pst变压器保护培训资料

PST-1200数字式变压器保护装置培训资料

? 微机变压器保护的历史

微机变压器保护经过二十多年的发展，以历经时代：

1、 第一代以保护的微机化为代表，CPU为8位； 2、 第二代以提高保护性能和保护操作液晶界面为代表，CPU为16位； 3、 第三代以汉化界面和提高通信性能（与综自系统等的联系）的运用为代表，

CPU为32位；

4、 第四代以网络化、实时嵌入式系统和新型互感器的应用为标志。

? PST-1200系列数字式变压器保护的硬件

本装置在总体设计及各模件设计上充分考虑可靠性要求，在采样数据传输、程序执行、

信号指示、通信等方面尤其注重。经试验，在本装置任何端子上实施4kV瞬变干扰脉冲，在装置任何部位实施15kV空间静电放电干扰或8kV接触静电放电干扰，本装置未出现数据传输错误，未出现CPU复位，未出现异常信号或异常液晶信息显示，保护不拒动、不误动，远高于国家标准要求。

由于本装置在抗干扰能力上有充分考虑，故本装置组屏时，不需要安装另外的交、直流输入抗干扰模件。

机箱结构

本系列装置外形为19英寸4U标准机箱，采用整面板、背插式结构。整面板上包括大屏幕液晶显示器、全屏幕操作键盘、信号指示灯等。

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背插式结构即插件从装置的背后插拔，各插座间的连线在整母板上，母板位于机箱的前部。而不使用端子绕线式，提高了装置本体的抗干扰性能，同时减少了人为的差错因素，保证了品质的一致性。该结构具有以下优点：

(1) 各插件自带可插拔端子，母板上只有保护内部使用的5V和24V电压等级回路连线，强

弱电完全分开，可大大减少外部电磁干扰在弱电侧的耦合，增强装置的抗干扰能力，提高其可靠性和安全性；

(2) 可使母板连线按总线方式布置，使装置在功能配置上具有很强的灵活性，

(3) 可取消交流变换模件的大电流端子，再不会出现电流端子顶不开导致的CT二次侧开路

和分流问题，提高装置的可靠性。 (4) 便于插件按模块化设计。

(5) 可以根据用户的需要更换或增加部分模件，扩充或更改装置的功能；

模/数转换模块(A/D)

模/数转换模块(A/D)，由无源低通滤波、模/数转换(A/D)及微处理器构成。其中A/D采用14位高精度、高稳定性器件，精确工作电流可达0.04In，精确工作电压达0.2V，提高保护的测量精度。各模拟量经无源低通滤波，可有效滤除高次谐波，而对基波量的衰减不到1％，且各通道模拟量的衰减率及相移皆能达到很好的一致性。

无源低通滤波器六通道A/D交流变换模件共12路六通道A/D微处理器（CPU）无源低通滤波器

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保护功能模件(CPU)

保护功能模件(CPU)用于处理A/D模块传来的数据，执行设定的保护功能。保护功能模件(CPU)由A/D模块、状态量输入、状态量输出(用于跳合闸脉冲输出、告警信号输出、闭锁继电器的开放及其它信号输出)、微处理器MPU、随机存储器RAM、程序存储器ROM、闪存FLASH MEMORY、电可擦除电可改写存储器EEPROM等构成。高性能的微处理器CPU(32位)，大容量的ROM(256K字节)、RAM(256K字节)及FLASH RAM(1M字节)，使得该CPU模件具有极强的数据处理及记录能力，可以实现各种复杂的故障处理方案和记录大量的故障数据，可记录1500条以上的事件和12~48份事故录波报告(视故障的复杂程度而有所变化，通常可保存30份左右录波报告，内含定值、采样值、过程标志集以及与之相关的电气量计算值，等等)。C语言编制的保护程序，可使程序具有很强的可靠性、可移植性和可维护性，保护功能的扩展具有很好的开放性。

各种与CPU有关的器件集中于一块插件上，各输入、输出状态量皆经光耦隔离。本CPU模件设有两片微处理器，主处理器用于运行保护程序，辅助处理器用于监视主处理器工作状况。当本模件有器件出现异常，主处理器驱动闭锁继电器，切断状态量输出光耦输出侧的工作电源。当主处理器工作异常，辅助处理器驱动上述闭锁继电器。闭锁继电器的需掉电方能复归。双处理器相互监视，确保了装置工作的可靠性。

CPU模件的端子主要用于接入该CPU上保护所需的压板及专用输入、输出信号等。

RAM ROM FLASH 以太网 数据采集系统 CPU RS232至PC 至MMI 时钟 I/O 端子信号 母板信号 出口 信号、告警输出

人机对话模件(MMI)

人机对话模件(MMI)安装于装置整面板后，该模件是PS6000系列数字式保护产品的通用件，在上述产品中硬件和软件完全兼容。

该模件包括：微处理器(32位)，大容量ROM(512K字节)、RAM(1M字节)、FLASH MEMORY(1M字节)，EEPROM，状态量输入、输出，通信控制器件，时钟，大屏幕液晶显示器(2403128)，全屏幕操作键盘，信号指示灯等。

本模件主要用于人机界面管理。主要功能为：键盘操作、管理液晶显示、信号灯指示、与调试计算机及变电站监控系统通信、GPS脉冲对时(分/秒脉冲对时)以及将控制信息传给CPU、从各CPU模件获取信息。

与各CPU的通信采用CAN 总线，速率为100Kbps，保护动作事件可以主动上传至MMI，

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突破了装置内部通信的瓶颈，提高装置内部信息传送的速度。

对外通信有五个端口，一个设置在面板上，四个设置在通信接口模件的背板上。在面板上的为RS232串口（新方案为USP接口），用于和PC机连接。在通信接口模件的背板上的四路通信端口可根据需要设置成不同的物理接口。

EEPROM面板信号CPUCAN至CPU模件通信端口RAMROMFLASH液晶显示器键盘串行接口以太网通信端口至CPU、控制等I/O信号、告警输出 MMI模件电原理示意图

通信接口模件(COM)

通信接口模件(COM)，主要有两种功能：本装置各CPU所需公共输入状态量(包括GPS对时脉冲输入)由此模件经光电转换后接入装置母板，供各CPU模件共享。另一主要功能为MMI模件上的通信功能经本模件转换为相应物理接口输出，用于变电站自动化系统通信及打印通信。本模件通信接口可根据变电站通信系统的物理媒介选择不同的配置方式。

