SG750系列保護簡介帶SGT752

1、SG 系列數(shù)字式元件保護,SG B750數(shù)字式母線保護 SG T750數(shù)字式變壓器保護 SG R750數(shù)字式電抗器保護,研制背景,配合西北電力公司750kV輸電項目，國電南自承擔國家750kV繼電保護科研項目。 國電南自是國內(nèi)最早成功研制生產(chǎn)高電壓等級繼電保護裝置的制造廠家，在長期的實踐中積累了豐富的現(xiàn)場運行經(jīng)驗； 借750kV工程的東風，國電南自推出了新一代數(shù)字式繼電保護裝置。其硬件檔次、保護性能等均處于當前國際領(lǐng)先水平。,一、硬件平臺特點,保護裝置在EDP01硬件平臺上開發(fā)的。 高性能32位CPU+DSP系統(tǒng) 運算速度可以達到200MIPS 內(nèi)存容量可以達到16M,1. 高可靠大資源的平臺

2、,2. 采樣,模擬通道采樣頻率為每周波96點（可為144點） ， 16位模數(shù)轉(zhuǎn)換，同步采樣及變換精度高， 精確采樣電流范圍廣，飽和冗余度大。,3. 電磁兼容性,優(yōu)良的電磁兼容性能滿足IEC610004 最高標準要求。 對運行環(huán)境的適應(yīng)性強，可完全滿足電力 系統(tǒng)各種嚴酷的電磁環(huán)境。,2002年11月在武漢高壓試驗研究所通過以上試驗，所有試驗結(jié)果評價為A級（目前國內(nèi)普遍水平在級）,4. 智能IO,智能I/O系統(tǒng)，可根據(jù)需要靈活配置開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出通道，開關(guān)量輸入可直接接入110V或220V電平信號。,5.實時自檢,設(shè)置有完善的裝置自檢功能，對平臺中的各硬件模塊（包括CPU、AD、開關(guān)量輸入、

3、通訊）及保護軟件實行全面的實時檢測，出錯時告警并自動閉鎖保護出口，防止裝置發(fā)生錯誤行為。,總框圖,主控模件框圖,6.雙AD采樣和雙CPU運算,雙AD采樣，雙CPU運算，提高可靠性。 裝置AD通道損壞是造成保護裝置誤動的原因之一，本裝置，在單層機箱內(nèi)可采用雙CPU板同時工作，實現(xiàn)雙套電氣量保護與門出口。即實現(xiàn)雙AD采樣、雙DSP并行邏輯判斷處理，雙CPU同時動作保護出口跳閘。 其工作原理如下圖所示：,雙AD采樣和雙CPU運算邏輯圖,7.人機界面友好,大屏幕液晶顯示器，保護裝置的信息在界面上顯示,一目了然,工作人員通過該界面就可以基本了解保護裝置的運行狀態(tài) 觸摸屏輸入,采用所見及所得的圖形化操作方

4、式,工作人員很方便的對保護裝置進行基本操作,裝置機箱照片,裝置機箱照片,裝置機箱照片,8.故障錄波及后臺分析功能,錄波功能強大，記錄事故發(fā)生時的保護定值，壓板狀態(tài)等，事故發(fā)生過程邏輯判據(jù)的狀態(tài)量 記錄所有日常對裝置的操作日志 有專用的SGView后臺分析軟件,可以顯示保護裝置記錄所有信息,并且對這些信息進行處理、分析 保護裝置記錄的數(shù)據(jù)可以在RTDS數(shù)據(jù)仿真上進行事故回放,SGView示例圖,9.可視化邏輯編程,保護功能通過可視化邏輯編程實現(xiàn)的,通過這種方式可以十分方便的靈活配置保護功能,各種保護功能模塊均經(jīng)過考驗。,10.通訊功能齊全,保護裝置同時支持三個以太網(wǎng)口和雙串口通信，可以實現(xiàn)保護信

