差动保护装置（精选十篇）
差动保护装置 篇1
1.1 2M通道保护对继电保护的影响
在传输网运行的时候, 不可避免会有光纤线路和设备发生故障的时候, 从而使通道倒换异常和通道误码率的增加, 通道的故障有可能引起继电保护装置的误动作, 影响电力系统运行的稳定。为了满足继电保护对光纤通道的时延、误码率的要求, 我们有必要分析输通道倒换、通道误码等对继电保护的影响, 并对保护通道的合理设计和设置进行探讨。
1.2 通道倒换方式对继电保护的影响
采用通道倒换环的方式时, 当主用通道产生故障时路由切换到备用通道, 故障消除后保护通道从备用通道切回到主用通道。纵联差动保护要求通道双向路由的一致性, 在通道倒换时如果系统产生故障, 倒换时间将延长, 这将大于对继电保护系统动作时间的规定。
因此, 线路纵联差动保护对通道倒换环的自愈功能不宜采用, 适合采用独立双通道。线路纵联保护可以采用通道倒换环的自愈功能, 但通道切换时将产生业务短暂中断, 这时继电保护装置很可能检测到这种业务的中断信息, 并瞬间退出相关功能, 确保装置不误动。
1.3 2M通道重定时参数设置对继电保护的影响
2 M通道两侧采用输出重定时方法和使用专用光纤通道的时钟设备方式相同, 通道两端的纵联差动保护装置的通信时钟最好采用主一主或主一从方式, 但不能采用从一从方式, 否则会形成时钟环, 也可能产生滑码。
如果线路两侧差动保护装置的主机方式与从机方式设置发生错误时, 保护装置有可能会因为工作状态变化, 而自动关闭差动保护并同时给出告警信号, 从而引起差动保护停止动作。比较早期的保护装置如果没有自动闭锁功能, 可能引起保护误动。
2 切换装置工作原理
切换装置通过对通道信号的实时监测从而完成通道的切换, 2M切换装置的切换原则为:采用双发选收机制;对时延进行自动对齐, 达到无损切换.
如图1所示, 保护业务由继电保护设备发出, 主用和备用通道将两个切换保护装置连接起来, 在正常情况下, 主用通道和备用通道同时传输数据, 当主用通道故障时, 两端的切换装置自动切换至备用通道上, 保证传输业务不受通道故障的影响。备用的2M复用保护通道也采用与主用通道相同的链状配置, 从而保证信号的收发路由一致, 符合2M复用保护通道的配置原则。 (见图2)
切换过程:当主用通道发生故障导致收发无法正常进行, 设备监测到主用通道故障告警时, K2端立即发送一条倒换口令, 两边同时进行切换, 保护设备两端开关均切换至备用通道, 从而确保传输的业务不会中断而且收发的路由一致, 达到误码程度最小。
3 切换装置组成模块 (见图3)
3.1 模块的功能介绍
双电源备份模块:相互不影响的两路-48V电源, 采用负载分担方式同时工作, 一块电源出现故障不会影响设备的正常运行。外部具有双路电源输入功能, 并能够完成实时在线切换。当电源模块产生告警时, 电源工作指示灯告警。 (见图4)
中央管理模块:对2M线路接口 (一入两出) 进行网络管理和监控, 并控制时钟的提取选择以及保护通道的切换。
2M接口模块:符合ITU-T G.703、G.704建议, 比特率为2048Kb/s±50 ppm, 线路码型:HDB3, 接口阻抗:75Ω非平衡, 帧结构:成帧、非帧结构。
切换模块:完成2M信号的监测与通道切换动作。并且能够对成帧的2M信号进行缓存, 完成通道监测量和通道控制信息的提取, 为网管模块分配通道。
网管模块及接口:设备网管模块具备配置管理、故障管理和性能管理、安全管理。通过RS232或TCP/IP协议栈通信。
环境要求及电磁兼容:环境温度在-5℃-40℃时, 装置应能满足正常切换功能, 环境温度-15℃~65℃时, 装置应不误动作。2M切换装置要安装在变电站内, 高压线路产生的强磁场以及开关的投切产生的短时交变磁场都将影响到设备的正常运行。而2M切换装置接入至保护通道中运行, 其安全性和可靠性是首要要求。因此, 设备的抗电磁干扰能力、电气指标等均应满足恶劣环境下的运行条件。
