DGT801技术说明书.docx
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DGT801技术说明书
南自DGT801系列说明书（上）
电力技术2008-07-0622:
40:
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DGT801系列
数字式发电机变压器组保护装置
技术说明书
国电南京自动化股份有限公司
国电南自凌伊电力自动化有限公司
2004年5月
*本说明书可能会被修改，请注意最新版本资料
*国电南自技术部监制
目 录
1概述
DGT801系列装置简介1
应用范围1
保护功能2
2 装置性能特点…7
双电源双CPU系统硬件结构7
高性能的硬件平台7
独创的双CPU并行处理技术7
独创的双回路直流电源供电9
完善的自检及互检功能9
信号出口指示直观明确10
保护压板和出口压板独立设置，状态明确指示10
友好的人机界面，装置全透明化10
强大的通讯功能10
强抗干扰能力11
保护功能齐全11
保护配置灵活可靠11
保护采用新原理、新技术1
先进的软件设计技术12
发电机差动保护和变压器差动的特性12
专用定子匝间保护特性12
定子接地保护特性13
转子接地保护特性13
失磁保护特性13
失步保护特性14
后备保护类型可灵活配置14
3 配置方案15
600MW（300MW）—500kV发变组单元接线保护配置（双重化的双套配置）15
300MW—220kV发变组保护配置方案1（双重化的双套配置）17
300MW—220kV发变组保护配置方案2（单套化）19
125MW机组（三卷变压器）保护配置方案1（双重化的双套配置）21
125MW机组（三卷变）保护配置方案2（单套化）23
双套化配置方案中高厂变高压侧TA配置说明27
4 技术参数29
机械及工作环境参数29
储存、运输极限环境温度和工作使用地点要求29
额定电气参数29
功率消耗29
过载能力29
绝缘性能30
抗干扰性能30
直流电源影响30
连续通电30
5 保护的主要技术指标31
发电机纵差动（循环闭锁出口方式）31
发电机纵差动（单相出口方式）、发电机不完全差动、发电机裂相横差、励磁机差动、电缆差…31
发变组差动、变压器差动（包括主变、厂变、励磁变、备变）1
发电机高灵敏横差保护32
发电机纵向零序电压匝间保护32
发电机故障分量负序方向匝间保护32
发电机3U0定子接地保护33
发电机三次谐波式定子接地保护33
发电机3I0定子接地保护33
发电机转子一点接地保护 33
发电机转子二点接地保护 33
发电机对称过负荷保护（定、反时限）33
发电机负序过负荷保护（定、反时限）34
发电机失磁保护（阻抗原理）34
发电机失磁保护（逆无功原理）35
发电机失步保护35
发电机过电压低电压保护35
发电机过激磁保护（定、反时限）36
发电机逆功率、低功率保护36
发电机频率异常保护36
发电机励磁回路过负荷（交流）保护（定、反时限）36
发电机励磁回路过负荷（直流）保护（定、反时限）37
发电机误上电保护37
发电机启停机保护37
发电机轴电流保护37
发电机次同步过流保护37
电压闭锁过电流保护（包括发电机、主变、厂变、备变）38
阻抗保护（包括发电机、变压器）38
变压器零序电流保护38
变压器间隙零序保护38
变压器通风启动38
断路器失灵启动保护38
断路器非全相保护39
变压器电压闭锁方向过流保护39
变压器零序方向过流保护39
变压器负序方向过流保护39
非电量保护39
6 保护原理及逻辑说明40
发电机纵差动保护40
变压器纵差动保护（包括发变组、主变、厂变、励磁变、启备变）45
变压器零序差动保护54
发电机横差保护57
