保护调试指导原理.

保护装置调试原理

介绍保护调试中常用的公式，一些关键的原理知识，针对ID系列变压器、线路、馈线、电容器、备自投等装置及测控、本体、电压切换等的主要保护原理、调试方法进行详细说明，并介绍保护调试中的常见问题及解决方法和注意事项。

一、几种常见的运算与原理

1、序分量在故障分析中的应用

在进行故障分析中，为了对不对称短路进行计算，通常将A，B，C三相电压和电流都分解为对称分量。在保护调试中常需要计算正序或负序电压以作为保护动作的条件。以电压为例

UA U0A+U1A+U2A 1 1 1 U0 UB = U0B+U1B+U2B = 1 a2 a U1 UC U0C+U1C+U2C 1 a a2 U2

式中，称 U0,U1,U2为零序，正序，负序电压。实际是以A相为参考相的各序电压，由此可推出

U0 1 1 1 -1 UA U1 ＝ 1 a2 a UB U2 1 a a2 UC

即

U0 1 1 1 UA U1 ＝1/3 1 a a2 UB U2 1 a2 a UC

式中， U0,U1,U2为零序，正序，负序电压。a＝e为运算子,具有移相功能，如 a•Ua，

j120

指将A相电压逆时针旋转1200 而大小不变。

在调试中，模拟故障量时，可通过设定不同的相序产生正，负序或零序电压，如：

A，B，C三相顺差 120时产生负序 A，C，B三相顺差 120时产生正序 00U0 = (UA+UB+UC)/3 = 0 U1 = (UA+aUB+ aUC)/3 = 0 U2 = (UA+ aUB+ a UC)/3 = UA U0 = (UA+UB+UC)/3 = 0 U1 = (UA+aUB+ aUC)/3 = UA U2 = (UA+ aUB+ a UC)/3 = 0 2222第 1 页 共 25 页

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2、操作回路原理说明

重要概念：防跳闭锁、跳位、合位、跳闸、合闸、保护跳闸信号、重合闸信号、手跳、手合、遥跳、遥合。

由于不同操作回路的基本原理相同，这里只做一般性原理说明。保护装置操作回路基本可分为以下几个主要功能：跳位/合位监视，跳闸/合闸，防跳闭锁，压力低禁止操作，闭锁重合闸等，这里重点说明跳合闸和防跳闭锁原理。

（1） 跳位监视：跳位监视并联在合闸回路中，当断路器跳闸后，跳闸回路

由导通到断开，合闸回路由断开到导通，此时并接在合闸回路中的跳位监视继电器动作，跳位监视灯被点亮

（2） 合位监视：合位监视并接在跳闸回路中，当断路器合闸后，合闸回路

由导通到断开，跳闸回路由断开到导通，此时并接在跳闸回路中的合位监视继电器动作，合位监视灯被点亮

（3） 合闸过程（手合/遥控合闸/重合闸）：断路器处于跳位时合闸回路导通，

此时可以进行合闸操作，当手合/遥控合闸/重合闸时，操作回路正电源通过手合继电器触点或重合闸开出节点引至合闸回路入口，断路器合闸动作，同时通过内部接点将自身回路断开，将跳闸回路导通。 （4） 合闸保持：作用是在合闸完成前保证合闸回路一直带电。一旦合闸动

作后，合闸保持继电器（HBJ）动作，其常开触点闭合，在合闸过程完成前使合闸回路一直带电，合闸过程完成后，合闸回路断开，合闸保持继电器（HBJ）返回，其常开触点断开。

（5） 跳闸过程（手跳/遥控/保护跳闸）：断路器处于合位时跳闸回路导通可

以进行跳闸操作，手跳/遥控跳闸时，操作回路正电源通过手跳继电器触点或保护跳闸开出节点引至跳闸回路入口，断路器跳闸动作，同时通过内部接点将自身回路断开，将合闸回路导通。 （6） 跳闸保持：原理同（4）合闸保持

（7） 重合闸：在保护动作或断路器偷跳后，如果没有闭锁条件且有跳位开

入时，重合闸动作。

（8） 防跳闭锁：目的是在跳闸操作的时候禁止合闸，具体通过防跳继电器

的常闭触点串接在合闸回路中实现。当有跳闸操作时，防跳继电器动作，其串在合闸回路中的常闭触点断开，从而使合闸回路断开，实现

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了“手跳闭锁重合闸”。

（9） 压力异常禁止操作：对于液压操作机构，压力低时禁止相关操作。 （10）手跳、手合是指断路器的操作通过控制开关来完成，遥跳、遥合是指

断路器的操作通过测控装置来完成，遥控命令可以从后台系统发到测控，也可以直接在测控装置上操作。

3、重合闸重合方式的分析

重要概念：重合闸、瞬时性故障、永久性故障、前加速、后加速、检同期、检无压。

重合闸是指在断路器跳闸之后，能够自动将断路器重新合闸的功能。重合闸功能主要是为了提高供电的可靠性，保证供电线路在发生瞬时性故障时可以经较短延时自动合闸；如果重合于永久性故障，则保护装置再次跳闸，切除故障。