当由本系列装置构成变电站自动化系统时，推荐采用以太网接口，全站构成以太网络通信系统，以克服以往产品的通信瓶颈，大大提高信息传输的实时性能。在采用以太网通信时，使用基于以太网的平衡式IEC870－5－103通信规约及其通用报文可以兼顾通信规约的兼容性和通信的效率。

当本装置接入其它变电站自动化系统时，根据具体工程的特殊要求，在通信接口可设置成EIA 422/485接口、CAN总线接口、LON WORK总线接口或光纤接口等，以满足不同的自动化系统需要。但由于它们的传输效率比较低(在系统节点比较大时尤其明显)，并且CAN总线和LON WORK总线缺少比较统一的通信规约，所以本公司不推荐这几种接口方式。

电源模件(POWER)

电源模件(POWER)，用于将变电站内直流电源转换为保护装置所需的工作电压。本模件输出一路5V，两路24V电压，5V电源用于装置数字器件工作，一路24V电源用于继电器驱动及各模件间相互信号交换，另一路24V电源输出装置，用于装置状态量输入使用。各电压等级电源相互独立，不共地。电源模件原理示意图见图3－4。

为增强电源模件的抗干扰能力，本模件的直流输入及引出端子的24V电源皆装设滤波器。

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用于状态量输入滤波器24V逆变电源24V（内部使用）5V直流输入

滤波器? 设计寿命

在工作温度为25℃时，设计寿命为12年，其中电源为5年。 影响装置使用寿命的因素有：

1、 环境，包括温度、湿度、气压等； 2、 元器件的选择；

3、 系统扰动频率（保护装置的启动和动作次数）； 4、 系统最大短路容量（CT二次电流）； 5、 直流系统（电压、纹波系数）； 6、 系统电磁干扰强度。

? 装置特点

1、人性化

● 装置采用大屏幕全汉化液晶显示器，可显示1538个汉字，显示信息多； ● 事件和定值全部采用汉字显示或打印，摒弃了字符表述方式； ● 定值以表格方式输出，录波数据可选择波形输出或数据输出；

● 计算机界面的调试和分析软件Psview，不但能完成装置键盘上的功能，还能对保护录波数据分析；

● 可独立整定32套定值，供改变运行方式时切换使用。 2 大资源

● 保护功能模件（CPU）的核心为32位微处理器，配以大容量的RAM和Flash RAM，使得本装置具有极强的数据处理能力和存储能力，可记录的录波报告为8至50个，可记录的事件不少于1000条。数据存入FLASHRAM中，装置掉电后可保持；

● A/D模件采用14位的A/D转换和无源低通滤波，使本装置具有极高的测量精度； ● 采用CAN网作为内部通信网络，数据信息进出流畅，事件可随时上传。 3 高可靠性

● 装置采用背插式机箱结构和特殊的屏蔽措施，能通过IEC60255－22－4标准规定的IV级（4kV±10％）快速瞬变干扰试验、IEC60255－22－2标准规定的IV级（空间放电15kV，接触放电8kV）静电放电试验，装置整体具备高可靠性；

● 组屏可不加抗干扰模件。 4 开放性

● 通信接口方式选择灵活，与变电站自动化系统配 合，可实现远方定值修改和切换、事件记录及录波数据上传、压板遥控投退和遥测、遥信、遥控跳合闸。 5 透明化

● 记录保护内部各元件动作行为和录波数据； ● 记录各元件动作时内部各计算值；

● 可将数据在Psview软件上分析保护内部各元件动作过程。

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6 免调试

● 在采样回路中，选用高精度、高稳定的器件，保证正常运行的高精度，避免因环境改变或长期运行而造成采样误差增大；

● 细微的软件自动调整，提升装置精度； ● 完善的自检功能，满足状态检修的要求；

● 装置中无可调节元件，无需在现场调整采样精度，同时可提高装置运行的稳定性；

? PST-1200系列变压器保护的原理及应用

一、 变压器简介

1、根据用途分类： A．电力变压器

降压变 升压变 配电变 联络变 B．电炉变压器

二次电压低，电流大 C．整流变压器

工作电流波形为不规则的非正弦波 D．工频试验变压器 E．电抗器 F．调压器

G．矿用变压器

H．其它特种变压器(电磁式PT、CT)

2、电力变压器的性能参数： A．额定容量（包括各侧容量） B．相数（单相或三相） C．频率 D．额定电压

E．绕组接线方式和联结组 F．变压器冷却方式 G．绝缘水平 H．负载特点

I．安装特点（户内或户外）

J．短路阻抗→成本随阻抗增加而增加

K．负载损耗→基本损耗（直流电阻）和附加损耗（涡流和漏磁）

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L．空载损耗 M．空载电流

3、变压器的数学模型电路： A）两卷单相变压器数学模型电路

R1U1i1idMi2L1L2R2U2

B）三相变压器绕组联结方式

A B C A B C

X Y Z

X Y Z

Y形 △形

三相变压器绕组Z型联结：

A B C

C）自耦变压器

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uA1 uB1 uC1

uC2 uA2 uB2

A

a

X x

二、变压器保护用TA及对差动保护的影响

差动保护动作速度快（20~30ms），变压器各侧电流互感器在传变电流时的暂态特性应尽可能的一致。以免出现过大的暂态不平衡电流，造成差动保护误动。目前，220Kv系统中大量使用P级电流互感器，500KV系统使用带暂态特性的TP型电流互感器（T—暂态，P—保护）。TP型电流互感器有四种型号：有闭路铁心的TPS和TPX，有气隙铁心的TPZ和TPY；TPS型为底漏磁，其误差由励磁特性和匝数比偏差来确定，剩磁不限；TPX型在规定条件下峰值误差不超过10%，剩磁不限。

铁心气隙对电流互感器的影响 1、铁心气隙对暂态性能的影响

(1)加长电流互感器到达饱和的时间，即比闭路铁心电流互感器有更长的时间保持电流线性传变关系，关键是使剩磁减小到饱和磁密的10%以下。

(2)电流互感器励磁电抗显著减小，空载电流互感器的电流汲出效应严重，增大了差动保护的不平衡电流，相应地降低了该保护的灵敏度；在几个有气隙铁芯电流互感器并接的场合(如环形母线、一个半断路器接线等)，汲出电流可能使断路器失灵保护误动作。