5、息高速、可靠的傳輸 傳輸內(nèi)容完備,保護裝置內(nèi)的幾乎所有信息都可準確的上傳到后臺 保護規(guī)約支持部頒103規(guī)約,11.調(diào)試維護方便,可直接輸入110V和220V電平開關(guān)量 裝置無可調(diào)元件，調(diào)試方便,12.先進的生產(chǎn)工藝保證產(chǎn)品質(zhì)量,波峰焊及表面貼裝工藝 整機及單模件的自動測試系統(tǒng),二、SG B750數(shù)字式母線保護性能特點,1.保護雙啟動,雙啟動判據(jù)保證了保護快速性和靈敏度。 差電流快速突變啟動，動作迅速準確； 差電流慢速積分啟動則確保動作靈敏度。,2.突變量電流,突變量電流差動保護判據(jù)不受正常負荷電流及各有源支路電勢角差的影 響，因而具有可靠、快速、靈敏的特點。,3.突變量差電流動態(tài)追憶法,母差保

6、護難點1：區(qū)內(nèi)故障快速切除 區(qū)外故障快速飽和不誤動 突變量差流動態(tài)追憶法，對出現(xiàn)的工頻變化量差電流的形成和發(fā)展過程進行追憶判別，以確認發(fā)生的故障類型，區(qū)外故障TA飽和時保護可靠不動作，而區(qū)內(nèi)故障則快速動作，且不受TA飽和的影響。 突變量差電流動態(tài)追憶法為我公司專利技術(shù) （專利受理號：3132047.3） 可識別1.8ms的TA飽和 差動動作時間5ms 。（普遍水平ms),4.常規(guī)差電流軌跡掃描法,母差保護難點：區(qū)外故障專區(qū)內(nèi)故障時的快速動作,常規(guī)差電流軌跡掃描法，對差電流的變化軌跡不間斷地掃描監(jiān)視，通過檢測在一個區(qū)間內(nèi)差流有、無間斷點來判斷故障發(fā)生在區(qū)外還是區(qū)內(nèi)。差流間斷點的判別采用差流制動系

7、數(shù)多點積分法和快速諧波制動計算法。 常規(guī)差電流軌跡掃描法為我公司專利技術(shù)（專利受理號：3132048.1） 可識別1.8ms的TA飽和 區(qū)外故障轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)故障動作時間一般不超過20ms。（普遍水平在ms以上）,.雙母線運行狀態(tài)的自適應(yīng),保護裝置自動識別并跟蹤雙母線一次系統(tǒng)各種運行狀態(tài)，刀閘操作無須人工干預，適應(yīng)性強，能夠滿足雙母線各種特殊接線型式。在輕負荷線刀閘位置異常變位或出錯情況下，裝置發(fā)告警信號。,7.功能配置,復合式電壓閉鎖、斷路器失靈保護、母聯(lián)失靈保護、母聯(lián)死區(qū)保護、母聯(lián)充電保護、母聯(lián)過流保護、母聯(lián)非全相保護等功能配置齊全，符合電力系統(tǒng)繼電保護運行規(guī)程及反事故措施要求，可根據(jù)母線一次系統(tǒng)

8、接線方式和客戶要求選配。,鑒定意見,SG B750數(shù)字式母線保護裝置采用常規(guī)差流及突變量差流判據(jù)相結(jié)合的保護原理，動作速度、靈敏度、抗TA飽和能力、對故障轉(zhuǎn)換或發(fā)展等主要技術(shù)性能指標處于國際領(lǐng)先水平。,2004年9月通過部級鑒定,SG B750數(shù)字式母線保護原理簡介,1.關(guān)于突變量的幾個特征值,Ires I,T KresI,T / I,T I,T ：突變量電流和的絕對值 I,T：突變量電流絕對值之和,2.突變量差電流快速啟動判據(jù),Ires Iop1 Kres K1 Ires ：增幅制動電流 Iop1 ：增幅制動電流起動值 Kres ：增幅差電流與增幅制動電流的比值 K1 ：突變量制動系數(shù)起動值