励磁机差动保护61
发电机纵向零序电压式匝间保护63
发电机基波零序电压式定子接地保护67
发电机三次谐波电压式定子接地保护69
发电机零序电流式定子接地保护72
发电机注入式转子一点接地保护73
发电机转子两点接地保护75
发电机失磁保护（阻抗原理）76
发电机失磁保护（逆无功原理）81
发电机失步保护83
发电机逆功率保护和程跳逆功率保护87
发电机频率异常保护89
过激磁保护（包括发电机、变压器）91
发电机过电压保护94
发电机过负荷及过电流保护（定时限）95
发电机负序过负荷及负序过流保护（定时限）96
发电机反时限对称过负荷保护97
发电机反时限不对称过负荷保护100
发电机转子绕组过负荷及过流保103
电压闭锁过流保护（包括发电机、主变、厂变、启备变）107
发电机轴电压和轴电流保护110
低电流保护112
阻抗保护（包括发电机、变压器）113
变压器间隙零序保护116
变压器零序电流保护（包括主变、厂变、备变）117
变压器零序方向过流保护119
负序方向过流保护121
变压器方向过流保护123
变压器电压闭锁方向过流保护124
发电机误上电保护及断路器闪络保护127
双分支电压闭锁过流保护（包括高厂变、启备变）130
高压侧断路器失灵启动保护133
非全相保护134
电压平衡式TV断线判别136
非电量保护137
1 概述
本说明书为DGT801A、DGT801B、DGT801C、DGT801F数字式发电机变压器组保护装置的技术说明部分。
DGT801系列装置简介
DGT801A、DGT801B、DGT801C、DGT801F装置是DGT801系列产品，它们的硬件和软件模式完全相同，所不同的只是硬件资源数及机箱液晶屏大小，详见表。
它们均采用独创的双电源双CPU并行处理技术，结构先进，性能优良，调试和维护人性化，运行可靠安全。
DTG801A、DGT801B、DGT801C装置保护软件完全相同，均包含了600MW~1000MW机组所需要的全部保护功能。
工程配置时，通过图形化定义软件可灵活选配各层装置所需的保护模块，使各层DGT801A（或B、C）装置完成了各异的保护功能，若干层DGT801A（或B、C）装置组合后完成各种容量发电机变压器保护。
DGT801F装置专门用于需独立组柜的机组非电量保护。
应用范围
DGT801A（或B、C）数字式发电机变压器组保护装置，适用于容量1000MW及以下、电压等级750KV及以下的各种容量各种接线方式的火电及水电发电机变压器组保护，也可单独作为发电机、主变压器、厂用变压器、高压启动备用变压器、励磁变压器（励磁机）、大型同步调相机、厂用电抗器等保护，并满足电厂自动化系统的要求。
每层DGT801A（或B、C）装置可完成若干主保护、若干异常运行保护及后备保护。
各层DGT801A（或B、C）装置的保护功能可按要求灵活选择。
DGT801F装置专用提供机组的非电量保护。
对于《反措》要求的大中型机组双重化（即完全双套化）配置要求，若每套保护分别由两层相互独立的DGT801A（或B、C）装置构成，并按继电保护《规程》要求合理分配这两层装置的保护功能（详见保护配置章），使每套保护中的主、后备保护不但品种齐全，且相互独立，真正起到主保护和后备保护所应起的作用，单套保护可实现《反措》要求的独立运行，可靠性达到N－1（N－1概念指：
保护装置因某种原因，在某一处（硬件或软件）发生故障，机组还有主保护和后备保护，还可以继续运行）。
按这种要求配置的双套保护，双套同时运行时可靠性就非常高，达到了N－2。
极大地满足《反措》中关于双套化保护实现后可以防止保护装置拒动而导致系统事故的要求。
1.2.1DGT801C应用范围
DGT801C装置简称为小模式，它可完成的保护功能相对较少，一般适用于中、小型发电机变压器保护，见表。
