2 变压器的故障类型及保护配置32.2.1 变压器故障类型及其不正常运行状态32.2.2 变压器保护配置原则32.3 变压器的保护的配置方案确定42.4 变压器主保护测控装置52.4.1 RCS-9671变压器主保护的基本配置及规格52.4.2 电流差动保护原理72.4.3 RCS-9671变压器主保护的装置原理72.4.4 RCS-9671变压器主保护软件说明82.4.5 RCS-9671变压器主保护装置端子说明112.5 变压器后备保护测

2、控装置122.5.1 基本配置及规格122.5.2 保护测控装置原理说明132.5.3 RCS-9681后备保护测控装置软件说明142.5.4 RCS-9682后备保护测控装置软件说明162.5.5 保护测控装置端子说明182.5.6 主保护装置和后备保护装置配合分析182.5.7 变压器过负荷闭锁有载调压232.6 变压器非电量保护装置242.6.1 RCS-9661保护基本配置及规格242.6.2 RCS-9661装置工作原理242.6.3 RCS-9661装置硬件原理252.6.4 装置的运行说明282.7 主变压器保护的整定计算292.7.1 变压器主保护整定计算292.7.2 变压器

3、后备保护整定计算313 母线微机保护设计343.1 母线保护的重要性343.2 母线保护的装设原则343.3 母线保护配置的选型和方案设计353.4 RCS-915AB型母线保护硬件配置353.5 RCS-915AB母线保护装置的原理说明383.6 RCS-915AB装置对母线运行方式的识别与断线检查423.7 装置运行说明443.8 母线保护的整定计算454 断路器、隔离开关的控制及操作回路设计484.1 断路器、隔离开关的配置原则与规范484.1.1 断路器控制回路的设计原则484.1.2 隔离开关控制回路的设计原则484.2 断路器、隔离开关的控制及操作回路设计494.2.1 智能操作箱

4、的选择494.2.2 PCS-222 智能操作箱功能及特点504.2.3 PCS-222 装置的硬件构成504.2.4 显示说明544.3 微机保护、测控与操作箱的联系565 互感器的配置与接线设计575.1 互感器的配置原则575.1.1 电流互感器的配置575.1.2 电压互感器的配置575.2 互感器的接线形式585.2.1 电流互感器的接线形式585.2.2 电压互感器的接线形式595.3 互感器与保护装置的接线616 中央信号系统设计666.1 中央信号的作用666.2 中央信号回路基本要求及设备装置的选型666.2.1 中央信号回路的基本要求666.2.2 中央设备装置的选型666

5、.2.3 装置的主要功能676.2.3 装置报警方式676.2.4 装置接线677 微机保护组屏方案设计697.1 系统通信规约介绍697.2 变电站组屏方案设计71结论72参考文献73致谢74附录A75xxxx学院本科毕业设计（论文） 绪论1 绪论目前变电站自动化的模式有集中式结构、分布式结构和分布分散式结构3种。目前新建的变电站大部分采用的是分布分散式结构，典型结构分为：管理层、间隔层以及设备层。分布分散结构具有信息共享、稳定性强以及扩展性好的优点，是变电站综合自动化的发展方向。随着IEC61850系列标准的公布，规范了变电站自动化的通信网络和系统，为不同设备厂商的无缝互操作提供了途径。国

6、内综合自动化技术比较成熟的系统如：许继集团CBZ8000B智能变电站自动化系统、南瑞RCS-9000系列，国电南自PS6000变电站自动化系统、北京四方CSC2000变电站综合自动化监控系统。这些综合自动化系统采用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次设备的功能进行重新组合、优化设计，对变电站电气设备的运行情况进行监视、测量、控制、保护和协调，替代了变电站常规二次设备，提高变电站安全稳定运行水平、降低运行维护成本。变电站综合自动化系统在二次系统具体装置和功能实现上，用计算机化的二次设备代替和简化了非计算机设备。微机保护是变电站继电保护系统的重要组成部分，合理的

7、保护方案设计和整定计算对充分发挥微机保护的性能，提高电力系统的安全稳定运行水平具有非常重要的作用。根据所设计变电站工程项目的应用要求，在对微机保护装置的原理和构成特点进行深入研究和分析的基础上，选用具可靠性、安全性、动作最灵敏的微机保护装置进行了变电站设备保护系统的方案设计和保护装置选型，完成了相关的整定计算工作，及其断路器、隔离开关和互感器接线方式及其中央信号系统进行了设计，从而到达设计的目的。本次设计中采用RCS-9000系列变压器保护装置；母线保护采用RCS-915AB系列差动保护装置，进行对母线保护；对断路器和隔离开关的操作回路采用PCS-222智能操作箱进行对断路器和隔离开关的控制；

8、中央信号系统方面采用许继CAKJ-TYM-128液晶显示中央信号报警装置。通过对110KV变电站继电保护的设计，使其能达到变电站的功能实现综合化，系统机构模块化，保护、控制、测量装置的数字化，操作监视屏幕化，运行管理智能化。 通过本次设计对变电站二次系统的主变压器、母线等设备装置的保护设计，从而达到对一次电气部分的具有监察、测量、控制、保护、调节、安全、稳定、灵活和经济运行的目的，提供有效地操控方案。从而通过本次毕业设计，培养说明问题的能力、查询资料的能力、解决问题的能力，对专业课综合知识运用的能力。以及走向工作岗位尽快适应工作环境和在工程项目上用所学专业知识解决项目工程的实际操作能力，为以后

