西门子差动保护７ＵＴ6１的工作原理、整定原则、调试大纲国家电力公司电力自动化研究院(南瑞集团) 南京中德保护控制系统有限公司前言
为了促进国内厂站自动化技术向更高层次推进，实现无人值班，提高劳动生产率和运行管理水平，南京中德公司和德国西门子公司密切合作，为广大用户成功安装了上千套的ＬＳＡ／ＮＳＣ／ＳＩＣＡＭ变电站自动化系统。在众多保护装置的调试中积累了丰富的经验，为了更好地配合用户对西门子微机保护装置的调试，我公司的广大技术人员，根据平时调试经验，特地写出了7UT61保护装置的调试大纲。
·调试大纲对差动保护装置7UT61进行了原理分析，试验方法和调试步骤的介绍。
·调试大纲对有些保护的操作方法进行了说明，但并不是完整的操作手册，还要结合保护装置的技术说明书进行调试。
·调试大纲不求面面俱到，只求现场实用
·调试大纲是积累了广大技术人员的经验和辛勤汗水的产物，但是由于实践经验有限，可能还很不完善。
最后望广大用户提出宝贵的意见，以便不断完善，更好地为广大用户服务！
目录
一、装置的工作原理………………………………………………
二、7UT61的整定……………………………………………………
三、7UT61的操作说明…………………………………………
四、7UT61差动保护调试大纲…………………………………………附录Ａ：技术数据………………………………………………
附录Ｂ：装置端子接线图…………………………………………
附录Ｃ：两卷变定值设定清单（供参考）……………………
7UT61的工作原理、整定原则、调试大纲
一、装置的工作原理：
1、装置简介：
7UT61是西门子原装进口产品，作为7UT51的升级产品，其差动保护部分的工作原理与7UT51基本相同。主要应用于500KV电抗器、220KV及其以下主变压器的差动保护、大型发电机、电动机的差动保护。
装置具有带两次谐波制动的比率差动和高电流的差动速断。同时，该装置带有用于变压器过激磁的５次谐波制动功能，还具有抗外部严重短路的情况下ＣＴ饱和的附加稳定特性曲线。通常情况下，ＣＴ的二次接线均可为星形接法，装置对不同的变压器接线组别和ＣＴ的不同变比，有内部向量匹配和比例匹配之功能。另外装置本身具有多套后备保护功能，即热过负荷保护、后备过流保护功能（此功能可作为后备过负荷功能之用，用于启动风扇和闭锁有载调压）、零序过流保护功能等。如果发生故障，装置将进行故障录波，同时通过跳闸继电器、通信口、信号继电器和信号灯等执行其保护功能。
2、装置电流的归算
7UT61差动保护的动作基于被保护对象的二次额定电流。正常情况下，变压器各侧负荷电流均为相同百分比的值，在额定负荷下的高低压侧电流都为“１”即100%，这样考虑起来就变得比较方便了，忽视了矢量的匹配和ＣＴ变比等繁杂计算的影响，这也是电力系统分析中常用的一种叫做“标幺值”的计
算方法。即：
I*=I/IN （1）
式中： Ｉ为负荷电流
ＩN 为额定电流
根据额定容量、额定电压以及ＣＴ变比，继电器自动进行各侧电流的折算,
各侧额定 的一次电流如下：
ＩN ＝ＳN/3 ＵN （2）
式中：ＩN 为变压器各侧额定一次电流
ＳN 为变压器额定容量
ＵN 为变压器各侧的额定电压
则变压器的二次额定电流为：
Un
Sn Inct ut In Intr 37?= （3） 式中：Ｉｎtr 为变压器各侧额定二次电流
Ｉｎ7ut 为保护装置７ＵＴ61额定输入电流（１Ａ或５Ａ）
Ｉn ct 为变压器各侧所用ＣＴ的一次额定电流
7UT61差动保护装置就是根据我们输入的变压器的这些基本的参数和
ＣＴ的参数，来进行各侧二次额定电流的计算的。
3、标幺值情况下的矢量匹配
通常情况下，变压器的接线组别理论上有０、１、２、３……９、１０、１１等１２种，组别除零点接法外，原副边电流间都存在向量匹配问题，这种匹配就是在各侧均为标幺值的情况下，另外一侧的电流根据不同的对应关系，向第一侧转化，在各侧电流标幺值都转化为与第一侧相位一致的情况之下，再进行比率差动的计算，如上图中，
差动电流为：Ｉdiff＝Ｉ1＋Ｉ2