1.2.2DGT801A应用范围
DGT801A装置简称为中模式，它可完成的保护功能略多于C型装置。
但人机界面配置豪华强大，见表。
一般适用于大中型发电机变压器保护，或要求较高的小型机组保护。
1.2.3DGT801B应用范围
DGT801B装置简称为大模式，它的硬件资源配置最强大。
单层装置就可以完成600MW及以下容量的大、中型机组的全部保护功能，即主后一体化装置。
两层这样的装置组合后，可构成机组双重化要求的最经济配置。
同时运行时其可靠性满足继电保护的《规程》要求。
保护功能
DGT801A、B、C装置保护软件完全相同，且完全模块化，包含600MW~1000MW机组所需要的全部保护模块均已固化在装置程序芯片中。
通过图形化定义软件灵活选配，即可使DGT801A、B、C、F装置满足大中小型各类发电机变压器保护的配置要求。
w发电机定子短路主保护
发电机纵差动保护
发变组差动保护
发电机不完全纵差动保护
发电机裂相横差保护
发电机高灵敏横差保护
发电机纵向零序电压式匝间保护
w发电机定子单相接地保护
发电机3U0定子接地保护
发电机3I0定子接地保护
发电机高灵敏三次谐波电压式定子接地保护
w发电机励磁回路接地保护
发电机转子一点接地保护
发电机转子二点接地保护
w发电机定子短路后备保护
发电机过流保护
发电机电压闭锁过流保护
发电机负序过流保护
发电机阻抗保护
w发电机异常运行保护
发电机失磁保护
发电机失步保护
发电机逆功率保护
发电机程跳逆功率保护
发电机频率异常保护
发电机过激磁保护（定、反时限）
发电机过电压保护
发电机低电压保护
发电机对称过负荷保护（定、反时限）
发电机不对称过负荷保护（定、反时限）
发电机励磁回路过负荷保护（定、反时限）
发电机误上电保护
发电机启停机保护
发电机轴电流保护
发电机轴电压保护
发电机TA、TV断线判别
w主变压器主保护
主变纵差动保护
主变单侧差动保护
主变零序差动保护
发变组差动保护
w主变压器异常运行及后备保护
主变压器过激磁保护（定、反时限）
主变压器零序电流保护
主变压器间隙电流电压保护
主变压器电压闭锁过流保护
主变压器过流保护
主变压器阻抗保护
主变压器方向过流保护
主变压器电压闭锁方向过流保护
主变压器负序方向过流保护
主变压器零序方向过流保护
主变压器过负荷保护
主变压器通风启动
主变压器TA、TV断线判别
w高压厂用变压器保护
高厂变差动保护
高厂变电压闭锁过流保护
高厂变分支限时速断过流保护
高厂变分支零序电流保护
高厂变分支电压闭锁过流保护
高厂变过负荷保护
高厂变通风启动
高厂变TA、TV断线判别
w励磁变压器（或励磁机）保护功能
励磁变（机）差动保护
励磁变（机）限时速断过流保护
励磁变（机）过负荷保护（定、反时限）
励磁变（机）TA断线判别
w高压启动备用变压器保护
启备变差动保护
启备变电压闭锁过流保护
启备变零序电流保护
启备变间隙零序电流电压保护
启备变分支电压闭锁过流保护
启备变分支限时速断过流保护
启备变分支零序过流保护
启备变过负荷保护
启备变通风启动
启备变TA、TV断线判别
w其它保护功能
断路器失灵启动保护
断路器非全相保护
发电机强励启动
过流闭锁（断路器遮断容量不够时采用）
发电机电超速保护
短引线差动保护
w非电量保护（开入量保护）
各类型变压器的重瓦斯、轻瓦斯、压力释放、油位、油温、温度、冷却器全停保护
发电机热工、断水、励磁系统故障等保护
高周切机保护
w附加功能
通讯功能，可接入电厂DCS系统。
双CPU故障录波功能，数据与COMTRADE格式兼容，且掉电不消失。
提供基于WINDOWS的网络化运行管理系统，可直接接入电厂的MIS系统。
表 DGT801A、B、C、F保护装置简介
