任雪涛，郭华，谷锦滨，马水生，郭勤俭
（许继集团有限公司，河南许昌461000）
摘 要：介绍一种新型电铁主变保护装置的特点及保护配置，对主要的保护原理及判据进行分析。对于各种接线形式的铁路变电所主变设备的差动保护方案进行了论述。
关键词：DSP； 主变； 保护
1 前言
铁路电气化是实现铁路运输高速、重载的有效途径，是铁路建设现代化的标志。近年来，国家作出了加大铁路基础建设投资的决定，中国的电气化铁路事业进入了一个高速发展的崭新阶段。随着电气化铁道牵引供电系统对自动化要求的不断提高，对主变保护的要求也越来越高，对保护的性能也提出了更高的要求。因此有必要研制一套软硬件可靠、技术先进、功能齐全的新型电铁主变保护产品，以满足电铁市场对主变保护性能要求的不断提高。
WBH－891型电铁主变保护装置充分吸收了以往主变保护装置的优点及运行过程中取得的经验，在功能和性能上有了很大的提高。
2 装置特点
WBH－891型电铁主变保护装置是以TMS320C32DSP为基本软硬件平台的新一代数字式电铁主变保护，采用分层32位多CPU并行运行的系统结构，多层印制电路板布线技术及SMT表面贴装工艺，抗干扰能力强，采用了高精度的模数转换器件，机箱及接插件可靠性高、接插灵活，为装置的可靠运行奠定了基础。整套计算机系统、模数转换、开关量的输入及输出等集中设计于一块印制板中。开关量的输入、输出采用高可靠性的光电隔离器件，机箱采用整体面板和模块插件结构，插件间的连线采用背板走线方式，装置的出线采用直接出线端子，这种强弱电分开的出线方式，降低了强电回路对弱电回路的影响，提高了装置的抗干扰性能。
WBH－891型电铁主变保护装置按一套保护对应一台变压器配置。人机界面采用320×240全汉化大屏幕液晶显示，界面友好、直观，能实时显示保护元件的投入、退出状态、各种运行参数及报告信息；装置能根据现场不同的接线自动改变相对应的算法，能同时满足平衡变、Y／△变及V／V变三种不同接线方式的现场需要；同时具有负荷录波、故障录波功能，装置可通过记录故障发生前后电网波形的变化及各高次谐波的含量比来分析设备故障的性质，进而判断装置动作的正确性及定值的合理性；直流电源掉电时故障报告不丢失，可靠保存最新的多份故障报告；同时装置提供LON网或串行接口，支持与变电站自动化监控系统通讯。
3 保护配置
WBH－891型电铁主变保护装置保护配置齐全，每种保护功能均可任意投退。装置具有差动速断保护、差动保护、零序电流保护、零序电压保护、过负荷保护、高压侧低压过电流保护、低压侧分相低压过电流保护、失压保护、检有压、高低压侧PT断线功能、故障录波功能、负荷录波功能。
4 保护原理
4．1 差动保护
差动保护作为变压器内部、套管及引出线发生短路故障时的主保护，动作于变压器高低压两侧断路器跳闸。
a）Y／△—11变压器差动保护接线及电流平衡关系变压器两侧电流平衡关系（CT二次侧）
K为变压器高、低压侧绕组匝数比，若高压侧电压等级为110 kV，则 若高压侧电压等级为220kV,则 。
BC相、CA相差动电流、制动电流计算类似。
b）阻抗匹配平衡变压器差动保护接线及电流平衡关系 
变压器两侧电流平衡关系（CT二次侧） 
K为变压器高、低压侧绕组匝数比，若高压侧电压等级为110kV，则 若高压侧电压等级为220kV,则
AB相差动电流
AB相制动电流
BC相、CA相差电流、制动电流计算方法类似。
C）V／V变压器差动保护接线及电流平衡关系
高低压侧电流平衡关系（CT二次侧）
K为变压器高、低压侧绕组匝数比，若高压侧电压等级为110 kV，则K＝4；若高压侧电压等级为220kV，则K＝8。
C相差动电流、制动电流计算方法类似。
