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RCS-9000变电站综合自动化系统RCS-9000变压器保护测控装置技术使用说明书(3.1版)南瑞继保电气有限公司2001年8月目录RCS-9000系列变压器保护测控装置概述.......................................1RCS-9671/3变压器差动保护装置..................................................3RCS-9681变压器后备保护测控装置............................................13RCS-9682变压器后备保护测控装置............................................21RCS-9661/A变压器非电量保护装置............................................29RCS-9679变压器保护装置..........................................................41RCS变压器保护调试说明............................................................57关于RCS-9000变电站综合自动化系统的所有技术和使用说明书的版权为南京南瑞继保电气有限公司所有。南京南瑞继保电气有限公司保留对所有资料的修改和解释权。RCS－9000变压器保护测控装置第11章第1页RCS－9000变压器保护测控装置概述RCS9000系列变压器保护测控装置是适用于110KV及以下电压等级的变压器成套保护装置。成套保护由差动保护、后备保护和非电量保护组成。对于35KV或66KV变压器，一般可用RCS-9679变压器保护装置，本装置中有差动保护，高、低压侧后备保护，非电量保护及三相操作回路等功能，如要对变压器进行测控则需另加单元测控装置。对于110KV变压器，一般配置为RCS-9671/3（差动保护）+RCS-9681（高压侧后备保护测控）+RCS-9682（低压侧后备保护测控）+RCS-9661（非电量保护+操作回路+压切回路）+RCS9603(直流量、变压器挡位控制)构成对变压器的全部保护和测控功能。RCS-9000系列变压器保护测控装置的主要技术数据1额定数据①直流电源：220V，110V②交流电压：100/3V，100V③交流电流：5A，1A④频率：50Hz2功率消耗：①直流回路：≤25W②交流电压回路：0.5VA/相③交流电流回路：1VA/相(IN=5A)0.5VA/相(IN=1A)3精确工作范围：①电流：0.05In～20In②电压：0.4V～100V③频率：48Hz～50Hz④时间：0～10s4定值误差：①电流及电压定值误差：±5％整定值②时间定值误差：±1％整定时间+35ms5输出接点容量：出口继电器接点最大导通电流为5A。6冲击电压：各输入输出端子对地，交流回路与直流回路间，交流电流与交流电压间能承受5KV(峰值)标准雷电冲击波试验。7抗干扰性能①能承受频率为1MHz及200KHz振荡波(差模，共模)脉冲干扰试验。②能承受IEC255-22-4标准规定的IV级(4KV±10％)快速瞬变干扰试验。8机械性能能承受严酷等级为Ⅰ级的振动响应，冲击响应。9工作环境①温度：-25℃～+60℃保证正常工作②湿度、压力符合DL47810遥测量精度等级：电压电流频率：0.2级其他：0.5级遥信分辩率：小于2ms信号输入方式：无源接点RCS－9000变压器保护测控装置第11章第3页RCS－9671/3变压器差动保护装置1基本配置及规格1.1基本配置装置为由多微机实现的变压器差动保护，适用于110KV及以下电压等级的双圈、三圈变压器，本装置包括差动速断保护，比率差动保护，中、低侧过流保护，CT断线判别。RCS-9671装置中的比率差动保护采用二次谐波制动，RCS-9673装置中的比率差动保护采用偶次谐波判别原理。1.2装置的性能特征1.2.1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。1.2.2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。1.2.3差动速断及比率差动保护性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，典型出口动作时间小于15ms。b)比率差动保护的动作特性如图，能可靠躲过外部故障时的不平衡电流。其中：Id为动作电流，Ir为制动电流，Icdqd为差动电流起动值，Kbl为比率差动制动系数，Ie为变压器的额定电流，图中阴影部分为保护动作区。1.2.4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)1.2.5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。1.2.6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。1.2.7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，装置有很高的固有可靠性及动作速度。