3.2 切换装置的组网设计 (见图5)
由于2M切换装置要成对使用, 所以其网络拓扑图均为点对点传输方式。这种方式虽然组网简单, 但是如果设备量很大, 那么对于整体设备的管理就提出了要求。建议采用基于TCP/IP协议的组网方式, 每对设备之间通过带内的网管通道, 即成帧2M信号通过T0时隙, 非成帧2M信号通过备用传输通道传递网管信息, 建立局端与站端设备的联系。在局端可以通过以太网互连方式接入到中心网管。设备间的路由协议建议才有OSPF等动态协议, 以便实时发现并更新网络中的拓扑变化。 (见图6)
4 结论
差动保护装置 篇2
【摘 要】自平衡差动保护是近年来提出的一种新型差动保护，具有高可靠性、高灵敏度且设备投资较少等优点，尤其适用于石化企业的危险防爆场所。本文将对一台2300kW高压大功率电动机检修后差动保护频繁误动作故障案例，详细分析了故障原因及处理方法，并探讨了自平衡差动保护的应用优势。
【关 键 词】高压电动机；自平衡差动保护；防爆场所；误动作
【中图分类号】TV772【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0217-01
0 引言
2012年7月，中国石油辽阳石化分公司炼油厂一台功率为2300kW的高压防爆电动机经过检修返回现场，在调试运行过程中，由于差动保护频繁动作，导致电动机无法继续运行，急需清除故障以恢复电动机的正常运行性能。
1 故障查找
电气工程车间试验班赶到现场，了解情况后得知该台电动机刚刚经过检修，于是打开电动机端子盖，未见任何短路或其他异常；查看动力电缆，也未见任何绝缘损坏引起相间短路或相对地接地现象发生，其调试运行过程中在差动保护整定区域并未发生任何故障，相反差动保护却频繁动作并发出故障报警信号，于是初步诊断发电机保护装置存在误动作问题，即须找出电动机差动保护误动作的原因，并采取有效措施予以解决，则电动机差动保护频繁动作即可解除，才能确保设备安全、稳定的运行。
为了找出电动机差动保护误动作的原因，需要对差动保护原理接线图进行认真分析。电动机差动保护原理接线如图1所示。从图1可知，电动机纵差保护是由安装在供电电源断路器下端的一组电流互感器与电动机定子绕组中性点（此电动机为星形接法，动力电缆通过绕组首端、电流互感器，汇拢到中性点，位于电动机端子盖内）的一组电流互感器，当这两组电流互感器产生的不平衡电流超过保护整定值时，启动差动保护。若在正常工作或保护区域外部故障时，流进这两组电流互感器的电流相等，产生的差流（不平衡电流）为零，保护不启动。保护装置误动作大致可能原因有如下：（1）电流互感器极性及二次接线存在接线错误。保护应是两组电流互感器的差流，如果极性或二次接线接反，就是两个电流之和。（2）差动继电器本体存在故障，可能导致误动作。（3）保护整定值设置不当。如果保护整定值有人误动过，设置偏小可能导致误动作。（4）电动机运行环境中的其他干扰因素，引起不平衡电流增大，导致差动保护装置频繁动作。
围绕电动机可能出现误动作的上述4个原因，经逐一排查发现该大功率电动机差动保护频繁误动作的原因是：保护用电流互感器接线错误引起不平衡电流增大，导致保护装置误动作，且该电动机采用另外一种新型差动保护——自平衡差动保护[1]。
2 故障原因分析及处理
2.1 故障原因分析