(3)铁芯气隙使剩磁大大减小，因此在切除短路后．电流互感器铁芯磁通由短路状态的很高值逐渐下降到很低的剩磁值．使二次电流继续存在(残余电流)较长时间，这容易引起灵保护误动作。 2，气隙对电流互感器稳态性能的影响

由于气隙的存在．使电流互感器励磁电流比闭路铁芯的大，稳态的电流互感器幅值误差和相角误差均加大，一般更多地影响测量仪表的精度，对灵敏的差动保护也有少许影响，即稳态平衡电流要略大些，动作整定值应稍作提高。 3，有铁芯气隙电流互感器的优点和缺点

与闭路铁芯的电流互感器作对比，有隙铁芯的电流互感器有以下优点： (1)剩磁大大减小，改善电流互感器暂态特性； (2)电流互感器时间常数减小，使铁芯截面缩小；

(3)为避免饱和，在同一电流下．闭路铁芯电流互感器尺寸大； (4)二次开路电压小(励磁电抗小)；

(5)二次侧功率因数对为防止饱和而加大尺寸的影响，有隙铁芯电流互感器比闭路铁芯电流互感器小。 4、有隙铁芯BA的缺点：

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(1)励磁电流大，电流互感器误差大；

(2)汲出电流大，残余电流延续时间长，易引起保护的误动或降低保护的灵敏度；

（3）比闭路铁芯电流互感器的机械强度低、价格高；

(4)铁芯气隙使电流互感器二次漏电抗增大，影响电压(高阻抗)差动保护的整定值和灵敏度

(5)气隙的尺寸和结构可能经一段时间后会发生些微变化，影响特性的稳定。

5、电流互感器的暂态饱和对差动保护的影响

保护用电流互感器要求在规定的一次电流范围内，二次电流的合误差不超出规定值。对于有铁芯的电流互感器，形成误差的最主要因数是铁芯的非线性励磁特性及饱和。

电流互感器的饱和可分为：

①稳态饱和：大容量短路稳态对称电流引起的饱和；

②暂态饱和：短路电流中含有非周期分量和铁芯存在剩磁而引起的饱和。 两类饱和的特性有很大不同，引起的误差也差别很大。

在同样的允许误差条件下，考虑暂态饱和要求的互感器铁芯截面可能是仅考虑稳态饱和的数倍互数十倍。

A．稳态饱和特性及对策

当电流互感器通过的稳态对称短路电流产生的二次电动势超过一定值时，互感器铁芯将开始出现饱和其特点是：畸变的二次电流呈脉冲形，正负半波大体对称，畸变开始时间小于5ms（1/4周波）。二次电流有效值将低于未饱和的情况。对于反映电流值的保护，如过电流保护和阻抗保护等，饱和将使灵敏度降低，对于差动保护差电流取决于两侧互感器饱和特性的差异。

例如：1200/5的电流互感器，制造部门提供的规范为5P20，30VA，5P为准确等级，30VA为二次负荷额定值，20为准确限制系数(ALF)，电流互感器在额定负荷下，二次极限电动势

En=ALF2I2(Rct+Rbm)

此时综合误差应不超过5%，综合误差也可适用10%（10P）当前工程中，经常遇到的问题是短路电流过大，ALF不满足要求，但实际负荷比额定负荷小得多。

B．暂态饱和

短路电流一般含有非周期分量，这将使电流互感器的变特性严重恶化，原因是电流互感器的励磁特性是按工频设计。在变单效频率很低的非周期分量时，

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铁芯的磁通（励磁电流）需要大大增加。

是否考虑短路电流的暂态过程，电流互感器分为P和TP类，P类电流互感器要求ΦAC情况下不饱和（纯交流）而TP类电流互感器要求整个工作情况下的总磁通ΣΦ=ΦAC+ΦDC不饱和，因此要求TP类的铁芯远大于P类。

非周期分量导致互感器暂态饱和时二次电流波形是不对称的，开始饱和的时间较长，但铁芯有剩磁时，将加重饱和程度和缩短开始饱和时间。

为了减缓暂态饱和对保护的影响，需要采取必要的措施。这种措施有两类，一类是保护装置具备减缓饱和影响的能力，另一类是选择适当的电流互感器类型和参数。

保护对电流互感器两大要求： ①保证保护的可依赖性。（不影响保护的可靠性）

②保证保护的安全性（不会导致保护误动或无选择动作） 保护装置抗饱和的能力

母差外部故障时各支路的短路电流分布可能很不均匀，饱和情况可能不一致。为保证母差保护的正确性，要求母线保护装置必须采取措施，减缓暂态饱和的影响并不对电流互感器提出特殊要求。母线差动为标准的满足基尔霍夫定律因母线本身无电感铁芯电容等影响。

对于变压器差动保护，未提出明确要求。电流互感器本身与电力变压器一样也是采用同样的原理，因此保护要区分饱和的原因是电流互感器还是变压器本身引起。目前国内的主变保护产品未采取合适的方法。有厂家采取了一些方法但效果不理想，存在差动保护误动的情况，特别是空载合闸于故障变压器时。

暂态饱和与稳态饱和的波形特征不同采取措施时也要区别对待。 针对TA饱和问题，国内外提出一些判别TA饱和的方法：

（1） 采用附加额外电路来检测TA饱和，现场工作不方便； （2） 提高定值，降低保护动作灵敏度； （3） 采用流出电流判别的比率差动保护； （4） 异步法TA饱和判别，利用TA饱和时电流波型中谐波含量高、

波形明显不对称等特征；

（5） 时差法；TA饱和时，差动电流比制动电流落后； （6） 利用电压与差电流的变化不同步；

三、变压器内部故障主保护

A．概述

主保护：瓦斯保护和差动保护 1、瓦斯保护

瓦斯保护为变压器本体内故障的一种主要保护，特别是铁心故障。无论差动保护还是其他内部短路保护如何改进，都不能代替瓦斯保护，当然瓦斯保护也不能代替差动保护，电气故障是瓦斯保护的反映较慢。