制动电流为：Ｉstab＝Ｉ1＋Ｉ2
上面两式中的I1、I2均为归算到标幺值情况下、且已进行相位转换后的电流向量。如此分析，
１）区内故障时，不管是单侧电源，还是双侧电源
都有Ｉdiff> K*Ｉstab
２）区外故障时：Ｉdiff≈０，
Ｉstab≈2*I1
4、保护装置的动作特性曲线说明
图１差动总特性图
7UT61的差动保护动作特性曲线如上图所示，在上图中，横坐标表示制动电流Istab=Ｉ1＋Ｉ2，纵坐标表示差动电流Ｉ1＋Ｉ2，其中I1、I2 均为归算到同一侧的电流的标幺值，即单位都是变压器的额定电流Ie。
曲线Ｉ为整定的差动起始值Ｉｄｉｆｆ＞，即差动起动阈门值，该值整定的大小，与变压器差动保护的灵敏度有相当大的关系，该值整定越小就能越有效地保护变压器轻微的匝间故障，也就越能发挥微机差动保护的这一优势。当然，这一值的大小，既要考虑变压器两侧ＣＴ误差所形成的差动电流，还要考虑变压器有载调压造成的差动电流，另外为了保证可靠性，Ｉｄｉｆｆ＞的整定值要由正常运行时可能有的最大差动电流乘一个可靠性系数，以保证在正常运行最大的误差情况下差动保护不会误动。
曲线Ｉ1是以Ｋ1（地址1241A）为斜率，以Base Point1(地址1242A)为基点的一条直线。Base Point1的大小决定了继电器什么时候开始提高动作值，即比率制动开始发挥作用。Ｋ1值的大小，主要考虑两个方面的因素，一是变压器有载调压造成的两侧电流的不平衡而产生的差流，二是主变两侧ＣＴ的误差，在这种情况下，两者的综合误差，再乘以可靠性系数。由此得到的差动电流，取其与制动电流的比值即为斜率Ｋ1。由于这里Istab=Ｉ1＋Ｉ2，而不是Istab=（Ｉ1＋Ｉ2）/2，所以这里Ｋ1值的大小为通常国产微机保护的一半，Ｋ1的值通常在０．２～０．５之间。由于发生区内故障时，Ｉdiff≈Ｉstab（不考虑负荷的情况下），此时K1≈1,可见工作点是在曲线之上，即在动作区内，因而装置能可靠正确地动作；反之，当发生区外故障时，不管故障离变压器有多近，故障是多么的严重，由于Ｉdiff≈0, 而Istab=Ｉ1＋Ｉ2很大，
因此Ｋ值很小→０，因而工作点在曲线下面（即在制动区内），保护不会误动，可靠性很高。
通常，计算Ｋ１时是以电流互感器变比误差最大为１０％考虑的，而当穿越性短路电流很大电流互感器变比误差可能超过１０％时，Ｋ１特性曲线将难以保证保护的选择性。为此7UT61中增加了特性Ⅲ。
曲线ＩＩＩ是以Ｋ2（地址1243A）为斜率，以Base Point2(地址1244A)为基点的一条直线。有关基点Base Point2的整定，我们只要先确定Ｋ１与Ｋ２的交点，即ＣＴ饱和时增加稳定性的起始点，然后根据曲线Ｋ２的斜率，利用三角关系可以算出曲线Ｋ２与横坐标的交点，也即为Base Point2的定值的大小。根据经验，Base Point2的大小通常为２．５倍的额定运行电流。当然也可以根据实际情况加以确定。Ｋ２＞Ｋ１，曲线ＩＩ与ＩＩＩ的交点，所对应的短路电流以及相应的制动电流，取决于ＣＴ的饱和电流倍数，即对应于该电流，ＣＴ的变比误差将超过１０％。当最大穿越性短路电流不可能使ＣＴ误差超过１０％时，可取Ｋ2＝Ｋ1。这种情况下Base Point2的基点值，应整定为与Base Point1一样，以使两条线重合。
曲线ＩＶ是高定值差动速断Ｉｄｉｆｆ>>，在Ｉｄｉｆｆ>>情况下，保护不带谐波制动，只要达到定值，不考虑任何制动因素。
曲线Ｖ为7UT61采取的一个区外故障时抗CT饱和的附加制动措施。曲线Ｖ的左边界为几倍的Ｉe，曲线Ｖ的上边界为Ｋ１的反向延长线。继电器正常运行时，差动电流很小，制动电流也不大，差动特性点位于A点；假如系统发生区外故障，根据ＣＴ的特性，在系统发生故障电流突然增大刚开始的一、两个周