瞬时性故障是指供电线路的短路等故障在被保护断开之后，短路现象即消失，故障点的绝缘强度可以重新恢复，在断路器重合后可以恢复供电的情况；永久性故障是指在断路器重合以后，故障仍然存在的情况。

前加速指在供电线路故障时由保护瞬时动作予以切除，在断路器跳闸后，再启动重合闸恢复供电，如果重合于永久性故障，则经其它保护的时限动作于跳闸。前加速的好处在于可以快速切除瞬时性故障，减少其发展成为永久性故障的可能性。后加速是指在供电线路发生故障时，经保护时限动作，然后进行重合；当重合于永久性故障时，再不经延时而瞬时动作于跳闸。

检同期重合闸是指在母线电压和抽取电压同步运行时，才允许断路器重合。同期判据主要为两者电压的幅值和相位同步。

检无压重合闸是指在系统检抽取电压无压时，断路器重合。在检无压投入时，如果抽取电压大于0.7Un，则自动转为检同期（110系列线路保护，转换电压为0.85Un）。

重合闸启动可分为：保护启动和不对应启动两种。

保护启动：保护装置动作后，故障切除，跳位反馈，而且无闭锁信号时，重合闸启动经整定延时后重合闸动作。重合闸延时计时从跳位反馈开始至重合闸动作结束。

不对应启动：在手动合闸后，断路器处于“合后”位置，若此时断路器处于分位，则不对应启动重合闸。此做法现在主要应用于220KV及以上的系统中。

偷跳：属于不对应启动重合闸中的一种，指断路器因本身的机构等原因造成跳闸，而此时无手动、遥控、保护动作，自动启动重合闸。

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手跳闭锁重合闸：在对断路器进行手跳或遥控跳闸操作的时候，断路器不允许重合闸；手跳闭锁重合闸一般是通过开入回路实现的，如手跳或遥跳操作时通过手跳回路来完成，启动手跳继电器，然后由手跳继电器的节点导通保护的闭锁重合闸开入，实现重合闸闭锁。在130系列的装置中，现在的产品是将手跳和遥跳回路分开处理的，所以需将手跳节点和遥跳节点并联后，接在闭锁重合闸开入上。

注：重合闸实验中，120系列的馈线装置，同期角和压差幅值采用整定值；而对于110KV的线路保护装置，同期角和压差幅值动作值都为整定值的一半。如下图是110KV线路保护装置检同期的判据示意图。

△Us:压差幅值θ：同期角说明：扇形区为动作区，左右为角度边界线，上下为电压边界线，由于角度和电压都可正可负所以动作边界值为动作整定值的一半，关于压差幅值与同期角的定义详见说明书-θ/2动作 区动作 区θ/2△Us/2-△Us/2图 1.重合闸动作区示意图

4、功率方向元件

重要概念：功率方向；最大灵敏角；动作区；零序功率方向

功率方向的作用时为了防止在双电源供电的情况下，过流保护无选择的动作，以保证在反方向故障时不误动；动作方式为当短路功率方向由母线流向线路时，该元件动作，当短路功率方向由线路流向母线的情况下，该元件不动作。

功率方向元件的判据一般为判别短路时电流、电压的相位关系；在最大灵敏角时，功率方向元件的动作最灵敏。因为故障相的电压较低，容易导致方向元件不动作，产生电压死区，为了较小和消除死区，电压多采用非故障的相间电压作为参考量来判别电流的相位。

因此，在900接线方式下，通过IA与UBC（或IC与UAB，IB与UCA实现），方向为“-450”指电流超前电压“450”，因为习惯将电压超前电流时规定角度为正值，而电流超前电压时为负。动作范围指电流与电压以灵敏线（即-45线）为中心左右摆动在动作区/2

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0

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时，过流动作，如动作区为180时，动作范围为（45-180/2，45+180/2），即（-45，1350），以下示例说明

对产生相间功率方向实验方法的建议：（以Ubc与Ia产生方向为例） 三相电压相位：Ua:900 Ub:3300 Uc:2100

则Ubc为零度，以Ubc相位（00）为基准，调节Ia的相位，以此考查Ia是否在理论的动作区范围内动作。

（Ubc与Ia，Uca与Ib的原理同上）

如，灵敏角为-300时，理论动区1800时动作范围应该为： （－60，0）&&（0，120）

000000

Ua动作区30UbIaUbc00 Uc图 2.相间功率方向动作区示例

零序功率方向

零序功率方向中的灵敏角θ指：-3U0超前3I0 θ。根据前述“序分量在故障分析中的应用”所提供的公式，

-3U0= -(UA+UB+UC) 3I0= IA+IB+IC

在实验中，SBH变压器保护方向元件采用三相电压、电流的合成，而过流元件为外接的零序电流。对于SXH-120/130馈线保护方向元件零序电压采用三相电压合成，方向和过流元件的零序电流均采用外接3I0。SXH-110线路保护采用方向元件的零序电压采用三相电压合成，零序电流采用硬件实现的自产3IO。