瓦斯保护在运行中，误动较多，主要为回路和瓦斯继电器本身的故障率较高。对于保护装置，只起到记录动作信息和转换保护动作出口的作用。

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瓦斯保护的动作原理图

为提高瓦斯保护的可靠性，XHJ和CKJ的动作电压有所不同。XHJ的动作电压较低，为额定电压的55%~60%；CKJ的动作电压较高，为额定电压的65%~70%；XHJ的动作时间为10ms，CKJ的动作时间为20ms。（规程规定继电器的动作时间>10ms。本设计方案能有效的防止因绝缘破坏和直流单点接地引起保护误动作。

2、比率制动式差动保护

采用这一原理既能在外部短路时可靠的制动，又能在内部短路时有较高的灵敏度，但对内部短路时流出电流的适应能力较差。对励磁涌流和过励磁也要有特殊方式。比率制动式差动保护的方法较多，现介绍PST-1200采取的方式 2.1 启动元件

保护启动元件用于开放保护跳闸出口继电器的电源及启动该保护故障处理程序。各保护CPU的启动元件相互独立，且基本相同。

启动元件包括差流突变量启动元件、差流越限启动元件。任一启动元件动作则保护启动。

a) 差电流突变量启动元件的判据为：

| iφ(t)-2iφ(t-T)+iφ(t-2T) |>0.5Icd ； 其中：φ为a,b,c三种相别；

Icd为差动保护动作定值；

当任一差电流突变量连续三次大于启动门坎时，保护启动。

b) 差流越限启动元件是为了防止经大电阻故障时相电流突变量启动元件灵敏度不够而设置的辅助启动元件。该元件在差动电流大于差流越限启动门坎并持续5ms后启动。差流越限启动门坎为差动动作定值的80%。 2.2 差动电流速断保护元件

本元件是为了在变压器区内严重性故障时快速跳开变压器各侧开关，其动作判据为：

Id >Isd

其中：Id为变压器差动电流

Isd为差动电流速断保护定值

2.4 五次谐波制动元件

本元件是为了在变压器过励磁时防止差动保护误动, 其动作判据为：

I ⑸>Id *XBB 5

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其中：I⑸为差动电流中的五次谐波含量；

Id为变压器差动电流

XBB5为差动保护五次谐波制动系数,软件设定为0.38；

2.5 比率制动元件

本元件是为了在变压器区外故障时差动保护有可靠的制动作用,同时在内部故障时有较高的灵敏度，其动作判据为：

两侧差动：Icdd =|I1+I2|； Izdd =max(|I1|,|I2|)； 三侧差动：Icdd =|I1+I2+I3|； Izdd =max(|I1|,|I2|,|I3|)； 四侧差动：Icdd =|I1+I2+I3+I4|；

Izdd =max(|I1|,|I2|,|I3|,|I4|)；

（1）Icdd≥Icd （2）Izdd<=Izd

或3Izd>Izdd>Izd Icdd-Icd≥K1*(Izdd-Izd)

或Izdd>3Izd Icdd-Icd- K1*2Izd≥K2*(Izdd-3Izd) 其中： I1为I侧电流； I2为II侧电流； I3为III侧电流； I4为IV侧电流；

Icd为差动保护电流定值； Icdd为变压器差动电流；

Izdd为变压器差动保护制动电流，

Izd为差动保护比率制动拐点电流定值,设定为高压侧额定电流值；

K1,K2为比率制动的制动系数，软件设定为K1=0.5,K2=0.7；

IdIsd K1=0.5Icd Izd K2=0.7 3IzdIz

关于k1=0.5，k2=0.7选取的考虑：

1）变压器匝间故障时，差动电流较小，制动电流也较小。这时，保护的TA

工作在线性范围，能够准确的传变故障电流，同时保证差动保护的动作灵敏度。这种情况下，考虑负荷电流的影响，差动保护应工作在k3和k1段；

2）当变压器引线故障时，故障电流较大，负荷电流的影响可忽略；

3）区外故障时，故障电流较大，会造成TA饱和等，造成流入变压器差动保护的差流较大，因此提高比例制动特性；在转换性故障时，TA不能准确的传变故障电流，造成差动保护误动作，国内已有实例应采取其他方法解决。

2.6 TA回路异常判别元件

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本元件是为了变压器在正常运行时判别TA回路状况，发现异常情况发告警信号，并可由控制字投退来决定是否闭锁差动保护。其动作判据为：

(1) |⊿iφ|≥0.1In且|IH|<|IQ|； (2) 相电流≤IWI且ID≥IWI ；

(3) 本侧|Ia+Ib+Ic|≥IWI （仅对TA为Y形接线方式）； (4) max(Ida,Idb,Idc)> IWI

(5) max(Ida,Idb,Idc)>0.577Icd

其中：⊿iφ为相电流突变量 Ida,Idb,Idc为A,B,C三相差流值；

Icd 为差动保护电流定值 In 为额定电流 IQ 前一次测量电流 IH 当前测量电流

ID 无流相的差动电流 IWI无电流门槛值，取0.04倍的TA额定电流；

以上条件同时满足(1)、（2）、（3）、（4）判TA断线，仅条件（5）满足，判为差流越限。

2.7 变压器各侧电流相位补偿

（1）变压器接线组别对差动保护的影响

对于Y/Y0接线的变压器，由于一二次绕组对应的电压相位相同，故一二次两侧对应相电流的相位几乎完全相同，而常用的Y/d11接线的变压器，由于三角形侧的线电压与星形侧相应相的线电压相位相差30°。由于变压器中平衡绕组（△形绕组）的存在，当Y形绕组中性点接地运行，系统发生接地故障时，Y形侧各相电流中含有零序电流，△形绕组或不接地的Y形绕组中无零序电流，因此必须对Y形绕组各相电流进行处理，以消除零序电流对差动保护的影响。 （2）常规补偿措施

为了消除由于变压器接线引起的不平衡电流的影响，可采用相位补偿法，即将变压器星形侧的电流互感器接成三角形，而将变压器形侧的电流互感器接成Y形，从而把二次电流的相位校正过来这就是所谓的相位补偿。

