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第四章

SBL-2000系列微机型变压器保护测控装置

1.概述

【1】用途

SBL-2000系列微机型变压器差动保护测控装置（以下简称装置），适用于220kV及以下电压等级的各种容量变电器或单元接线式发电机变压器组。

【2】装置主要特点

a.广泛适用于各种电压等级及容量的变压器或机组；

b.可完成主后备保护，除差动外，还可实现非电量等功能。

c.友好的人机接口界面，全汉化菜单操作，十进制数整定方式；

d.可记录十次以上故障报告及三次故障录波信息，便于故障分析；

e.完善的在线调试及现场信号测试功能，方便相序及同名端校验；

f.完备的软硬件自检功能及独立的Watchdog和电源监视回路，具有很高的可靠性；

g.自动化程度高，保护单元可直接与综合自动化系统联接，工况控制可采用接点通讯方式。

h.保护装置带有汉化LCD大屏幕显示器及小键盘，方便就地操作；

i.保护装置可采用RS232、485或CAN总线多种通讯方式，使用灵活。

2主要技术参数

【1】基本数据

（1）额定交流数据

a.额定交流电流In：

5A或1A；

b.额定交流电压Un：

100V；

c.额定频率fn：

50Hz。

（2）额定电源数据

电源电压：

110、220VDC（-20%—+10%）或220VAC（-15%—+10%）。

（3）功率消耗

a.交流电压回路不大于0.5VA/相；

b.交流电流回路不大于0.5VA/相；

c.直流回路功率消耗：

每个保护功能模块不大于18W。

（4）热稳定性

长期运行2In

10s10In

1s20In

（5）输出触点

a.出口跳闸触点：

在电压不超过250V，电流不超过0.5A，时间常数为5±0.75ms的直流有感负荷电路中，装置输出触点的断开容量为30W，长期允许通过电流不大于5A；

b.其余输出触点：

在电压不超过250V，电流不超过0.5A，时间常数为5±0.75ms的直流有感负荷电路中，触点的断开容量为30W，长期允许通过电流不大于5A。

【2】绝缘性能

（1）绝缘电阻：

装置所有电路与外壳之间的绝缘电阻在标准实验条件下，不小于100M。

（2）介质强度：

装置所有电路与外壳的介质强度能耐受交流50Hz，电压2kV（有效值），历时1min试验，而无绝缘击穿或闪络现象。

（3）冲击电压：

装置的导电部分对外露的非导电金属部分外壳之间，在规定的试验大气条件下，能耐受幅值为5kV的标准雷电波短时冲击检验。

【3】寿命

（1）电寿命：

装置输出触点电路在电压不超过250V，电流不超过0.5A，时间常数为5±0.75ms的负荷条件下，产品能可靠动作及返回1000次。

（2）机械寿命：

装置输出触点不接负荷，能可靠动作和返回10000次。

【4】机械性能

a.工作条件：

能承受严酷等级为I级的振动响应，冲击响应检验；

b.运输条件：

能承受严酷等级为I级的振动耐久，冲击及碰撞检验。

【5】环境条件

（1）环境温度：

正常工作温度范围：

0℃～＋40℃；

极限工作温度范围：

－10℃～＋50℃；

储存及运输温度范围：

－25℃～＋70℃。

（2）大气压力：

80～110kPa（相当海拔高度2km及以下）。

（3）相对湿度：

最湿月的月平均最大相对温度为90%，同时该月的月平均最低温度为25℃且表面无凝露。

最高温度为40℃时，平均最大相对湿度不超过50%。

（4）抗干扰能力

能承受频率为1MHz及100kHz衰减振荡波（第一个半波电压幅值共模为2.5kV，差模为1kV）脉冲干扰检验。

3.结构

保护装置采用1/219″4U机箱，前部为整体面板，后部为硬连接板，面板上有大屏幕汉化液晶显示器，10键小键盘，运行、报警及出口指示灯。

箱内装有交流变换、采样、保护、遥信、出口、操作回路（可选）及电源插件。

