变压器成套保护单元技术说明
概 述
CR—21B型微机变压器成套保护测控装置适用于电力系统35KV，110KV变电站的两圈及三圈变压器成套保护和测量，由变压器主保护单元，后备保护单元，测控单元三部分组成。两圈变压器的控制保护由两圈主保护单元，后备保护单元，测控单元各一台完成。三圈变压器的控制保护由一台三圈变压器主保护单元，两台或三台后备保护单元，两台或三台测控单元构成。根据用户的方案要求，单元可灵活配置。
工作原理
本单元集远动保护、控制为一体，采用交流采样技术，采样频率为600Hz，各个量的基波及谐波用差分和付氏算法求得，通过数字滤波，显示各电量，作出保护逻辑判断，驱动或闭锁单元上的出口继电器，同时有利于消除模拟通道的零漂，还具有较高的精度和可靠性。单元具有完善的防跳回路及断路器控制电路。可靠的自保持回路，保证了开关拒动时不使继电器损坏。
1、 变压器主保护：
差动速断、二次谐波制动比例差动保护、主变本体重（轻）瓦斯保护等。 2、 变压器后备保护：
复合电压启动的过流保护（带有两段延时）、过负荷保护、调压装置重（轻）瓦斯保护、PT断线闭锁、零压零流保护、零序电流保护、零序电压保护等功能。 3、 变压器测控单元：
测量电压、电流、功率、功率因数、频率、时间、测量温度、调压分接头位置、风
扇启停、自动(手动)、远方(就地)有载调压、电流(温度)启动风扇、通风故障告警、有载调压告警以及远方急停等功能。
产品功能
一、主保护CR-21BZB 1、 差动保护
1.1.1两圈变压器
设Ih为高压侧电流，I1为低压侧电流，利用付氏算法可求得，
差动电流： Id=|I1+Ih| 循环电流： I=|I1—Ih| 制动电流： Izd=I/2
原理上，正常运行和变压器外部故障时，Id=0；变压器区内故障时，Id=If。 If: 故障电流（电源侧电流） 1.1.2三圈变压器
设I1为高压侧电流，I2为中压侧电流，I3为低压侧电流，利用付氏算法可求得：
差动电流： Id=|I1+I2+I3| 制动电流： Izd=MAX|I1,I2,I3|
原理上，正常运行和变压器外部故障时，Id=0；变压器区内故障时，Id=If。 1.2.1差动速断动作判据为：
Id>Idset1
其中Idset1为差动速断定值，当满足上式时出口跳闸,Idset1的整定条件是避开变压器的励磁涌流。一般取Idset1=4Ie~10Ie。 1.2.2比率差动动作判据为：
Id>Idset2+Kr(Izd—Izd0)
其中Idset2为差动门槛，Idset2=(0.2~1.6)Ie,Kr为差动比例，Kr=0.25~0.8, Izd0为制动电流门槛值,一般Izd0=1.0Ie。
1.2.3二次谐波制动条件为：
I2d>Ks*I1d
其中I1d，I2d分别为差动电流的基波量和二次谐波量，Ks为制动比(即谐波比率)，一般取0.1~0.3,该条件满足将闭锁比率差动保护,另外,CT断线也将瞬时闭锁比率差动保护。差动保护动作速度
差动速断定值：
Idz=3～10Ie
定值取3～10倍额定电流。 二次谐波制动比例差动保护： 差动定值（差动门槛）：
Ids=0.2～1.6Ie
定值应大于最大负荷时差动回路的不平衡电流,一般取0.2~1.6倍额定电流。 制动电流最小值（制动门槛）：
Izd=1.0Ie
定值一般取额定电流。 制动系数：
Kzd=1.3*(0.1+du+0.05)
其中du为调压范围的一半。 二次谐波比例可取0.1~
0.3
图1.1差动保护动作特性曲线 2、瓦斯保护
瓦斯保护包括主变重瓦斯、主变轻瓦斯、调压重瓦斯、调压轻瓦斯保护。对于保护跳闸，采取强电直接跳闸，同时将信号采入CPU进行处理，以便保护就地显示及向监控系统传送。采用强电跳闸可以减少中心环节，确保非电量保护可靠跳闸。 3、控制
完成主变高压侧开关的手分手合，遥分遥合。
二、主变后备保护CR––21BHB
1.保护功能：
1.1二段复合电压启动的方向过电流保护
