GPST1200變壓器保護構成分析

摘要：GPST1200變壓器保護裝置的認識和研究，從而我們可以更進一步的理解微機保護在現場的實際應用。我們采用IDEF0功能建模方法，對GPST1200變壓器保護構成進行反向工程分析。從變壓器保護屏的主要電路回路和功能模型兩方面入手，深入分析GPST1200變壓器保護屏的實現方案。

關鍵詞：GPST1200 變壓器 保護 現場 應用

0 引言

本文是對GPST1200變壓器保護裝置的認識和研究，以便進一步的理解微機保護在現場的實際應用。采用IDEF0功能建模方法，對GPST1200變壓器保護構成進行反向工程分析。從變壓器保護屏的主要電路回路和功能模型兩方面入手，深入分析GPST1200變壓器保護屏的實現方案。

1 GPST1200繼電保護屏中變壓器保護的實現方案概況

1.1 變壓器保護屏外觀簡介 ①1n：PST-1210C包括非電量保護和操作箱，其作為瓦斯繼電器的保護出口，同時作為斷路器回路的跳合閘操作電路。②2n：PST-1202A變壓器保護裝置，它利用比率制動原理和二次諧波原理做變壓器差動主保護。③打印機：打印保護裝置的各類信息，以便對參數進行分析。④壓板：控制某個保護、閉鎖等的投切。通常電力系統中，退出某保護，就可以直接用手解除壓板。解除壓板之后，保護電路即成為斷路，不能起到保護的作用。它提供了肉眼可見的斷點，可判斷輸入輸出回路是否處于連通狀態。⑤復歸按鈕：就是一般的啟動和停止，其原理就是按下后它的觸頭原來接通的斷開了，原來斷開的接通了，當手松開后又回到原來的狀態。⑥1DK-5DK：自動空氣開關，直流供電電源回路的保護開關。

1.2 變壓器保護裝置介紹 GPST-1200數字式變壓器保護裝置是以差動保護、后備保護和瓦斯保護為基本配置的成套變壓器保護裝置。它適用于500KV、330KV、220KV、110KV等大型電力變壓器。這套保護裝置還設有完全相同的四塊CPU插件，分別完成差動保護功能，高壓側后備保護功能，中壓側后備保護功能和低壓側后備保護功能，各種保護功能均由軟件實現。本體保護則是由獨立機箱實現的。它采用整面板、背插式結構設計。背插式結構即插件從裝置的背后插拔，各插座間的連線在整母板上，母板位于機箱的前部。而不使用端子繞線式，提高了裝置本體的抗干擾性能，同時減少人為的差錯因素，保證了品質的一致性。

1.3 插件介紹 ①交流輸入插件AC的功能是將交流電壓互感器和電流互感器二次側送入的電量信號按比例換成適應微機系統處理的小電壓信號。其主要電路包含了電壓形成回路，低通濾波回路，采樣保持回路和模數轉換回路。②CPU插件用于處理A/D模塊和開關量傳來的數據，執行設定的保護功能。其還有兩片微處理器，主處理器用于運行保護程序，輔助處理器用于監視主處理器工作狀況。雙處理器相互監視，確保了裝置工作的可靠性。③TRIP插件為跳閘插件。當變壓器出現故障，需要跳閘時，它連接操作箱跳閘線圈，啟動保護。

2 變壓器繼電保護的工作原理

從第一章中我們了解到本套裝置用到了變壓器繼電保護常用的六種保護。氣體保護作為本體保護，差動保護作為主保護，過電流保護、過負荷保護、零序電流保護和過勵磁保護作為后備保護。下面我就講一下常用幾種保護的基本原理。

2.1 瓦斯保護 瓦斯保護為變壓器故障的一種主要保護，對于鐵心故障的保護更為有效。當前的差動保護等保護裝置的確有所改進，但是仍無法取代瓦斯保護的重要作用。設備運行時，瓦斯保護誤動多，這是由于回路和瓦斯繼電器本身的故障率較高。對于保護裝置，只起到記錄動作信息和轉換保護動作出口的作用。