9、工作打下了良好的基础。xxxxx学院本科毕业设计（论文） 主变压器微机保护设计2 主变压器微机保护设计2.1 变压器保护的发展及现状变压器的保护发展历史，是以1931年R.E.Cordrary提出比率差动的变压器保护，标志着差动保护作为变压器主保护时代的到来。1941年，C.D.Hayward首次提出了利用谐波制动的差动保护，将谐波分析引入到变压器差动保护中，并逐渐成为国外研究励磁涌流制动方法的主要方向。1948年，R.L.Sharp和W,EGlassBurn提出了利用二次谐波鉴别变压器励磁涌流的方法同时，还提出了差动加速的方案，以差动加速，比率差动，二次谐波制动来构造整个谐波制动式保护的主体

10、，并一直延续至今。微机变压器保护的研究开始于60年代末70年代初。1969年，Rockerfeller首次提出数字式变压器保护的概念，揭开了数字式变压器保护研究的序幕，只后O.P.Malik和Degens对变压器保护的数字处理和数字滤波做出了研究。1972年，Skyes发表了计算机变压器谐波制动保护方案，使得微机式变压器保护的发展向实用化方向迈进。变压器保护在进入数字微机时代后，利用微机强大的运算和处理能力，新的励磁涌流鉴别方法不断被提出，在国内外形成研究热潮。现在使用的微机变压器保护中识别励磁涌流的方法主要是：二次谐波闭锁、间断角闭锁、波形对称原理等。实践表明，在过去几十年间，上述原理基本上

11、能达到继电保护要求。然而，随着电力系统以及变压器制造技术的日益发展，利用涌流特征的各种判据在实用中均遇到了一些无法协调的矛盾。在高压电力系统中，由于TA饱和、补偿电容或长线分布电容等因素的影响，内部敌障时差流中的二次谐波分量显著增大。造成保护误闭锁和延时动作。另一方面，现代大型变压器多采用冷轧硅钢片，饱和磁密较低而剩磁可能较小，使得变压器励磁涌流中的二次谐波和间断角均明显变小。不断出现的问题，推动了研究的不断深入。近年来，新器件、新技术的应用为变压器保护的研究与发展提供了一个广阔的天地。数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor)的出现。不但可以提高微机保护数据采样

12、与计算速度与精度，甚至可能改变往常微机保护装置的设计思路，使得复杂的算法得以在保护装置中实现。随着变压器主保护的研究不断取得进展，变压器后备保护的研究和应用也日益引起人们的重视。为了实现对现代技术后备的要求，目前的常用做法是，按典型方式构成不同型号的后备保护供用户选择，或根据用户实际需要进行软、硬件的调整。为此，研制开发具有良好适应性的通用型变压器后备保护装置，降低开发和维护成本，提高保护装置的稳定性和可靠性具有十分重要的作用。2.2 变压器的故障类型及保护配置2.2.1 变压器故障类型及其不正常运行状态变压器的故障可以分为油箱内的故障和油箱外的故障。油箱内的故障指的是变压器邮箱内各侧绕组之间

13、发生的相间短路、同相部分绕组中发生的匝间短路以及大电流系统测的单相接地短路等。油箱外的故障指的是变压器绕组引出端绝缘套管及短路线上的故障，主要有各种相间短路和接地短路。比较常见的故障有变压器绕组引出端绝缘套管及引出短线上各种相间短路和接地短路，而变压器油箱内各侧绕组直接发生相间短路的情况则较少。 外部相间短路引起的过电流，中性点直接接地电网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压，负荷长时间超过额定容量引起的过负荷，油箱漏油造成的油面降低，变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障等。对于大容量变压器，因其铁芯额定工作磁通密度与饱和磁通密度比较接近，所以当系统电压过高或系统频率降低时，可能产生

14、变压器的过励磁故障。变压器的不正常运行状态也会危及变压器的安全，如果不能及时发现和处理，会造成变压器故障及损坏变压器。所以，当变压器处于不正常运行状态时，继电保护装置应尽快发出告警信号，使运行人员及时发现并采取相应的措施，确保变压器的安全运行。2.2.2 变压器保护配置原则根据电力装置的继电保护和自动装置设计规范及其电力工程电气设计手册(电气二次部分)_部分8可知以下变压器的保护装置原则：反应变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护0.8MVA 及以上的油浸式变压器和0.4MVA 及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时

15、，应动作于断开变压器各侧断路器。当变压器安装处电源侧无断路器或短路开关时，可作用于信号。对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应装设相应的保护装置，并应符合下列规定1）10MVA 及以上的单独运行变压器和6.3MVA 及以上的并列运行变压器,应装设纵联差动保护。6.3MVA 及以下单独运行的重要变压器，亦可装设纵联差动保护。2）10MVA 以下的变压器可装设电流速断保护和过电流保护。2MVA 及以上的变压器,当电流速断灵敏系数不符合要求时，宜装设纵联差动保护。3）0.4MVA 及以上，一次电压为10KV 及以下，线圈为三角星形连接的变压器，可采用两相三继电器式的过流保护。4）本条规定的各项保护

16、装置，应动作于断开变压器的各侧断路器。后备保护对于由外部相间短路引起的变压器过电流，可采用下列保护作为后备保护。1)过电流保护。宜用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷。2)复合电压（包括负序电压及线电压）起动的过电流保护。宜用于升压变压器和系统联络变压器及过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。3) 负序电流保护和单相式低电压启动的过电流保护。可用于63000kVA及以上的升压变压器。4)对于升压变压器和系统联络变压器，当采用上述、保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护110kV及以上中性点直接接地电网