正序电压U1，负序电压U2和三相电流I（A，B，C）幅值通过差分和付氏算法求出，当A、B、C三相中任何一相电流幅值大于整定值时，且正序或负序电压低于整定值时，相应定时器启动，返回系数大于0.92，当定时器时间大于整定时间时，保护动作。
动作判据： Im>Iset
U2>U2set 或 U1
T>Tset
方向动作判据：按45度方向继电器原理判断
其中U2为负序电压，U2set为负序电压整定值，U1为正序电压，U1set为正序电压整定值。一般电压值取低压侧，电流值取高压侧。时间T为两段延时，一段跳分段，二段跳本侧。
1.2过负荷保护
动作判据： Im>I3set T>Tset
其中Im为三相电流中的最大值，I3set为过负荷整定值，过负荷可发信号及闭锁调压。
1.3零序过流保护
动作判据： I0>I0set T>Tset
1.4 零序过压保护
动作判据： U0>U0set T>Tset
保护投入时可在故障时动作跳闸，保护退出时在故障时则只报警不跳闸。
1.5零序电压闭锁零序电流保护
动作判据： U0>U0set I0>I0set T>Tset
1.6 PT断线闭锁
可闭锁保护并发信号
2.测量功能：
全部电量的测量采用交流采样获得，采样元件采用精密电压电流传感器，体积小，重量轻，负载小，可以测量回路的正序、负序和零序电压、电流、零序电流，直接汉字显示实际值（二次侧值）。
3.控制功能：
本装置可通过就地的分合按钮或后台机遥控命令主变低压侧开关断路器的分合。分合指示灯指示分合状态。
三、主变测控 CR-21BCK 1． 测量功能
电压：Ua，Ub，Uc，Uab，Ubc，Uca，3U0 电流：IA，IB，IC 功率：P（有功），Q（无功），功率因数 频率：f 主变分接头位置： 2． 控制功能
2.1 有载调压自动（手动）、就地（远方）控制:
按逆调压的原则，对有载调压变压器档位进行调节，通过后台机与电容器投切配合，提高电压合格率，降低无功损耗，实现变电站电压无功综合控制。
本单元还有有载调压故障报警的功能，当主变过负荷时可闭锁调压。后台机可通过通讯远方调节分接头。
2.2主变风扇控制风扇启动判据：
T＞Ｔset ；t ＞tset 或 I ＞Iset ；t ＞tset
T为主变温度，I为主变电流，Tset、Iset分别为温度及电流定值，tset为延时定值。风扇启动命令发出5S后，若风扇拒动，则发通风故障信号。
2.3远方急停控制：
动作条件： t>tset
t为调压延时
后台或调度下发远方急停命令，经过设定的调压时间延时，跳闸信号出口启动跳闸
技术参数
1、 主变主保护
差动速断整定范围： 10.0A ～ 51.2A，级差0.1A 平衡系数1整定范围： 0.50 ～ 1.50，级差0.01 平衡系数2整定范围： 0.50 ～ 1.50，级差0.01 差动门槛整定范围： 1.0A ～ 10.0A，级差0.1A 制动门槛定值范围： 2.0A ～ 10.0A，级差0.1A 比 率： 25% ～ 80%，级差1% 二次谐波比率： 10% ～30%，级差1% 2、 变压器后备保护
过流定值整定范围： 2.0A ～ 51.2A，级差0.1A. 过流延时1整定范围： 0.00S ～ 5.00S，级差0.02S 过流延时2整定范围： 0.00S ～ 5.00S，级差0.02S 负序电压定值范围： 3.0V ～ 16.0V，级差0.5V 低电压整定范围： 30.0V ～ 70.0V，级差0.5V 过负荷整定范围： 2A ～ 30A，级差0.1A 过负荷延时： 1S ～ 10S，级差1S
零序过流定值整定范围： 0.40A ～ 10.00A 级差0.02A 零序过压定值整定范围： 1.0V ～ 24.0V 级差0.5V 零压零流延时： 0.20S ～ 5.08S级差0.02S 零序过电流延时： 0.20S ～ 5.08S级差0.02S 间隙过压定值： 100V ～ 200V级差1V
间隙过压延时： 0.20S ～ 5.08S级差0.02S 间隙过流定值： 1.5A ～ 125.0A级差0.5A
3、 主变压器测控单元