装置型号
DGT801C
DGT801A
DGT801B
DGT801F
硬件配置特点
逆变电源及空开数
2
3
3
1
保护CPU数
2
2
2
2
管理CPU数
1
1
1
1
真彩液晶显示屏
操作模式
触摸鼠标
触摸屏
触摸屏
触摸鼠标
机箱尺寸
6U
10U
12U
6U
保护接口资源
模拟量
28
30
60
0
出口数
4×4
4×4
4×6
4×4
信号数
8×4
8×6
8×6
8×4
保护压板数
22
4×6
4×6+8×2
22
直跳开关量
4
4×2
4×2
4×2/4×3
软件开关量
8
12
8×2
8×2/8×3
适用范围（仅供参考）
中小型机组、启备变
大中小型机组、启备变
大型机组
需独立组柜的机组非电量保护
2 装置性能特点
双电源双CPU系统硬件结构
DGT801系列装置硬件结构的逻辑框图如图所示
图 DGT801系列装置硬件框图
由图可以看出，装置由双电源双CPU系统构成，保护CPU1系统和保护CPU2系统是完全相同的两套系统，但相互之间又完全独立。
每套系统中均包含电源、滤波、采样、CPU及大规模门阵列FPGA等硬件回路；可独立完成采样、保护、出口、自检、故障信息处理和故障录波等全部软件功能。
管理CPU实现与两个保护CPU系统的信息交互和人机界面控制，并与电厂DCS控制系统通讯。
此外，两个保护CPU之间通过隔离相互查检，以提高装置运行的可靠性。
高性能的硬件平台
保护CPU采用Intel公司高性能的32位嵌入式处理器；A/D采用16位高精度高速A/D转换器。
装置中还采用了大规模可编程逻辑控制器FPGA，大容量快速出口继电器等。
主要元器件均为工业级标准，核心器件采用军品级。
高性能的硬件保证了保护装置的高品质。
独创的双CPU并行处理技术
正常情况下，在保证出口回路悬浮不带电的安全机制下，同一组信息和数据由两个完全相同但相互独立的保护CPU系统同时进行同样的处理和判断，“与”门出口。
从而有效的防止了硬件回路中元件损坏造成保护装置误出口，使装置具有冗余性。
若有一个保护CPU系统出现故障，相关的自检电路发出故障告警信号，同时该保护CPU系统退出运行。
这时，另一正常的保护CPU系统可以单独运行，完全承担所有的保护功能。
这样消除了硬件回路任一元件损坏就导致该层保护全部退出的缺憾，这对于单层机箱集成了一、二十几种保护功能（甚至发变组全部保护功能）的情况，对保障被保护对象的安全运行是十分必要的，使装置具有容错性。
这种独创的双CPU并行处理方式，把装置防误动和防拒动性能有机统一起来。
（a）装置正常时“与”门出口
（b）保护CPU2异常时出口方式 （c）保护CPU1异常时出口方式
图独创的双CPU并行处理出口模式
独创的双回路直流电源供电
图一层DGT801系列装置直流电源供电回路图
每层DGT801A（或B、C）由相互独立的两个保护CPU系统组成，这两个保护CPU系统分别由两个独立的逆变电源模件供电，逆变电源模件输入分别经过两个独立的空气开关接入电厂的不同直流回路中。
另外，管理CPU系统也有自己的逆变电源模件和空气开关，见图示。
这样，在一套DGT801A（或B、C）机箱中，保护实现了双回路供电，当逆变电源模件或电厂某路直流回路故障时，保护既不会误动，也不会失去保护功能。
大大提高了装置的可靠性。
完善的自检及互检功能
每个保护CPU均有完善的自检回路及自检软件。
在硬件回路中，如电源、A/D、CPU、FPGA、出口信号中间等回路均设计了周密的自检电路，通过强大的软件自检程序，可以检查出保护CPU系统中几乎所有回路的故障，且定位精确。
此外，两个独立的保护CPU系统之间，以及管理CPU与保护CPU之间还有互检功能。
“看门狗”电路也是保证CPU正确工作的有效手段。