2.2 縱差動保護 基于GB 14258-1993《繼電保護和安全自動裝置技術規程》，對于≥6.3MVA的廠用工作變壓器和并列運行的變壓器，≥10MVA的廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器，以及≥2MVA的用電流速斷保護靈敏性不達標的變壓器，必須配裝縱聯差動保護；電壓≥330KV的變壓器，可裝設雙重差動保護。縱聯差動保護（習慣簡稱縱差保護）就是用某種通信通道將變壓器兩端的保護裝置縱向連接起來，將各端的電氣量（電流、功率的方向）傳送到對端，將兩端的電氣量比較，以判斷故障在本線路范圍內還是在線路范圍之外，從而決定是否切斷被保護變壓器。縱聯差動保護隨著所采用的通道不同，在裝置原理、結構、性能和適用范圍方面具有很大的差別。縱差保護是最簡單的一種輔助導線或稱導線引線作為通道的縱聯保護。變壓器縱差保護的基本原理是基于比較被保護變壓器兩端電流的大小和相位原理構成的。

2.3 電力變壓器的過電流保護 為反應變壓器外部故障而引起的變壓器組過電流，以及變壓器內部出現故障時，作為差動保護和瓦斯保護的后備，變壓器應裝設過電流保護。變壓器的過電流保護裝置的啟動電流應按照躲開變壓器可能出現的最大負荷電流來整定。保護動作后，跳開變壓器兩側的斷路器。整定計算原則：①根據躲開變壓器可能的最大負荷電流整定；②根據躲過負荷自啟動的最大工作電流整定；③根據躲過變壓器低壓母線自動投入負荷整定；④按與相鄰保護配合整定。

2.4 過負荷保護 400KVA以上的變壓器，當數臺并列運行或單獨運行，并作為其他負荷的備用電源時，應根據過負荷回來情況，裝設過負荷保護。過負荷保護通常只裝在一相，延時動作與發信號。

3 主要相關電路原理及分析說明

3.1 軟件流程分析 微機保護的流程圖能夠比較直觀、形象、清楚地反映保護的工作過程和邏輯關系。微機保護的程序結構可以有很多種不同的構成方案，如多任務型、多線程型等。程序流程從結構上分為順序結構，切換結構，混合結構。

程序流程也可以大致分為粗略流程和詳細流程，其中，詳細流程能夠具體地了解工作過程和邏輯關系的細節，便于進行事故分析，而粗略流程易于理解總體的邏輯配合和工作過程。把粗略流程中的模塊再畫出其詳細的工作流程，就可以得到更詳細一些的流程。

3.1.1 系統程序流程。①程序入口的第一個模塊是初始化。先對硬件電路所設計的可編程并行接口初始化。根據輸入、輸出要求，設計好各個端口的輸入輸出功能，并對輸出端口賦予初值。②讀取所有開關量輸入的狀態，將其保存在RAM /FLASH地址單元內，以備在自檢循環時實時監控開關量輸入的變化。③對裝置的軟硬件進行一次全面的自檢。包括RAM、FLASH或ROM、各開關量輸出通道、程序和定值等，保證裝置在投入使用時處于完好的狀態。這一次全面自檢不包括對數據采集系統的自檢，因為它尚未工作。對數據采集系統的檢測安排在中斷服務程序中。當然，只要在自檢中發現有異常情況，就發出告警信號，并停止保護程序的運行。

3.1.2 中斷服務程序流程。繼電保護系統就是一種對時間要求很高的實時系統，它一方面要求實時地采集各側的電量信號，隨時跟蹤變壓器的運行情況；另一方面，還要求在電力系統短路時，快速判別短路的位置或區域，盡快地切除短路。為了滿足實時系統的快速性和實時性要求，微機保護中的中斷服務是一種很有效的實現手段。中斷服務程序流程主要包括以下的功能：①控制數據采集系統，將各輸入的模擬量轉換成數字量，然后存入RAM區域的循環寄存器中。②時鐘計時功能，便于在報告中記錄帶有故障時刻的信息。③計算保護功能中用到的特征量，如電流的基波分量，二次諧波分量，比率制動電流等。

3.2 IDEF0集成定義功能建模方法簡介 IDEF0（INTEGRATION DEFINITION FOR FUNCTION MODELING）是一種集成定義的功能建模。對于原系統構造來講，IDEF0具有反向功能，分析這個系統的工作目的，功能及實現它的機制。一般通過建立一種IDEF0模型體現出來。模型實際為系統的書面描述。它可以是圖形、數學公式，也可以是文字敘述。上文就是利用IDEF0的反向功能分析PST-1200變壓器保護裝置了解PST-1200的全部工作原理。

參考文獻：

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作者簡介：蔡燕斌（1975-），男，山西陽泉人，2009年畢業于山西理工大學計算機及應用專業，助理工程師，主要從事配網生產管理。