机箱采用嵌入式安装方式，接线方式为箱后接线式，插件间连线采用总线硬连接方式。

4．硬件说明

【1】交流变换插件

用中间变压器将电力系统TV二次交流电压信号隔离转换成弱电压信号。

插件上装有6只中间变压器，原理示意图见图1。

用中间变流器将电力系统TA二次电流信号隔离转换成弱电压信号。

插件上装有9个中间变流器，原理示意图见图2。

图1电压隔离变换原理图图2电流隔离变换原理图

还可采用先把二次电流电压变换成弱电流，再把后者通过运放生成弱电压的方式来实现变换。

【2】保护插件

本插件主要由CPU、存储器、模数转换、开关量输入/输出、通信、LCD显示及键盘等部分组成，是构成保护模块的核心。

硬件框图如图3所示。

CPU采用Intel公司MCS-196系列单片微处理器，具有高精度片内定时/计数器、程序运行监视器、高速输入/输出通道（HSI/HSO）、串行口、片内0.5K字节通用寄存器阵列、中断控制器和等待状态产生电路等硬件资源，软件指令丰富，运算及控制能力极强。

外部电路包括：

a.EPROM27512：

程序存贮器；

b.RAMDS1230Y:

：

数据及保护定值存贮器，容量32KB，DS1230Y芯片设有写入控制开关，由软件自动控制，无须人工切换；

c.模数转换电路：

采用高精度芯片AD574AKD，转换精度为12位，接成双极性输入方式，输入电压范围-10V～+10V，转换时间约为27μs；

d.开关量输入电路：

采用光电隔离，输入信号为无源接点，共设有8路开关量输入通道；

e.开关量输出即出口继电器驱动回路：

采用正反码和光隔驱动，并有状态回读自检，每个CPU插件设有8路开关量输出通道；

f.通信回路：

通信回路的主要功能是：

●实现与监控系统的通信；

●对保护运行状况进行监视；

●统一CPU时钟，完成时钟校对；

●完成保护定值管理；

●实现打印管理。

●通信回路提供标准的串行通信接口（RS232/RS422/RS485）,及CAN-BUS控制局域网。

CPU

通讯

A/D变换

EPROM

RAM

LCD显示

出口

开入

光电隔离

出口驱动

键盘

模拟量输入

图3保护插件框图

【3】采样插件

本插件硬件框图如图4所示。

本插件提供15个模拟信号输入通道。

每个通道由二级阻容式低通滤波器和采样保持器LF398组成。

各采样保持器输出信号连至多路开关。

各采样保持器输出信号连至多路开关AD7506的1～15通道。

AD7506的0通道接+5V电压用于自检。

本插件还包括频率跟踪信号形成回路，此回路由低通滤波器和带正反馈的过零比较器构成。

插件的输入信号来自交直流隔离变换等功能组件的输出，输出信号引至保护插件。

图4模拟输入插件框图

【4】出口插件

每个插件提供8路出口及信号回路，每回路提供1副跳闸接点（瞬动）和1副信号接点（保持）。

保护出口分别有LED灯指示，出口继电器及信号回路可由CPU插件的开关量输出回路或非电量保护等的触点驱动。

【5】稳压电源插件

采用开关式逆变电源，输出为+5V、15V和+24V，输入电压可选DC110V/220V及AC110V/220V。

插件中设有电源开关、熔断器及输出电压的LED灯指示。

5.保护原理

比率制动式差动保护是变压器的主保护，能反映变压器内部各种相间短路、高压侧单相接地短路及匝间短路等多种故障。

采用二次谐波制动原理，用以保证变压器发生励磁涌流时的保护可靠性。

【1】保护原理

装置采用常规比率差动、励磁涌流采用二次谐波制动原理。

差动动作方程如下：

对于双折线制动特性:

同时满足上述两个方程差动元件动作，式中：

Icd为差动电流，Icdqd为差动启动定值，Izd为制动电流，K1为比率制动系数。

对于三折线制动特性:

这里K3、K4为制动系数

采用三折线比率制动特性对外部短路及TA饱和有很强的抑制性.

