02-CAT231变压器主保护装置说明书

CAN2000变电站综合自动化系统CAT231变压器主保护装置技术使用说明书（V3.0）山东鲁能积成电子股份有限公司2003年8月关于CAN2000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山东鲁能积成电子股份有限公司所有。山东鲁能积成电子股份有限公司保留对所有资料的修改和解释权。目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"2CAT231变压器主保护装置1\o"CurrentDocument"2.1装置概述1\o"CurrentDocument"CAT231测控2\o"CurrentDocument"开关量采集2\o"CurrentDocument"2.2.2脉冲量采集2\o"CurrentDocument"2.2.3控制输出2\o"CurrentDocument"CAT231工作原理2\o"CurrentDocument"CT接线及平衡补偿2\o"CurrentDocument"保护启动3\o"CurrentDocument"2.3.3差动保护动作特性3\o"CurrentDocument"2.3.4差动速断保护4\o"CurrentDocument"比率差动保护4\o"CurrentDocument"二次谐波闭锁5\o"CurrentDocument"CT断线判别及闭锁5\o"CurrentDocument"故障录波6\o"CurrentDocument"2.3.9非电量保护6\o"CurrentDocument"2.3.10频率跟踪8\o"CurrentDocument"CAT231故障录波查看8\o"CurrentDocument"故障录波信息8\o"CurrentDocument"故障录波数据9\o"CurrentDocument"CAT231定值整定10定值表10\o"CurrentDocument"2.5.2系统参数及平衡系数11\o"CurrentDocument"差动速断保护整定12\o"CurrentDocument"2.5.4比率差动保护整定12\o"CurrentDocument"2.5.5CT断线判别整定13\o"CurrentDocument"CAT231保护调试13\o"CurrentDocument"数值校验13\o"CurrentDocument"差动速断校验14\o"CurrentDocument"比率差动门槛值校验14\o"CurrentDocument"比率制动系数校验14\o"CurrentDocument"二次谐波制动系数校验15CAT231变压器主保护装置背板端子接线图CAT231变压器主保护装置原理接线展开图2CAT231变压器主保护装置2.1装置概述CAT231型变压器主保护装置适用于110KV及以下电压等级的三绕组电力变压器。为标准4U、19/2英寸机箱，机箱内最多可插7个插件，从左至右依次为PTCT、模拟量、测控CPU、保护CPU、电源、控制输出、非电量重动等7块板。本装置采用双CPU工作方式，两个CPU插件的数据采集回路完全独立，通过串行通信交换信息，通信故障不影响保护动作行为。测控CPU主要完成人机界面、网络通讯、开关量采集、主变中性点接地刀控制等功能；保护CPU主要完成保护功能，保护的整定、调试、工况查看以及保护动作和自诊断信息显示，均通过串行通信由测控CPU完成。测控CPU除有关显示灯外，带有128X64点阵汉字液晶显示屏，以16X16点阵汉字和16X8点阵字符显示详细信息，操作界面友好简捷。