NSP712(V3.10)变压器差动保护装置使用技术说明书080904

南京中德

NSP712

变压器差动保护装置

技术说明书

南京中德保护控制系统有限公司

2008年09月

* 本说明书适用于NSP712 V3.10及以上版本程序

* 本说明书和产品今后可能会有升级，请注意核对实际产品与说明书的版本是否相符

目录

1 应用范围 (1)

2 装置特点 (2)

3 技术数据 (2)

3.1额定数据 (2)

3.2功耗 (2)

3.3主要技术指标 (2)

3.3.1 差动保护 (2)

3.3.2 复合电压过流保护 (3)

3.3.3 零序过压保护 (3)

3.3.4 过负荷保护 (3)

3.4绝缘性能 (3)

3.4.1 绝缘电阻 (3)

3.4.2 介质强度 (3)

3.4.3 冲击电压 (3)

3.4.4 耐湿热性能 (3)

3.5抗电磁干扰性能 (4)

3.5.1 脉冲干扰 (4)

3.5.2 快速瞬变干扰 (4)

3.5.3 静电放电 (4)

3.5.4 辐射电磁场干扰 (4)

3.5.5 浪涌 (4)

3.6机械性能 (4)

3.6.1 振动 (4)

3.6.2 冲击 (4)

3.6.3 碰撞 (4)

3.7环境条件 (4)

3.7.1 环境温度 (4)

3.7.2 相对湿度 (4)

3.7.3 大气压力 (4)

4 保护原理 (6)

4.1交流量输入 (6)

4.2软件说明 (6)

4.3差动保护 (7)

4.3.1 比率差动总起动元件 (7)

4.3.2 比率差动元件 (7)

4.3.3 二次谐波制动 (7)

4.3.4 TA饱和闭锁原理 (8)

4.3.5 高值比率差动原理 (8)

4.3.6 差动速断保护 (8)

4.3.7 TA断线报警功能 (8)

4.3.8 NSP712系列差动保护逻辑框图 (10)

4.4复压过流保护 (10)

4.5零序电压保护 (11)

4.6过负荷报警 (11)

4.7装置告警 (11)

5 NSP712系统参数和定值清单 (12)

6人机接口系统的使用方法 (18)

6.1面板布置 (18)

6.2键盘说明 (18)

6.3信号灯及液晶说明 (19)

6.4串行接口 (19)

6.5菜单结构 (20)

6.6功能及菜单简介 (20)

6.6.1 实时信息 (20)

6.6.2 系统参数 (21)

6.6.3 保护定值 (21)

6.6.4 报告查询 (21)

6.6.5 调试工具 (22)

6.6.6 帮助信息 (22)

6.6.7 打印功能 (22)

6.7操作说明 (22)

6.7.1 菜单结构、引导路径及其操作总说明 (22)

6.7.2 定值或者参数的查看及其修改说明 (23)

6.7.3 测量值 (23)

6.7.4 查看报告 (24)

6.7.5 校准系数 (24)

6.7.6 更改密码 (24)

6.7.7 输入密码 (24)

6.7.8 操作失败提示 (24)

6.7.9 开出传动 (24)

6.7.10 保护动作自动推出事件报告界面 (25)

7 调试大纲 (26)

7.1调试注意事项 (26)

7.2装置通电前检查 (26)

7.3绝缘检查 (26)

7.4上电检查 (26)

7.5采样精度检查 (26)

7.6开关量输入检查 (26)

7.7继电器接点校验 (26)

7.8定值校验 (27)

7.9保护功能试验项目 (27)

8 装置的运行说明 (28)

8.1装置正常运行状态 (28)

8.2安装注意事项 (28)

8.3装置信息含义及处理建议 (28)

8.4故障信息示例 (29)

9 储存 (31)

10 订货须知 (32)

附录 (33)

附录1NSP712V3.0信息表及上送测量值 (33)

附录2NSP712V3.0变压器差动保护装置保护整定计算 (35)

1 变压器差动保护 (35)

2 复合电压过流保护 (36)