对于增量差动保护:

采用增量差动保护,能快速灵敏地反应各种短路故障。

对于双卷变压器：

对三卷变压器：

式中：

Ih，Im，Il分别为高压侧，中压侧，低压侧电流。

【2】二次谐波制动

保护利用三相差动电流中的二次谐波分量作为励磁涌流闭锁判据。

动作方程如下：

式中：

Icd2为A，B，C三相差动电流中二次谐波电流，K2为二次谐波制动系数，Icd为对应的三相差动电流。

采用二次谐波综合闭锁方式，即三相差流中的二次谐波之和与基波之和的比大于定值时即闭锁出口。

也可采用当任一相满足条件时闭锁出口。

【3】波形比较制动

采用波形比较的技术将变压器的励磁涌流和故障电流区分开来。

闭锁方式采用分相闭锁，即任一相波形比较判据满足条件闭锁本相差动。

【4】差流速断保护

当任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作于出口。

也可采用“或”出口及“与”出口方式。

【5】差流越限告警

正常情况下监视各相差流，如果任一相差流大于越限启动门槛，发告警信号。

【6】TA断线判别（要求主变三侧TA全星形接线）

当任一相差动电流大于0.1IN启动TA断线判别程序，满足下列条件，认为是TA断线：

a.本侧三相电流中一相无电流；

b.其它两相与启动前电流相等。

通过整定控制字可以选择只发报警信号或闭锁差动保护出口。

【7】定值整定

a.差动平衡系数的计算

计算变压器各侧一次电流

式中：

Sn—变压器额定容量（kVA）

Un—计算侧电压（kV）

计算各侧流入装置的二次电流

式中：

Kjx—变压器CT接线系数，三角形接线Kjx=

，星形接线Kjx=1，

nLH—CT变比

计算平衡系数

差动保护平衡系数均以主变高压侧二次电流为基准，

中压侧平衡系数为：

低压侧平衡系数为：

式中：

Inh—变压器高压侧二次电流

Inm—变压器中压侧二次电流

Inl—变压器低压侧二次电流

b.差动最小动作电流一般取变压器额定电流的0.4倍

c.比例制动系数一般可取0.5

d.二次谐波制动系数一般取0.15

e.差流速断按躲过变压器的励磁涌流、最严重外部故障时的不平衡电流及电流互感器饱和等整定。

f.电流回路断线保护的投退和是否闭锁差动可由软件控制字设置。

【8】主要技术指标

c.动作电流整定范围：

0.1~1.5In，误差不超过5%；

d.制动电流整定范围：

0.1~2In，误差不超过5%；

e.比例制动系数整定范围：

0.1~0.9；

f.谐波制动系数整定范围：

0.15~0.25；

g.差动平衡系数整定范围：

0.1~2；

h.差流速断整定范围：

2~12In，误差不超过5%；

i.差动动作时间：

不大于30mS（二倍动作电流下）

j.速断动作时间：

不大于20mS（二倍动作电流下）

【9】差动保护的框图见图5所示。

图5差动保护逻辑框图

（a）二次谐波制动（b）波形比较制动

【10】定值清单

保护定值整定可通过LCD及键盘就地完成，也可通过便携机或监控完成，定值清单见下表：

定值名称

整定范围

备注

比率差动保护

最小动作电流

0.1-10A

最小制动电流

0.1-20A

比例制动系数1

0.1-0.9

比例制动系数2

0.1-0.9

谐波制动系数

0.150.25

差动平衡系数

0.12

差流越限

0.1-10A

差动动作时间

小于30mS

二倍动作电流下

差动速断保护

差流速断

212In

速断动作时间

小于20mS

二倍动作电流下

TA断线信号

额定电流In

0.01-10A

压板投退

①保护压板投退

见下表：

压板名称

投退状态

差动速断

“投”或“退”

比例制动差动保护

“投”或“退”

TA断线

“投”或“退”

非电量1

“投”或“退”

非电量n

“投”或“退”

非电量5.

“投”或“退”

②控制压板投退

见下表：

压板名称

投退状态

两相“与”动作

“投”或“退”

CT断线闭锁差动

“投”或“退”

采样频率跟踪

“投”或“退”