装置充分发挥微机保护的优越性，具有丰富的辅助功能：◊在线查看全部输入交流量和开关量，以及整定值、历史记录；◊交流量精度调整以软件方式完成，其调试和开入/开出量试验均由装置通过显示界面和键盘操作完成，维护方便；◊完善的事故分析功能（故障录波、保护动作事件记录）；◊实时时钟具备万年历功能，能接收监控系统的校时且掉电不停计时。本装置中变压器非电量保护和差动保护从电源到跳闸出口完全独立，非电量保护仅通过测控CPU进行信号采集，与保护CPU无关。本装置主要具有以下功能：◊差动电流速断保护◊二次谐波制动的比率差动保护CT断线判别及闭锁◊差流越限报警故障录波◊非电量保护跳闸◊非电量信号采集◊主变中性点接地刀遥控

CAT231测控2.2.1开关量采集装置提供16路开关量采集功能。其中0-5路开关量由装置内部获得，不需外部引入；0路固定为本体重瓦斯信号，1路固定为调压重瓦斯信号，2路固定为压力释放信号，3路固定为冷控失电全跳主变信号，4、5路备用。其它10路开关量需经外部端子引入，作为主变本体信号的遥信使用，遥信06、07、08、09固定为本体轻瓦斯、调压轻瓦斯、温度高、油位低。名称名称名称名称00本体重瓦斯04备用08温度高12YX1201调压重瓦斯05备用09油位低13YX1302压力释放06本体轻瓦斯10YX1014YX1403冷控失电全跳07调压轻瓦斯11YX1115YX152.2.2脉冲量采集装置提供两路脉冲量输入接口，可以采集一断路器的有功电度和无功电度。2.2.3控制输出装置提供一路遥控分合控制功能，可用于主变中性点接地刀闸的遥控。CAT231工作原理CT接线及平衡补偿为简化现场接线，本装置要求变压器各侧电流互感器均按丫形接线，并要求各侧CT均按同极性接入，即各侧电流均以指向变压器为正方向。如下图所示：*一一一*m（丫变压器各侧电流存在的相位差由软件自动校正，即装置内部对变压器丫形侧的电流进行相位校正。对于变压器Y侧校正方法如下：Y/Y/Y-12接线Y/Y/A-11接线Y/Y/A-1接线I'=IaaI'=IbbI'=IccIa』(Ia^b心Ib』(IbTc"Ic=(I厂1aMEIa=(Ia"c"J3Ib=(Ib-1a¥I/=(Ic~Ib展其中：匕、Ib、Ic为变压器Y侧CT二次电流，Ia、Ib、Ic为校正后各相电流。各侧电流的平衡系数调整通过软件由装置自动完成，不需外接中间电流互感器。装置通过变压器容量、变压器各侧额定电压、各侧CT变比及变压器连接组别的整定，装置自动进行各侧平衡系数的计算，通过软件进行Y/△转换及平衡系数调整。平衡补偿均以高压侧电流为基准。平衡系数的内部算法如下：Km="2K广"式中：K、K为中、低压侧平衡系数，I、I、I分别为变压器高、中、低压侧mlele2e3二次额定电流。2.3.2保护启动差动保护采用突变量启动和辅助启动两种方式。若保护启动，则进入故障处理程序进行故障计算判别，同时开放出口继电器正电源。突变量启动的判据为：M广七」-^t.T-1-2』>£式中：i,为变压器各侧任一相电流的瞬时值,iT为前一周波瞬时值，i,2t为前两周波瞬时值。''''&为保证变压器保护在无明显突变量的情况下能可靠启动，装置还采用辅助启动作为突变量启动的补充，其判据为：I>Kmin(I,I)dkdzcddzsd式中：I为任一相差动电流，K为数值小于1的可靠系数，min(I,I)为差动门dkdzcddzsd槛定值和差动速断定值中的小值。2.3.3差动保护动作特性本装置差动保护由差动电流速断保护和比率差动保护组成，动作特性见下图。图中阴影区为动作区，Idzsd以上为差动速断保护动作区，其它为比率差动保护动作区。两个保护使用一组出口接点。