9、,3.差電流慢速啟動判據(jù),|Id| Iop2 Kres K2 |Id| ：常規(guī)差電流積分 Iop2： 常規(guī)差電流起動值 Kres： 常規(guī)差電流與制動電流比值 K2 ：常規(guī)制動系數(shù)起動值,4.突變量差流動態(tài)追憶法,假設(shè)快速啟動時刻的采樣計算點為T點，往后延續(xù)的對應(yīng)采樣計算點為T1，T+2,T+n。向前追憶m點，計算到T+n點的差流突變系數(shù)計算公式為： Xn=I,(T+n) / I,(T+n) ,5.突變量差流動態(tài)追憶法結(jié)構(gòu)框圖,6.差電流特征計算示意圖,7、突變量差流動態(tài)追憶法特點,不受負荷電流和各有源支路電勢角差的影響 快速、可靠、靈敏 抗TA飽和能力強 全電流判別，保護性能不受TV斷線等因素

10、的影響,8、常規(guī)差流軌跡掃描法,當裝置檢測到系統(tǒng)發(fā)生區(qū)外故障TA飽和后，保護不是簡單地閉鎖差動保護，而是采用“常規(guī)差電流軌跡掃描法”，逐次分析每個區(qū)間內(nèi)的所有采樣點的差電流軌跡，通過檢測、計算差流波形的間斷點明確區(qū)分判別系統(tǒng)故障是否由區(qū)外轉(zhuǎn)為區(qū)內(nèi)。,9、差電流滾動積分計算,通過差電流滾動積分法計算、判別差流波形中的間斷點： KT=(I T+I (T1) +I (Tn)/ (IT +I(T1) +I(Tn) ) IT：T時刻的差電流值 IT ：T時刻的制動電流值 若KTD，則T點判為差電流間斷點。,續(xù),當檢測到差電流波形中無“間斷點”，則判斷為發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，保護程序轉(zhuǎn)入“出口跳閘判據(jù)”； 當檢測

11、到差電流波形中有“間斷點”，則判斷為區(qū)外故障TA飽和，保護程序?qū)⒅貜汀安铍娏鬈壽E掃描法”的檢測，直至差電流消失。,10、常規(guī)差流軌跡掃描法特點,差電流軌跡掃描法進行TA飽和后再判別，區(qū)外故障轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)故障時，保護迅速動作于出口，區(qū)外故障TA飽和則可靠制動； 差電流軌跡掃描法本質(zhì)上并不判別TA是否飽和，而只是檢測差流是否有間斷點，因而判別準確可靠，靈敏度高。 差電流的滾動積分解決了一次電流過零區(qū)域差流間斷點難以檢測的問題。,三、SG T756 數(shù)字式變壓器保護性能特點,1、問題提出,防止保護裝置單一元器件損壞，尤其是數(shù)字處理部分元器件損壞引起的保護誤動。 變壓器故障的難點 1.變壓器正常運行時發(fā)生故

12、障動作的快速性，小匝間故 障的靈敏性; 2.空投故障變壓器，尤其是小匝間故障時動作的快速性;,3TA發(fā)生畸變和飽和時，變壓器保護動作的正確性； 4區(qū)外故障轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)故障，保護動作的快速性。 5區(qū)外故障切除電壓恢復時，防誤動。 6TA斷線的正確判別。,.雙AD采樣和雙CPU運算,從硬件上解決單一元件損壞造成保護誤動問題。,綜合制動原理,差動保護采用幾種制動閉鎖原理有機結(jié)合,即保證差動保護的快速性，又保證其靈敏的。,.二次諧波制動比率差動保護,在變壓器空投或區(qū)外故障切除后恢復期間,會產(chǎn)生勵磁涌流,該型保護利用勵磁涌流中的二次諧波特性來防止差動保護誤動。,.波形分析原理比率差動保護,該型保護利用勵磁涌流

13、和故障波形的不同波形特征,來避免勵磁涌流時差動保護誤動?？梢圆捎梅窒嘀苿釉瓌t,在系統(tǒng)空投到故障變壓器時,差動保護能夠迅速出口。,.故障分量差動保護,故障分量差動的差動電流和制動電流均濾除了負荷電流,故該型差動保護的靈敏度較高。,.小區(qū)無差流飽和識別元件,故障時差電流較大(除過零點處),而飽和電流總有一段不飽和區(qū),在該不飽和區(qū)內(nèi)差電流較小,該元件利用這個特征來達到區(qū)外故障電流飽和時差動保護不誤動。,.三次諧波制動元件,故障時差電流中三次諧波的含量較低,而TA飽和或畸變電流中三次諧波的含量較高,該元件利用這個特征來達到區(qū)外故障電流飽和時差動保護不誤動。,.狀態(tài)量判別元件,本型保護裝置采用主后一體機