期内，ＣＴ尚能正确反映二次电流，由于是区外故障，差流很小，制动电流却很大，此时差动特性点应位于B点；而当这以后，由于系统发生短路过程时的瞬态过程中，波形发生了严重的畸变，ＣＴ就会发生饱和，若主变两侧ＣＴ的饱和特性不一样，会造成输入到装置各侧的电流严重的不相等，从而造成较大的误差电流，使得差动特性点有可能从B点跑到C点，这样保护装置就有可能发生误动。如上面所述，保护装置如检测到差动特性点位于曲线V所在的饱和附加制动区，就闭锁差动保护几个周波，从而阻止外部故障时瞬态过程中由于ＣＴ饱和而造成的差动误动。当然在外部故障瞬态过程结束时，差动保护就可能开放，因而这里把这条曲线叫做附加稳定特性曲线。曲线Ｖ发生作用的开放时间，即闭锁差动保护的时间，不能太长，也不能太短，既要保证瞬态过程的衰减至消失，也要保证区外故障时发生区内故障的情况可靠及时的动作，通常整定为几个周波时间（在地址1257A中可设置）。这也是西门子差动保护的一个重要特点，即附加的稳定特性曲线。
5、谐波制动特性说明
为了保证变压器空载送电的情况下不至于误动，本装置采用了二次谐波制动，当二次谐波分量大于整定值时，表明此时为空载送电，因而即使此时变压器产生很大的励磁涌流，差动也能产生闭锁功能，保证装置在此时不会误动。另外，本装置二次谐波制动分为相制动和相间制动（也叫交叉闭锁功能）。而我们国内通常均采用交叉闭锁功能，即只要其中一相的电流的二次谐波值达到整定值时，就闭锁三相的差动保护，因而我们要开放二次谐波交叉闭锁功能。至于交叉闭锁，还存在一个闭锁的时间问题，这里闭锁时间既不要太长，也不要太短，太
长的情况下装置空载合闸于故障上就不会立即动作，存在一定的延时，太短，有可能各相二次谐波及基波衰减不同的情况下，会造成误动，这种情况在实际应用均已碰到，望注意！通常设定为３－５周波。
为了防止变压器过励磁而引起差动保护误动，通常在２２０ｋＶ以上电压等级的变压器中设立５次谐波制动，５次谐波的工作原理与要点跟上面所述的二次谐波相类似，这里就不再加以重复。
６、零序电流消除
对于Ｙｎ，ｄ或ｄ，Ｙｎ接线的变压器，如Ｙ侧中性点接地则Ｙ侧区外接地故障时，Ｙ侧差动电流互感器将感受到零序电流，而ｄ侧差动电流互感器不会感受到零序电流。由零序电流形成的差动电流可能使保护装置误动，常规继电器组成的差动保护中，变压器Ｙ侧的电流互感器是采用三角形接线的，因而零序电流不会反应到差动电流中去。对于7UT61型微机保护而言，各侧差动电流互感器均以Ｙ形接入，那么零序电流的影响如何消除？7UT61型微机保护的零序电流处理是在保护内部自动计算完成的，并且利用了一个相量矩阵将零序电流和相量平衡结合在一起同时完成，该保护中零序电流处理有三种对应于不同矩阵公式的方法（注：对应变压器不同钟点接线的相量矩阵也是不同的）：
(1)不消除（WITHOUT），即对零序电流不做处理，此适用于差动保护范围内无变压器中性点接地或无其他人为中性点接地情况（注：一般是指不接地系统、消弧线圈系统、接地系统中的变压器ｄ侧、接地系统中本身中性点不接地的变压器Ｙ侧等情况），其计算公式为：
上式中，IA、IB、IC为继电器实际参与差动电流与制动电流计算的各相电流，而IL1、IL2、IL3为外部输入的二次电流向量(标幺值)。
(２)消除(Ｉo－elimination)，即不采用其他措施仅用矩阵来消除零序电流如下:
式中, IL1、IL2、IL3、IA、IB、IC含义同（1）。此矩阵适用于Ｙｎ/ ｄ11接线的情况下的Y侧。这样消除后，可防止区外接地故障时误动，但区内接地故障时差动保护灵敏度会降低；
（３）修正(Ｉo－correction)，即采用将附加的中性点电流互感器上的中性点电流引入矩阵的措施来处理零序电流，此适用于差动保护范围内变压器中性点接地或有它他人为中性点接地的情况（注：一般是指接地系统中变压器Ｙ侧中性点接地等情况），但差动保护范围内的中性接地点上必须装有电流互感器时（I7接零序变压器零序CT）才有此功能。该方法既可在区外接地故障时消除零序电流，又可保证在区内接地故障时差动保护灵敏度不降低。
式中, IL1、IL2、IL3、IA、IB、IC含义同（1），Isp为实测零序电流向量。
8、变压器d11侧的差动矩阵方程
变压器接线组别各侧有相位差异时，由于接入7UT61的电流一般为星型接线，故7UT61测到的电流也有相位差异，而差动保护比较的是各侧矢量和，因