差动保护动作特性2.3.4差动速断保护差动保护动作特性由于差动速断保护不经过比率制动、涌流闭锁和CT断线闭锁，因此能在变压器差动区内发生严重故障时快速切除变压器。动作判据如下：ddzsd三相差流中任一相满足上式即动作出口。逻辑图如下：跳闸跳闸装置采用三段折线式比率制动特性提高变压器内部轻微故障的灵敏度以及抗区外故障CT饱和的能力。动作方程如下：[10>气，I-KI>K(I-1)装置采用三段折线式比率制动特性提高变压器内部轻微故障的灵敏度以及抗区外故障CT饱和的能力。动作方程如下：[10>气，I-KI>K(I-1)Idbldzgb2rdzg式中：L为差动门槛定值，Idzg为差动拐点电流定值K1、Kb2为比率制动系数1、2Id为差动电流值，Ir为制动电流值-•,―•―•h'm-m‘''广1I=(I'+KI'+KI)/2rhmmll式中：Ih'为校正相位后的变压器高压侧电流;Im为变压器中压侧电流（若中压侧为Y型接线则应为校正相位后的电流）；Km为中压侧平衡系数；Iz为变压器低压侧电流；K为低压侧平衡系数。2.3.6二次谐波闭锁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，其闭锁判据如下：d2xbd式中，Id2为三相差动电流的二次谐波量，Id为对应相的差动电流，孔为二次谐波制动比。二次谐波采用按相闭锁方式。*2.3.7CT断线判别及闭锁装置设有延时CT断线判别和瞬时CT断线判别。延时CT断线判别在满足如下动作判据超过10s后发差流越限报警信号，但不闭锁比率差动保护。ddzct式中Idt为CT断线电流定值。只有在比匕率差动保护动作后，且不满足以下条件的情况下，才进行瞬时CT断线判别。1）启动后任一相电流大于1.2Ie；2）启动后任一相电流比启动前增加。若某侧电流同时满足以下条件，则认为是CT断线。1）只有一相电流为零且启动前本相电流大于0.2Ie；2）变压器各侧其余电流皆无变化。本判据不考虑变压器单侧多相或多侧同时断线的可能性，且要求变压器各侧CT均为星形接线。通过控制字可选择瞬时CT断线动作后，仅发信或闭锁比率差动保护出口并发信。比率差动保护投入Ida>IdzcdIra<IdzgIda-Kb1*Idzg>Kb2*(Ira-Idzg)Ida>Kb1*Ira—Idz2/Ida>Kxb-二次谐波闭锁投入Idb>IdzcdTLP-二iTLP-二i」跳闸发信&Idb-Kb1*Idzg〉Kb2*(Irb—Idzg)Idb>Kb1*Irb一Idb2/Idb>Kxb-二次谐波闭锁投入Idc>IdzcdIrc<IdzgIdc-Kb1*Idzg>Kb2*(Irc-Idzg)Idc>Kb1*Irc——Idc2/Idc>Kxb-二次谐波闭锁投入CT断线CT断线闭锁投入比率差动保护逻辑图2.3.8故障录波故障录波启动判据如下：ddzcd录波采样速率为12点/周波，共录主变两侧6路交流量。每次记录故障前3周波故障后17周波，共20个周波的数据。录波起动元件动作全录波结束的时间大约为340ms,本装置差动保护动作时间典型值为30ms,断路器动作时间一般不超过100ms，故录波足以涵盖故障发生至切除的全过程。2.3.9非电量保护非电量保护与变压器差动保护、变压器后备保护完全独立。非电量保护包括变压器本体重瓦斯、本体轻瓦斯、调压重瓦斯、调压轻瓦斯、压力释放、冷却消失、油位、油温等保护，其中本体重瓦斯、调压重瓦斯、压力释放、冷却消失信号接入本装置后，经非电量重动板上的重动继电器直接跳闸出口，同时经测控CPU进行信号采集及历史记录；其余信号仅经测控CPU进行信号采集及历史记录。本体重瓦斯、调压重瓦斯、压力释放、冷却消失四种信号可以生成保护事项和启动录波，本体轻瓦斯、调压轻瓦斯、温度高、油位低仅可以生成保护事项。现场可以方便地通过设定内部控制字“事项”和“录波”实现，设置方法如下，在主菜单下选择“装置调试”输入密码后进入二级菜单，选择“保护调试”输入密码进入下级菜单，可以看到“模拟量”、“开关量”、“控制输出”三项，这时输入‘55..0〃（注意按键时间及间隔时间要稍长一点）即可进入内部定值修改选项，通过＜▲＞、＜▼＞或＜PgUp＞、＜PgDn＞键上下移动光标至“开关量”菜单，按＜Enter＞键选择该项进行修改。