14、箱，變壓器各側(cè)電流電壓量均引入，可判別出變壓器停運，空投、正常運行、內(nèi)部故障，區(qū)外故障，TA斷線、TA飽和等各種狀態(tài)，作為差動保護動作的輔助判據(jù),保護配置,1 可以根據(jù)用戶需要配置差動保護，最多可做到六側(cè)制動。 2 具有完整的變壓器后備保護庫，裝置通過可視邏輯的調(diào)用，實現(xiàn)保護功能。保護裝置具有以下保護元件庫：,相間阻抗保護 接地阻抗保護 復壓方向過流保護 零序方向過流保護 反時限零序過流保護 間隙零序過流過壓保護 非全相保護 反時限過激磁保護 TA、TV斷線告警,過負荷告警 過流起動通風、閉鎖調(diào)壓 過激磁告警,原理簡介,1.波形分析比率差動,該型保護利用勵磁涌流和故障波形的不同波形特征,來避免

15、勵磁涌流時差動保護誤動。 其動作判據(jù)為： Smin/ Smax k 其中：Smin為變壓器差動電流瞬時值的小值之和； Smax為變壓器差動電流瞬時值的大值之和；,該型保護可以實現(xiàn)涌流的分相閉鎖功能,在系統(tǒng)空投到故障變壓器時保護能夠快速動作,最大限度的減少對變壓器及系統(tǒng)的損失。,2.故障分量差動,新原理差動保護故障分量差動 故障分量電流是由從故障后電流中減去負荷分量而得到，用計故障分量I1I1I1L；I2I2I2L；下標L表示正常負荷分量，取一段時間前（一個周波）的計算值。 差動電流 Id = In 制動電流 Ir = In ,Ir,Id,Iop.min,Iop.max,速斷動作區(qū),Ir.0,I

16、r.max,差動動作區(qū),0,與傳統(tǒng)比率差動繼電器相比，故障分量差流與常規(guī)的差動電流計算值相同，不同點表現(xiàn)在制動量上，變壓器發(fā)生內(nèi)部輕微故障,如單相高阻抗接地或小匝間短路時，故障分量差動制動電流不受負荷影響，有較高的靈敏度。,3.小區(qū)無差流飽和識別元件,故障時差電流較大(除過零點處),而飽和電流總有一段不飽和區(qū),在該不飽和區(qū)內(nèi)差電流較小,該元件利用這個特征來達到區(qū)外故障電流飽和時差動保護不誤動。,具體判據(jù)如下: 0 Id / Ir K S 1 Id / Ir n，則認為TA飽和。,4.同步識別法飽和識別元件,同步識別 該元件利用了飽和電流在開始未飽和區(qū)不會產(chǎn)生差電流,具體實現(xiàn)方法如下: 差流啟動

17、與電流突變量或零序電流量啟動同時發(fā)生，則TA未飽和。如不同時發(fā)生則認為TA飽和。,5.三次諧波飽和識別元件,飽和電流引起的差電流的三次諧波含量較大,而故障電流三次諧波含量較小,該判據(jù)正是利用這個特征來區(qū)分飽和和故障電流的。 具體判據(jù)如下: I(3) / Id K 有飽和電流 其中:I(3)為差電流中三次諧波含量 Id 為差電流 K 為有飽和電流參數(shù),6.狀態(tài)量判別元件,主后一體機箱，變壓器各側(cè)電流電壓量均引入，在啟動時刻依據(jù)電流電壓突變分量，及啟動前的各量識別變壓器狀態(tài)的變化： 主要是區(qū)別兩個情況： 1. 變壓器是空投還是運行狀態(tài)； 2. 對于運行變壓器，啟動后發(fā)生故障在區(qū)內(nèi)還是區(qū)外。,識別變