此7UT61用软件算法来调整高低压侧的相位差。下面是Y0/d11接线时d11侧的电流矩阵方程。
式中, IL1、IL2、IL3、IA、IB、IC含义同（1）
9、后备保护
7UT61的后备保护原理相对比较简单，在此不做进一步的说明。
二、７ＵＴ61差动保护部分的整定计算原则
1、差动定值整定包括：
ａ．差动过流定值Ｉｄｉｆｆ>
ｂ．差动速断定值Ｉｄｉｆｆ>>(变压器保护)
c. 比率制动曲线1，包括K1和基准点1（Base Point1）
d. 比率制动曲线2，包括K2和基准点2（Base Point2）
e．动作时间(一般为0s)
f．二次谐波制动，包括二次谐波制动值，交叉闭锁，闭锁时间等
g．五次谐波制动，包括五次谐波制动值、交叉闭锁，闭锁时间等2、差动保护定值的整定原则
ａ．计算变压器产生不平衡电流的原则
I、ＣＴ传变误差产生的不平衡电流
变流器的传变误差对差动而言为相对误差，考虑最严重的条件
是变压器－侧电流互感器产生最大误差，而其它侧的互感器不产
生误差。此时，不平衡电流就是ＣＴ的传变误差电流，通常ＣＴ
的误差系数Ｋi=10%。对于相同类型的ＣＴ，同型系数取Ｋtx＝
0,5。对于变压器不同侧的ＣＴ，类型不同时，Ｋtx＝1.0。
Ⅱ、由于变压器各侧电压分接头变动引起的不平衡电流对于非有载调压的变压器
?Ｕ＝±5％
对于调压的变压器
?Ｕ＝±10.5％(有时更大，根据变压器参数而定))
Ⅲ、差动保护不平衡电流的计算
Ｉｂｐ＝Ｋtx·0.1·Ｉd＋?U·Ｉd
＝（0.1Ｋtx＋?U）Ｉd
Ⅳ、对于非周期分量的处理，由于本套微机保护装置，带有周期分量的处理特性，不平衡电流乘以系数Ｋfzq(1—1.3),
所以不平衡电流可表示为：
Ｉbf＝Ｋfzq（0.1Ｋtx＋?U）Ｉd
因而差动电流启动值：
Ｉdiff>＝Ｋkk*Ｋfzq（0.1Ｋtx＋?U）Ｉｄ
式中Ｋkk为可靠性系数，通常取（1.3～1.8)
ｂ．差动过流Ｉｄｉｆｆ＞的获得
差动保护动作门槛值Ｉｄｉｆｆ>即最小保护动作电流，其整定
则为躲过变压器额定负载下的最大不平衡电流，所以有
Ｉｄｉｆｆ＞＝Ｋkk*Ｋfzq（0.1Ｋｔｘ＋?Ｕ）*Ie
按照此计算公式，得到的差动保护动作门槛值往往很小，按照经验
数据，一般取0.3Ie以上
c. Ｋ１和Base Point1的获得
由Ｋ１与基准点1（Base Point1）决定的曲线1，主要考虑在负荷状态下及区外故障时CT未达到饱和状态时的CT误差，此时CT误差基本与穿越电流大小成比例。曲线1与Ｉｄｉｆｆ＞确定的直线自动形成的交点，即为拐点。
K1=Ｋkk*Ｋfzq（0.1Ｋｔｘ＋?Ｕ）/2
根据经验值，一般K1取0.25—0.5左右。如果采用两段式比率制动特性，K1可取小一点，而采用一段式比率制动特性时，可相对取大一点。
Base Point1的取得可以先确定拐点，再反算得到它。如果取Base Point1为0，这样曲线1为一条反向延长线过原点的直线。
d. Ｋ2和Base Point2的获得
Ｋ２主要是装置在考虑外部故障情况下引起ＣＴ饱和而造成更大的
误差时，为提高可靠性，而使Ｋ２＞Ｋ１。也可根据具体情况让Ｋ１＝Ｋ２，即国内通常不计这种情况。Ｋ２线的确定，是首先确定Ｋ２值和Ｋ２线与Ｋ１线的交点，再反算Ｋ２线的反向延长线与横坐标的交点ＩＢａｓｅ２，具体方法这里不进行细算。如选Ｋ１＝Ｋ２，则Base Point2应同于Base Point1。
e．关于差动速断Idiff>>的整定，
西门子技术说明书中建议该值大小以变压器及系统阻抗标幺值之和Ｘｄ的倒数为基准，而根据国内一般的整定原则，可以按照躲过主变空载投入时的最大励磁涌流来整定差电流速断定值。
一般Idiff>> 取3—10 Ie
f．关于二次谐波制动的整定原则
变压器空载投入时和短路切除后，产生很大的励磁涌流，其中有
大的非周期分量，对差动保护影响很大，非周期分量中二次谐波占基波的量通常为１５％～６０％左右，励磁涌流的衰减时间与变压器和电网的时间常数有关，小容量变压器产生的最大励磁涌流较大，但是衰减较快，大容量变压器产生的最大励磁涌流较小，但是衰减较慢。