变压器三相差动保护采用具有比率制动特性的差动保护，带有二次谐波闭锁判据。CT变比误差由软件调整平衡。
设差动保护双侧电流分别为I1和I2，比率制动式差动保护判据为： 
｜Izd2－Izd1｜＋Idz1，Idz1为最小差动电流整定值，Izd1为制动电流Ⅱ段整定值，Izd2为制动电流Ш段整定值，K2为Ⅱ段比率制动系数，K3为Ⅲ段比率制动系数。
为防止变压器空投时产生的励磁涌流影响，增加二次谐波闭锁判据：
式中：Icd2为差电流的二次谐波值，Icd1为基波差电流，k为二次谐波制动比。
二次谐波闭锁中只要有一相满足条件则同时闭锁三相。
差动保护动作特性见图4：
4．2 差动速断保护
装置中设有变压器差动速断保护，动作判据为：
｜Idz｜≥Isd0
式中：Idz为差动电流，Isd0为差流速断整定值。
4．3 过电流保护
装置中设有变压器高压侧三相低压过电流保护和低压侧两相低压过电流保护。低压启动辅助判据可以投入或退出，动作判据为：
式中：Idz为高压侧动作电流，Igl0、Idl0分别为高、低压侧过电流整定值，Idzα（β）为低压侧电流动作值。Umin（Uα，Uβ）为低压侧各相电压中的最小值，Udy0为低电压整定值。
4．4 零序保护
该保护作为变压器或相邻元件的接地后备保护，分为零序电流保护和零序电压保护，作用于出口跳闸。
4．5 过负荷保护
装置中设有变压器高压侧三相过负荷保护，动作判据为：
｜Idz｜≥Igth0（5）式中：Idz为动作电流，Igth0为过负荷整定值。
过负荷保护分为两段，其中过负荷Ⅰ段动作于发信号、过负荷Ⅱ段动作于跳闸，分别用三段式定时限模拟反时限保护。
4．6 非电量保护
装置中设有非电量保护，可实现变压器重瓦斯、轻瓦斯和温度、压力、油位等各种非电量信号的出口跳闸或信号指示功能。
非电量触点引入保护装置，直接经保护出口到信号插件，扩展其跳闸和信号触点，同时还引入保护插件的内部开关量输入回路，供CPU检测其动作时刻，以便记录和打印动作信息。
4．7 失压保护
装置中装设有失压保护，当主变高压侧开关在合位，高压侧三相及低压侧均无压时，经过一定的延时发跳闸命令。
4．8 检有压
当装置检测到主变高压侧三相均有电压时，发出有压信号。
4．9 备自投
当装置判别到差动速断、差动、重瓦斯或压力（温度）Ⅱ段保护动作时，驱动自投起动信号。
5 动模试验
在湖南大学电力系统动态模拟实验室利用阻抗匹配平衡变压器实验模型和在国家继电器检测中心动模实验室利用Y／Δ变压器模型分别对本装置进行了性能检验动模试验。试验表明，变压器高低压侧各种外部短路时差动保护可靠不动作；变压器空投时差动保护可靠不动作；变压器高低压侧发生各种短路故障时，差动保护可靠动作。WBH－891型电铁主变保护装置所采用的算法判据先进、正确，动模试验结果表明测量精度高，动作正确，能作为阻抗匹配平衡变压器和Y／Δ变压器的保护装置投入实际运行。
6 结束语
WBH－891型电铁主变保护装置是利用32位DSP，结合许继公司多年来微机保护装置的优点和经验开发而成的，装置软硬件可靠、技术先进、辅助功能强大，2000年5月通过了部级鉴定。至今已经被各铁路变电所广泛使用，现场运行情况良好，实践证明该装置适应电气化铁道发展的新形势，符合市场经济发展的客观需求，是电气化铁道系统更新换代的理想产品。
参考文献
［1］ 贺威俊，张淑琴，等．晶体管与计算机继电保护原理［M］．成都：西南交通大学出版社，1990．
［2］ 曹建猷．供电系统［M］．北京：中国铁道出版社，1993．
［3］ 周有庆，等．湖南大学差动保护研究与运行课题科研资料［Z］．湖南大学，1992．
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