17、中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器上应装设零序电流保护。作为变压器主保护的后备保护，并作为相邻元件的后备保护。过负荷保护对于400kVA及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。对自耦变压器和多绕组变压器，保护装置应能反应公共绕组及各侧过负荷的情况。过负荷保护应接于一相电流上，带时限动作于信号。在无经常值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷。2.3 变压器的保护的配置方案确定变压器作为电力系统的重要设备，广泛存在于各级网络系统中，它的安全运行直接关系到整个电网的可靠运

18、行。随着我国经济和社会的飞速发展，人们对电网的质量要求日益提高，在面对变压器可能发生的内部故障、外部故障和不正常运行状态的影响，从而对变压器的可靠运行提出了更加严峻的挑战。这就要求装设的变压器不仅安全可靠，而且要迅速动作。因此装配快速、灵敏、迅速、可靠和选择性好的微机保护是极其重要的。微机保护装置和微机监控系统具有可靠的抗谐波干扰、抗振能力抗电磁干扰的能力，并且具有防止系统过电压和过雷电冲击的措施。在输入输出回路设有光电隔离和防止接点抖动的措施，及其拥有友好的人机界面，使其操作方便。综合考虑变电站的电压等级，变电所在电网中的地位，可靠性及其地理位置等因素。本设计采用南京南瑞集团RCS-9000

19、系列保护测控装置。该装置支持GOOSE跳闸方式和IEC61850后台通讯方式国际规约,而且还具有两路独立RS485的标准通信接口以及一路基于RS-232的装置打印和调试接口，两路独立的通信接口标准都采用电力行业标准DL/T667-1999（IEC-60870-5-103）规约或LFP规约，其常用通信介质为屏蔽双绞线，其中一路可选配为光纤媒介。其保护测控装置的对时有两种方式，一种为软件进行对时，对时精度为10ms左右；另一种为通过硬件秒对时方式进行对时，对时精度为1ms级。所有装置共用一个对时总线，以差分信号输入，对这两种对时方式综合使用。在RCS-9000系列中，主保护采用RCS-9671变压

20、器差动保护装置；后备保护采用RCS-9681后备保护测控装置作为变压器的110KV侧的后备保护；RCS-9682变压器后备保护测控装置作为变压器的低压侧和中压侧进行后备保护；RCS-9661变压器非电量保护装置，以上装置和操作把手、切换把手、复归按钮等组成一面主变压器保护测控屏。2.4 变压器主保护测控装置2.4.1 RCS-9671变压器主保护的基本配置及规格基本配置 RCS-9671保护装置为变压器主保护提供差动速断保护，比率差动保护，中、低侧过电流保护，CT断线判别。装置中的比率差动保护采用二次谐波制动判别原理。其技术数据如下：1）额定数据直流电源： 220V，110V 允许偏差+15%

21、，-20%交流电流： 5A，1A频 率： 50Hz2）功耗交流电压： 0.5VA/相交流电流： 1VA/相(IN=5A)0.5VA/相(IN=1A)直 流： 正常15W跳闸25W3）差动保护主要技术指标a整组动作时间差动速断 ： 20ms(1.5 倍整定值)二次谐波原理比率差动： 25ms(2 倍整定值，无涌流制动情况下)b起动元件差流电流起动元件，整定范围为：0.3Ie1.5Ie，级差：0.01Ie(Ie 为被保护变压器的额定电流)。c差动速断保护整定范围为： 414Ie。dCT断线可通过整定控制字选择闭锁比率差动保护出口或仅发报警信号。e电流定值误差：5%f比率差动制动系数： 0.30.7

22、5 可调g二次谐波制动系数： 0.10.35 可调4）后备保护主要技术指标电流定值： 0.1In20In 定值误差：5%时间定值误差：1%整定值+20ms装置的性能特征1)本装置有独立的CPU作为整机起动元件，该起动元件在电子电路上（包括数据采集系统）与保护CPU完全独立，动作后开放保护装置出口继电器正电源。2）装置保护CPU 担负保护功能，完成输入量的采样计算，动作逻辑判断直至跳闸。保护CPU还设有本身的起动元件，构成独立完整的保护功能。3)差动速断及比率差动保护性能图1.1 比率差动保护动作特性图其中：Id为动作电流，Ir为制动电流，Icdqd为差动电流起动值，Kb1为比率差动制动系数，I

23、e为变压器的额定电流，图中阴影部分为保护动作区。a.差动速断保护实质上为反应差动电流的过电流继电器，用以保证在变压器内部发生严重故障时快速动作跳闸。b.比率差动保护的动作特性如图1.1所示，能可靠躲过外部故障时的不平衡电流。4）采用软件调整变压器各侧电流的平衡系数方法，把各侧的额定电流都调整到保护装置的额定工作电流IN(IN=5A或1A)。 5)采用可靠的CT 断线报警闭锁功能，保证装置在CT 断线及交流回路故障时不误动。6)采用变压器接线方式整定的方法，使软件适用于变压器的任一接线方式。7)本装置算法的突出特点是在较高采样率的前提下，保证了在故障全过程对所有继电器的并行实时计算，装置有很高的

