综合自动化变电站主变压器的保护与监控

发布时间：2007年01月17日
作者：张玲
来源：张玲
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主变压器（简称主变）是变电站的核心设备，它的安全运行直接关系到整个变电站的正常可靠运转，因此，综合自动化系统中变压器的保护与监控具有十分重要的作用，应给予充分的重视。本文阐述CSC2000 变电站综合自动化系统的网络结构与特点,提出了该系统中主变压器继电保护模块、监控系统和事件记录系统的设计原则，并详细分析了各功能系统的原理、实现方法和相互关系。

(一) CSC2000 变电站综合自动化系统

间隔层按一次设备（一台主变，一条线路）分布式配置。各间隔内的设备相对独立，仅通过站内通信网联，并同变电站层的设备通信。间隔层一般包括测量和控制设备，负责相应间隔线路或变压器的参数测量状态监视和断路器刀闸的控制、联锁；保护装置在相应线路或主变故障或异常时动作。间隔层还包括一些其它智能装置，如故障记录装置和备用电源自投

装置等。间隔层的装置或设备均通过常规二次电缆同开关场的一次设备相连。

变电站层也采用分布式结构，包括当地监控PC机、远动通信接口和用于专业管理的工程师站PC机以及专用设备网络主站1～主站3。当地监控和远动接口相互独立。

主站1和主站2完全相同，称为监控主站。它一方面作为当地监控和远动系统与站内局域网 Lonworks 的网络接口，另一方面设有一个实时数据库，存放着全站各测点的模拟量和状态量，通过通信接口与当地或远方监控计算机通信。早期主站与当地监控PC机通信接口为串行RS232方式，最新设计的主站已采用Echelon 公司的最新技术，将主站直接放在监控PC机内，通过PC机内总线交换数据，增强了可靠性和实时性。

主站3是工程师站，有两个 Lonworks 接口，分别接至录波专用网和监控网，当地PC机可迅速将分散在各保护装置中的录波插件的记录数据存盘并进行波形显示和计算分析等工作，它还通过Modem接至公用电话网，从而可利用PC机在远方同网上任一元件通信或调取录波记录。工程师站主要为专业管理人员设计，不允许一般人员进行任何操作。

CSC2000 系统设计了两个独立的网络，一是监控主网，另一个是故障录波专用网。网络是引进美国Echelon 公司先进的专用于测控领域的局域Lonworks [2]技术（其核心技术是 Neuron 芯片），采用传输速率为78kbit/s～1.25Mbit/s的双绞线总线网。变电站层通过网络同各间隔层通信，收集由各间隔层接点采集的各种信息和事件报文，以及下达控制命令等。另外对于220kV及以上电压的枢纽变电所，为了提高可靠性，设置双重化的监控网，重要的间隔层设备也设置了双网接口，可同时接至两个双绞线网。

（二）主变压器保护与监控的设计原则

1、继电保护功能相对独立

由于继电保护在保证电网安全稳定运行方面起着特殊的重要作用，综合自动化系统绝不能降低继电保护的可靠性，CSC2000中的保护装置不是专为综合自动化环境设计的，而是立足于常规应用环境，兼顾综合自动的特殊要求。

系统中继电保护按被保护的电力设备单元(间隔)分别独立设置，保护所需的电流电压量直接从相关的TA和TV二次线圈引入。保护逻辑判断所需的各种开关量也是独立引入。

保护还设有独立的跳合闸回路、相应的保护投退及出口压板。面板只显示必要的动作信号和告警信号,同时可经打印机直接打印。

总之，保证继电保护功能完全不依赖站内通信网、当地监控或远动系统。

2、主变压器保护中的综合自动化功能

(1) 为满足综合自动化功能要求，主变保护加强了网络通信功能，每套装置中均装设了两个Neuron芯片，可以同时连接两个 Lonworks 双绞线网。

(2) 保护动作后可上送动作事件或告警的SOE报文，以满足远动要求。

(3) 具有远方召唤保护定值、压板状态以及动作报告的功能。但对主变保护，目前暂不设远方修改定值的功能。

(4) 每一保护或智能装置在网络中都作为一个网络节点，各装置定时上送状态报文,以检验该网络节点通信的异常情况。

3、独立的主变压器本体保护

按照“反措”要求，主变本体保护独立设置。其作用是本体开关量输入经重动继电器重动后,给出跳闸接点和信号接点，对非综合自动化系统，这些信号接点主要作为中央信号，而对综合自动化系统,这些信号接点引至主变断路器控制单元的遥信开入端，以便通过网络上报。

4、独立的断路器控制单元

主变的遥信以及遥控的执行元件都在相应间隔分散装设，这样可以简化站内二次电缆，对主变压器，这些功能不考虑由该间隔的保护装置来兼顾完成，而是设置一个独立的断路器控制单元。

