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          世界*大潮汐能發電陣列供電

           

          數字式發電機、變壓器差動保護試驗方法

          [內容摘要]:發電廠、變電站的變壓器、發電機等大型主設備價值昂貴,當他們發生故障時,變壓器、發電機的主保護縱向電流差動保護應準確及時地將他們從電力系統中切除,確保設備不受損壞。模擬發電機、變壓器實際故障時的電流情況來進行差動試驗,驗證保護動作的正確性至關重要。

          [關鍵詞]:數字式   差動保護  試驗方法

          我們知道,變壓器、發電機的電氣主保護為縱向電流差動保護,該保護原理成熟,動作成功率高,從常規的繼電器保護到晶體管保護再到現在的微機保護,保護原理都沒有多大改變,只是實現此保護的硬件平臺隨著電子技術的發展在不斷升級,使我們的日常操作維護更方便、更容易。傳統繼電器差動保護是通過差動CT的接線方式與變比大小不同來進行角度校正及電流補償的,而微機保護一般接入保護裝置的CT全為星型接法,然后通過軟件移相進行角差校正,通過平衡系數來進行電流大小補償,從而實現在正常運行時差流為零,而變壓器內部故障時,差流很大,保護動作。由于變壓器正常運行和故障時至少有6個電流(高、低壓側),而我們所用的微機保護測試儀一般只能產生3個電流,因此要模擬主變實際故障時的電流情況來進行差動試驗,就要求我們對微機差動保護原理理解清楚,然后正確接線,方可做出試驗結果,從而驗證保護動作的正確性。

          下面我們以國電南京自動化設備總廠電網控制技術有限公司的ND300系列的發變組差動保護為例來具體說明試驗方法,其他廠家的應該大同小異。這里我們選擇ND300系列數字式變壓器保護裝置中的NDT302型號作為試驗對象。該型號的差動保護定值(已設定)如下:

          NDT302變壓器保護裝置保護定值單

          序號

          保護繼電器

          定值名稱

          整定大小

          步長

          01

          變壓器額定參數

          變壓器容量

          5MVA

          0.1 MVA

          變壓器△側接線方式

          -11

          變壓器高壓側接線方式

          Y

          變壓器低壓側接線方式

          高壓側一次額定電壓

          35kV

          0.1 kV

          低壓側一次額定電壓

          10kV

          0.1 kV

          差動高壓側TA原邊

          200A

          1 A

          差動高壓側TA副邊

          5.00A

          差動低壓側TA原邊

          600A

          1 A

          差動低壓側TA副邊

          5.00A

          后備高壓側TA原邊

          200A

          1 A

          后備高壓側TA副邊

          5.00A

          后備低壓側TA原邊

          600A

          1 A

          后備低壓側TA副邊

          5.00A

          02

          變壓器差動保護

          涌流識別方式

          二次諧波

          差動速斷壓板

          投入

          差動速斷電流定值

          12Ie

          0.01 Ie

          比率差動壓板

          投入

          比率差動門檻電流

          0.8Ie

          0.01 Ie

          制動曲線拐點電流

          1Ie

          0.01 Ie

          比率制動曲線斜率

          0.50

          0.01

          二次諧波制動系數

          0.2

          0.01

          TA斷線信號壓板

          退出

          TA斷線閉鎖差動壓板

          退出

          TA斷線解除閉鎖定值

          1.00Ie1.30Ie

          0.01 Ie

          根據上面變壓器的參數可以求出差動高壓側CT變比為:Th200/540,差動低壓側CT變比為:Tl600/5120 主變高壓側一次額定電流為:Ih=5×10/(×35×10)82.48A,主高壓側二次額定電流為:Ihe82.48/402.05A,則定值中的Ie×Ihe=3.56A,這里一定要注意IeIhe的區別,IeIhe移相后的值,因此有個倍,由于廠家不同,對此定義可能會有出入,下面會通過向量圖具體分析。低壓側一次額定電流為:Il5×10/(×10×10)288.68A, 低壓側二次額定電流為:Ile288.68/120=2.41A。只要主變參數確定,這些值保護裝置會自動計算,并通過菜單定值項中的“內部定值”提供給用戶,無需另外計算,使用起來非常方便,這也是該產品的一個特色。

          下面我們先來分析一下微機差動保護的算法原理。這里以Y/-11主變接線為例,傳統繼電器差動保護是通過把主變高壓側的二次CT接成,把低壓側的二次CT接成Y型,來平衡主變高壓側與低壓側的30相位差的,然后再通過二次CT變比的不同來平衡電流大小的,接線時要求接入差動繼電器的電流要相差180,即是逆極性接入。具體接線如圖1

