SAI-3580D数字式变压器保护装置

一、概述

  SAI3580D适用于 110KV 及以下电压等级的双圈变压器，满足差动的要求,以复合电压闭锁过流保护为基本配置的变压器保护装置。保护装置可在开关柜就地安装，也可组屏安装于控制室。

  保护功能的主要配置：

  l 差动速断

  l 二次谐波制动的比率差动

  l CT断线闭锁差动

  l 冷却故障延时出口

  l 三段复合电压闭锁的定时限方向过流保护（Ⅰ、Ⅱ段可带方向）

  l 三段接地零序保护（Ⅰ、Ⅱ段两时限，Ⅲ段选跳）

  l 不接地零序保护（一段定值二段时限的零序过压保护、间隙零序过流保护）

  l 保护出口采用控制字选择跳闸方式，可灵活整定

  l 过负荷告警

  l 重合闸

  l 独立加速段

  l 电流启动通风

  l 电流闭锁调压

  测控功能配置

  l 9路强电遥信开入采集

  l 装置失电告警，装置事故信号，装置告警信号

  l 断路器分合

  l 模拟量遥测：Ia、Ib、Ic、Ua、Ub、Uc、P、Q、COSθ、F

  二、保护原理说明2.1、差动速断

  当任一相差动电流大于差动速断整定值时，动作于出口继电器。用于在变压器差动区发生严重故障情况下快速切除变压器。差动速断定值应能躲过外部故障的不平衡电流和空投变压器时的励磁涌流，并考虑到电流互感器饱和因素，一般取6～12倍的额定电流。

  其动作条件如下：

  其中 Id为差流，Isd为差动速断定值

  2.2、比率差动

  采用常规比率差动原理，其动作方程如下：

  Id>Iqd Ir ≤Ig

  Id-Iqd>Kcd*(Ir-Ig) Ig

  Id-Iqd-Kcd*(3Ie-Ig)>0.7(Ir-2.5Ie) Ir>2.5Ie

  Kcd 为比率制动系数

  Iqd 为差动电流起动定值

  Id 为差动电流 Id=｜I1+I2 ｜

  Ir 为制动电流 Ir=0.5(｜I1｜+｜I2｜ )

  由于变压器各侧电流可经软件进行 Y／△调整，故外部可采用全星形接线方式。采用全星形接线方式对减小电流互感器的二次负荷和改善电流互感器的工作性能有很大好处。

  其动作曲线如下图：

  建议将元件中的拐点电流Ig设定为1.0倍的高压侧额定电流，以保证匝间短路在制动电流小于额定电流即Ir < Ie时，没有制动作用。

  差动电流门槛判据不宜过小，建议取Iqd＝(0.3～0.5) Ie。

  比率制动系数Kcd建议取值范围为0.3～0.7。

  对于双圈变：

  Id ＝∣· H +· L∣

  Ir ＝∣· H-· L∣/2

  在本装置内，各侧电流均以流入变压器为正方向，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，并且以指向变压器为同极性。

  2.3、二次谐波制动

  利用三相差动电流中的二次谐波作为励磁涌流闭锁的判据。动作方程如下：

  Id2 > Kxb·Id

  其中Id2为三相差动电流中的二次谐波，Id为对应的三相差动电流，Kxb为二次谐波制动系数。三相差动电流中只要任一相满足上述条件，均闭锁三相比率差动保护。Kxb 一般取为10％～30％之间。

  2.4 、CT断线报警及闭锁

  具有瞬时CT断线闭锁或告警功能及差流越限告警功能。

  2.4.1、瞬时CT断线

  比率差动启动后，需经过瞬时CT断线的检测，保证差流不是由于断线引起的。判别为CT断线后，发出告警信号，报告CT断线，通过调整控制字可以决定是否闭锁差动保护。

  瞬时CT断线判别在满足下列任何一个条件时，将不进行CT断线判别：

  1) 启动前某侧相电流小于该侧额定电流的20％，则不判该侧；

  2) 启动后相电流值大于该侧额定电流的120％；

  3) 启动后任一侧电流比启动前增加。

  在上述三个条件均不满足的情况下，如某一侧同时满足以下条件，则判为CT断线：

  1) 只有一相电流为零；

  2) 其余两相电流于启动前电流相等。

  2.4.2、差流越限告警

  如差流大于15％的高压侧额定电流，经判别过10s后，发出告警信号。并报告差流越限，但不闭锁差动保护。这一功能兼起保护装置交流采样回路的监视功能。

  2.5、复合电压闭锁方向过流保护

  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整定，分别设置整定控制字控制这三段保护的投退。Ⅰ、Ⅱ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。方向元件灵敏角为 45 度。复合电压元件可由控制字选择取本侧、取对侧或取各侧。复合电压由低电压和负序电压元件或门构成，可通过控制字选择投退。当某侧 PT 检修而变压器正常运行时，通过控制字退出该侧复压及方向元件。

  2.6、零序（间隙零序）过流

  对于110KV及以上电压等级的变压器需要设置接地保护，本装置根据三种接地方式均设有保护：

  1)中性点直接接地运行：设置有三段零序过流保护，I、II段各两个时限，可带方向闭锁；III段一个时限，作为选跳出口（如跳开接于同一母线的不接地运行的分级绝缘变压器）。