24、固有可靠性及动作速度。2.4.2 电流差动保护原理电流差动保护比较被保护设备各引出线上的电流，规定电流的正方向为流入被保护设备。当各引出线之间在电路上相连时，被保护设备可看作一个节点。在正常运行及外部故障时按照基尔霍夫电流定律有 式（2.1）式中，Id：差动电流；Ij：引出线j上流入被保护设备的相电流；n：引出线个数。上式对被保护设备的每一相都成立。一般地，我们把各引出线流入被保护设备的总电流称为差动电流；在被保护设备内部故障时，当总短路电流可以在故障点流入地或其他支路（如流入其他相）时有： 式（2.2）式中，If为故障点的总电流，以上分析可以得出差动保护的判别依据；其中，为差动保护的启动电流

25、。差动保护的基本原理说明，不考虑TA的误差，在正常及外部故障时差动保护可靠地不动作；在内部故障时，保护可靠地动作；差动保护有绝对地选择性，保护动作不需要延时。一般内部故障最小短路电流也大于差动电流的启动值，差动保护有很高的灵敏度。所以，差动保护具有选择性好、灵敏度高、快速性的优点。为了保证三绕组变压器纵差动保护的正确工作，亦必须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿，使得变压器在正常运行和外部短路故障时，流入继电器的电流为零。2.4.3 RCS-9671变压器主保护的装置原理装置逻辑框图如图1.5所示 当设定的启动电流值或中低压侧电流值大于设定的整定值时，保护启动QD线圈通电，QD

26、触点和BSJ触点闭合，保护装置出口接通电源。当不满足差动速断保护要求和在电流互感器不断线的情况下，比率差动不满足设定的整定值时，发出跳闸命令，通过一系列装置跳开各侧断路器。投中低压侧过流时，当中低压侧不满足其过流保护时，通过一系列装置跳过相应的断路器。模拟量的输入如图1.2。输入I1、I2、I3、I4四侧电流，由(I1+I2+I3+I4)构成差动电流，作为差动保护装置的动作量；由I3构成中压侧后备保护的动作量；由I4构成低压侧后备保护的动作量。在本装置内，变压器各侧电流存在的相位差由软件自动进行校正。变压器各侧的电流互感器均采用星形接线，各侧电流方向均指向变压器。各侧电流的平衡系数调整通过软件

27、完成，不需外接中间电流互感器。由于一次侧主接线没有I2电流，在运用此设备时，I2电流侧接线悬空。图1.2模拟量输入图2.4.4 RCS-9671变压器主保护软件说明 保护总体流程 保护正常进行在主程序，进行通信及人机对话等工作，间隔一段(RCS-9671 保护1.667ms)产生一次采样中断。采样部分通过AD采样，进行数字滤波及预处理过程，形成保护判别所需的各量。若保护起动元件动作，则进入保护继电器动作测量程序。首先测量比率制动特性的差动继电器是否动作，若动作，则再经涌流判别元件，以区分是故障还是励磁涌流。比率差动继电器动作后若未被涌流判别元件闭锁，则再进入CT 断线瞬时判别程序，以区分内部短

28、路故障和CT断线。差动速断继电器的动作测量则相应简单，它实质上是一个差动电流过流继电器，不需经过任何涌流闭锁判别和CT 断线判别环节。随后进行中低压侧的过流保护判别。保护流程图如图1.3所示。采样中断计算采样保护启动差动判别正常运行程序涌流判别比率差动动作NYCT断线判别NCT断线NDXBS=1闭锁比率差动保护过流保护返回主程序跳闸逻辑图1.3 保护总体流程图装置总启动原件起动CPU设有装置总起动元件，当三相差流的最大值大于差动电流起动定值时，或者中、低压侧三相电流的最大值（I3、I4）大于相应的过流定值时，起动元件动作并展宽500ms ，开放出口继电器正电源。保护启动元件若三相差动电流最大值

29、大于差动电流起动定值或中、低压侧电流的最大值（、）大于相应的过电流定值，起动元件动作，在起动元件动作后也展宽500ms，保护进入故障测量计算程序。比率差动元件装置采用三折线比率差动原理，变压器各侧电流经软件Y/调整，即采用全星型接线方式。采用全星型接线方式对减小电流互感器的二次符合和改善电流互感器的工作性能有很大好处。二次谐波制动在RCS-9671保护中，比率差动利用三相差动电流中的二次谐波作为励磁涌流闭锁判据。取三相差动电流中二次谐波最低值，作为按相制动的判据。差动速断保护 当任一相差动电流大于差动速度整定值时瞬时动作于出口继电器。CT断线报警及闭锁比率差动保护 设有延时CT 断线报警及瞬时

30、CT 断线闭锁或报警功能。延时CT 断线报警在保护采样程序中进行，当满足以下两个条件中的任一条件，且时间超过10 秒时发出CT 断线告警信号，但不闭锁比率差动保护。这也兼起保护装置交流采样回路的自检功能。1)任一相差流大于Ibj整定值；2）；其中：为差流的负序电流 为三相差流的最大值 为固定门槛值 为某一比例值瞬时CT 断线报警或闭锁功能在比率差动元起动作后进行判别。但是当差动保护起动后满足电压电流形成的故障识别判据，被认为是故障情况，为防止瞬时CT 断线的误闭锁，此时不进行瞬时CT 断线判别。通过整定控制字选择，瞬时CT 断线判别动作后可只发报警信号或闭锁比率差动保护出口。差动保护动作跳各侧