附录3端子分布图 (38)

附录4端子接线图 (39)

1 NSP712端子接线图 (39)

2 NSP712A端子接线图 (40)

附录5开孔尺寸图 (41)

附录6订货号 (42)

1 应用范围

NSP712系列差动保护，适用于220kV及以下电压等级的双圈、三圈变压器，满足四侧差动的要求。

NSP712实现三侧或四侧变压器差动的原理图如图1-1所示。

I●

图1-1 变压器差动的接线原理图

NSP712包括差动速断保护，比率差动保护，复合电压过流保护，零序电压保护、过负荷保护、TA断线判别等功能。NSP712装置中的比率差动保护采用二次谐波制动。

NSP712A包括差动速断保护，比率差动保护、TA断线判别、非电量保护等功能。NSP712A装置中的比率差动保护采用二次谐波制动。

2 装置特点

?以高性能32位DSP+ARM双处理器为核心的硬件平台，可靠、高效；

?采用软件调整自动进行TA匹配和矢量变换；

?采用可靠的TA断线闭锁比率差动判据，保证装置在TA断线及交流回路故障时不误动；

?友善的大液晶、汉化人机界面，操作方便；

?保护动作过程透明化，信息记录完备，采用连续录波的方式，最多可记录6次录波，每次最长录

波时间可达4秒，提供了完善而全面的事故追忆信息；

?4套定值可方便的复制整定，供运行方式改变时切换使用；

?提供基于WINDOWS界面的调试和分析软件NCP-Manager，大大提高调试维护的效率，可方便

地进行事故和录波分析；

?最多可提供3个高速以太网口作为自动化通信的接口，也可提供双485通信接口；

?多种对时方式：通信对时、分脉冲对时和IRIGB-B编码对时。

3 技术数据

3.1 额定数据

直流电源：220V或110V允许偏差+20%～-20%

交流电压：100V或57.7V

交流电流：5A或1A

频率：50Hz

3.2 功耗

交流电压：＜0.5VA／相

交流电流：＜1VA／相(In=5A)

＜0.5VA／相(In=1A)

直流：正常＜15W

跳闸＜25W

3.3 主要技术指标

3.3.1 差动保护

比率差动起动定值: 0.10Ie～2.00Ie(Ie 为变压器额定电流，以下同)

差动速断定值: 1.00Ie～20.00Ie

比率差动起始斜率: 0.00～0.80

比率差动最大斜率: 0.20～1.20

二次谐波制动系数：0.10～1.00

比率差动动作时间: ≤ 35 ms (2 倍整定值)

差动速断动作时间: ≤ 25ms (1.5 倍整定值)

比率差动定值误差: ±5% 或±0.01Ie

差动速断定值误差: ±5%

3.3.2 复合电压过流保护

负序电压定值: 1.00V～60.00V

低电压定值: 10.00V～100.00V

电流定值: 0.10A～100.00A

延时定值: 0.00～100.00s

电压定值误差: ±5% 或±0.05V

电流定值误差: ±5% 或±0.01In(In 为TA二次额定电流，以下同)

延时定值误差: ±1%定值± 40ms

3.3.3 零序过压保护

零序电压定值: 2.00V～100.00V

延时定值: 0.00～100.00s

电压定值误差: ±5% 或±0.05V

延时定值误差: ±1%定值± 40ms

3.3.4 过负荷保护

电流定值: 0.10A～100.00A

延时定值: 0.00～100.00s

电流定值误差: ±5% 或±0.01In

延时定值误差: ±1%定值±40ms

3.4 绝缘性能

3.4.1 绝缘电阻

装置的带电部分和非带电部分及外壳之间，以及电气上无联系的各电路之间用开路电压500V 的兆欧表测量其绝缘电阻值，正常试验大气条件下各等级的各回路绝缘电阻不小于20M。

3.4.2 介质强度

在正常试验大气条件下，装置能承受频率为50Hz、电压2000V 、历时1分钟的工频耐压试验而无击穿闪络及元件损坏现象。试验过程中任一被试回路施加电压时其余回路等电位互联接地。