可以看到“事项”、“录波”控制字，控制字的每一二进制位对应一种非电量信号，该位置“1”表示该信号需要生成保护事项或启动录波，置“0”表示该信号不需要生成保护事项或启动录波，而后将设定的二进制转换成十进制，在对应控制字中输入该十进制数即可。各位对应的权重关系如下：非电量信号油位低YX9温度高YX8调压轻瓦YX7本体轻瓦YX6YX5YX4冷却消失YX3压力释放YX2调压重瓦YX1本体重瓦YX0对应位9876543210高位一低位其中中间两位未用，置“0”置“1”均可。举例：若要求本体重瓦、冷却消失、本体轻瓦、温度高生成保护事项，调压重瓦启动录波，则设置如下：①事项控制字设定为:非电量信号油位低YX9温度高YX8调压轻瓦YX7本体轻瓦YX6YX5YX4冷却消失YX3压力释放YX2调压重瓦YX1本体重瓦YX0对应位0101001001换算成十进制数0*29+1*28+0*27+1*26+0*25+0*24+1*23+0*22+0*21+1*20=329②录波控制字设定为:非电量信号冷却消失YX3压力释放YX2调压重瓦YX1本体重瓦YX0对应位0010换算成十进制数0*23+0*22+1*21+0*20=2然后根据以上计算可以输入各控制字如下：控制字设置（十进制）事项329录波2最后在内部出口设定完成并存储后，应进入“保护定值”菜单再次“存储”才可使设置有效。2.3.10频率跟踪当电力系统频率发生变化时，微机保护用固定的采样频率采样将产生误差，降低保护灵敏度，严重时会影响保护的正常运行。为此，本装置通过接入高低压侧各一相（或线）电压，自动跟踪系统频率，实时调整采样频率。CAT231故障录波查看为便于分析故障，CAT231变压器主保护装置配有故障录波功能。录波采样速率为12点/周波，共录主变三侧6路交流量。每次记录故障前3周波故障后17周波，共20个周波的数据。录波数据可通过网络上传至调度端或继保工程师站，也可通过本装置的人机界面在当地查看。可在“历史记录”的“故障录波信息”、“故障录波数据”子菜单中通过＜▲＞、＜▼＞或＜PgUp＞、＜PgDn＞查阅最近发生的10次故障录波，录波按发生时间的先后依次排列，最新发生的录波排于0号，次最新发生的排于1号，依次类推，2为最早发生的录波。若连续发生的事项超过10个，则装置仅显示最近发生的10次录波。2.4.1故障录波信息在“故障录波信息”中可以查看录波启动时间、差动保护动作时间、差动保护返回时间（均为相对于录波启动的时间，以采样点数表示），录波启动、差动保护动作及返回时的三相差动电流、制动电流、差动电流的二次谐波值等。“故障录波信息”共分4页，具体显示格式如下：装置最多可记录10次录波数据，其中0组为最新的录波数据，1组为次新的录波数据，9组为最旧的录波数据。第一页

录波启动时间'2000.03.08年.月.日差动动作状态故障启动时间19:30:03:682时:分:秒:毫秒未动作xxxxxxxxx录波启动时间'2000.03.08年.月.日差动动作状态故障启动时间19:30:03:682时:分:秒:毫秒未动作xxxxxxxxx差动返回时间“差动动作状态”指录波过程中，差动包括比率差动、差动速断是否动作，主要有“未动作”、“动作未返回”、“动作且返回”三种状态。“故障启动时间”指故障开始距录波启动的时间差（以采样点数表示）。