31、断路器，用于跳开变压器各侧断路器。装置闭锁和装置告警 当检测到装置本身硬件故障时，发出装置闭锁信号(BSJ 继电器返回)，闭锁整套保护。硬件故障包括：RAM、EPROM、定值出错和电源故障。平衡系数错和接线方式错也将闭锁整套保护。当检测到下列故障时，发出运行异常报警装置(BJJ 继电器动作)：1) CT告警2) CT断线(可经控制字选择是否闭锁比率差动保护)3) 起动CPU 定值错(将不再开放启动继电器)4) 起动CPU 通讯错 5）起动CPU 长期起动2.4.5 RCS-9671变压器主保护装置端子说明 RCS-9671变压器主保护装置与互感器连接关系，将在互感器接线方式章节中阐述。装置背板

32、端子如图1.4所示。图1.4 RCS-9671背板端子图图1.5 RCS-9671逻辑框图2.5 变压器后备保护测控装置在本110KV变电所二次部分设计中高压侧后备保护装置采用南瑞RCS-9681作为高压侧后备保护测控装置，RCS-9682装置作为中、低压侧后备保护测控装置2.5.1 基本配置及规格基本配置RCS-9681为用于110KV电压等级变压器的110KV 侧后备保护测控装置，采用以下保护功能和测控功能。保护方面的主要功能有：1）复合电压闭锁过流保护；2）接地零序保护（三段零序过流保护）；3）保护出口采用跳闸矩阵方式，可灵活整定；4）过负荷发信号；5）启动主变风冷；6）过载闭锁有载调压

33、；7）故障录波。RCS-9682为用于110KV及以下电压等级的变压器35KV、10KV侧后备保护测控装置，采用以下保护功能和测控功能。保护方面的主要功能有：1）复合电压闭锁过流保护；2）保护出口采用跳闸矩阵方式，可灵活整定；3）过负荷发信号；4）故障录波。测控方面的主要功能有：1）7路（RCS-9682装置8路）遥信开入采集、遥信变位、事故遥信；2）3路（RCS-9682装置5路）断路器遥控分合，空接点输出；出口动作保持时间可程序设定；3）P、Q、I（IA、IB、IC）、U（UA、UB、UC、UAB、UBC、UCA）、U0、F、COS等模拟量的遥测；4）遥控事件记录及事件SOE 等；5）四路

34、脉冲累加单元，空接点输入。2.5.2 保护测控装置原理说明RCS-9681后备保护测控装置原理1）装置逻辑框图如图1.8所示本设计采用复合电压闭锁过流后备保护功能，当复合电压闭锁过流控制字投入时，复合电压闭锁过流后备保护功能启动，触点QJ闭合，BSJ闭合，保护装置接通电源。通过复合电压闭锁负序电压大于整定值和复合电压闭锁低电压大于其整定值时，且及本侧电压互感器没有退出的情况下，且各相复合电压闭锁过流值大于整定值时，通过跳闸矩阵，通过出口接点，断开该侧的断路器，使其一次设备受到保护。当启动风冷最大值、闭锁调压最大值、过负荷最大值大于相应的整定值时，通过保护装置发出跳闸命令。2）模拟输入外部电流及

35、电压输入经隔离互感器隔离变换后，由低通滤波器输入至模数变换器，CPU 经采样数字处理后，构成各种保护继电器，并计算各种遥测量。、为保护用电流模拟量输入，为变压器中性线零序电流，为变压器经间隙接地的间隙支路零序电流。、为测量专用CT输入，保证遥测量有足够的精度。、取自高压侧母线PT，用于复压闭锁及方向元件，同时也作为测量用电压输入，与、一起计算形成线路的P、Q、。高压侧母线PT开口三角电压。RCS-9682后备保护测控装置原理1）装置逻辑框图如图1.9所示 RCS-9682后备保护装置和RCS-9681后备保护装置动作原理类似，不再重复陈述。2）模拟输入 外部电流及电压输入经隔离互感器隔离变换后

36、，由低通滤波器输入至模数变换器，CPU 经采样数字处理后，构成各种保护继电器，并计算各种遥测量。、 为保护用电流模拟量输入。、 为测量用专用测量CT 输入，保证遥测量有足够的精度。、 取自本侧母线PT，用于复压闭锁元件，同时也作为测量用电压输入，与IA、IB、IC 一起计算形成本线路的P、Q、。 为本侧母线PT开口三角电压。2.5.3 RCS-9681后备保护测控装置软件说明 在本设计中选用RCS-9681后备保护装置中的复合电压闭锁过流，接地保护，过负荷、启动风冷、过载闭锁有载调压，PT断线等保护功能，其功能原理如下：复合电压闭锁过流本装置设三段复合电压闭锁过流保护，各段电流及时间定值可独立

37、整定，分别设置整定控制字控制这三段保护的投退。、段可带方向闭锁，由控制字选择，方向元件采用正序电压极化，方向元件和电流元件接成按相起动方式。方向元件带有记忆功能以消除近处三相短路时方向元件的死区。当电流方向指向变压器时，方向元件指向变压器，方向元件灵敏角为45度。复合电压元件，其负序电压由相电压计算得到，应按相整定；低电压取自线电压，应按线整定。复合电压闭锁过流保护可取三侧复合电压，任一侧复合电压动作均可起动过流保护动作（其它两侧动作后给出动作接点）。接地保护 对于110KV 及以上电压等级的变压器需要设置接地保护。本装置具有三种接地方式均设有保护：a) 中性点直接接地运行；b) 中性点不接地