1.3技术数据1.3.1直流电源：220V，110V允许偏差+15%，-20%交流电流：5A，1A频率：50Hz1.3.20.5IeIr03IeIdIcdqdKbl1南瑞继保电气有限公司第11章第4页交流电压：0.5VA／相交流电流：＜1VA／相(IN=5A)＜0.5VA／相((IN=1A)直流：正常＜15W跳闸＜25W1.3.31.3.3.1①差动速断＜15ms(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)偶次谐波原理比率差动＜23ms(2倍整定值，无涌流制动情况下)②差流电流起动元件，整定范围为0.3Ie～1.5Ie，级差0.01Ie(Ie为被保护变压器的额定电流)③变压器各侧电流的平衡系数调整通过软件实现，对Y侧最大平衡系数应小于2.3，对△侧最大平衡系数应小于4④差动速断保护整定范围为3～14Ie⑤CT⑥电流定值误差＜5%⑦比率差动制动系数0.3～0.75⑧二次谐波制动系数0.1～0.351.3.3.2电流定值：0.1In～20In定值误差：＜5%时间定值误差：＜1%整定值+20ms2装置原理2.1硬件配置及逻辑框图见附图RCS-9671/3。2.2模拟量输入如图2.1输入I1、I2、I3、I4四侧电流，由(I1+I2+I3+I4)构成差动电流，作为差动继电器的动作量；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完成，不需外接中间电流互感器。RCS－9000变压器保护测控装置第11章第5页2.31)保护总体流程（图2.1.3）保护正常进行在主程序，进行通信及人机对话等工作，间隔一段时间(RCS-9671保护1.667ms，RCS-9673保护为0.833ms)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。2)装置总起动元件起动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。3）保护起动元件若三相差动电流最大值大于差动电流起动定值或中、低压侧电流的最大值（I3、I4）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4)比率差动元件装置采用三折线比率差动原理，其动作方程如下：cdqddIIerII5.0)5.0(erblcdqddIIKIIereIII35.0ereblcdqddIIIKII35.2erII3blK为比率制动系cdqdI4321iiiiId43215.0IIIIIr采样计算保护启动差动判别涌流判别比率差动动作CT断线判别CT断线DXBS=1闭锁比率差动保护采样中断过流保护跳闸逻辑返回主程序YNYYYNN正常运行程序图2.1.3南瑞继保电气有限公司第11章第6页变压器各侧电流经软件进行Y／△调整，即采用全星形接线方式。采用全星形接线方式对减5）二次谐波制动在RCS-9671保护中，比率差动保护利用三相差动电流中的二次谐波作为励磁涌流闭锁判据。其动作方程如下：dxbdIKI2式中Id2φ为A、B、C三相差动电流中的二次谐波，Idφ为对应的三相差动电流，Kxb为二次谐6）偶次谐波原理RCS-9673保护利用三相差流的偶次谐波作为励磁涌流识别判据。滤除非周期分量后，在内部故障时，差流基本上是工频正弦波，而励磁涌流有大量的偶次谐波分量存在。滤除非周期分量后，内部故障时，有下列关系式成立：SKSTSSS是)(nid的全周积分值，即差动电流的幅值。（)(nid为差动电流的瞬时值，)2(Nnid为差动电流半周前的瞬时值，N为每周波采样点数）S是)2()(Nnidnid的半周积分值，即偶次谐波的幅值。K为某一固定常数TS是门坎定值，IeIdST1.0式中：Id为差电流的全周积分值，Ie为变压器额定电流为某一比例常数TSS是防止S和S都很小时SKS的误判。满足以上方程后，开放比率差动元件。励磁涌流时，以上偶次谐波关系式肯定不成立，比率差动元件不会误动作。78）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CT断线闭锁或报警功能。i)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a)任一相差流大于Ibj整定值；b)di2＞α+βdimax；其中：di2dimaxii)瞬时CT断线报警在故障测量程序中进行，满足下述任一条件不进行CT断线判别：a)起动前某侧最大相电流小于0.2Ie，则不进行该侧CT断线判别；b)起动后最大相电流大于1.2Ie；c)起动后任一侧电流比起动前增加；只有在比率差动元件动作后，才进入瞬时CT断线判别程序，这也防止了瞬时CT断线的误闭锁。某侧电流同时满足下列条件认为是CTa)只有一相电流为零；b)其它二相电流与起动前电流相等；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。910本装置为变压器中、低压侧各设一段过流保护，每段均为一个时限，分别设置整定控制字控RCS－9000变压器保护测控装置第11章第7页制各保护的投退。11当检测到装置本身硬件故障时，发出装置故障报警信号(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。当检测到下列故障时，发出运行异常信号(BJJ继电器动作)：a)CT告警b)CT断线(可经控制字选择是否闭锁比率差动保护)2.41)容量：31.5/20/31.5电压：110±4×2.5%／38.5±2×2.5%／11千伏接线方式：Yo/Y/△-12-11变压器的主接线方式为内桥接线如图则表2.1变压器容量S31.5MVA一侧额定电压U1N110kV二侧额定电压U2N110kV三侧额定电压U3N38.5k