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条件：灵敏角为-45，施加单相电流Ia单相电压Ua产生零序功率方向。固定电压角度，变化电流角度，求出电流的动作区3I0(Ia)45Ua=180-3U0(-Ua=0)180度动作区以-Ua（0度）为参考向，Ia的动作区为（-45，135）图 3. 零序功率方向动作区示例

5、PT断线检测

重要概念：PT断线；单相或两相PT断线；三相PT断线

PT断线是指现场或保护装置的PT回路发生了断线的情况。在保护装置，主要是采用软件的形式进行判定是否发生了PT断线，即根据电压、电流进行判别。因为PT断线是反应的电压回路的情况，在发生PT断线时，会导致保护装置采集到电压量很小，无法反应现场情况。所以在与电压有关的一些元器件中，均可能导致无法正确运算的情况。如过流保护中的功率方向元件和低电压元件；复压过流保护中的复压元件；距离保护；过压、低压保护等等；PT断线对保护的影响在各产品保护中再进行介绍。

它在各种具有电压条件的保护中均有体现。如120/130系列馈线、电容器保护；100/110系列线路保护；100/110系列变压器保护；备自投等。以下介绍PT断线在几种保护中的判别条件：

120馈线电容器：三相电压均小于10V，某相电流大于0.2A，判为三相PT断线；最大线电压与最小线电压之差大于18V，判为单相或两相PT断线。

130馈线电容器：三相电压均小于10V，某相电流大于0.1In，三相电流均小于过流和反时限过流定值，判为三相PT断线；最大线电压与最小线电压之差大于18V，三相电流均小于过流和反时限过流定值，判为单相或两相PT断线。

100/110线路保护：三相电压绝对值的和小于0.5Un，且任一相电流大于0.08In或断路器合位，判为对称PT断线；三相电压向量和大于8V，且启动元件没有动作，判为不对称PT断线检测。

100/110变压器保护：正序电压小于30V，任一相电流大于0.1A；负序电压大于

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8V。

PT断线的检测一般有500ms的延时；在PT断线条件不满足时其信号有两种复归方式，一是延时复归，二是手动复归。对于作为闭锁条件使用的PT断线，应该为自适应的。

二、几种常规装置的测试

1、120/130系列馈线及电容器保护

（一）馈线保护

1. 三段式电流（方向）保护

*方向过流保护中的低电压闭锁元件

在90度接线前提下，相间功率方向由(Ia,Ubc)或(Ib,Uca)或(Ic,Uab)产生。低电压闭锁指在与过流元件“有关”的线电压（如当Ia为过流元件时指Uca,Uab）全部大于闭锁电压定值时闭锁过流元件，而与过流元件“无关”的线电压（如当Ia为过流元件时指Ubc）没有闭锁功能。

方向元件和低压闭锁元件与过流元件是与的关系。其逻辑关系参照说明书。 2. 反时限过流保护

反时限过流保护的特点是当故障电流越大时，保护动作时间越短。一般整定延时为10Is时的动作时间，即施加10倍整定值电流值时，保护的动作时间。几种反时限的特性曲线公式参照120系列的使用说明书。 3. 零序电流（方向）保护

方向元件与过流元件是与的关系。其逻辑关系参照说明书。 4. 三相一次/三次重合闸

重合闸原理与启动在前面已介绍，以下介绍几点需注意的地方：

自动重合闸的几个条件：充电完成；故障切除；跳位反馈；无闭锁开入。几种不启动重合闸的保护：过负荷；低周减载。

*在投入检同期条件测试时，切记在故障电流切除时，还要保证同期条件的存在；不能电压、电流同时退量。

重合闸延时为重合闸启动到动作的时间，而不包括保护跳闸的时间。

整组复归时间是整个重合闸过程的复归时间，即从重合闸启动到复归时间后，重合闸即不再动作。 5. 过负荷保护

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过负荷是指线路的负荷电流太大，在过负荷时，保护可启动告警或跳闸。 6. 小电流接地

小电流接地主要是在系统线路发生接地故障时，提供告警信息使用的。不启动跳闸。它采用自产的3U0与外接的3IO进行比较。 7. PT断线检测

PT断线在馈线保护中的应用与功率方向元件和低电压元件有关。可选择退方向、低压或退过流保护。

在120系列投入PT断线退保护控制字时，需要投入方向或低压元件控制字。因为PT断线和方向、低压都是反应电压情况，在方向或低压元件不投入的情况下，PT是否断线没有意义，所以不闭锁过流保护。 8. 线路PT断线

线路PT断线反应抽取电压PT的断线情况，一般在线路抽取电压发生断线的情况下，闭锁检同期/无压重合闸等。120系列判据是抽取电压无压（小于17.3V）；线路任一相有流（大于0.16In）；断路器合位。130系列判据见说明书。 9. 低频减载

低频减载是指在系统频率过低时断路器跳闸，以甩掉部分负荷。低频减载的条件为：Uab大于低压闭锁定值且Ua大于15V；频率小于整定值；断路器合位；滑差小于滑差闭锁定值；任一相电流大于无流闭锁定值。