5、专设的测量单元

低压配电线路保护都同时具有测量功能。但对变压器, 则通过在电能表屏上装设的专用测量装置计算主变各侧的电流、电压、有功、无功和频率等, 并上送给网络, 这是由于主变各侧均属重要测点,应该保证其测量精度。

6、分散式录波功能

主变保护配置专用录波插件, 记录主变各侧的电流量和开关量, 并通过专用高速通信网送至一个全站公用的专用于录波的PC机存盘。这种记录方式可以减少硬件重复, 简化站内二次电缆,并可互为备用。

7、网络实现有载调压

网络主站自动根据从通信网获得的电压和功率因数以及系统状况, 进行分析和决策,并通过通信网由断路器控制单元执行调压控制。

（三）、主变压器保护与监控的构成与实现

图2表示了间隔层主变间隔中保护、监控和测量的实现框图。

１、主变压器保护CST

为了不使保护装置复杂化而降低可靠性, 主变保护装置不兼顾遥测、遥信和遥控任务。保护配置可根据电压等级及重要性程度, 在CST1OOA或CST200A系列中选用, 它们有多种型号以满足不同要求,每个装置都带有Lonworks 接口。主保护与后备保护均由互相独立的CPU承担。保护功能配置随电压等级的不同而有所不同。双重化配置的主保护可选不同的保护原理。

保护的动作事件报告及SOE报文可直接上送监控网络, 以提供给当地监控PC机和远动主站。动作事件报告包括跳闸时间、跳闸元件、故障相别、短路电流及跳闸时刻故障波形。装置内部自检, 并提供出错信息。监控主站以广播方式通过监控网络与各保护装置及智能装置对时，保护的定值及压板状态可通过召唤送至网上。但考虑到主变的运行方式比较稳定，

同时考虑其可靠性, 均未设置定值的远方修改及软压板的设置、投退功能。

装置面板实时显示各相电流、电压及有功、无功、频率的一次值。保护装置内设有独立的专用故障录波插件, 可记录主变各侧的各相电流、电压量和有关动作出口的开关量。记录数据可通过专用录波网络送到工程师站PC机予以存储和分析。故障记录可按分段或不分段方式记录。还设有保护动作闭锁备自投和过负荷闭锁有载调压功能。

2、本体保护CSR

独立完成主变的所有本体开关量保护, 重瓦斯等信号经跳闸继电器跳闸, 轻瓦斯等告警信号经重动继电器给出中央信号和远动信号, 这些远动信号均可进入断路器控制单元作为遥信送到网上。

3、断路器控制单元CSI

CSI301A专为主变压器设计, 作为分布式的遥信和遥控单元, 主要实现以下功能：

(1) 实现主变间隔内即主变各侧各开关和刀闸的状态遥信功能, 所有状态输入可以作为单独的遥信输入,也可作为SOE事件输入。同时还可将刀闸、断路器输入状态作为遥控条件, 用于控制断路器、刀闸及刀闸操作电源。

(2) 对变压器各侧断路器及其周围刀闸进行可编程遥控操作, 可实现本间隔范围内的防误操作闭锁。

(3) 设有变本体保护的遥信输入端, 可接入CSR的本体动作和告警远动信号, 这些信号通过本装置上通信网。

(4) 对变压器有载调压装置设有接口,即具有有载调压的控制接点和反映调压分接头的状态输入。调压主站接收专用测量装置测得的母线电压、变压器输出的有功功率、无功功率及电流值和CSI提供的主变调压分接头位置, 以此判断变压器输出的电压及功率因数是否在规定范围内, 并通过CSI调节变压器分接头位置, 或通过电容器保护投切电容器。

(5)设有刀闸和断路器的“远方控制投入”开入量端子, 以便就地操作时, 闭锁由监控网传来的远方操作命令。

4、测量单元CSD

CSD22A集中式测量装置, 可以实现两台主变各侧的三相电流、三相电压、功率因数及有功功率和无功功率的测量。还可记录各侧的有功和无功脉冲电能表脉冲数, 将其送至网上。由于电压、电流量均从TV和TA引入,因此可保证其测量精度。

CSD12A集中式遥测、遥信、遥控装置, 设有同热电偶接口的测温输入端子，用于测量主变油箱温度等。

如果按照上述设计原则构成的主变压器间隔保护、监控和测量单元,应用于CSC2000变电站综合自动化系统。该系统已经过几十个综合自动化变电站运行的考验, 证明设计合理, 运行稳定可靠。随着综合自动化技术经验的不断积累、丰富, 还将进一步改进和完善设计思想, 以满足变电站综合自动化不断发展的需要。