一旦检测出异常，除发告警信号外，立即退出异常CPU系统，而由另一CPU系统单独运行。
单CPU系统运行的可靠性仍能满足规程规定的传统数字保护对可靠性的要求。
另外，在就地大液晶界面或后台管理机界面，均能显示故障插件和故障性质。
信号出口指示直观明确
装置设置多路带自保持的动作信号灯及其继电器，多路出口信号灯及其继电器。
动作信号灯和出口信号灯放置在装置面板的下半部分，可直观地反映整套保护装置的动作情况。
保护压板和出口压板独立设置，状态明确指示
装置面板上每种需出口的保护设有投退压板（保护压板），上方有其状态指示灯，便于运行人员投退操作。
另外，指示灯直观反映压板“断”、“合”状态。
其状态在就地界面上也有显示，也可通过通讯上传到DCS系统中。
保护柜下部每个出口回路装设投退压板（出口压板）。
保护压板一般为弱电回路，而出口压板为强电回路。
分开设置后保证装置的强弱电严格分开。
友好的人机界面，装置全透明化
装置面板上设置有大屏幕真彩液晶，全中文提示，显示内容丰富。
既有该层保护装置的总体概况介绍，如按输入通道类、信号类、出口类等，一一归类介绍；也有按保护品种介绍，把某一个保护的输入量、计算量、整定值等显示在一个屏幕上。
实现了保护装置的全透明化。
操作采用先进的触摸屏方式，整定输入时会弹出10个数字键盘，易于修改定值，一些重要的控制操作必需口令进入。
既人性化，又安全可靠。
也可以选择工控机作为操作界面，全中文Window环境，操作自如，显示信息更加丰富。
用户常用的功能有：
输入通道显示，瞬时采样值观察，装置自检状态，开入量状态，出口传动试验，软件选择保护投运，各保护原理逻辑框图显示，定值整定及显示和计算量监视，保护压板状态监视等等。
厂家调试时常用的功能有：
选择什么保护，各保护的原理，输入通道要求，几段定值，几段延时，发信还是跳闸，出口方式等定义，定义后下载等。
强大的通讯功能
装置配有RS—485口，100M以太网通讯口，与DCS或专用的管理系统通讯，上传有关信息和报文。
具有强大的故障录波功能，录波数据与COMTRADE格式兼容。
支持MODBUS和IEC60870-5-103标准通讯规约。
详尽的记录功能
装置可记录百次以上的动作事件和操作事件，保护动作事件记录中包括动作时间和哪种保护动作等；操作事件记录任何一次对装置的操作及其操作者，比如定值修改，保护定义下载等。
强抗干扰能力
整面板、背插式、全封闭机箱，及强弱电彻底分离等措施，提高了装置的抗干扰能力，同时加强软件技术上的抗干扰措施，装置的整体抗干扰能力达到甚至高于国家最高IV级标准，电磁辐射满足相关环保要求。
保护功能齐全
作为发变组保护的主导厂家，数字式发变组保护的开发和应用已有近二十年历史，取得了辉煌的成果和骄人的业绩，也积累了丰富的运行经验。
那些经应用并证实在原理和性能十分优越的保护品种直接移植到本产品上来，如3ω定子接地、低频、阻抗等保护；在近年来理论上有突破的保护，或在实践中需改进的保护，在本装置中积极探索，严谨开发并在运行中得到验证。
如标积差动原理，波形对称原理防止励磁涌流，误上电，启停机等保护。
本装置的保护品种齐全，可应用在600MW以上（包括1000MW）特大型机组上。
保护配置灵活可靠
本装置独创了保护高度模块化+图形组态选择配置的方法，解决了用一套软件版本实现不同机组的保护配置问题，这样既灵活的满足不同机组的需求，又绝对安全可靠。
具体说，把各个保护模块独立完整的开发出来，存贮在大容量的保护CPU存贮器上，然后由专用的后台保护定义软件激活所需的保护模块，包括每个保护的输入量，保护原理和逻辑，信号输出，跳闸方式等，这些操作全是图形化组态选择，直观明了，只需轻移鼠标即可完成以上选择，选中激活后便永久保存，并且在后台机界面上随时可查看各保护的原理逻辑框图和出口信号要求。