在测试时，频率只判定Ua电压的频率值，而IRT测试仪的输出电压为Uab，在调试过程中需特别注意。一般可将IRT输出的Uab加在保护装置的Ua端子上即可。

*在试验过程中，如果动作或闭锁条件较多，在考核其中一个条件时，应保证其它条件处于保护的可靠动作状态，而不能都设置成临界状态进行测试。 10. 低压减载

低压减载是指在系统电压过低时，启动跳闸。其动作时需断路器位于合位；任一相有流（大于0.16In）；任一线电压小于整定值。 11. 充电保护

充电保护主要应用于母联或母分保护中，指在母分断路器由跳位变为合位以后，系统会由一段母线对另一段母线进行充电，此时如果存在母线接地等故障，则母分电流过大，保护动作启动跳闸。充电保护一般只存在于母分断路器由跳位变为合位之后的3S内。在3S之后，则靠母分过流保护来保护母线。

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（二）电容器保护 1. 过电压保护

过电压保护的作用是防止在单相接地时使非故障相电压升高；采用合成的线电压作为判别条件。需断路器合位。

2. 低电压保护 同馈线保护。

3. 不平衡电流、不平衡电压保护

采用外接的不平衡电流/电压作为判别条件。 4. PT断线检测

PT断线的判据与馈线保护相同，在发生PT断线时，可选择投退低电压保护等。

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2、主变保护调试

重要概念：差动、差速断、比率制动、平衡系数、相位补偿系数、二次谐波制动、CT断线、PT断线、复压方向过流保护、过负荷、风冷启动、调压闭锁等

主保护：比率制动式差动保护、二次谐波制动（220KV以上为五次谐波制动）、CT断线闭锁差动保护、速断/告警、PT断线，后备保护分为：复压方向过流保护、过负荷保护等。 1. 比率制动式差动保护

比率制动式差动保护需同时满足以下条件时差动保护动作 1）Idt＞Idzin 2）Idz/Izd＞Kzd

式中Idz为动作电流， Idz ＝|∑Ik|，即变压器各侧同相二次电流矢量和的绝对值， Izd为制动电流 Izd ＝∑|Ik|，即变压器各侧同相二次电流绝对值的和。 Kzd为制动系数

Idzmin为整定的差动最小动作电流 注：（1）实验中差动电流一般取两侧，如

A相差动电流：IdzA＝|Iah+Iam|或|Iah+Ial|或|Iam+Ial| A制动电流： IzdA＝|Iah|+|Iam|或| Iah |+|Ial|或| Iam|+| Ial 式中： Iah—高压侧二次电流，

Iam—中压侧二次电流， Ial—低压侧二次电流

*比率制动的测试一般有两种方法：一是固定高压侧电流，施加与高压侧反向的低压电流，改变低压侧电流的值，可得到制动的两个电流值；二是施加等值的高压侧电流和低压侧电流，改变两者的角度，可得到其动作区。 （2）两个重要参数— CT相位补偿系数，CT平衡系数

CT平衡系数：由于变压器各侧负荷电流及变比的不同，正常工作时各侧实际二次电流也不同，为使各侧工作于同一（或额定）电流下，引出CT平衡系数的概念，平衡系数的推导详见技术说明书，需要指出的是我公司的主变保护装置中并不是以某侧电流为基准进行补偿，而是三侧均以额定电流（如5A）进行补偿，且以5A为分母求出平均系数，如 高压侧CT平均系数＝IAh/IA；其中IAh为高压侧二次电流，IA为额定电流。

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在进行差动保护试验时，各侧施加的量应该先除以各侧的平衡系数再进行差动运算。

CT相位补偿系数：由于通常变压器一次接线为Y/△（Y/Y/△），在Y接线与△接线之间存在300的相位差，而二次接线为Y/Y（Y/Y/Y）时二次各侧仍存在电流的相位差，因此需对CT相位进行软件补偿，从计算的角度讲无论是超前300补偿，或是滞后300补偿，实验输入数据都相同，不同的是抵消差流的相别有所不同，以Y/△（一次侧）→Y/ Y（二次侧）为例（2：1---定值整定时高压侧相位超前300）

IAIaIaIA30IAIBIb图4，一次接线，高压侧滞后低压侧30度图5，二次接线，高压侧滞后低压侧30度，通过补偿实现同相位图4中：IA, IB, IC—为高压侧一次电流 Ia, Ib, Ic—为低压侧一次电流 图5中：IA, IB, IC—为高压侧二次电流 Ia, Ib, Ic—为低压侧二次电流

由图4知高压侧二次电流滞后低压侧300，为了使两侧电流相位相同，程序中计算用的A相电流取高压侧A相电流为线电流IAB，由图知IAB与低压侧Ia相位相同 这样IA与IA计算之间在幅值上存在√3倍关系，因为IA＝IAB/√3所以程序中实际取IA计算＝（IA-IB）/√3，这样IA计算与低压侧Ia之间不但同相，而且IA计算与IA大小也相同，达到相序补偿的目的。一般公式为：