“差动动作时间”、“差动返回时间”指差动动作、返回距录波启动的时间差（以采样点数表示），若录波过程中（共20个周波），差动未动作或动作未返回，则相应时间为4095第二页Ida=-XX.XXXX.XXIda=-XX.XXXX.XXAXX.XXAIdb=XX.XXAXX.XXXX.XXAIdc=XX.XXAXX.XXXX.XXA差动动作时的数值录波启动时的数值差动返回时的数值若差动未动作，则显示录波启动时的数值；若差动动作未返回，则显示录波最后一个周波的数据。第三、四页分别显示制动电流、二次谐波差动电流的数值，显示格式同第二页。2.4.2故障录波数据可在“故障录波数据”中查看变压器高、低压侧三相电流的20周波的数值。根据要求输入组号后，具体显示格式如下：Ia1Ib1Ic1Ia2Ib2Ic2通过＜▲＞、＜▼＞查阅高低压侧各相电流的故障录波数据，显示格式如下:

-#0XX.XXXX.XX-#0XX.XXXX.XXAXX.XXXX.XXAXX.XXXX.XXAXX.XXXX.XXAXX.XXXX.XXAXX.XXXX.XXA本页的页号录波数值可通过＜▲＞、＜▼＞或＜PgUp＞、＜PgDn＞查阅20个周波的数据，每页显示一个周波的所有12个数据。CAT231定值整定2.5.1定值表定值种类逻辑代码定值名称整定范围系统参数S变压器容量0.10MVA〜600.00MVAMODE变压器联接组别11〜15PT1变压器高压侧额定电压1KV〜600.00KVPT2变压器中压侧额定电压1KV〜600.00KVPT3变压器低压侧额定电压1KV〜600.00KVCT1变压器高压侧CT一次额定值10〜10000ACT2变压器中压侧CT一次额定值10〜10000ACT3变压器低压侧CT一次额定值10〜10000AIe1变压器高压侧二次额定电流1.00〜20.00AIe2变压器中压侧二次额定电流1.00〜20.00AIe3变压器低压侧二次额定电流1.00〜20.00A差动速断CDSD差动速断投入/退出ON/OFFIdzsd差动速断电流定值1Ie〜12Ie比率差动CD比率差动投入/退出ON/OFFECXB二次谐波闭锁投入/退出ON/OFFIdzcd比率差动启动电流定值0.2Ie〜2IeKxb二次谐波制动系数0.10〜0.30Kb1比率制动系数10〜1.00Kb2比率制动系数20.20〜1.00Idzg比率差动拐点电流定值0.5Ie〜9IeCT断线CTDXCT断线投入/退出ON/OFFCTBSCT断线闭锁比率差动投入/退出ON/OFFIdzctCT断线电流定值0.1Ie〜Ie故障录波GZLB故障录波投入/退出ON/OFF存储存储本组定值注1:保护功能投入/退出控制字设为“ON”时，此项保护功能投入；设为“OFF”时，此项保护功能退出。注2:整定保护功能投入/退出控制字时，按键“1”代表“ON”，按键“0”代表“OFF”。注3:定值表中，Ie为变压器高压侧二次额定电流。注4:Ie1、Ie2由装置根据用户输入的系统参数自动计算得到不需要更改。2.5.2系统参数及平衡系数装置通过系统参数自动进行各侧平衡系数的计算，通过软件进行Y/△转换及平衡系数调整。平衡补偿均以高压侧电流为基准。系统参数包括：变压器容量S：若变压器各侧容量不一致，取最大容量。变压器联接组别MODE整定对应如下：序号变压器接线型式CT接线型式MODE1Y/Y/Y-12Y/Y/Y112Y/Y/A-11Y/Y/Y123Y/A/△-11Y/Y/Y134Y/Y/A-1Y/Y/Y145Y/A/△-1Y/Y/Y15变压器各侧额定电压PTn：对有调压分接点的相应侧一般取中间抽头电压，如实际情况不可能改变抽头位置，则应取实际使用的抽头电压。变压器各侧CT一次额定电流CTn。变压器各侧二次额定电流Ien：注意，本定值由装置自动算出，不能人为设定。-J3*PT*(CT15变压器的平衡补偿均以高压侧电流为基准，取高压侧额定电流Ie1为变压器的额定电流Ie。则中、低压侧平衡系数为：K=〜