  2)中性点不接地运行：装置设有一段两时限零序过压保护，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。

  3)中性点不接地运行：装置设有一段两时限间隙零序过流保护，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。

  2.7、过负荷告警

  过负荷监视三相的电流，其动作条件为： Ia,Ib,Ic任意一相大于过负荷电流定值Ifh，经延时发信号。

  2.8、过流启动通风

  过流启动通风元件监视三相的电流，其动作条件为：Ia,Ib,Ic任意一相大于过负荷电流定值Iqdfl，经延时出口。

  2.9、过流闭锁调压

  过流闭锁调压元件监视三相的电流，其动作条件为：Ia,Ib,Ic任意一相大于闭锁调压定值Ibsty，经延时出口。

  2.10、冷却故障延时跳闸

  整定控制字选择冷却故障是否经过本保护装置延时跳闸，延时时间也可整定。冷却故障 1 不经油温高闭锁，冷却故障接点闭合后延时时间到跳闸；冷却故障 2 经油温高闭锁，冷却故障接点和油温过高接点同时闭合后延时时间到跳闸，两种方式完全独立。

  2.11、非电量保护

  从变压器本体来的接点经SAI3581F非电量保护装置重动后，输出一组空接点至SAI3580D主保护装置进行事件记录，并可通过MMI将记录上传至后台计算机。与SAI3581F非电量保护装置相对应，通过投退软压板选择何种非电量信息需要进行记录。

  整定控制字选择冷却故障是否经过SAI3580D主保护装置延时跳闸，延时时间也可整定。延时到达后，装置输出一付跳闸接点送回给SAI3581F非电量保护装置。

  2.12、重合闸功能

  本功能只适用于本装置所对应的断路器，无法完成变压器对侧断路器的重合。

  2.6.1 启动回路

  1) 保护跳闸启动

  2) 开关位置不对应启动

  在不对应启动重合闸回路中，仅利用TWJ触点监视断路器位置。考虑许多新设计的变电站，尤其是综合自动化站，可能没有手动操作把手，本装置在设计中注意避免使用手动操作把手的触点，手跳时利用装置的STJ动合触点来实现重合闸的闭锁。

  2.6.2 闭锁条件

  断路器合位时重合充电时间为15秒；充电过程中重合绿灯发闪光，充电满后发常绿光，不再闪烁。本装置设置的重合闸“放电”条件有：

  1) 控制回路断线后，重合闸延时10秒自动“放电”

  2) 弹簧未储能端子高电位，重合闸延时2秒自动“放电”

  3) 跳对侧断路器，重合闸立即“放电”

  4) 重合失败立即“放电”

  5) 一次重合后立即“放电”

  6) 闭锁重合闸端子高电位，重合闸立即“放电”

  2.13、加速功能

  本功能只适用于本装置所对应的断路器，无法完成变压器对侧断路器的加速跳闸。本装置的加速回路包括手合加速及保护加速两种，加速功能设置了独立的投退压板。

  本装置的手合加速回路不需由外部手动合闸把手的触点来起动，此举主要是考虑到目前许多变电站采用综合自动化系统后，已取消了控制屏，在现场不再安装手动操作把手，或仅安装简易的操作把手。

  手合加速回路的启动条件为：

  1) 断路器在分闸位置的时间过30秒

  2) 断路器由分闸变为合闸，加速允许时间扩展3秒

  保护加速为重合后加速方式。

  本装置设置了独立的过流加速段电流定值及时间定值，与传统保护相比，此种做法使保护配置更趋灵活。

  2.14、PT断线检测

  本侧 PT 断线：

  在下面三个条件得到满足的时候，装置报发“PT 断线”信息并点亮告警灯：

  1) 三相电压均小于 8V，某相电流大于 0.25A，判为三相失压。

  2) 三相电压和大于 8V，*小线电压小于 16V，判为两相 PT 断线。

  3) 三相电压和大于 8V，线电压与*小线电压差大于 16V，判断为单相的 PT 断线。

  装置在检测到本侧 PT 断线后，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，只经过他侧复合电压闭锁

  2) 复合电压过流保护自动解除方向元件

  3) 待电压恢复，保护也自动恢复正常。

  2.15、数据记录

  本装置具备故障录波功能。可记录的模拟量为Iah、Ibh、Ich、Iam、Ibm、Icm、Ial、Ibl、Icl、3I0、Ua、Ub、Uc、Ux、Ii0，可记录的状态量为断路器位置、保护跳闸合闸命令。所有数据记录信息数据存入FLASH RAM中，可被PC机读取。可记录的录波报告为8个以上，每次录波数据时间容量为1S，分两段记录，动态捕捉并调整记录时间。可记录的事件不少于1000次。本装置除记录系统扰动数据外，还记录装置的操作事件、状态输入量变位事件、更改定值事件及装置告警事件等。

  2.16、遥信、遥测、功能

  功能主要有三种：正常跳闸操作和合闸操作，接地选线跳闸操作。

  遥测量主要有：Iah、Ibh、Ich、Iam、Ibm、Icm、Ial、Ibl、Icl、UA、UB、UC、UAB、UBC、UCA、COS￠、P、Q、F 和电度。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。

  遥信量主要有：16 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。