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　　2013第十四届全国保护和控制学术研讨会（辽宁省鞍山供电公司）摘要：简要介绍了基于IEC61850协议的智能化变电站的网络构架，强调了智能化变电站中变压器保护与常规站中变压器保护所应用的交流采样系统在信号传输、传输介质等方面存在的差异。在此基础上，本文以鞍山站前66kV智能化变电站工程为案例，详细分析了智能化变电站分布式变压器保护的典型配置，即：分布式变压器保护中的差动保护、后备保护的配置实现方式及其原理，为智能化变电站的建设提供了重要的参考和借鉴价引言随着智能化变电站技术的发展，常规互感器向电子式互感器的过度还需要一定的过程，为满足智能化变电站基于IEC61850协议和继电保护“点对点”的要求，以及国网公司对直采直跳的要求。鞍山供电公司根据多年的自动化发展经验，在南京南瑞继保公司的技术支持下，研制了基于常规互感器和IEC61850协议的“分布式变压器保护”PCS-9671D装置，该装置满足数字采样，GOOSE跳闸；数字采样，传统跳闸；传统采样，传统跳闸；传统采样，GOOSE跳闸；传统跳闸部分支路传统，部分支路数字化等各种应用，该保护装置可以下放到变压器高、低压侧开关柜内，通过“点对点”直采光纤实现高低压侧的交流采样，并且高低压侧各有一套变压器差动保护，提高了智能变电站变压器运行的可靠性。分布式变压器保护方案的实施背景目前数字化变电站中变压器保护一般配置差动保护和后备保护等，组屏安装在保护小室内。保护计算所需的高低压侧交流量是由两侧独立的合并单元装置将通过常规交流头或IEC60044-8IEC61850-9-2标准协议发送给变压器保护获得的。变压器保护只接受交流信号而不担当发送功能。采用独立的合并单元来传输采样增加了维护工作量，且当某一侧合并单元发生故障，差动保护以及该侧的后备保护都将被闭锁；另外当变压器保护的CPU板有异常时，所有的保护功能也都将被闭锁，故障不能被切除，只能由上一级的后备保护来实现故障切除，导致故障切除时间延长，故障影响范围扩大。另外，目前主变自投功能仍然是由独立的备自投装置来实现的，现今的变压器保护配置方法里还没有包含主变自投的功能。由于以上原因，为了取消独立的合并单元，实现变压器保护的就地安装以及在变压器保护中实现主变自投功能，提出了分布式变压器保护方案。分布式变压器保护方案简介一种变压器保护配置实现方法，变压器保护就地安装，在变压器的高低压侧各配一台主后保护一体的变压器保护，该保护包含差动保护、后备过流保护以及主变自投保护，其中差动保护计算所需的电流量由两侧的保护装置采集而来，各侧保护通过常规的交流插件采集本侧的交流量，并转化为遵循IEC61850-9-2标准协议的交流信号利用网络DSP插件的光纤通道发往对侧，同时通过网络DSP插件接收对侧通过IEC61850-9-2标准协议送过来的对侧交流量，本侧将采集的本侧电流和对侧点对点传送过来的电流进行同步，形成同一时刻的交流量进行差动保护计算，从而实现差动保护。智能化变电站分布式变压器保护方案初探过流保护是通过本侧交流插件采集的电流量计算实现的，各侧的后备过流保护独立，即独立于对侧变压器保护的运行状态，使得本侧的后备保护仅取决于本侧保护装置的运行状态，当对侧的保护出现异常退出运行时，本侧的后备保护仍能够动作跳闸，切除故障。主变自投由变压器保护通过GOOSE网络来实现，本间隔变压器保护接收备用间隔变压器保护通过GOOSE网络传送过来的状态量，当本间隔差动保护或非电量保护动作并跳闸时、即无流且本侧开关在跳位时，本间隔差动保护的自投启动，经“自投合闸延时定值”延时可选择输出合分段开关或者合备用变压器低GOOSE合闸命令；同时备用间隔变压器的变压器低压保护装置或分段保护装置接收GOOSE合闸命令并执行，从而实现主变的自投功能。站前66kV智能化变电站的网络构架按照变电站自动化系统所需要完成的控制、监视和继电保护功能，站前66kV智能化变电站按IEC61850规范总逻辑构架上划分为两层网络结构：站控层和间隔层，间隔层主要包括保护装置、测控装置等，直接下放至各间隔端子箱或开关柜安装，各间隔设备相对独立，仅通过通讯网互联，与站控层采用以太网通信。站控层与间隔层采用按IEC61850协议星形网络建构，后台系统按照IEC61850协议统一建模。站前66kV智能化变电站网络构架图如图3-1所示。图3-1站前66kV智能化变电站网络构架图站前66kV智能化变电站分布式变压器保护的采样系统鞍山站前66kV智能化变电站“分布式变压器保护”PCS-9671D装置，该变压器保护的电压电流取自电压电流互感器的二次侧，采用模拟信号，由保护装置内部完成模数转换；传输介质仍然为电缆；但是变压器差动保护中高低压侧电流的比较，由高低压侧“点对点”互联光纤实现高低压侧之间的电流互采，并且高低压侧保护的跳闸功能通过高低压侧之间的GOOSE直接实现。分布式变压器保护采样系统如图4-1所示。图4-1分布式变压器保护采样系统该“分布式变压器保护”装置，高、低压侧电流的互采以及GOOSE跳闸的实现均采用IEC61850传输规约，符合国网对智能化变电站传输规约的要求。