3.4.3 冲击电压

在正常试验大气条件下装置的各回路对地以及回路之间能承受5kV、1.2/50μs 的标准雷电波的短时冲击。

3.4.4 耐湿热性能

装置能承受GB/T 2423.9 规定的恒定湿热试验试验温度40℃±2℃、相对湿度93%±3%、试验时间为48h，在试验结束前2小时内根据3.4.1 的要求测量各导电电路对外露非带电金属部分及外壳之间电气上不联系的各回路之间的绝缘电阻不小于1.5兆欧。介质耐压强度不低于3.4.2 规定的介质强度试验电压幅值的75%。

3.5 抗电磁干扰性能

3.5.1 脉冲干扰

装置能承受GB/T 14598.13-1998规定的干扰试验。试验电源频率为100kHz 和1MHz，试验电压为共模2500V、差模1000V的衰减振荡波。试验时给被试装置预先施加电源，按GB/T14598.13 第3.1.1 的表所列临界条件叠加干扰试验电压装置，不误动、不拒动。

3.5.2 快速瞬变干扰

装置能承受GB/T 14598.10-1996 标准规定的IV 级4kV 10 快速瞬变干扰试验。

3.5.3 静电放电

装置能承受GB/T 14598.14-1998 标准规定的IV 级（空间放电15kV 、接触放电8kV）静电放电试验。

3.5.4 辐射电磁场干扰

装置能承受GB/T 14598.9-1995 标准规定的严酷等级为III级的辐射电磁场干扰试验。

3.5.5 浪涌

通过GB/T 17626.5 1999 标准规定的浪涌冲击抗扰度III级干扰试验(共模2000V、差模1000V)。3.6 机械性能

3.6.1 振动

装置能承受GB/T 7261-2000《继电器及装置基本试验方法》中16.2.3 规定的严酷等级为1 级的振动响应试验；装置能承受GB/T 7261-2000 中16.3.2 规定的严酷等级为1 级的振动耐久试验。

3.6.2 冲击

装置能承受GB/T 7261-2000 中16.4.1.1 规定的严酷等级为1 级的冲击响应试验；装置能承受GB/T 7261-2000 中16.5.1 规定的严酷等级为1 级的冲击耐久试验。

3.6.3 碰撞

装置能承受GB/T 7261-2000 中18.4 规定的严酷等级为1级的冲击碰撞试验。

3.7 环境条件

3.7.1 环境温度

工作温度： -10℃～+55℃

贮存温度：－25℃～+75℃

在极限值下不施加激励量,装置不出现不可逆的变化,温度恢复后,装置能正常工作。

3.7.2 相对湿度

最湿月的月平均最大相对湿度为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%。

3.7.3 大气压力

70－106kPa（相对海拔高度2km以下）。

4 保护原理

4.1 交流量输入

输入I1、I2、I3三侧电流，由(I1+I2+I3)构成差动电流，作为差动继电器的动作量；由I1、I2构成两侧后备保护的动作量。在本装置内，变压器各侧电流存在的相位差由软件自动进行校正。各侧的电流互感器均采用星形接线，各侧电流参考方向均指向被保护设备。Ua，Ub，Uc取自低压侧母线TV，用于过流保护的复压闭锁元件。

4.2 软件说明

保护装置正常进行通信及人机对话等工作，间隔一段时间产生一次采样中断。采样部分通过AD采样，进行数字滤波及预处理过程，形成保护判别所需的各量。首先判断差动元件是否起动，若起动则先进行差动速断元件的判断，差动速断元件的动作判断相对简单，它实质上是一个差动电流过流继电器，不需经过任何涌流闭锁判别、TA断线判别和TA饱和判别环节。接着进入TA断线瞬时判别程序，若不是TA断线，则再经涌流判别元件，以区分是故障还是励磁涌流。若未被涌流判别元件闭锁，则高值比率差动元件起动后即可出口动作。比率差动元件还需经过TA饱和判断，若TA未饱和则比率差动元件起动后即可出口动作。随后进行过流保护等其他保护判别。保护总体流程图如图4-1所示。