IA计算＝∣（IA-IB）/√3∣ IB计算＝∣（IB-IC）/√3∣

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ICIcBIbIBIcIC

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IC计算＝∣（IC-IA）/√3∣

此时保护定值中整定CT1（高压侧）为2—超前300，CT3（低压侧）为1—超前00

根据差动电流计算公式

IdZa＝∣IA计算+Ia∣

即 IdZa＝∣（IA-IB）/√3KH+Ia/Kl∣ 同理

IdZb＝∣（IB-IC）/√3KH+Ib/Kl∣

IdZc＝∣（IC-IA）/√3KH+Ic/Kl∣

公式中 KH为高压侧CT平衡系数 Kl为低压侧CT平衡系数

注：这里提供的差动电流计算公式是保护程序中计算差动电流时使用，而说明书中

的公式指的是在“无相位补偿且CT平衡系数全为1”的情况下给出的。在做差动保护实验时，欲使A相差流动作，一般任在高中（高低/中低）之间施加A相电流形成大于整定值的差动电流，但由公式可知在相位为（2：1）时，施加A相电流，同时会形成大小相等的Idzc，此时可能C相差动也动作，因此必须在低压侧C相施加电流使Idzc为0，即令

Idzc＝∣（IC-IA）/√3KH+IC/Kl∣＝0 可得 IC＝-（IC-IA）/√3KH×Kl

如果高压侧只加A电流，则补偿电流为IC＝√3Kl/KH×IA

事实上，相位补偿方法较多，此例中也可对低压侧进行补偿，使低压侧滞后300，

同样可达到相同的目的。 2. 二次谐波制动

动作方程Idf（2）/ Idf（1）＞Kzd

Idf（2）是三相二次谐波分量失量和 Idf（1）是某相基波分量

因为在IRT测试仪中，不能将二次谐波含量作为变量施加，因而在进行谐波制动测试时，会因为突加大于动作电流的量会导致差动误动作，所以应先施加不大于动作电流的量，在增加电流大于最小动作电流，查看二次谐波是否可靠制动。

二次谐波在保护装置滤波处理时，较基波电流慢。

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3. CT断线

CT断线是为了防止在电流回路中因其中某一相CT回路发生断线而导致差动误动。

方法：打开任一侧电流N端短接片，为某侧某一相单独施加电流，其余电流全部串连，且不同侧之间应相差1800，然后使一相实际无流则CT断线出口。 CT断线的判据见说明书。

注：欲使CT断闭锁差动，则可模拟在满足CT断线的同时使差动电流大于差动动作值，此时差动应不动作，从而实现CT断闭锁差动。 4. 差速断保护

差速断保护反应主变各侧各相电流的大小，在电流大于差速断定值时，即动作于跳闸。差速断电流大小也与平衡系数有关系。 5. 复压方向过流

复压电压指低电压或负序电压，低电压可为任一线电压，负序电压由三相电压合成。复压启动条件可叙述为：任一线电压低于低压定值或负序电压大于定值时启动复合电压。复合电压取自本侧，指某侧复合电压由该侧电压产生，但实际应用中复合电压也可取自它侧，如高压侧电压取自变压器中压侧PT电压，即将中压侧二次电压引入保护装置的高压侧复合电压端子。另外保护装置中某侧复合电压启动后，提供一副本侧复合电压开出节点，以供其它侧复合电压开入使用，因为ID系列变压器保护中任一侧复压启动后也同时启动其它两侧，具体通过“外部复合电压开入”硬压板实现。

在测试复合电压时，需断开外部复合电压开入，以免外部复合电压启动本侧过流保护。

功率方向模块与其它保护相同，此处需考虑与复合电压的配合，以免复压闭锁过流导致方向元件测试不准。

6. 零序功率方向过流保护

零序功率方向元件与其它保护相同。在本保护中，判别方向用的3U0与3I0均采用自产零序；判定大小用的3I0采用外接零序CT。

需注意，在主变保护中，多时这样：判方向时的量采用自产，判大小的量采用外接。

7. 间隙零序保护

间隙零序过流/过压保护均采用外接零序，判大于整定值时动作于跳闸。

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8. 过流保护（过负荷、调压闭锁、风冷启动）

过流保护反应变压器的异常运行，其判别条件分别对应A、B、C电流的大小。即：过负荷对应于A相电流、调压闭锁对应于B相电流、风冷启动对应于C相电流。试验时需注意。

过负荷只动作告警，而不跳闸。

调压闭锁指在变压器过流时，闭锁变压器的调压功能，所以调压闭锁节点在装置运行且无过流时为常闭节点，当变压器过流时，将节点打开。

风冷启动是指在变压器过流时，启动风扇进行散热。因而风冷启动节点一般接交流回路。在保护装置的开出节点两端并有电容，所以在现场如果风扇与电容匹配不合适时，会出现保护不过流而风冷也启动的现象。此时需将电容去掉。

9. 零序选跳功能

零序选跳功能的作用时当接地变发生零序过流时，选跳不接地变。其动作原理是：当接地变保护发生零序过流时，启动零序选跳开出；不接地变保护在接受到零序选跳开入以后，如果发生零序过压的现象，则动作于跳闸。