38、运行；c) 经间隙接地运行。1) 中性点直接接地运行设有三段零序过流保护，每段均一个时限，分别设有整定控制字控制这三段保护的投退。2) 中性点不接地或经间隙接地运行装置设有段两时限零序无流闭锁零序过压保护和段两时限间隙零序过流保护，两者第一时限出口跳闸用于缩短故障范围，第二时限均跳主变各侧开关。零序无流的定值同、段零序过流电流定值的最小值。过负荷、启动风冷、过载闭锁有载调压装置设有三个定值分别对应这三项功能，取最大相电流作为判别。装置给出一付过负荷接点，一付启动风冷接点，一付过载闭锁有载调压接点。 PT断线PT 断线判据如下：1) 正序电压U1 小于30 伏，而任一相电流大于0.06In；2)

39、 负序电压大于8 伏；满足上述任一条件后延时10 秒报母线PT 断线，发出装置异常报警信号（BJJ 继电器动作），待电压恢复保护也自动恢复正常。在断线期间， 根据整定控制字选择是退出经方向或复合电压闭锁的各段过流保护还是暂时取消方向和复合电压闭锁。当各段复压过流保护都不经复压闭锁和方向闭锁时，不判PT 断线。当本侧PT 检修或旁路代路时，为保证该侧后备保护的正确动作，需投入“本侧PT退出”压板，此时该侧后备保护的功能有如下变化：1) 复合电压闭锁（方向）过流保护自动解除本侧复合电压闭锁，只是经过其他侧复合电压闭锁（控制字UBS=1 时）；2) 复合电压过流保护自动解除方向元件；3) PT断线检

40、测功能解除；4) 本侧复合电压动作功能解除。跳闸逻辑矩阵本装置各保护跳闸方式采用整定方式，即哪个保护动作，跳何开关可以按需自由整定。RCS9681共有三组出口跳闸继电器：出口1（CK1）、出口2（CK2）、出口3（CK3）。原则上，出口跳闸继电器2用于跳开主变各侧开关。出口跳闸继电器1、3 可由用户选择去跳何种开关。跳闸矩阵如表2.1所示。表2.1 RCS-9681跳闸矩阵表位数9876543210保护元件跳闸出口I0jx2I0jx1U02U01L03L02L01GL3GL2GL1CK10001011011CK21111011111CK30001011011其中：行表示保护元件，列表示要动作的

41、出口跳闸继电器。整定方法：在保护元件与要动作的出口跳闸继电器的空格处填1,其它空格填0，则可得到跳闸方式。装置告警 当CPU检测到装置本身硬件故障时，发出装置故障闭锁信号(BSJ继电器返回)，闭锁整套保护。硬件故障包括：RAM、EPROM、定值出错和出口三极管长期导通。当CPU检测到下列故障时，发出装置异常报警信号(BJJ继电器动作)：（A）过负荷；（B）PT断线；（C）三相电流不平衡经10秒延时报CT异常。遥控、遥测、遥信功能 遥控功能主要有两种：3 路断路器的正常遥控跳闸操作，正常遥控合闸操作。遥测量主要有：U、I、F、P、Q，有功电度，无功电度及脉冲电度。所有这些量都在当地实时计算，实时

42、累加，三相有功无功的计算消除了由于系统电压不对称而产生的误差，且计算完全不依赖于网络，精度达到0.5 级。本装置的遥测功率计算可选用三表法或二表法。遥信量主要有：7 路遥信开入、装置变位遥信及事故遥信，并作事件顺序记录，遥信分辨率小于2ms，四路空接点脉冲开入。装置通讯接口兼容各种网络接口，并可采用双网通讯方式，装置能适应多种通讯媒介，如光纤，网络双绞线。通信规约支持电力行业标准DL/T667-1999（IEC-60870-5-103）最新保护远动通信标准。2.5.4 RCS-9682后备保护测控装置软件说明本设计中选用RCS-9682后备保护装置中的复合电压闭锁过流，过负荷报警，PT断线等保

43、护功能，其功能原理如下：复合电压闭锁过流本装置设四段复合电压闭锁过流保护，各段电流及时间定值可独立整定，分别设置整定控制字控制各段保护的投退。、段可带方向闭锁，由控制字选择，方向元件采用正序电压极化，方向元件和电流元件接成按相起动方式。方向元件带有记忆功能以消除近处三相短路时方向元件的死区。当电流方向指向变压器时，方向元件指向本侧系统，方向元件灵敏角为225 度。复合电压元件，其负序电压由相电压计算得到，应按相整定；低电压取自线电压，应按线整定。过负荷报警装置取三相最大电流作为判别，过负荷动作后给出一付过负荷报警接点，并报运行异常信号（BJJ动作）PT断线 PT 断线判据如下：1）正序电压U1

44、小于30 伏，而任一相电流大于0.06In；2）负序电压大于8 伏；满足上述任一条件后延时10秒报母线PT断线，发出装置异常报警BJJ，待电压恢复保护也自动恢复正常。在断线期间，根据整定控制字选择是退出经方向或复合电压闭锁的各段过流保护还是暂时取消方向和复合电压闭锁。当各段复压过流保护都不经复压闭锁和方向闭锁时，不判PT断线。跳闸逻辑矩阵本装置各保护跳闸方式采用整定方式，即哪个保护动作，跳何开关可以按需自由整定。RCS-9682 共有三组出口跳闸继电器：出口1（CK1）、出口2（CK2）、出口3（CK3）。原则上，出口跳闸继电器2 用于跳开主变各侧开关。出口跳闸继电器1、3可由用户选择去跳何种