18、壓器是空投狀態(tài)，還是運行時的工況變化： 識別空投狀態(tài)： 1. 啟動前各側(cè)均無流； 2. 變壓器單側(cè)有電流，或有電壓突升； 識別運行狀態(tài)工況變化 1. 啟動前某測檢測到有流； 2. 啟動后多側(cè)有電流； 3. 無電壓突升。,運行變壓器識別是區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外工況變化： 識別區(qū)內(nèi)故障 1. 差流與電流量啟動同步； 2. 突變量差流與突變制動電流滿足Id/IrK值 識別區(qū)外故障 1. 差流與電流量啟動不同步； 2. 突變量差流與突變制動電流滿足Id/IrK值,6.TA斷線判別元件,裝置引入電流和電壓量來進行TA斷線的判別, TA斷線判據(jù)： a) 有電流減小變化量 I 0.1In b) 有差流產(chǎn)生 Id0

19、.05 In c) 斷線相單相電流小于定值 I0.1 In e) 無零序電壓變化量 3U0 3.0V,四、SG T752 數(shù)字式變壓器保護性能特點,磁通閉鎖原理差動保護,差動保護的涌流閉鎖采用測量變壓器磁通變化來判斷變壓器是否為空投。,1.現(xiàn)有處理勵磁涌流的方法,目前，國內(nèi)變壓器差動保護在處理勵磁涌流的方法主要有三種： 二次諧波制動原理； 間斷角原理； 波形對稱原理； 三種方法都是利用變壓器電壓沖擊或故障時，電流的不同特點來實現(xiàn)涌流制動的。,故障過程是由波過程 電磁暫態(tài)過程 穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)換過程。 上述的三種原理都是建立在穩(wěn)態(tài)理論的基礎(chǔ)上且只反映電流的特征分量。,2.故障過程,3、暫態(tài)的處理方法,電

20、力系統(tǒng)有大量的電感和電容，在不同的時域和頻域其參數(shù)是變化的。基于穩(wěn)態(tài)理論的任何算法，都是不準確的。必須濾去高頻分量、直流分量，時間上躲過暫態(tài)過程，而這些分量恰恰是故障過程的最真實反映。 用暫態(tài)理論計算可以做到真實準確，且適用于穩(wěn)態(tài)過程。,4.磁通制動原理的研究,變壓器空沖時勵磁涌流的產(chǎn)生與變壓器鐵心磁通有關(guān)，當鐵心磁通飽和時，變壓器產(chǎn)生勵磁涌流。由此，提出一種直接利用變壓器鐵心是否飽和的方法判別差電流是勵磁涌流還是故障電流。,如下圖所示單相變壓器的簡化模型，為了便于分析，設(shè)變壓器變比為1：1,忽略R1，L1，R2，L2,變壓器的勵磁磁通與勵磁電流的關(guān)系曲線：,當變壓器的鐵心沒有飽和時，變壓器的

21、鐵心工作于線形區(qū)，Lm為固定值；,涌流時差電流與M的關(guān)系：,勵磁涌流與勵磁電感的關(guān)系,涌流時差電流與M的關(guān)系1,故障電流與勵磁電感的關(guān)系,故障時差電流與M的關(guān)系2,磁通制動原理,根據(jù)上述理論分析我們利用差電流與M的變化關(guān)系作為磁通制動原理的涌流判別條件，當變壓器有區(qū)外故障時，仍由比例制動來閉鎖差動保護。當變壓器有涌流或區(qū)內(nèi)故障時，由磁通制動來判別閉鎖或開放差動保護。,既然故障過程是由波過程 電磁暫態(tài)過程 穩(wěn)態(tài)的變換過程。 磁通制動原理是暫態(tài)原理的保護，并完成適用于穩(wěn)態(tài)過程。暫態(tài)原理的算法全面利用了高次諧波分量，直流分量，電磁暫態(tài)過程和系統(tǒng)中多元器件的時域頻域效應(yīng)。可以做到： 快速 準確 可靠,