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图 4-1

4.3 差动保护

4.3.1 比率差动总起动元件

装置比率差动保护设有总起动元件,若三相差动电流最大值大于差动电流起动定值，起动元件动作，在起动元件动作后也展宽500ms ，开放出口继电器正电源。保护进入比率差动故障测量计算程序。 4.3.2 比率差动元件

比率差动保护的动作特性如图4-2，能可靠躲过外部故障时的不平衡电流。差动保护满足三侧和四侧差动的要求，比率差动保护采用二次谐波制动。

图4-2 比率差动保护的动作特性

其中：Id 为动作电流，Ir 为制动电流，>d I 为差动电流起动值，>>d I 为差动速断值，Kl 、K2为比率差动制动系数，Ie 为二次额定电流， Kb 1Ie 、Kb 2Ie 为动作特性曲线的起始点，图中阴影部分为保护动作区。

装置采用三折线比率差动原理，其动作方程如下： ）

（>>d d I I

Ie Kb 1≤r I

)e Kb (11I I K I I r d d -*>>-）（

Ie Kb Ie Kb 21≤

)Ie Kb (K2e )Kb Kb (1212->-*->-r d d I I K I I ）（

Ie Kb 2>r I

其中：

321I I I ++=d I 或4321I I I I +++=d I

()3215.0I I I I r ++=或()43215.0I I I I I r +++=

用于变压器差动保护，各侧电流经软件进行Y ／△调整和TA 匹配，并采用全星形接线方式。采用全星形接线方式对减小电流互感器的二次负荷和改善电流互感器的工作性能有很大好处。 4.3.3 二次谐波制动

在NSP712保护中，比率差动保护利用三相差动电流中的二次谐波作为励磁涌流闭锁判据。其动作方程如下：

φφ12d set d I K I *>

式中φ2d I 为A 、B 、C 三相差动电流中的二次谐波，φ1d I 为对应的三相基波差动电流，set K 为二次谐波

制动系数。保护采用按相闭锁和交叉闭锁自适应的方式。 4.3.4 TA 饱和闭锁原理

为防止在区外故障时TA 的暂态与稳态饱和时可能引起的稳态比率差动保护误动作，装置采用各侧相电流的谐波作为TA 饱和的判据，其表达式如下：

φ

φφφφφ133122**I K I I K I >>

其中φ2I ，φ3I 为某侧某相电流中的2次、3次谐波电流，φ1I 为对应相电流的基波，φ2K ，φ3K 为2

次、3次谐波的比例系数。 其逻辑框图为：

图4.3 TA 饱和判断逻辑框图

注意：TA 饱和情况下，如果只有一侧TA 有流则不闭锁差动，必须两侧均至少有一相电流才闭锁比率差动。

4.3.5 高值比率差动原理

为避免区内严重故障时TA 饱和等因素引起的比率差动延时动作，装置设有一高比例和高起动值的比率差动保护，利用其比率制动特性抗区外故障时TA 的暂态和稳态饱和，而在区内故障TA 饱和时能可靠正确动作。稳态高值比率差动的动作方程如下：

)6.1(2.13e r e d I I K I I -+> e r I I 6.1>

式中3K 为高值比率差动制动系数，一般取0.6—0.8，本装置取0.75。其中：差动电流和制动电流的选取同上。

程序中依次按每相判别，当满足以上条件时，比率差动动作。 注：高值比率差动的各相关参数由装置内部设定（勿需用户整定）。 4.3.6 差动速断保护

差动速断保护实质上为反应差动电流的过电流继电器，用以保证在变压器内部发生严重故障时快速动作跳闸。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继电器，典型出口动作时间小于25ms 。 4.3.7 TA 断线报警功能