45、开关。跳闸矩阵如表2.2所示。表2.2 RCS-9682跳闸矩阵表位数3220保护元件跳闸出口GL4GL3GL2GL1CK11011CK21111CK31011整定方法：在保护元件与要动作的出口跳闸继电器的空格处填1，其他空格处填0，则可得到跳闸方式。装置告警 当CPU检测到装置本身硬件故障时，发出装置故障闭锁信号(BSJ继电器返回)，闭锁整套保护。硬件故障包括：RAM、EPROM、定值出错和出口三极管长期导通。当CPU检测到下列故障时，发出装置异常报警信号(BJJ继电器动作)：（A）过负荷；（B）PT断线；（C）三相电流不平衡经10秒延时报CT异常。遥控、遥测、遥信功能 遥控功能主要有两种：

46、5路断路器的正常遥控跳闸操作，正常遥控合闸操作。遥测量主要有：U、I、F、P、Q，有功电度，无功电度及脉冲电度。所有这些量都在当地实时计算，实时累加，三相有功无功的计算消除了由于系统电压不对称而产生的误差，且计算完全不依赖于网络，精度达到0.5 级。本装置的遥测功率计算可选用三表法或二表法，如无特殊要求，出厂设置为三表法。若使用二表法，则默认B 相遥测电流不用，其值恒为零。遥信量主要有： 5路遥信开入、装置变位遥信及事故遥信，并作事件顺序记录，遥信分辨率小于2ms，四路空接点脉冲开入。装置通讯接口兼容各种网络接口，并可采用双网通讯方式，装置能适应多种通讯媒介，如光纤，网络双绞线。通信规约支持电

47、力行业标准DL/T667-1999（IEC-60870-5-103）最新保护远动通信标准。2.5.5 保护测控装置端子说明RCS-9681和RCS-9682后备保护装置与互感器的连接关系将在互感器接线方式中阐述。RCS-9681装置背板端子图如1.6所示；RCS-9682装置背板端子图如1.7所示。2.5.6 主保护装置和后备保护装置配合分析当变压器主保护拒动作时后备保护经整定时间延时后动作跳开主变压器各侧断路器，RCS-9671主变压器保护装置提供差动保护，动作后出口跳闸主变压器高压侧断路器、中压侧断路器、低压侧断路器。RCS-9681高后备保护装置动作后出口跳闸主变压器高压侧断路器、中压侧

48、断路器、低压侧断路器，中、低压侧分段断路器。RCS-9682中压侧后备保护装置动作后出口跳闸主变压器中压侧断路器，分段断路器。RCS-9682低压侧后备保护装置动作后出口跳闸主变压器低压侧断路器，分段断路器。 RCS-9661主变非电量保护，动作后出口跳闸主变压器高压侧断路器、中压侧断路器、低压侧断路器。图1.6 RCS-9681装置背板端子图图1.7 RCS-9682装置背板端子图图1.8 RCS-9681逻辑框图图1.9 RCS-9682逻辑框图2.5.7 变压器过负荷闭锁有载调压变压器的过负荷闭锁有载调压是由RCS-9603测控装置和RCS-9681后备保护装置组成的，RCS-9603装

49、置提供升、降、停三种功能，属于测控装置的开出范畴，RCS-9681提供“过负荷闭锁有载调压”功能。110KV变压器的有载调压功能常见的实现方式采用的是微机测控触点直接安装在变压器本体的有载调压开关机构的这种调压方式。如图1.10所示控制电源先引至就地的电动机构控制箱，再将正电源端经控制电缆引至微机测控装置，使用三相交流电机带动机构运转，通过U、W相接线的变换实现电机的正、反向转动。经相关联锁会启动KC，并有KC的动合触点实现自保持。同时KC的动合触点接通电动机M的电源，电动机带动机械系统使其实现调压功能，调压到位后，电动机停止工作；通过按钮SB2的也可以实现变压器的调压功能。电动机反向转动与上

50、述类似。电动机都带有过热保护之类的功能，由专门的继电器实现，继电器动作后使电动机的电压空开跳闸，以实现切断电压保护电机的功能，如果用一个测控触点启动这个过热保护继电器，就可以实现停的功能。图1.10 有载调压回路接线图2.6 变压器非电量保护装置在本设计中变压器非电量被保护装置采用南瑞RCS-9000系列中的RCS-9661变压器的非电量保护装置。2.6.1 RCS-9661保护基本配置及规格RCS-9661变压器非电量保护装置，主要可作为110KV及一下电压等级的变压器的非电量保护装置。装置具有10路非电量保护，还有四路不按相操作断路器的独立跳合闸操作回路和两个电压切换回路。本装置支持电力行

51、业标准DL/T667-1999（IEC60870-5-103标准）通讯规约，配有以太网通讯(100Mbps)，超五类线或光纤通讯接口。装置继电器重动时间延时：约10ms；非电量回路动作功率：额定电压下约5W；冷控失电跳闸保护的延时时间可达100分钟，时间误差1%整定值+20ms。2.6.2 RCS-9661装置工作原理非电量保护 从变压器本体来的非电量信号(如瓦斯信号等)经过装置重动后给出中央信号、远方信号两组接点，同时装置本身的CPU 也可记录非电量动作情况。对于需要延时跳闸的非电量信号,由装置经过定值设定的延时起动装置的跳闸继电器，而直接跳闸的非电量信号直接起动装置的跳闸继电器。非电量原理