IAY、IBY、ICY表示变压器Y形侧三相电流

IA△、IB△、IC△表示经转角后变压器Y形侧电流 Ia△、Ib△、Ic△表示变压器形侧三相电流

流入差动继电器的电流为IA△、IB△、IC△，Ia△、Ib△、Ic△这两组电流幅值相同，相位相同。

（3）PST-1200对变压器接线组别的补偿

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验，变压器各侧均采用CT星形接线。各侧的CT极性均指向母线，用软件进行相位校正时，PST-1200选用变压器Y→△形侧校正的原理，且差动保护的所有计算均以高压侧为基准。对于Y0/△—11的接线，其校正方法如下：

Y0侧：

Ia’=(IA-IB)/3；Ib’=(IB-IC)/3；Ic’=(IC-IA)/3 △侧：

Ia＇=Ia Ib＇=Ib Ic＇=Ic

目前有的厂家采用△→Y的模式（南瑞RCS-978）

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对变压器绕组为Y

IA＇=IA－（IA+IB+IC）/3=（IA－IB）/3－（IC－IA）/3 IB＇=IB－（IA+IB+IC）/3=（IB－IC）/3－（IA－IB）/3 IC＇=IC－（IA+IB+IC）/3=（IC－IA）/3－（IB－IC）/3 对变压器绕组为△形

Ia＇=Ia －Ic Ib＇=Ib－Ia Ic＇=Ic－Ib

两种方法在本质上没有区别，但在不同的故障条件下，差流的大小有所不同。

2.8 过负荷监测元件

本保护反应变压器的负荷情况，仅监测变压器各侧的三相电流。 动作判据为：

max(Ia,Ib,Ic)>Igfh；

其中: Ia、Ib、Ic为变压器各侧三相电流； Igfh为变压器过负荷电流定值； 2.9 过负荷启动冷却器元件

本保护反应变压器的负荷情况，监测变压器高压侧三相电流。 动作判据为： max(Iah，Ibh，Ich)>ITFH；

其中: Iah、Ibh、Ich为变压器高压侧三相电流；

ITFH为变压器过负荷启动冷却器元件电流定值； 2.10 过负荷闭锁调压元件

本保护反应变压器的负荷情况，仅监测变压器高压侧三相电流。 动作判据为：

max(Ia，Ib，Ic)>ITY；

其中: Ia，Ib，Ic为变压器高压侧三相电流； ITY为变压器过负荷闭锁调压元件电流定值。

B、差动保护的难点

1）分接头的影响

2）匝间短路，环中电流大，流入差动保护的电流小 3）负荷电流的影响 4）励磁涌流的闭锁 5）TA的特性

6）暂态励磁电流的影响 三相变压器的励磁涌流特点

1）三相涌流的I2/I1均可能小于20%，对于剩磁为±1.9Bm的情况下，三

相涌流的间断角θ，均可能小于60°；

2）B=±0.9Bm时，三相涌流的I2/I1均可能小于15%；

3）B=±0.7Bm时，三相涌流的I2/I1有一相可能小于15%，但另两相中至

少有一相大于15%；

4）B=±0.6Bm时，三相涌流中的I2/I1有一相可能小于20%，但另两相中

至少有一相大于20%；

5）B=±0.5Bm时，三相涌流中的I2/I1均大于15%；

6）大量现场实测资料所提供的励磁电流情况，I2/I1的特征量比理论分析

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结果乐观；

7）经保护TA变换后，涌流特征基本不变；

8）计及铁心磁滞和局部磁滞的影响，三相励磁涌流的二次谐波成分普遍增

加。

C．变压器内部短路时流出电流对差动保护的影响 1、负荷电流

2、制动电流的选取 3、制动曲线的选取

D．变压器差动保护注意的问题

1）变压器差动保护不平衡电流大，较易误动； 2）流出电流对变压器匝间短路灵敏度的影响；

3）空载合闸时励磁涌流对变压器差动保护的影响； 4）过励磁工况下变压器差动保护动作行为；

5）系统中带长线路或有电缆出线（线路对地电容较大）时，对二次谐波闭

锁元件的影响。

6）对大型变压器，变压器的工作磁痛与铁心饱和磁痛比值较大时，将降低

变压器励磁涌流中的二次谐波含量。

E、防止励磁涌流时差动保护误动的技术措施

变压器的高低压侧是通过电磁联系的，故仅在电源的一侧存在励磁电流，这励磁电流将全部流入差动回路。在正常运行情况下，其值很小，小于变压器额定电流的3%。当变压器空载合闸时，会出现励磁涌流，在电压为0时刻合闸时，变压器铁芯中的磁通急剧增大，使铁芯瞬间饱和，这时出现数值很大的冲击励磁电流（可达5~10倍）。实际情况下，现场遇到这么大的涌流机会较小。

单相变压器励磁涌流的分析

为考虑空载合闸的最严重条件，同时有利于简化分析工作，假设电源内阻抗为0，不计合闸回路电阻。

u1 Isd Lm u2

合闸大电源电压为 =mSin(ωt+α) 当二次侧开路的空载变压器突然合到电压为器漏抗压降，设变压器的变比为1：1，则有

uu

u的无穷大系统上，忽略变压

umSin(ωt+α)

即 φ=－umumωCos(ωt+α) /ω+C

=um/ωL[Cosα－Cos(ωt+α) －(Bs－Br)/Bm]≥0

dφ/dt=

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ωL合闸回路的基波电抗

由以上公式可以看出当α=0时有最大的暂态磁通，因此α=0时，产生最大涌流峰值（对单相变压器）。

在通常的励磁涌流中含有大量的非周期分量和高次谐波，因此励磁涌流不是标准的正弦波。励磁涌流的大小与合闸瞬间的电压相位、铁芯剩磁大小和方向、电源容量、变压器容量及铁芯材料等因数有关。