站前66kV智能化变电站分布式变压器保护方案的改进传统的变压器保护在保护室内有一面单独的变压器保护屏，该保护装置的差动保护、高后备保护、低后备保护电流量的采样分别采自不同电流互感器的不同圈，而且差动保护必须通过专用的电缆实现高低压侧电流量的采集，也必须通过专用的电缆实现差动保护跳变压器高、低压测的开关。传统的变压器保护配置图如下图5-1所示：2013第十四届全国保护和控制学术研讨会图5-1传统的变压器保护配置图相对于传统的变压器保护，分布式变压器保护与其相比具有明显的不同之处。该保护装置全面支持数字化变电站功能，即可接入电子式互感器，同时也具备常规电磁式互感器接口，并支持IEC61850-9-2采样值传输协议，支持IEC61850规约和实时GOOSE功能。“分布式变压器保护”即具备GOOSE功能，接收、发GOOSE跳闸及合闸命令；可将本间隔的有无压、有无流等状态量、开关位置状态发送给另一台主变保护，也可接收另一台主变传过来的状态量、位置状态等。以站前66kV智能变电站为例，该站变压器保护高、低压侧各有一套完整的变压器保护装置，其中高压侧变压器保护装置安装于高压侧智能汇控柜内，低压侧变压器保护装置安装于变压器主二次智能开关柜内。该站高、低压侧变压器保护的电流采样分别取自高、低压侧各自的电流互感器，变压器高低压侧的差动电流量的互采和跳闸通过一对“点对点”的光纤实现，其中高低压的也各有两套后备保护，即：护，它的投退可以通过控制字的投退实现。分布式变压器保护配置图如下图5-2所示：差动保护变压器保护装置差动保护变压器保护装置SV操作回路动作操作 回路 GOOSE 保护配置与1#主变相同 自投图5-2 分布式变压器保护配置图 智能化变电站分布式变压器保护方案初探 分布式变压器差动保护的原理简介6.1 差动保护 由于变压器的接线方式、各侧电压等级及 CT 变比的不同，变压器正常运行时各侧二次电 流的幅值及相位也不相同，因此在构成差动继 电器前必须消除这些影响。装置通过内部软件 的相角补偿（Y变换等）和幅值调整（即 CT 变比调整）完成电流调整功能。 6.1.1 比率差动保护 比率差动保护包括低值比率差动保护和高 值比率差动保护。 低值比率差动保护用来区分差动电流是由 内部故障还是不平衡输出（特别是外部故障时） 引起，其动作方程如下： cdqdbl cdqd为定值[差动电流启动值] Kbl 为比率差动制动系数 高值比率差动保护的比率制动特性可抗区 外故障时 CT 暂态和稳态饱和，而在区内故障 CT饱和时能可靠正确快速动作。高值比率 差动动作方程如下： 高值比率差动保护的定值固定，无须用户整定。当差动电流启动定值 cdqd大于 6.1.2差动速断保护 为防止区内严重短路故障时因 CT 饱和而 使比率差动保护延迟动作，装置设有差动速断 保护，用于变压器内部严重故障时快速跳闸切 除故障。差动速断保护不需要设置任何闭锁条 件，当任一相差流大于差动速断定值时瞬时动 作于出口继电器，跳开变压器各侧开关。 sdzd 其中：sdzd 为定值[差动速断定值]6.1.3 动作特性曲线 差动保护设有低值、高值比率差动保护和 差动速断保护，动作特性曲线 Ir(Ie)Id(Ie) Icdqd 1.2 0.5 Isdzd 3.0 制动区 1.2图6.1.3-1 差动保护动作特性 低值比率差动保护经过涌流判别、CT 饱和 判别、CT 断线判别（可选择）后出口。它可以 保证灵敏度，同时由于 CT 饱和判据的引入， 区外故障引起的 CT 饱和不会造成误动。动作 区域为图中浅色阴影区。高值比率差动保护只 经过涌流判别、CT 断线判别（可选择）即可出 口。它利用其比率制动特性抗区外故障时 CT 的暂态和稳态饱和，而在区内故障 CT 饱和时 能可靠正确动作。动作区域为图中次深色阴影 区。差动速断保护不经任何闭锁判据直接出口， 其动作区域为图中最上方的深色阴影区。 后备过流保护原理简介分布式变压器保护装置为变压器高、低压 侧(本侧、对侧)各设置三段可经复压闭锁的后 备过流保护，各段电流及时间定值可独立整定， 分别设置整定控制字可独立控制各段保护复压 元件投退。 复压闭锁过流保护可取其它侧复压闭锁， 任一侧复压动作均可启动过流保护动作。本侧 复压元件与各相过流元件的关系如表 7.4-1 2013第十四届全国保护和控制学术研讨会 表7.4-1复压元件与各相过流元件的关系 过流元件 低电压 负序电压 UabUlzd或UcaUlzd 或U2U2zd UbcUlzd或UabUlzd UcaUlzd或UbcUlzd PT检修或旁路代路时，为保证该 侧后备保护的正确动作，需退出“本侧电压投 入”压板，此时该侧后备保护的功能有如下变 1）本侧复压元件不启动，但是复压闭锁过流保护可经其它侧复压闭锁（控制字[过流经其 它侧复压闭锁]投入时）； 2）PT 断线）本侧复压动作功能解除。 过流保护硬压板投入[过流段投入] 过流保护软压板投入 过流段保护跳闸Ia T1 0s 图7.4-1复压闭锁过流保护逻辑框图（过流段） 过流段、段保护以及对侧过流保护逻亿博电竞 亿博官网亿博电竞 亿博官网亿博电竞 亿博官网