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3.110kV

1. 距离保护

线路保护

距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的阻抗（距离），并根据距离的远近而确定动作时间。短路点距离保护安装处越近，距离元件指测量短路点到保护安装地点的阻抗（距离），阻抗继电器即是根据所加的电压和电流测知保护安装处至短路点之间的阻抗值，则阻抗成为测量阻抗。短路点距离保护安装处越近，其测量阻抗越小，动作时间越短。将该阻抗与整定阻抗值进行比较，当小于整定阻抗值时，保护动作于跳闸。

系统阻抗：指电源阻抗与线路阻抗和 线路阻抗：被测线路阻抗值 线路阻抗角：线路电压与电流夹角 故障电流：动作时电流

故障性质：瞬时故障/永久故障，前者可在重合闸实验中使用；如果选用重合闸后加速功能，则需要选用永久性故障。

公式推导：距离保护动作时阻抗一般公式推导：

已知：图中 AB与OB垂直

Zset—保护整定阻抗值 θ—第一象限偏移角 ф—输入正序阻抗角 α－正序阻抗角整定值

Zopф—输入正序阻抗角为ф时的动作阻抗

Zopθ—第一象限偏移角为θ，输入正序阻抗角为（α－θ）时的动作阻抗

公式推导如下

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Zopθ ＝ Zset/cosθ

Zopф＝Zopθ

/cos(±(α－θ-ф))

＝ Zset/(

cosθcos(α

－θ-ф))

通常，正序阻抗角整定值α为 700，而第一象限偏移角为300或450， 当 θ＝300时

Zopф＝ Zset/(cos300cos(700－300-ф))

＝2√3 Zset /(3 cos(400-ф))

当 θ＝450时

Zopф＝ Zset/(cos450cos(700－450-ф)) ＝√2 Zset / cos(250-ф) 2. 启动元件

启动元件是用来开放允许出口跳闸逻辑的继电器元件。它是保护动作的一个前提条件。线路保护的启动元件说明见说明书。 3 振荡闭锁（闭锁距离保护1，2段）

Zms,Zns: 系统阻抗Zl: 线路阻抗ZlZnsN测量阻抗轨迹～MZms～振荡闭锁内边界当Zms=Zns时振荡中心阻抗为Zl/2振荡闭锁外边界图7.振荡闭锁原理示意

振荡原因：电力系统中由于输电线路输送功率过大，超过静稳定极限，由于无功功率不足而引起系统电压降低或由于短路故障切除缓慢或由于非同期自动重合闸不成功都可能引起系统。

动作原理：当测量阻抗穿越由振荡闭锁内外边界组成的圆环的时间大于一定值时，认为系统发生振荡，此时输出闭锁信号。

在振荡闭锁实验中常将线路两端的系统阻抗整定相同，目的是找出线路振荡中心的阻抗值，便于实验，此条件下，振荡中心的阻抗即为线路阻抗的一半。即以Zl/2为输入阻抗与距离保护的阻抗定值进行比较。在定值设定时振荡周期不能小于振荡闭

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锁动作时间。

4 不对称故障相继速动

不对称故障相继速动原理如下图，当不对称故障时，利用近故障侧切除后负荷电流的消失，可以实现不对称故障时相继跳闸。

其动作原理为：当线路末端发生不对称故障时，N侧I段动作快速切除故障，由于三相跳闸，非故障相电流同时被切除，M侧保护测量到任一相负荷电流突然消失，而II段距离元件连续动作不返回时，将M侧开关不经II段延时而跳闸，将故障切除。

MABCN～～图8.不对称故障保护原理图

动作过程为：模拟不对称故障（详见示例）使本侧线路距离2段启动，但应设定足够的延时使距离2段起动但不能动作，使非故障相电流由“有流（>0.16In）”突变为“无流（<0.08In）”此时如果距离2段仍不返回，不对称动作加速跳闸。如果不对称动作后实验仪仍施加故障量则达到2段延时后距离2段仍能动作。以下以BC相间短路为例说明线路阻抗动作值的计算。

条件： 三相电压 Ua=57.7V Ub=25V Uc=25V 相角 0 240 120 三相电流 计算得出相角 Ia=1.50 0 Ib=5A Ic=5A ？ ？ 求：Ib, Ic相角及线路阻抗Zl

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90Uc90Ic20018070Ib(Ibc)Ubc270Ib(Ibc)Ub270Ubc200200Ua图9 BC相间短路分析

计算：Ubc=25 X 1.732 = 42.5V Ibc = |Ib – Ic| = 10 A 则短路阻抗 为：

Zl = Ubc/Ibc = 4.25 Ω 相间短路时：

（1） 故障相电流相位相反

（2） 线路阻抗角700，即线电压超前线电流700

（3） 故障相电压降低，相位不变。

分析B、C相电流相位：根据已知条件知Ubc相位为2700，而Ibc滞后Ubc700，即为2000，因为故障相电流相位相反，即Ib与Ic相位相反，推之Ib为200，Ic为2000。