当变压器的容量越大，衰减越慢。

从试验和理论分析得知，励磁涌流含有大量的高次谐波，以二次谐波的分量最大，四次以上谐波分量很小。因此，国内目前采用的防励磁涌流的措施主要有以下几种方法：

①二次谐波比例制动 ②波形对称原理 ③间断角原理

④其它方法（模糊识别）

? 二次谐波原理

二次谐波原理为经典的方案，但二次谐波原理也存在许多问题： a．选取制动比例

①ΣI2/ΣI1 ②maxI2/maxI1 ③三取二 ④或门闭锁 b．空载合闸于故障变压器，延时动作 c．或门闭锁的启动电流选取

系统不管差流大小，含量到定值闭锁差动保护；目前有的厂商采用最大值闭锁容易发生误动作。 d．二次谐波比例

为了在变压器空投时防止励磁涌流引起差动保护误动, 其动作判据为： I ⑵>Id * XB 2；

其中：I⑵为差动电流中的二次谐波含量；

Id为变压器差动电流；

XB2为差动保护二次谐波制动系数；

? 波形对称原理

公司的专利产品，目前在系统中有3000多套运行。业绩良好，性能稳定，创造了较好的社会和经济效益。

工作原理：采用波形对称算法，将变压器在空载合闸时产生的励磁电流和故障电流区分开来。

1）将流入差动保护的差流进行微分

2）将微分后的差流的前半波与后半波做对称比较 |I1＇+I1+180°′|/|I1＇－I1+180°′|≤K 若满足上式，则为对称，否则为不对称。

对于故障电流，主要为基波电流，上式恒成立。

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对于励磁涌流（主要为二次谐波电流），上式不成立 以此区分故障电流与励磁涌流

对称涌流的特征

对称涌流是由剩磁方向相同的两相涌流相减生成的电流，如b相负剩磁，b相电压负半波产生涌流，c相负剩磁，c相电压负半波产生涌流，b相和c相涌流方向相同。b、c相电压负半波相差120°。由它们产生的涌流是两个峰值相差120°，方向相同的单相涌流之差。

对称涌流的间断角比单相涌流要小，最小可达30°。对称涌流的系数可分为3段，中间是个较大的波形，其宽度为120°。两头两个小波与中间方向相反，大小可能不一样，在一个周波内有间断角。

90 270 0 180 360

F、过励磁工况下，防止差动保护误动的技术措施

变压器过电压或过励磁时，（u/f）励磁电流急剧增大，波形严重畸变。当电压达到额定电压的120%－140%时，励磁电流可增至额定电流的10%－43%（大概）。这个电流将作为不平衡电流流入差动保护的动作回路，完全可能使差动保护误动作。

防误措施是增设五次谐波制动回路，当过电压达到120%时，五次谐波最大，达到基波电流的50%，若过电压水平再增加，五次谐波含量降低，当过电压达到140%时，五次谐波占基波的35% ，因此，取I5/I1≥35%作为闭锁条件较为合适。

在过电压超过140%时，将严重威胁变压器的安全。这时I5/I1＜38%差动保护动作也是合理的。

在变压器的后备保护中也可增设过激磁保护。

必须说明，变压器过电压或过励磁时，励磁电流的性质将随变压器设计、材料、结构、工艺等因素而有所不同。

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G、PST-1200对各侧电流互感器型号及变比误差的解决措施

PST-1200对此选用平衡系数来完成，此平衡系数的计算是由保护装置的软件来完成。 平衡系数的计算与的接线方式无关

BL/BH应尽可能的小于16，这是保证装置最佳运行方式。 若BL/BH大于16，在正常运行中会造成差流误差变大。

四、变压器分侧差动保护

变压器纵差保护都有励磁涌流和过励磁工况下防止误动的问题。 优点：

①无励磁涌流影响 ②与过励磁无关 ③与分接头调压无关 缺点：

①对匝间无保护作用

②每一绕组须有四个引出端子

用途：用于50kV分相式自耦变压器，满足基尔霍夫定律，无转角。 变压器零序差动保护，应考虑励磁涌流对的影响。 差动速断保护，Icd>Isd

五.变压器后备保护

根据工程实际配置后备保护。

A. 反映相间故障的后备保护 （1）过流保护

变压器各侧过流保护按相设置

（2）复合电压闭锁过流

作为相邻元件及变压器内部故障的后备保护，当过流保护的灵敏度不足时，增加复合电压闭锁回路。在不对称性故障时，出现负序电压及在对称性故障及三相电压低于某一值时，才开放过流保护，这样过流保护的定值可大大降低，同时也提高了保护的灵敏度。

三侧电压闭锁问题（反措要求）：

采用“或”门逻辑，提高高中压侧对低压侧故障的灵敏度。 （3）带方向的复合电压闭锁过流保护 对于220kV侧，作为变压器的后备保护

以电源侧向下指：方向元件和电流元件按90 接线 B．反映接地故障的后备保护

作为变压器接地故障的后备保护，它是整个电网接地保护的组成部分之一，它的配置与整定必须和电网接地保护相配合。

在中性点直接接地的电力网中，对外部单相接地引起的过电流应设零序过流保护。 110kV，220kV中性点直接接地的电力网中，对外部单相接地故障引起的过流，以及因失去接地中性点引起的变压器中性点电压升高，按规程装设零序保护。对全绝缘变压器除零序过流外，应增设零序过电压保护。当电力网单相接地失去中性点是，零序电压保护应经过0.3~0.5S时限动作于断开变压器各侧开关。

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方向指向系统，CT极性指向母线

若中性点不接地，系统单相（A）接地时的零序电压 C．变压器其它异常运行保护

1、过激磁保护 2、过负荷保护。

（1）过负荷发信 （2）启动风冷 （3）闭锁调压

? PST-1200系列变压器保护江苏方案

根据国电公司《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》“对于220千伏主变

压器的微机保护必须双重化的精神”，主变压器宜采用两套完整、独立的主保护和两套相同配置的后备保护，同时还必须保证两套主、后备保护在交、直流回路上的独立性。 一、 保护的配置：

1、微机保护按两套主保护（采用不同原理：二次谐波闭锁原理、波形对称原理）、两套后备保护配置。全部保护和操作回路按两面屏布置。

第一面屏配置：PST-1202AJS型保护装置（主保护与各侧后备保护），PST-1222或PST-1212型操作箱（220kV侧开关操作回路及电压切换回路），PST-1206A断路器失灵保护，一台打印机。

第二面屏配置：（PST-1202BJS）型保护装置（主保护与各侧后备保护），PST-1210C型非电量及开关操作回路装置（包含非电量保护、110kV侧开关、低压侧开关操作回路及电压切换回路）。 2、电流回路的配置：

（1）第一方案：正常运行时两面屏均用开关侧CT。旁路代主变断路器运行时，原则上只考虑启用一套完整的主保护、后备保护（即只将一块屏的主保护后备保护切人旁路CT ）。另一套完整主保护、后备保护停用。