          1

          其中,為高壓側一次電流,為高壓側二次電流。為低壓側一次電流,為低壓側二次電流KD1KD2KD3分別為ABC三相差動繼電器。

          而微機保護要求接入保護裝置的各側CT均為Y型接線,顯而易見移相是通過軟件來完成的,下面來分析一下微機軟件移相原理。

          ND300系列變壓器差動保護軟件移相均是移Y型側,對于?側電流的接線,TA二次電流相位不調整。電流平衡以移相后的Y型側電流為基準,△側電流乘以平衡系數來平衡電流大小。?側為-11接線,軟件移相的向量圖如圖2

                                             2

          其中,I II分別為高壓側ABC三相電流,III分別為高壓側移相后的ABC三相電流,III分別為低壓側三相電流。

          其校正方法如下:

          類同上圖中的I II類同上圖中的III)。

          式中:YTA二次電流,Y側校正后的各相二次電流。

          只所以這么移,如果接入差動保護裝置的CT為逆極性接入,則Ia(低壓側A相電流),Ib(低壓側B相電流),Ic(低壓側C相電流),,正好相差180度,這樣角度差就被校正過來了。以A相為例,很明顯移相后,= ×,這樣低壓側來平衡高壓側時就有×IhBl×Il,則有Bl×=× =××,其中Bl為低壓側平衡系數,Ih為高壓側一次電流,Il為低壓側一次電流,S為主變容量,UhUl分別為主變高低壓側一次電壓,ThTl分別為高低側CT變比。根據以上公式可以算出此主變保護低壓側平衡系數為:

          Bl××××1.485,此值也是由保護裝置在內部定值”中自動算出。

          如果?側為-1接線,其校正方法如下:

          由此可以看出如果在高壓側加一相電流,則會產生兩相差流,對于主變接線為Y/-11接線的,如果只在高壓側A相加電流,則AC相會有差流,只在高壓側B相加電流,則AB相會有差流,只在高壓側C相加電流,則BC相會有差流。那么如果用只能產生三相電流的繼電保護試驗儀來做差動保護試驗,則所加電流的方法如下:

          1、高壓側加A相電流,則低壓側要加AC相電流(用繼電保護試驗儀的A相電流作為主變高壓側A相電流,用繼電保護試驗儀的BC相電流作為主變低壓側AC相電流,且繼電保護試驗儀的ABC相電流角度分別為:01800)。我們要做主變A相差動保護試驗,如果高壓側只加A相電流,C相必然會產生差流,因此在主變低壓側除了A相要加電流來驗證差動方程外,在C相也要加上電流來平衡高壓側A相在C相產生的差流。以下兩點類同。

          2、高壓側加B相電流,則低壓側要加BA相電流(用繼電保護試驗儀的A相電流作為主變高壓側B相電流,用繼電保護試驗儀的BC相電流作為主變低壓側BA相電流,且繼電保護試驗儀的ABC相電流角度分別為:01800)

          3、  高壓側加C相電流,則低壓側要加CB相電流(用繼電保護試驗儀的A相電流作為主變高壓側A相電流,用繼電保護試驗儀的BC相電流作為主變低壓側CB相電流,且繼電保護試驗儀的ABC相電流角度分別為:01800)

          4、  下面分析一下差動保護的曲線及動作方程。此差動保護的動作曲線如圖3

          ISD

          ICD

          速斷動作區

          差動動作區

          K. 制動區

          IGD

          Ir

                                      Id      

          3

          比率差動動作方程為:

                                

          其中(以三卷變為例):

          式中:Id為差動電流,Ir為制動電流,ISD為差動速斷定值,ICD為比率差動門檻值,IGD為拐點定值,K為制動系數,為變壓器各側歸算到高壓側后的電流。

          由圖可以知道,一條水平線段和一條斜率為K的射線把整個一象限分為動作區和制動區兩部分。實際上動作方程就是一個分為兩段的分段函數,一段為水平線段的常函數,另一段為一斜率為K的直線,因此做試驗時也要分為兩部分。**部分只要滿足:

          Id >(ICD =0.8Ie=2.85A)

          Ir <(IGD=1Ie=3.56A)

           保護就會動作。如果現在在高壓側A相加5A的電流,我們可以算出在低壓側要使保護在水平線段部分動作所要加的電流大小范圍,試驗的前提是使高低壓兩側電流(同相)相位相差180。設低壓側所要加的電流為I,如果A相電流滿足以下方程:

                             

            |5-1.485I|>2.85     I>5.27或者I<1.45  

                                (5+1.485I)/2<3.56   I<1.43

          由此看出,如果高壓側所加電流大于5A,則在低壓側加大于5.27A或者小于1.45A電流就可以滿足條件,則A相就可以在曲線的水平段動作。很明顯由于移相的原因,C相會產生5A的差流,因此為防止C相差動保護作,需要在低壓側C相加5/1.4853.37A的電流來平衡。

            以上只是舉了一個例子,讀者也可以先加低壓側電流,再根據不等式方程求出要差動保護動作高壓側所要加的電流理論值范圍。下面我們來驗證斜率為K的直線部分動作特性(如圖3中的A點),此部分的動作方程為:

                                    <K

          假設在高壓側加5A電流,要使差動動作,則低壓側所加電流I要滿足的方程為:

           |5-1.485I|>2.85              I>5.27或者I<1.45  

                           (5+1.485I)/2>3.56            I>1.43

                           >0.5    I<1.44或者I>6.54

          由以上不等式可以看出如果在主變高壓側加5A的電流,則在低壓側A1.43A<I<1.44A或者大于6.54A的電流,同時在低壓側C相加5/1.4853.37A的電流A相差動就會動作,其他相不會動作。

            當然如果使用的繼電保護試驗議可以產生六個電流,或者試驗儀試驗項目中有專門用于做差動保護試驗的,試驗起來會更方便。

          由于發電機與變壓器結構不同,發電機機端與中性點不存在相位差,因此發電機的差動保護試驗就比較簡單。發電機的差動保護曲線同圖3,這里我們選擇ND300系列數字式發電機保護裝置中的NDG300A型號作為試驗對象。該型號的差動保護定值(已設定)如下:

          序號

          器器序號序號

          保護繼電器

          定值名稱

          整定大小

          步長

          01

          發電機額定參數

          發電機容量

          100.0MW

          0.1 MW

          額定功率因數

          0.85

          0.01

          一次額定電壓

          10.5KV

          0.1 kV

          差動TA原邊

          8000A

          1A

          差動TA副邊

          5.00A

          后備TA原邊

          8000A

          1A

          后備TA副邊

          5.00A

          02

          差動保護

          制動方式選擇:

          比率制動

          差動速斷壓板

          投入

          差動速斷電流定值

          7.00Ie

          0.01Ie

          比率差動壓板

          投入

          比率差動門檻電流

          0.2Ie

          0.01 Ie

          制動曲線拐點電流

          0.8Ie

          0.01 Ie

          比率制動曲線斜率

          0.50

          0.01

          標積差動壓板

          退出

          標積差動門檻電流

          0.10Ie1.00Ie

          0.01 Ie

          標積差動曲線斜率

          0.801.20

          0.01

          TA斷線信號壓板

          投入

          TA斷線閉鎖差動壓板

          投入

          解除閉鎖定值

          1.30Ie

          0.01 Ie

          根據定值中發電機的額定參數可以求出:

          差動CT變比    T8000/51600

          機端和中性點一次額定電流    IP/U COSφ

                                           

                                            6468.3A

          (其中P為發電機額定功率、U為一次電壓、I為一次電流、COSφ功率因素)

          發電機差動二次額定電流      IeI/T6468.3/1600=4.04A

          差動門檻      Icd0.2Ie0.81A

          拐點電流      Igd0.8Ie=3.32A

          假設在試驗時機端加3A的電流,要使差動保護在曲線的水平段動作,則中性點要加的電流I需滿足(兩電流相差180):

          Id >ICD

          Ir <IGD

          把各個值帶入上述不等式,則有

            |3-I|>0.81,      I<2.19或者I>3.81

                                (3+I)/2<3.23    I<3.46

          所以當中性點所加電流I<2.19A時,差動保護在曲線的水平段動作。

          下面來做曲線的另一部分,設在機端所加電流為5A要使差動保護在曲線的直線動作,則中性點要加的電流I需滿足(兩電流相差180):

                     

            |5-I|>0.81,          I<4.19或者I>5.81

                                (5+I)/2>3.23        I>1.46

                                >0.5    I<3.65或者I>7.25

          所以當中性點所加電流1.46<I<3.65A或者I>7.25A時,差動保護在曲線的直線部分動作。

             以上就是變壓器和發電機數字式差動保護的試驗方法,本文的主要目的就是通過做試驗來加深繼電保護工作者對差動保護原理的理解,反過來,當我們對其原理理解的透徹了,相信還會有更好的試驗方法。

          滬公網安備 31011402005069號

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