22、實驗結(jié)果,變壓器正常運行中發(fā)生匝間故障，差動保護的動作時間典型值為5ms； 空沖于帶區(qū)內(nèi)故障的變壓器，差動保護的動作時間典型值為7ms； 空沖于完好的變壓器，差動保護未誤動； 區(qū)外故障，差動保護未誤動；,4. TA飽和,用同步識別法判別飽和，作到4毫秒飽和保護不誤動、不拒動。,變壓器分相電壓，對應(yīng)變壓器的各側(cè),5. 所需模擬量:,圖1：為Y/角變壓器的內(nèi)部配置圖,6. CT配置圖,圖2：為750kV系統(tǒng)變壓器的內(nèi)部配置圖,7. CT使用方式,如圖2所示磁通制動原理差動保護引用低壓側(cè)套管內(nèi)CT:TA6，具體CT的配置方式如圖1所示的TA2。 為了不影響差動的保護區(qū)間，在套管CT：TA6與開關(guān)CT

23、：TA7之間配置一套引線差動保護構(gòu)成一套完整的變壓器縱差保護。,五、SG R751 數(shù)字式電抗器保護性能特點,問題提出,1.電抗器正常運行時發(fā)生故障動作的快速性，小匝間故障的靈敏性; 2.空投故障電抗器，尤其是小匝間故障時動作的快速性; 3.TA發(fā)生畸變和飽和時，電抗器保護動作的正確性； 4.TA斷線的正確判別。,1.零序阻抗原理匝間保護,由系統(tǒng)零序回路零序源的所在位置來決定故障位置所在（在電抗器內(nèi)部還是在系統(tǒng)中），即利用零序阻抗圓來判斷電抗器匝間故障。從而可大大提高了匝間保護動作靈敏度，同時克服了傳統(tǒng)保護與無窮大系統(tǒng)連接的電抗器內(nèi)部故障的死區(qū)問題，并保證在外部任何非正常工況下不會誤動。 動作

24、速度小于30毫秒 發(fā)生1.7%匝間短路可靠動作,1.新原理匝間保護零序阻抗源原理,靈敏度高：匝間保護采用新原理，在區(qū)內(nèi)1.7匝間故障30毫秒 ），原理上克服了老的匝間保護靠延時躲過暫態(tài)過程的不足。 （新原理已申請發(fā)明專利，專利受理號3131513.5） 整套保護軟件已在國家版權(quán)局進行了軟件著作權(quán)登記，登記號：2002SR0200 時可靠動作。 快速性：首創(chuàng)匝間保護匝間故障時零秒出口（動作速度小于,2.突變量阻抗原理匝間保護,利用發(fā)生單相匝間短路時，單相電流增加，而單相電壓下降特性，系統(tǒng)反映出來電抗器的單相阻抗減低，由于本系列保護的采樣點可達到96點采樣，這樣可以在匝間故障發(fā)生后準確的判斷出故障

25、發(fā)生時的電抗器單相阻抗變化趨勢，這樣在發(fā)生匝間短路時，保護迅速跳閘。 動作速度小于20毫秒 發(fā)生5%匝間短路可靠動作,鑒定會意見,SG R751數(shù)字式電抗器保護裝置整體性能達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，其匝間保護的性能指標處于國際領(lǐng)先水平。,零序阻抗原理匝間保護 突變量阻抗原理匝間保護 差動保護 零差保護 過流保護(定時限和反時限可選) 零序過流保護 TA斷線 TV斷線 過負荷(定時限和反時限可選),保護配置,原理簡介,1.零序阻抗原理匝間保護,可利用故障時電抗器端口處的零序電流和零序電壓的方向區(qū)分電抗器內(nèi)部故障與外部故障。,匝間保護分析,并聯(lián)電抗器零序回路,匝間短路時：零序源在電抗器內(nèi)部，即由電抗器向系統(tǒng)送出零序功率。此時零序電壓與零序電流的關(guān)系為U0-I0jXs0，零序電流超前零序電壓。端口測量到的是系統(tǒng)的零序阻抗。,內(nèi)部接地短路時：零序源在電抗器內(nèi)部，零序電壓及零序電流關(guān)系為U0-I0jXs0，零序電流超前零序電壓。端口測量到的是系統(tǒng)的零序阻抗。 外部接地短路時：零序源在電抗器外部，零序電壓及零序電流的關(guān)系為U0I0jXL0，零序電流滯后零序電壓。端口測量到的是電抗器的零序阻抗。,由系統(tǒng)零序回路零序源的所在位置來決定故障位置所在（在電抗器內(nèi)部還是在系統(tǒng)中），即利用零序阻抗圓來