1) 延时TA 断线报警功能

延时TA 断线报警在保护采样程序中进行，当同时满足以下两个条件，且时间超过2.5秒时发出TA 断线告警信号，但不闭锁比率差动保护。这也兼起保护装置交流采样回路的自检功能。当不满足以下任一条件时间超过5秒时TA 断线告警信号返回。

a) 某侧负序电流满足：e c b a I I I I Max I 01.0},,{25.02+?≥； b) 该侧至少有一相电流为零。

图4.4 延时TA断线判断逻辑框图

2) 瞬时TA断线报警功能

瞬时TA断线报警在差动保护启动后且保护跳闸之前才进行，满足下述所有条件则认为该侧TA瞬时断线：

a) 起动前该侧最大相电流大于0.12Ie；

b) 起动后各侧最大相电流小于1.2Ie；

c) 起动后任一侧电流没有比起动前增加；

d) 该侧至少有一相电流启动后为零（即小于0.06Ie），而启动前大于0.12Ie。

只有在比率差动元件动作后，才进入瞬时TA断线判别程序，这也防止了瞬时TA断线的误闭锁。通过整定控制字选择，瞬时TA断线判别动作后可闭锁比率差动保护出口。

图4.5 瞬时TA断线判断逻辑框图

4.3.8 NSP712系列差动保护逻辑框图

图4.6 NSP712差动保护逻辑框图

4.4复压过流保护

本装置为高、中压侧各设两段复合电压闭锁过流保护，复合电压元件由相间低电压和负序电压或门构成，有两个控制字来控制过流I段和过流II段经复合电压闭锁。当过流经复压闭锁控制字为“1”时，表示本段过流保护经复合电压闭锁。各段电流及时间定值可独立整定，分别设置整定控制字控制这两段保护的投退。

图4.7 NSP712复压过流保护逻辑框图

4.5零序电压保护

装置内配置有两段零序电压保护。有单独的软压板控制该段保护的投退。

图4.8 NSP712零序过压保护逻辑框图

4.6过负荷报警

装置内配置有两段过负荷报警保护。有单独的软压板控制该段保护的投退。

图4.9 NSP712过负荷保护逻辑框图

4.7 装置告警

当检测到装置本身硬件故障时，发出装置异常信号，闭锁整套保护。硬件故障包括：RAM、EPROM、定值出错等。

当检测到下列故障时，发出告警信号

1) TV断线告警

当满足以下任一个条件时间超过2.5秒时报“TV断线”。以下两个条件均不满足时间超过5秒“TV断线返回”。

?至少一相有流且>0.12In，正序相电压<10V。

?负序相电压>10V。

2) TA断线告警(见4.3.7)

3）二次谐波闭锁比率差动信号发生时。

5 NSP712系统参数和定值清单

注：

1接线方式说明

1) TA 接成全星形，由程序进行Y ／Δ转换。

2)若保护只用两侧电流，只需将“差动类型”整为“两侧”，“系统参数”自动显示两侧差动的系统参数。电流接入第一侧和第二侧即可实现两侧差动，第三侧端子可不用短接。例如：有一台Y/△-11两圈变压器，只需要实现两侧差动，要将高压侧TA 接入第一侧，低压侧TA 接入第二侧。将“系统参数”中的“差动类型”整为“两侧”，根据接线方式对照表，选择第二侧对第一侧接线方式为“11点接线”。

2变压器各侧电气量调整说明

变压器各侧电流互感器二次均采用星形接线。其二次电流直接接入本装置。通过变压器容量，变压器各侧额定电压和各侧TA 变比及接线方式的整定，装置自动进行变压器各侧TA 二次电流相位调整，下面以两侧差动为例说明NSP712的电流值和相位的调整。

1） 整定第二侧对第一侧为“12点接线”

第一侧和第二侧三相电流在参与差动电流和制动电流计算前，先进行消零运算。其修正公式如下：

*01**'I I I A A -=； *

01**'I I I B B -=； *01**'I I I C C -=； （1） *02**'I I I a a -=； *02**'I I I b b -=； *02