52、如图1.11、1.12、1.13所示。图1.11 需延时跳闸的非电量信号接线原理图1.12 直接跳闸的非电量信号接线原理图1.13不需跳闸的非电量信号接线原理 装置设有冷控失电保护。根据DL/T 572-95电力变压器运行规程：强油循环风冷和强油循环水冷变压器，当冷却系统故障切除全部冷却器时，允许带额定负载运行20min。如20min 后顶层油温尚未达到75，则允许上升到75，但在这种状态下运行的最长时间不得超过1小时。冷控失电逻辑图如图1.14所示图1.14 冷控失电逻辑图 LKSD表示冷控失电开入，YWG为油温高开入，LKSD和LKSD60为定值控制字装置自检当装置检测到本身硬件故障时，发

53、出装置闭锁信号，同时闭锁装置（BSJ 继电器返回）。硬件故障包括：定值出错、电源故障、CPLD故障。对时功能装置具备软件对时和硬件对时功能。硬件对时为秒脉冲对时或者IRIG-B 码对时，装置自动识别。对时接口电平均采用485差分电平。2.6.3 RCS-9661装置硬件原理装置内部插件说明L2L1F3F2F1SWI4SWI3SWI2SWI1F4DCCOM1）L2同L1；2）L1电压切换回路或电压并列回路，可选配，在此设计中选用电压并列回路；3）F3为非电量插件3；4）F2为非电量插件2；5）F1为非电量插件1；6）SWI4同SWI1；7）SWI3同SWI1；8）SWI2同SWI1；9）SWI1

54、为不按相操作断路器的跳合闸操作回路；10）F4为非电量出口及重动模件；11）DC为直流逆变电源、光耦模件和通讯模块。操作回路原理操作回路插件的原理及接点输出如图所示，KKJ 为磁保持继电器，合闸时该继电器动作并磁保持，仅手跳才复归，保护动作或开关偷跳该继电器不复归，因此其输出接点为合后KK 位置接点。断路器操作回路中跳合闸直流电流保持回路，跳合电流应大于0.5A 小于4A。操作回路中跳线S1、S2 和S3 的作用：短接S1，取消合压力闭锁；短接S2，取消防跳；短接S3，取消跳压闭锁。操作回路插件原理及输出接点原理图如图1.15、1.16所示。非电量模件原理图共有三块非电量插件，提供10路非电量

55、保护，其中六路可直接跳闸。非电量模件原理图如图1.17、1.18所示。非电量出口及重动插件此插件有两路经CPU 延时的非电量保护出口，冷控失电跳闸和备用1 延时跳闸；装置闭锁，装置报警和直流监视；非电量出口重动；图1.15 操作回路输出接点原理图图1.16 操作回路插件原理图图1.17 非电量输入图图1.18 非电量保护输出图2.6.4 装置的运行说明“运行”灯为绿色，装置正常运行时点亮；“报警”灯为黄色，当发生报警时点亮；“跳闸”灯为红色，当保5护动作出口点亮，在“信号复归”后熄灭；装置面板设有十路红色非电量保护动作中央信号灯，非电量保护动作，对应的中央信号灯亮，在“信号复归：后熄灭；还设有

56、四组开关位置信号灯，由操作回路插件产生。“跳位”灯为绿色，当开关在分位时点亮；“合位”灯为红色，当开关在合位时点亮。2.7 主变压器保护的整定计算110KV变电所设计电气一次部分计算的出的数据为：表2.1 变压器各侧额定数据额定电压(kV)额定一次电流(A)额定二次电流(A）高压侧110131.223.28中压侧 38.5 374.914.69低压侧111312.204.37表2.2变电站系统最大、最小运行方式三相短路计算数据三相短路电流(KA)110KV侧35KV侧10KV侧最大运行方式3.18114.108610.4976最小运行方式1.74952.05435.2488表2.3 变电站系统

57、最大、最小运行方式两相短路计算数据两相短路电流kA110KV侧35kV侧10kV侧最大运行方式2.7553.5589.091最小运行方式1.5151.7794.545表2.4 变电站系统最大、最小运行方式单相短路计算数据单相短路电流(KA)110KV侧35KV侧10KV侧最大运行方式3.51014.138511.5662最小运行方式2.00822.06925.80502.7.1 变压器主保护整定计算比率差动保护1）差动保护启动电流的整定为差动保护最小动作电流值，应按躲过正常变压器额定负载时的最大不平衡电流整定，即： 式（2.3） 式中：变压器二次额定电流；为可靠系数（一般取）；为电流互感器的比

58、误差，取0.10；为变压器调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值（百分值）；为由于电流互感器变比为完全匹配产生的误差，可取0.05。在工程实用整定计算中可选取,并应实测最大负载时差回路中的不平衡电流。注意装置的差动电流起动值的整定计算是以变压器的二次额定电流为基准。若在实际的整定计算中差动起动电流整定值是归算到变压器某一侧的电流有名值，则将这一有名值除以变压器这一侧的变压器二次额定电流，即为保护装置的整定值（标幺值）。比率差动制动系数（斜率）的整定 差动保护的制动电流应大于外部短路时流过差动回路的不平衡电流。变压器种类不同，不平衡电流计算也有较大差别，差动回路最大不平衡电流（二次值）的计算公式。 式（2.4） 式中、的含义同上；电流互感器的同型系数（取1.0）；为外部短路时最大穿越短路电流周期分量（二次值）；为非周期分量系数，两侧同为TP级互感器取1.0，两侧同为P级电流互感器取2。差动保护的动作门槛电流（二次值） 式（2.5） 式中：为可靠系数（一般取1.5）；因此，最大制动系数式中：最大制动电流（二次值），应根据各侧短路时的不同制动电流而定。根据差动起动值、第一拐点电流、可按照下下式计算出比率差动保护动作特性