根据上述分析，一般二次谐波制动值应为15%--20%左右（保证励磁涌流时可靠地制动），另外根据上面提到的交叉闭锁功能，其整定时间应在速动性与可靠性两者之间进行选择，通常可整定为3-5周期。
g、高次谐波制动
高次谐波制动主要考虑在大容量主变中，当外部故障切除后由于过激磁作用，有可能产生含高次谐波的励磁涌流，从而产生了差动电流，
当差动门槛值较低时，有可能造成差动误动。因此，在大容量变压器中
可选用高次谐波制动功能。
根据经验，此时的励磁涌流中五次谐波分量最明显。因此我们可选用五次谐波制动功能。一般，五次谐波制动比选在35%左右，由于是
二次谐波制动之外附加的制动特性，因此可以适当选取较小的闭锁上限
值。即差动电流分量大于该上限值时，就开放差动保护，可选默认值
1.5Ie，同时交叉闭锁功能可不用，闭锁时间选为0。
三、7UT61操作说明
本说明简要介绍用面板上的MENU（菜单）、↑↓←→方向键查看信号、测量值和修改定值的方法，下文路径中出现MENU↑↓←→等符号，则表示按
7UT61装置面板上的相应按键。
7UT61的主菜单共有五项：
Annunciation(信息查看)
Measurement(测量值查看)
Control(控制)
Setting(参数设定)
Test/Diagnose(测试)
其中Control(控制)与Test/Diagnose(测试)用户一般不用。以下介绍一下常
用的操作。
1、查看信号
路径：MENU （菜单）— Anunciation （信号）→ Event log →
（事件记录）
↓
Trip log (跳闸记录) →
事件记录：记录7UT61运行过程中的一般信号，最多
200条。
跳闸记录：记录电力系统故障，最多8次。
有关“详细信息”，请参阅《7UT61技术说明书》。
2、查看测量值
路径：MENU — Anunciation
↓Array Measurement →Operation.pri（一次值）→
（测量）↓
Operation.sec（二次值）→
↓
……
有关一次值、二次值的详细信息以及测量子菜单中的其它项目请参阅《7UT61技术说明书》。
3、查看定值（定值结构示例）
路径：MENU —Anunciation
↓
Measurement
↓
Control
↓
Settings →Device Config.(整体功能配置)
（整定值）↓
Masking (I/O)（开入开出）
↓
P.System Data1（系统数据1）
↓
Group A →P.System Data2
(定值组A) ↓
Diff.Prot→…
（差动保护）
↓
Phase O/C→…
（后备过流）
其中每个定值块下的具体结构可参阅《7UT61技术说明书》。
4、修改定值操作
修改定值方法为：在光标选中所需修改项目后，按Enter键，输入密码（出厂设置为6个“0”），按Enter键，定值被显示在一个虚线框中。直接用数字键修改，按Enter键确认。可连续修改多个项目，修改完后按ESC退出Group A，退出Group A时7UT61装置提示是否需存入定值，按Enter键确认后定值即被修改。
关于修改定值的详细说明可参阅《7UT61技术说明书》。
四、7UT61差动保护调试大纲
1 、检验项目
1.1 现场开箱检验
a. 检验设备的完好性
b.检查技术资料及备品备件
c. 检验产品的合格证
1.2 新安装检验项目
a.核查产品的出厂试验记录
b. 保护装置的外部检查
c. 绝缘检查
d. 直流电源检验
e. 交流相色及各电流输入回路线性度检验
f. 输入整定值
g. 开关量输入回路检验
h. 差动保护的启动值校验
i. 差动保护比例制动特性曲线校验
j. 谐波制动及交叉闭锁校验
k. 整组试验及联动断路器试验
l. 主变通三相交流（３８０Ｖ）试验
m.带负荷试验
２检验前准备工作
2.1 按照《继电保护和电网安全自动装置现场工作保安规定》做好各项准