**'I I I c c -= （2） 式中：

*A

I ，*B I ，*C I 为第一侧TA 二次电流标幺值，*'A I ，*'B I ，*'C I 为第一侧校正后的各相电流标幺值。3/)(*

***01C B A I I I I ++=为第一侧的计算零序电流标幺值；

*a

I ，*b I ，*c I 为第二侧TA 二次电流标幺值，*'a I ，*'b I ，*'

c I 为第二侧校正后的各相电流标幺值。3/)(*

***02c b a I I I I ++=为第二侧的计算零序电流标幺值；

所得*'A I ，*'B I ，*'C I 和*'a I ，*'b I ，*'

c I 参与差动电流和制动电流计算，计算公式具体见4.3.2节说明。

2） 整定第二侧对第一侧为“11点接线”

装置采用Δ->Y 变化调整差流平衡。第一侧为Y 侧做同式（1）的消零调整，对于Δ侧电流做如下调整：

3/)(***'c a a I I I -=; 3/)(***'a b b I I I -=; 3/)(***'b c c I I I -= （3）

式中：*a I ，*b I ，*c I 为Δ侧TA 二次电流标幺值，*'a I ，*'b I ，*'

c I 为Δ侧校正后的各相电流标幺值。

所得*A I ，*

B I ，*

C I 和*'a I ，*'b I ，*'

c I 参与差动电流和制动电流计算，计算公式具体见4.3.2节说明。

3） 整定第二侧对第一侧为“1点接线”

装置采用Δ->Y 变化调整差流平衡。第一侧为Y 侧做同式（1）的消零调整，对于Δ侧电流做如下调整：

3/)(***'b a a I I I -=; 3/)(***'c b b I I I -=; 3/)(***'a c c I I I -= （4）

式中：*a I ，*b I ，*c I 为Δ侧TA 二次电流标幺值，*'a I ，*'b I ，*'

c I 为Δ侧校正后的各相电流标幺值。

所得*A I ，*B I ，*C I 和*'a I ，*'b I ，*'

c I 参与差动电流和制动电流计算，计算公式具体见4.3.2节说明。

3 是否保存报告：正常运行应该选择“是”，只有在做试验并希望保存原来的故障报告时可选择“否”，这样不会将原有的故障报告冲掉。

4“远方IP ”：这里给出了一个物理网口远方主机的IP 列表，每个网口最多8组，装置允许向列表中的远方主机IP 发送数据，如果实际没有那么多，可以将用不到的IP 设置为 0.0.0.0；

5物理通道与逻辑通道：为了使装置适用于通讯系统的各种组网情况，必须区分物理通道与逻辑通道的概念。所谓物理通道是指实际的物理连接通道，如本装置中的RS485A 、RS485B 、以太网A 、以太网B 、以太网C 等，这些物理通道一般有一些相关的设置，如RS485网有波特率、起始位、数据位、停止位、校验位等设置，以太网则有MAC 地址、IP 地址、端口号等设置；所谓逻辑通道是考虑到信息在通讯系统中的传送、处理方式而提出来的。为了应对由于通道、主机运行时出现异常，提高系统通讯的可靠性，通讯系统一般采用冗余配置。一个通讯系统一般有两个或以上的通讯信道或主备机冗余备用，考虑到数据处理的简洁性，运行时一般有一个通道为主通道，其余为热备用通道，当主通道故障时，由主机切换到备用通道。这样对于一级数据这样半主动上送的数据，就需要保证在同一个通讯系统中相同的数据在通道切换时不会重复上报。解决该问题的办法可以采用逻辑通道的概念，即给这样的一个主备机冗余的通讯系统分配同一个逻辑通道，与之对应的一级数据有相同的出队指针。该系统任一主机对装置请求一级数据，本逻辑通道的出队指针都会加一。

6“远方IP 所属逻辑通道” ：如果远方主机的作用性质相同，可以将其设置为同一逻辑通道号，例如 主前置机和备前置机所对应的通道号都设为0，而将保护管理机的通道号设置为1。

7 保护定值说明

1)比率差动元件的起动值一般取变压器额定电流的30%。

2)差动速断元件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。

3)保护运行时控制字的说明