风扇启动定值整定范围： 0.5A ～ 5.5A 级差0.1A 风扇启动延时定值整定范围： 5S ～ 1270S 级差 5S 调压延时： 1S ～ 60S 级差 1S
调压闭锁定值整定范围： 0.5A ～ 5.5A 级差 0.1A 调压闭锁延时： 5S ～1270S 级差 5S
液晶显示说明
(1)主保护:
显示差动电流 显示制动电流 显示时间 显示二次谐波电流 显示八个遥信量（0为分，1为合）显示八个故障记录
差动速断的投入和退出(ON为投入,OFF为退出)
差动保护的投入和退出(ON为投入,OFF为退出)
(2) 后备保护(ZBH—6型)
地址号范围1～254 波特率为通信速率，从300至9600任选
显示三相电压 显示负序电压 显示三相电流 显示零序电流
显示零序电压
显示八个遥信量（0为分，1为合）
显示时间
显示八个故障记录
记录储备事故信息，在此画面显示四个事故信息。
当超过八个事故时,自动将最初信息清除，显示最新的八
个事故信息。另外四个事故信息将在下一个故障记录画
面上显示。
过流保护的投入和退出（ON为投入，OFF为退出） 低压启动的投入和退出（ON为投入，OFF为退出） 负序启动的投入和退出（ON为投入，OFF为退出）
过负荷的投入和退出（ON为投入，OFF为退出）
零序保护的投入和退出（ON为投入，OFF为退出）
PT断线的投入和退出（ON为投入，OFF为退出）
地址号的范围1～254
波特率的范围300，600，1200，2400，4800，9600
（3）变压器测控单元
显示主画面：
三相电流，有功，无功，COSф值
8个遥信量用于主变档位信号
电压显示画面：
电压值为一次测量值。
电度显示画面
电度为外接脉冲电度的值
显示八个故障记录
记录储备事故信息，在此画面显示四个事故信息。当超过八个事故时,自动将最初信息清除，显示最新的八个事故信息。另外四个事故信息将在下一个故障记录画面上显示。
三相三线的投入或退出 PT变比的设定：1—255 CT变比的设定：50—3000
波特率=300，600，1200，4800，9600
风扇控制的投入或退出
遥信控档投入或退出
地址号的设定：1—254
调压闭锁投入或退出
调试大纲
CR-21B变压器保护分为主保护单元、后备保护单元和测控单元，变压器主保护、后备保护单元及测控单元，采用相同的硬件，都是由CPU模块、交流采样模块、电源模块及继电器模块构成。 （一）试验前的准备（参见线路保护单元） （二）如何使用菜单（参见线路保护单元）
（三）直流电源及操作回路的测试（参见线路保护单元）
（四）定值校验（按要求整定好定值，断路器在合闸位置，跳合闸压板合上，每次试验跳合闸均应
立即动作，做单项试验，将其余保护通过菜单退出）。 1、 差动速断保护
整定好定值，在相应的电流端子加入电流。 要求：＞＝Iset动作 ＜＝0.95Iset返回
菜单正确显示动作类型及时间 2、二次谐波制动比例差动保护
接线同上，有条件时可作本项试验，即高压侧和低压侧电流在0～90度范围变化时，保护大于定值时均应动作。 3、CT断线试验
接线同上，用导线短接A、B、C任意相电流，加大电流超过保护整定值，保护不动作，液晶显示CT断线。
4、二段复合电压的过流保护
A、投入低压启动，负序闭锁，使正序电压低于定值，负序电压高于定值。 B、加入电流高于定值，使保护正确动作。
C、闭锁条件测试：使正序电压高于定值，负序电压低于定值，加入电流高于定值，保护不动作。
D、液晶正确显示动作情况。 5、低电压启动的过流保护
整定好定值，在相应的电压端子上加入电压，电流端子上加入电流。 要求： >=Iset 动作
当电流大于过负荷定值时，液晶显示过负荷报警。 7、零序过电流保护
I0>=I0set动作 I0
液晶正确显示动作类型和时间 8、过载启动风冷
当负荷电流大于整定值时，液晶显示过载，启动风冷，同时接通相应的接点。 9．远方急停
后台或调度下发远方急停命令，经设定的调压时间延时，出口跳闸 （五）、调试后的注意事项：
