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1、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有限公司二 OO 四年十一月2第一部分 数字式变压器保护的历史 数字式变压器保护的历史数字式保护经过二十多年的发展，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-21LFP-972WBZ-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
2、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3 数字式变压器保护的硬件发展传统电磁型保护1.集成电路型保护数字式保护的硬件分为以下部分：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。 A/D。CPU。12AD 与 VFC 的比较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
3、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，丢失特征。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；现发展为强电，问题有两个：时间和功率；（动作电压）3. 逻辑判断（CPU 系统） ；4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
4、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 1248 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 CP
5、U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
6、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 34。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。CPU以太网RAMROMFLASH 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RAMROMFLASH 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5滤 波 器 逆 变 电 源滤 波 器直 流 输 入用 于 状 态 量 输 入 24V24V（ 内 部 使 用 ）5V5. 通信系统；发展的需要问题：需求（监控、保护信息系统、调试、系统扩展等）
7、 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(240128)，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
8、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。EPROMRAMROMFLASH面 板 信 号CPUCANI/O至 CPU模 件至 CPU、 控 制 等信 号 、 告 警 输 出液 晶 显示 器键 盘 串 行 接 口 通 信 端 口以 太 网 通 信 端 口主要有两种功能：本装置
9、各 CPU 所需公共输入状态量(包括 GPS 对时脉冲输入)由此模件6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 IEC8705103 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
10、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较低(在系统节点比较大时尤其明显)，并且 CAN 总线和 LON WORK 总线缺少比较统一的通信规约，所以本公司不推荐这几种接口方式。 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
11、扰强度。7 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 158 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 FL
12、ASHRAM 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 IEC60255224 标准规定的IV 级（4kV10）快速瞬变干扰试验、IEC60255222 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
13、、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，避免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；8 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则的非正弦波D
14、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短路阻抗成本随阻抗增加而增加K负载损耗基本损耗（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9U1 R1L1 L2R2U2i1 i2idMB）三相变压器绕组联结方式A B C A B CX Y Z X Y ZY 形 形三相变压器绕组 Z 型联结：A B CuA1 uB1 uC1uC
15、2 uA2 uB2C）自耦变压器10AaX x11三、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进，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高瓦斯保护的可靠性，XHJ 和 CKJ 的动作电压有所不同。XHJ 的动作电压较低，为额定电压的 55%60%；CKJ 的动作电压较高，为额定电压的 65%70%；XHJ 的动作时间为10ms，CKJ 的动作时间为 20ms。 （规程规定继电器的动作时间10ms。本设计方案能有效的防止因绝缘破坏和直流单点接地引起保护误动作。2、比率制动式差动保护采用这一原理既能在外部短路时可靠的制动，又能在内部短路时有较高的灵敏度，但对内部短路时流出电流的适应能力较差。对励磁涌流和过励磁也要有特殊方式。比率制动式差动保护的方法较多，现介绍 PST-1200 采取的方式2.1 启动元件保护启动元件用于开放保护跳闸出口继电器的