5 双回线相继速动

双回线原理如下图,假设对M侧保护，L1末端故障，短路初，保护1、3的三段距离元件均动作，分别闭锁另一回线二段相继速动保护，其后保护2由距离一段跳开，保护3动作继电器返回，闭锁信号返回，保护1收不到闭锁信号，同时二段距离继电器等待一个短延时不返回，则立即跳闸。

a) 本侧闭锁信号输出条件：控制字投入；本侧2段起动；

b) 动作条件：本侧二段动作，在300ms内收到对侧发出的闭锁信号（实验时引

入闭锁信号开入，并由硬压板控制开入信号的有无），其后该信号消失，则双回线动作，如果故障仍存在本侧二段动作。

c) 本保护仅在突变量启动元件动作后的300ms内投入，闭锁信号为三段距离元

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件动作。

1M2N4L1L2～3～图10.不对称故障保护原理图

6 接地距离保护 7. 零序功率方向保护

零序功率方向采用零序电流与自产3U0进行比相，其功率方向特性与其它保护相同。

零序功率方向保护有跳位闭锁功能，即断路器跳位开入如果存在时，用试验仪加量，保护不会动作。但本保护不需要判合位。 8. 低频减载

低频减载功能与120馈线保护基本相同。详见说明书。 9．重合闸

重合闸功能在前面已有介绍，详见说明书。

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4.备自投

重要概念：备自投；充电；放电；备自投失败；充电保护；过流保护；过负荷联切。

备自投的概念是备用电源自动投切；即在电力系统运行过程中，如果发生工作电源失电的情况，需跳开工作电源，并自动投入备用电源，恢复对系统的供电。

备自投的动作逻辑一般只能动作一次，即备自投逻辑完成之后，要进行放电。如果需要备自投再次动作，则需要等待下一次充电完成。

充电是指反应系统正常运行方式的一种标志，所以充电需要几个必要条件：断路器位置正确；相应电压量正常。所以备自投充电标志是备自投动作的一个必要条件，在进行试验时，首先要看备自投是否充电。

放电是指备投所需的正常运行方式因为人为等原因被破坏，而使备自投失去意义时。它有以下几种方式：手动跳开工作电源；备用电源合闸；外部闭锁；备自投失败等。

备自投失败是指备自投发出跳闸或合闸命令后，断路器没有正常动作。其判据为在备自投跳合闸动作后，3S内仍没有相应的断路器变位。备自投判定断路器是否动作成功的依据是跳位节点的正确变位，所以在备自投失败时，首先要查看断路器位置开入有没有。

备自投是单位置判定的，即一般备自投逻辑只判定断路器的跳闸位置，所以当断路器的跳闸位置开入没有时，即认为是合闸位置。

主接线图上的位置也是靠位置来判别的，即没有跳位开入时，断路器合上，当有跳位开入时，断路器分开。但是对馈线等保护来讲，主接线图上的位置是靠合位来判别的，即当有合位开入时，断路器合上，没有合位开入时，断路器分开。

在做备自投试验时，因为备自投的动作包含工作电源的跳闸和备用电源的合闸，而每个环节均需要判断路器的正常变位，所以在进行备自投试验时，一定要接好断路器回路，并将断路器的跳位节点反馈到装置上来。

备自投的动作是指当备自投充电完成后，如果发生工作电源失电的情况，且此时备自投没有放电的条件，此时则动作与工作电源跳闸，在工作电源跳闸成功后，将备用电源合上。

常用的几种备自投方式有线路备自投，母分（联）备自投，变压器备自投等，参

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照说明书进行介绍。

充电保护、过流保护、过负荷联切都是备自投的一种辅助功能，主要是针对母分备自投而言的。充电保护与馈线的配置一样，过流保护存在于整个过程中；两者均是以母联电流作为判定依据的。过负荷联切是指当母分断路器由分位变为合位后，监视工作电源的进线电流，如果系统负荷过大，则跳闸甩开部分负荷。过负荷联切的开出一般只有一个，如果用户需要跳多个负荷，则需要经过中间继电器重动后，在接入相应的操作回路。

5.本体保护和电压切换

本体保护是指针对变压器非电量故障所采取的保护，它都是通过现场的节点来启动装置的继电器并由继电器节点来驱动断路器的跳闸或发信号的。在本体保护中，一般发信号的回路不需要加延时，而有些启动跳闸的回路需要加延时继电器来处理。

在本体保护中，应注意延时插件的延时整定；继电器的节点是否保持，一般信号回路的节点是保持的，跳闸回路的节点是不保持的。

本体保护的电源监视灯回路在装置的延时插件上实现的，所以对XBB-12不带延时插件的装置来讲，面板上的电源监视灯是不会点亮的。

本体保护的设置与测试祥见产品说明书。

电压切换装置的功能是完成现场PT的二次回路的切换，当有现场PT进行检修时，保证保护或测控装置的引入电压不间断。一般有PT并列、一母重动、二母重动几种方式，在正常运行时，应有两种方式同时存在。

本原理主要结合图纸进行介绍。

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三.保护调试中注意事项

1．操作回路电源是否正常工作 2．操作回路接线是否正确 3．保护软压板是否投入 4．保护硬压板是否投入 5．交流回路控制开关是否闭合 6．直流电源开关是否闭合 7．实验仪运行程序是否正确 8．交流电压/电流回路接线是否正确 9. 转换开关切换是否正常 10. 手动合闸/跳闸操作是否正常 11. 开入回路是否正常 12. 开出回路是否正常 13. 测量量显示是否正常 14. 是否存在控制回路断线 15. 电源监视节点是否正常工作

16. 操作回路/模拟断路器电源被切断时不能进行手动操作 17. 操作回路电源短接片是否接触可靠

以上是本次培训的主要内容，其它保护等装置的原理及调试在以后的工作中再加入，另外一些常见问题的分析及处理在最近时间内整理后交给大家参考。

附：PC TOOLS配置文件制作注意事项

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PC TOOLS配置文件制作注意事项

一：pc tools组成、功能及配置文件文件组成 1:主要组成及功能

通讯功能(comm.)