1、将跳、合闸压板断开
2、将试验线路解除，并检查设备良好
整定计算
1、保护方案
A、 差动速断保护
B、 二次谐波制动比例差动保护 2、动作方程
A、 差动速断保护：用定值躲过励磁涌流的快速差动保护，用于变压器严重故障时， 当I>Idz时，动作。
对于Y/△接线组别的任何容量变压器取8倍的额定电流Idz=8Ie B、 二次谐波制动比例差动保护：用二次谐波制动原理躲过励磁涌流，用于变压器的各种故障。
动作方程： I>Idz+Kz*（Izd—Izd0） 制动方程： Ie/I＜K 其中， Idz：差动门槛
Izd0：制动门槛，Izd：制动电流
具体计算如下：
a、 计算各侧二次额定电流，即 IIe=
IeI
nLH.IIeII
nLH.II
IIIe=
IIIIe=
IeIII
nLH.III
其中IeI、IeII、IeIII为各侧变压器的额定电流，nLH.InLH.IInLH.III为各侧电流互感器变比。 b、 按照躲过正常额定负载时的最大不平衡电流来计算差动电流门槛定值，即
IDZ=KK(Ktxfi+∆UH+∆UM)Ie
其中KK为可靠系数，取1.3—1.5；Ie为变压器额定电流；Ktx为互感器同型系数，取
1.0；fi为电流互感器误差，取0.1；∆UH、∆UM变压器分接头误差，取调压范围的一半。一般取IDZ=0.3~0.5Ie
c、 计算制动门槛电流 Izd0一般取额定电流Ie
d、 按照躲过外部短路时的最大不平衡电流来计算制动系数
KZD=KK*IbpIK
其中 Kk为可靠系数， Ibp为不平衡电流，Ik为外部故障时的制动电流。
Ibp=KK(Ktxfi+∆U+γ)Idmax
其中∆U为变压器分接头误差，取调压范围的一半，γ为可靠系数取0.1~0.2
Idmax为区外故障时的最大短路电流，也是外部故障时的制动电流,即Idmax=Ik，其余同前。 因此，可得 KZD=KK(Ktxfi+∆U+γ)
e、灵敏系数Klm:
按最小运行方式下差动保护范围内两相金属性短路校验
(2)
KLM=IDminIDZ KLM≥2
IDZ为制动电流Izd（如IDmin）在制动曲线上对应的动作电流值。
f、平衡系数计算
调平衡采用软件调平衡的原理,通过给副边乘系数的方法平衡CT变比及接线误差， 例如：
对两圈变Y/△接法
K=（CT付/CT原）/（PT原/（PT付*√3 ））
假设110KV/10KV变压器原边CT为400/5，付边为2000/5 则 K=（2000/400）/（110/（10*√3））=0.787
对于三圈变压器,中压侧与低压侧均需乘系数,平衡系数分别为K1,K2。具体算法同两圈变压器。 平衡系数也可在运行过程中通过查看差动电流显示值在线修改,使差动电流为零,达到最佳平衡效果。
有关整定计算还可参照1996.8《电力系统自动化》期刊或水利电力出版社1993.3出版的《电力系统继电保护与安全自动装置整定计算》
(2)
差动单元背面端子排信号说明
说明：BH3 联动出口 Ia Ib Ic 低压侧CT CM RX TX 通信总线 IA IB IC 高压侧CT ZWS 本体重瓦斯 YXn 遥信信号 QWS 轻瓦斯 BH *BH 保护压板 HZ 合闸出口 GD 脉冲遥信地 TZ 跳闸出口 KM 控母电源
后备单元背面端子排信号说明
说明：BH3 联动出口 Ia Ib Ic 高压侧电流 CM RX TX 通信总线 Ua Ub Uc 低压侧电压 ZWS 调压重瓦斯 Yxn 遥信信号 QWS 轻瓦斯 BH *BH 保护压板 HZ 合闸出口 GD 脉冲遥信地 TZ 跳闸出口 KM 控母电源 3I 零序电流 *Uo Uo 零序电压
测控单元背面端子排信号说明
说明：Ua Ub Uc Un 接母线电压 Ia Ib Ic 接测量电流 CM RX TX 通信总线 FS 启动风扇 MC1 MC2 脉冲电度 YXn 遥信信号 QY 调压电机电源 UP 升压出口 DW 降压出口 GD 遥信地 KM 控母电源 MCGD 脉冲地 *JT JT 远方急停