保护采用新原理、新技术
装置中采用了许多数字保护的新技术，如：
基于原理的神经元网络保护原理；拟小波技术；预测波形和二乘方技术；自适应技术；综合保护技术；标积技术；快速算法技术；高抗TA饱和的鲁捧技术；波形技术等。
先进的软件设计技术
在软件设计中，采用了大量的先进技术。
采用了NT分时系统技术，使软件真正彻底地做到了模块化，动态合理地分配各保护模块的运行时序，使保护运行高效、均匀、合理。
采用了类设计技术，使得少量的软件模块完成了更多的保护功能。
如过流保护，复合电压过流保护，低电压过流保护，负序过流保护，零序过流保护，间隙零序过压过流保护，复合电压方向过流保护等几十种保护功能都是调用一个OC软件模块实现。
一个OC软件模块的可靠性得到保证后，几十种各异的保护性能均得到了可靠的保证。
采用了面向对象的软件模块设计技术，使各保护之间没有瓶颈，大大提高保护软件的安全性和可靠性。
发电机差动保护和变压器差动保护的特性
可以选择采用基于保护原理ANN的比率制动原理，或基于保护原理ANN的标积制动原理。
使用小波算法和神经元算法来达到快速安全可靠的目的。
并设置差动速断段实现严重故障时的快速出口。
TA断线可选择闭锁差动方式，或只发信方式。
可应用于不完全差动保护。
可实现电气制动闭锁方式。
有极强的TA饱和判别能力，采用陷阱技术，有效防止区外故障TA饱和时保护误动，同时区内故障TA饱和时保护仍能快速动作。
有极强的区外故障切除时防误动能力。
保护采用反向负跃变和负荷电流门坎自动改善差动保护性能。
设置差动保护试验态，可很方便地对保护动作特性进行测试。
对于发电机差动，保护动作逻辑可选为单相差动方式，或循环闭锁方式。
对于变压器差动，防止励磁涌流有二种识别方式可选，二次谐波制动和新型波形对称原理，并可选择制动“或”或“与”方式。
有过励磁闭锁功能。
对于Y/变压器，各侧TA均可采用Y接线，相位补偿平衡系数调整均由软件完成。
变压器差动最多可实现六侧。
专用定子匝间保护特性
1） 用专用匝间保护TV的开口三角引出的3U0基波量作为动作量，判据分成二段，灵敏段和不灵敏段。
2） 灵敏段采用独创的三次谐波增量制动方法，区别于外部故障。
动作灵敏，可反映轻微的定子匝间故障。
3） 不灵敏段动作迅速，定值相对较高，无制动量。
4） 可选择负序功率方向判据，发电机外部故障时闭锁本保护。
5） 本保护配置了灵敏的TV断线判据，一般采用电压平衡法。
定子接地保护特性
1） 用于保护90%左右定子绕组接地故障的3U0定子接地保护，其引入电压3U0可取自机端TV开口电压，也可取自中性点电压，或它们两者构成的“与”判据。
保护具有较高的三次谐波滤过比。
2） 三次谐波定子接地保护，反应发电机机端和中性点侧三次谐波电压的矢量关系（大小和相位），保护具有较高的灵敏度，具有较高的基波分量滤过比。
并采用自动整定方法，能在发电机并网前或并网后小负荷下，很方便地确定动作系数和制动系数，自动适应不同类型机组的分布参数，提高了保护动作的可靠性。
另外，也可选用比较机端和中性点三次谐波电压绝对值的保护原理。
3） 对于机端装有很大对地电容的断路器，机组并网前后的分布参数变化很大，可装设两套三次谐波定子接地保护，分别反映并网前后的机组单相接地故障。
4） 对于短延时跳闸的定子接地保护，可选用高压侧零序电压作为闭锁判据。
转子接地保护特性
1） 转子一点接地保护采用迭加电源切换采样原理，注入电压为直流50V，注入到转子负极与大轴之间，并由一个电子开关切换“开”、“闭”状态，获取转子负极对大轴的两个泄漏电流，求解方程组后，实时计算出转子接
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