（2）第二方案：正常运行时一面屏用开关侧CT，另一面屏用套管侧CT。旁路代主变断路器运行时为简化操作，当不考虑CT回路的切换，第一面屏主保护和后备保护退出，第二面屏主保护和后备保护全部投入，同时启用旁路线路保护的接地距离和相间距离一段作为变压器套管CT至开关间引线故障的保护；距离定值整定一般取不大于10欧姆以内；当考虑CT回路的切换，用开关侧CT面的屏的主保护后备保护切人旁路CT，另一面屏仍用套管侧CT。

（3）差动保护用CT，各侧均以星形接线输入，星-角变换和各侧电流数值平衡均有保护装置软件实现。

3、 直流电源：

（1）第一面屏内PST-1202AJS型保护装置（主保护与各侧后备保护）配置一组熔断器或快速开关。PST-1222型操作箱含220kV侧开关操作回路及电压切换回路，设置两组熔断器或快速开关供双跳圈断路器直流电源。

（2）第二面屏内PST-1202BJS型保护装置（主保护与各侧后备保护）配置一组熔断器。非电量及失灵电流起动配置一组熔断器。110kV侧开关和低压侧开关操作回路各配置一组熔断器。

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二、关于220千伏微机变压器保护的配置方案

1、主保护：

（1）差动速断： 跳主变各侧开关。

（2）比率差动（采用不同励磁涌流闭锁原理）： 跳主变各侧开关。

CT断线经控制字投/退确定是否闭锁差动保护，同时发信号。

（3）零序比率差动：自耦变压器，其公共绕组必须具有三相引出CT或主变中性点直

接接地并三相引出CT跳主变各侧开关。

CT断线经控制字投/退确定是否闭锁差动保护，同时发信号。

（4）非电量保护：包括重瓦斯、轻瓦斯、油温、油位、压力释放、冷却器全停等。

非电量保护（除需经保护装置延时的信号外）直接起动装置跳闸回路，且保护动作应自动记录。

3、 后备保护： （1） 过流保护

① 高压侧复合电压闭锁过流保护，设两段。

复合电压闭锁方向过流保护：方向指向变压器，一个时限跳本侧开关。

复合电压闭锁过流保护：第一个时限跳本侧开关；第二个时限跳主变各侧开关。

复合电压取高、中、低压侧电压（可分别经压板投/退）为：

高压侧线电压+负序电压 中压侧线电压+负序电压 低压侧线电压+负序电压

② 中压侧复合电压闭锁过流保护，设两段。

复合电压闭锁方向过流保护：方向指向中压侧母线，第一个时限跳中压侧母联；第二个时限跳本侧开关。

复合电压闭锁过流保护：第一个时限跳本侧开关；第二个时限跳主变各侧开关。 复合电压取高、中、低压侧电压（可分别经压板投/退）为：

高压侧线电压+负序电压 中压侧线电压+负序电压 低压侧线电压+负序电压

③ 低压侧过流保护，设3段。 复合电压闭锁过流保护：设2段。

其中第一段一时限跳本侧分段

第一段二时限跳本侧分段（做为低压侧母线后备）。 第二段跳主变各侧开关（做为低压侧出线后备）。

定时速切过流保护：跳本侧开关（做为低压侧母线后备或出线后备）。

复合电压取高、中、低压侧电压（可分别经压板投/退）为： 高压侧线电压+负序电压 中压侧线电压+负序电压 低压侧线电压+负序电压 （2）零序保护

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① 高压侧零序过流保护（零序电流取高压母线侧自产零序电流），设两段。零序方向过流保护：方向指向变压器，一个时限跳本侧开关。

零序过流保护：第一个时限跳本侧开关；第二个时限跳主变各侧开关。 ② 高压侧零序过压保护

零序过压保护：第一个时限跳本侧开关；第二个时限跳主变各侧开关。 ③ 高压侧中性点间隙过流保护（电流取高压侧中性点间隙零序电流） 中性点间隙零序过流保护：一个时限跳主变各侧开关。 变压器为自耦变，本保护为公共绕组零序过流保护； 变压器为三圈变，本保护为中性点间隙过流保护。

④ 中压侧零序过流保护（零序电流取中压侧自产零序电流），设两段。

零序方向过流保护：方向指向中压侧母线，第一个时限跳本侧母联； 第二个时限跳本侧开关。

零序过流保护：第一个时限跳本侧开关；第二个时限跳主变各侧开关。 ⑤ 中压侧零序过压保护

零序过压保护：第一个时限跳本侧开关；第二个时限跳主变各侧开关。 ⑥ 中压侧间隙零序过流保护（电流取中压侧中性点间隙零序电流） 中性点间隙零序过流保护：一个时限跳主变各侧开关。

（3） 过负荷及异常保护

① 过负荷信号。

高、中、低压侧和公共绕组（针对自耦变）均设过负荷信号。

② 起动风冷。

高、中侧均设起动风冷。 ③ 过载闭锁调压。

高、中侧均设过载闭锁调压。

（4）220kV侧非全相保护与变压器失灵电流起动

① 非全相保护：应经断路器辅接点闭锁的零序电流I段，第一时限跳220kV侧开关；第二个时限跳主变各侧开关。 ② 变压器失灵电流起动。

? 数字式变压器保护的发展方向

1、 2、 3、 4、 5、 6、

加强主保护，简化后备保护 保护装置的一体化 信息网络化 故障分析技术

自适应技术、智能技术和数字技术的发展 新型互感器的应用

? 数字化变电站（光电式电流、电压互感器）

数字化变电站系统包括断路器的智能化、测量系统的数字化、变压器在线检测实时化，变电站综自系统等；其核心问题为一次系统的数字化，即断路器的智能化、测量系统

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的数字化。智能断路器在国外已有较多的应用，主要在现有的断路器上融合隔离刀闸功能和断路器测控功能；利用光纤或其他介质，通过通信方式控制断路器，传送断路器的各种信息。测量系统的数字化主要为电流电压互感器的数字化。光电式电流电压互感器为其中的主要发展方向。下面主要介绍光电式电流电压互感器的原理和应用，以及应用对电力系统现有保护带来的影响。 一、目的和意义

现在我国电力系统中采用的电流电压互感器基本为传统的电磁感应式或电容分压式，输出模拟电流信号和模拟电压信号。传统电流电压互感器存在内部绝缘结构复杂、精度受二次负载影响、易受电磁干扰和二次电缆昂贵等问题。