支持PC机——装置间所有功能模块数据信息传递,通讯文件出错时所有模块均会出错. 整定值修改（svc）

支持查看、保存和修改保护的定值 分析工具(analysis)

可以对HI及PC机中的数据进行故障，跳闸信息的图形、向量分析 波形参数修改

对波形参数进行修改,为了存盘和时间格式的需要而改变AI通道 允许清除CPU卡中的保存的历史数据 历史报告显示

显示保存的历史信息：报警记录、故障报告、事件记录，可以对最新纪录进行默认保存。 显示编辑单线接图 编辑和下载单接线图 参数显示

查看DI/DO的名字、软件灯LED的名字、装置的名字和铭牌以及DI/DO地址信息

2: 配置文件组成（五部分）

分析工具: analysis\\dct\\***.dct

查看和分析图表所代表的故障，跳闸信息

图表包含单相和8路波形、单路和8路矢量图、零序/负序波形和零序/负序矢量图，这些图表就如同阻抗的轨迹或波形一样

画面打印功能：对各种可见数据的分析图形有现场打印功能。 历史显示: historydisplay\\***.txt 滤波参数显示:opc\\dct\\***.dct 参数显示: parameterschange\\***.txt LED软件的名字不多于12个字符.

定值修改: svc\\***\\dsp.dat

. 定值范围（包括小数点后数字在内总共5位数,现在最长8位） . 定值步长（包括小数点后数字在内总共4位数） 如果定值输入不在范围内，最大和最小值将要得到调整。

二：配置文件制作及注意事项

装置名和装置号都不能超过8个字符。

如果没有该项配置文件会导致通讯异常，对于定值项，当整定值配置文件错误时会导致系统报错(行数,变量等错误)。

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1：analysis\\dct\\***.dct a: 版本不同，ai总数不同

b:滤波器可以由多个同时使用 c：最大8字节，显示控制

d: 保护正在处理数据，请等待；cpu中没有故障数据

e：波形都包含10个周波。电流和电压是测量值，阻抗是根据电流和电压值由ExHI软件计算得出的，名称下面显示着一些设定值，像阻抗和最大灵敏角。

f：在操作“录波参数修改”之前从CPU卡向PC机上载数据是非常必要的。这是为了保存在CPU卡里的数据的安全着想。

注意：要显示一个短路阻抗轨迹表，必须要在CPU卡的存储器中保存多于两相的数据，至少要一相电压、一相电流。不论是否通过录波保存数据，用户可以设置每一路AI通道。而且，用户要想得到精确的阻抗轨迹表，应该保存三相数据，电流和电压都要有。 2：parameterschange\\***.txt

a：注意开出开入扩展卡的开放使用 3：svc\\***\\dsp.dat

a：注意cpu总数填写位置

b：一页一共15行，总页数填写，最大总页数30 c：阵列显示remark=7 4: historydisplay\\***.txt

事件报告每一条记录包含如下信息：

.时间标志 .CPU名称 .DI或DO指示 .通道编号 .DI/DO的名称 .DI/DO的状态

告警报告每一条记录包含下列信息：

.时间标志 .CPU名称 .告警信息

三:常见出错原因

配置文件错误：

1：通讯出现通讯不上或报dct文件没有（缺少配置文件）,分析工具通讯上但没有cpu卡号显示）

2：某整定值显示没有、数据错位（配置文件缺少该整定值项）

显示是装置的整倍（配置文件中ry_step不是step的单元数） 双cpu只显示一个（整定值配置文件中标头没有设置上2）

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2：分析工具中dido名称显示出现乱码（配置文件中长度超限）

出现字符、空行而不是汉字（pc 要求8路di 8路do 8路….程序中默认16路而导致

pc调用出错）

3：参数显示种缺少扩展卡（相应卡false改为true）

4: 所有模块通讯出错，并且工具从光盘拷贝时注意要修改文件属性为存档。

版本错误出现的毛病：

1：分析工具中dido名称显示出现有规则字符而不是汉字，图形错位180度,新版本中有选择录播次数的数据选择框而老板本没有。

2：参数显示dio名称显示正确，地址显示不正确（注意：地址显示的名称显示与上面不一致）。 3：参数显示中软件灯显示为多cpu但装置中为1个 4：整定值不能阵列显示

5：历史报告中事件报告没有分dio 和seq分项显示 6：滤波参数修改中10路或13路通道总量与程序中不对应

注意：复制过程中有时会出现意外导致程序出现异常。

许继日立公司工程部 2004年4月27日

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