mIe2IK=〜e3装置以软件方式调整CT变比，但是效果与CT二次侧增加变流器相同，且不存在变流器易饱和的问题。勺、Km的大小应控制在一定范围之内，取得过大，将放大装置测量噪声，降低装置的可靠性；取得过小，又会降低差动保护的灵敏度。K、孔取值范围为0.25〜4，若超出此范围，最好改变CT以满足要求。'"2.5.3差动速断保护整定差动速断定值Idzsd按以下原则选取：首先要躲过变压器空投时可能产生的最大励磁涌流，其次要躲过变压器差动区外故障时的最大不平衡电流。由于励磁涌流一般大于最大不平衡电流，故、可按下式整定：dzsdkrushmax式中Irushmax为最大励磁涌流的基波值；七为可靠系数，一般取1.15〜1.3。/辰询一般可取4〜8倍变压器额定电流。2.5.4比率差动保护整定比率差动保护门槛定值Idzcd比率差动保护门槛定值Idzcd按躲过最大负荷下有载调压分接头处于最大范围时的最大不平衡电流整定。I=KI=K(2f+AU)Idzcdkbpmaxkiee式中：Kk为可靠系数一般取1.3〜1.5；…x为正常运行时的最大不平衡电流；bpmaxfie为正常运行时的电流互感器的最大误差0.03(10P)，0.01(5P)；AU为变压器分接头调节引起的误差，取分接头范围之半；Idzcd一般取为0.3〜0.5Ie。为保证变压器差动保护有足够的灵敏度，Idzcd取值不宜小于1A。比率制动系数Kb1孔=K^(2f+AU)式中：Kk为可靠系数，一般取1.3〜1.5；f为电流互感器的最大误差，取0.1；iU为变压器分接头调节引起的误差，取分接头范围之半；K一般可取0.3〜0.5。为保证装置在严重区外故障时的可靠性及提高抗区外故障CT饱和的能力，可将比率制动系数K22整定较大，建议取0.5〜0.8。若整定K22=、、，则比率差动将变为两折线比率制动特性。庭赢比率差动保护拐点电流定值/北巴建议取3匕。二次谐波制动系数K福xb二次谐波制动系数定值K妙根据运行经验，典型值取0.15。如变压器励磁涌流中二次谐波含量过小，取0.15时空投不能可靠躲过涌流，可适当取更小值，如0.12。2.5.5CT断线判别整定通过整定控制字，用户可根据现场需要，选择是否CT断线闭锁比率差动保护出口或仅发信不闭锁。CT断线电流定值I女或建议取0.5IdzcdCAT231保护调试2.6.1数值校验用户可在“实时数据”中的“保护模拟量”中查看变压器各侧相电流的大小及其相位关系，还可查看变压器差动电流、制动电流及差动电流的二次谐波值。单相校验对于Y/Y/Y-12接线的变压器：单侧通入单相大小为本侧二次额定值的电流，可看到对应相有：11的差动电流，0.51的制动电流，差动电流的二次谐波值为0。对于Y/X/A-11接线的变压器：Y侧通入单相大小为本侧二次额定值的1.732倍的电流，可看到对应两相（A->AC，B->BA，C->CB）有：11的差动电流，0.5I的制动电流，0A的差动电流的二次谐波值；△侧通入单相大小为本侧二次额定值的电流，可看到对应相有：11的差动电流，0.51的制动电流，0A的差动电流的二次谐波值。对于Y/X/A-1接线的变压器:Y侧通入单相大小为本侧二次额定值的1.732倍的电流，可看到对应两相（A->AB，B->BC，C->CA）有：11的差动电流，0.5I的制动电流，0A的差动电流的二次谐波值；△侧通入单相大小为本侧二次额定值的电流，可看到对应相有：11的差动电流，0.5I的制动电流，0A的差动电流的二次谐波值。三相校验在变压器高压侧（或低压侧）通入对称的三相大小为本侧二次额定值的电流，可看到有三相：11的差动电流，0.5I的制动电流，0A的差动电流的二次谐波值。

在变压器高压侧（或低压侧）通入对称的三相大小为本侧二次额定值的二次谐波电流，可看到有三相差动电流为0,三相制动电流为0,三相差动电流的二次谐波值为I。2.6.2差动速断校验