光电互感器指输出为小电压模拟信号或数字信号的电流电压互感器。由于模拟输出的光电互感器仍存在传统互感器的一些固有缺点，现在发展的高电压等级用光电互感器器般都用光纤输出数字信号（以下的光电互感器均指此类光电互感器）。光电互感器有绝缘结构简单、精度不受负载影响、无饱和、二次设备不产生附加误差和不易受电磁干扰等优点，而且信号输出采用比电缆廉价的光缆降低了综合成本。

由于光电互感器的诸多优点，光电互感器取代传统互感器将只是一个时间问题。国际上，光电互感器已逐步成熟，正已越来越快的速度推广运用。其中ABB、西门子等公司生产的光电互感器已有十几年的成功运行业绩。采用光电互感器的数字化变电站在欧洲也已经投入运行。我国光电互感器的研制和运用相对比较落后，仅有为数不多的变电站使用了一些进口的光电互感器。国内有二十余家企业和高校涉足了光电互感器的开发，经过多年的努力，已有多套设备在现场试运行。

光电互感器可分为两种型式。一种是用磁光效应和电光效应直接将电流电压传变为光信号，一般称无源式；另一种是用电磁感应或分压原理将电流电压信号转变为小电压信号，再将小电压信号转换为光信号传输给二次设备，一般称有源式。无源式由于存在稳定性和可生产性较差、电子回路复杂等问题，现在主要处在实验室阶段，推广运用还有待时日。有源式的难点是提供高压端需要工作电源，但随着激光供能和高压取能技术的突破，已得到根本上的解决。

我国在有源式光电互感器的研究已走在无源式的前面，有的产品已在在多个变电站试运行近一年的经验，运行情况良好，可满足保护和计量的要求，并通过了部级鉴定，达到国际先进水平。

同时国内的二次设备制造商开发了可与光电互感器直接接口的数字接口继电保护装置、数字接口电能表等二次设备，为光电互感器的实际使用提供了基础。

光电互感器在变电站应用的具体问题，包括光电互感器的运行维护、数字接口二次设备的运行维护、传统二次设备与光电互感器的接口、光电互感器对保护性能的影响、计量系统的精度评估等内容。一方面研究光电互感器与数字接口二次设备配套使用的应用问题，另一方面研究数字式互感器与传统二次设备配套使用的问题。由于国际上得到长期运行考验的的光电互感器基本上采用有源式，而且国内尚没有通过鉴定的无源式电流电压互感器。

光电互感器包括组合式光电互感器、光电电流互感器和光电电压互感器。其中组合式光电互感器同时具有电流互感器和电压互感器的功能。

采用光电互感器后，变电站将有以下的效益：

1. 用光缆取代信号电缆，降低变电站投资，而且无电磁兼容问题； 2. 光电互感器绝缘结构简单，可采用干式绝缘，减少维护工作量； 3. 电流互感器无饱和现象，大大提高各种差动保护的性能。 4. 二次设备不产生附加误差，提高了保护和计量的精度。

可见使用光电互感器可降低变电站的综合成本，提高运行水平，有重大的实际意义。 二、国内外研究水平综述

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早在本世纪50年代，国际上几个著名的公司如霍尼韦尔、ABB、SIMENS、ALSTOM等公司开始光电互感器的研究，当时研究方向主要是应用法拉第磁光效应原理和POCKELS电光效应原理，直到80年代末没有突破全环境下0.2级精度要求。

随着激光技术和光电池技术的成熟，80年代开始转向研究用激光供能，电信号就地转换，用光纤输出的模式。90年代初取得成功，92年ABB公司的产品在巴西的主干网上投入运行，至今运行良好。其他公司也相继研制成功。

国内在光电互感器上的研究也有数十年历史，积累了许多成果。在无源式光电互感器上投入的时间和力量均很大，同样由于上述技术原因未能推广运用。近年来许多研究单位已将研究重点转向有源式光电互感器，迅速取得了突破。

我国的各电力公司今年来也开始关注光电互感器的发展，其中江苏电力公司、南方电力公司、三峡电厂等已采用了若干套光电互感器，有的已运行了数年。这几个地方均采用的是ABB和西门子公司提供的光电互感器和已之配套的二次设备，没有不同厂家的光电互感器与二次设备接口先例，也没有光电互感器与传统二次设备接口的先例。

现在国内各电力公司已加快了光电互感器应用研究的步伐，天津电力公司、江苏电力公司等都提出了建立数字化变电站示范站的计划，并将在一两年内实施。由于无源式光电互感器尚不成熟，各电力公司都以有源式光电互感器应用为当前研究的方向。

三、项目的理论和实践依据

组合式光电互感器的原理框图如图1。采集器将测量用电流传感器、保护用电流传感器和电压传感器输出的模拟信号转换为数字信号，用光纤传输给合并器。合并器合并多个采集器传来的数据，按IEC61850-9传输给若干二次设备。光电电流互感器的框图与图1相似，只是没有电压传感器部分。光电电压互感器的框图与图1相似，只是没有电流传感器部分。

测量用电流传感器保护用电流传感器一次电流电压传感器 至其它传感头 采集器激光电源、同步信号采样数据??数据输出电源传感头合并器时钟输入（如果需要）图1 组合式光电互感器的原理框

合并器按IEC61850-9的规定的格式用光纤以太网向二次设备传输信息。如果使用支持IEC61850-9接口的二次设备，可简单实现互感器与二次设备间的接口。然而现在广泛使用的二次设备均不具备IEC61850-9接口，

目前广泛应用的是电磁式互感器，给二次设备提供的是模拟信号，对于具备IEC61850-9数字接口的二次设备，同样存在着接口上的障碍。

为此，我们扩展合并器数据采集功能。除了接收光电互感器采集器单元通过光纤提供

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??的数字信号外，合并器同时可进行数模转换。电磁式互感器输出的电流（电压）信号，通过合并器进行模数转换后，并以IEC61850-9标准格式发送到二次设备。这样，达到电磁式互感器和光电互感器混合应用的目的，光电互感器投入使用的同时，保留部分可仍可使用的电磁式互感器，节省改造投资。

研究具有IEC61850-9接口的数字式自动化装置。

采用组合式光电互感器（同时含有电流电压的互感器），改变接线方式，改造备投，取消PT并列等。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9716.html