自平衡差动保护电路仅由一组电流互感器实现，电源进线穿入电流互感器，经过电动机定子绕组再折回来，回穿过电流互感器，汇集到中性点，其保护接线原理如图2所示[2]。从图2可知，正常情况下，流进和流出电流互感器电流的相量和为零，磁通平衡，在二次侧不会感应产生电流，保护装置不动作。但由于该2300kW大功率高压电动机经过检修，其动力电缆与端子间接线在拆卸检修后，组装恢复接线过程中出现接线错误，导致只有电源进线穿入电流互感器，定子绕组末端至中性点连线没有回穿过电流互感器，因此在贯穿式电流互感器中的磁通不平衡，感应出不平衡电流。这样即便电动机在正常无故障运行工况下也会存在不平衡电流，一旦不平衡电流值达到差动保护的启动值时，差动保护装置就会出现误动作问题。
2.2 故障处理
在排除该2300kW电动机存在其它故障后，于是对电动机存在的接线错误进行更正调校。重新接引动力电缆，更正接线，即：将电源进线与绕组中性点折回线都穿过电流互感器后，检查校验电流互感器极性、二次接线，准确无误，校验差动保护整定值，进行模拟传动试验，保护装置能够正确动作。在故障排除后，重新将电动机并入供配电网进行试运行，电动机通电试运转成功，保护装置频繁动作故障消失，运行各项技术指标正常，于是判断电动机存在的故障得到有效解决。
3 结束语
在这次故障处理过程中，除了快速准确排除故障，恢复电动机的正常运行外，还发现该电动机所采用的新型自平衡差动保护与常规差动保护相比存在诸多优势，具体表现在以下多个方面：
（1）节省设备投资。大多数情况下，电动机控制保护屏柜距离现场电动机较远，由此两组电流互感器之间的二次联线较长，而新型自平衡差动保护其接线简单，减少一组电流互感器和大量二次接线，可以节约大量控制线耗用，给安装和维护带来极大便利。
（2）动作灵敏度更高。少一组电流互感器，解决了原来两组电流互感器（即使是同一厂家，同批产品也存在差异，所以几乎不能避免差异。）特性参数不一致、不匹配等产生误差的问题，整定值按躲过同一系统中其他线路发生单相接地时流过自平衡电流互感器的电容电流来整定，灵敏度更高，保护更可靠。
（3）提高了防爆性能。一组电流互感器巧妙地安装在电动机端子箱内，结构紧凑，满足了更高的防爆要求，更适合于增安型防爆电动机，在石化企业危险场所使用效果较好。
建议推广应用这种新型差动保护，尤其对于一些重要大型高压电动机的差动保护，要优先选用或者改造后采用自平衡差动保护，这样可以大大提高差动保护动作的可靠性和灵敏度。
参考文献
[1] 吴小峰，田玉英，蔡翠佳.浅谈自平衡差动保护在高压电机中的应用--以大庆石化公司水气厂为例[J]，科技促进发展，2012，（08）：73-74
差动保护装置 篇3
保护定检工作要求对保护装置及回路进行比较 全面的检查试验,但在现场实际工作中,因为种种原因,调试人员往往只重视比率差动的调试,而忽视了TA断线闭锁 差动功能 的校验。或者只凭经验,对TA断线闭锁差动定值进行一个粗略的试验,并没有理解到TA断线闭锁的原理。
1TA断线闭锁原理
TA断线闭锁差动的功能主要是为了防止TA断线而引起差动保护误动。在出现差动电流并引起差动保护启动时,工频变化量电压元件不启动、负序电压小于6V、差动保护启动后任一相电流比启动前 不增加、启动 后任一侧 最大相电 流不大于1.1Ie,则认为是差动回路CT断线。通过“TA断线闭锁差动控制字”,引起差动启动的回路异常可以只发报警信号,或额定负荷下闭锁差动保护,或任何情况下闭锁差动保护。当控制字整定为“0”时,TA断线或短路不闭锁差动保护;当控制字整定为“1”时,TA断线或短路且差流小于1.2Ie时闭锁差动保护,大于1.2Ie时不闭锁差动保护;当控制字整定为“2”时,TA断线或短路始终闭锁差动保护。
2调试方法
2.1电流相位补偿
主变各侧电流互感器的极性指向母线 侧,采用星形 接线,将二次电流接入保护装置。RCS978保护装置采用△→Y进行相位和幅值补偿。以Y/△-11的接线方 式为例,其校正方 法如下:
式中,I′A、I′B、I′C为Y侧调整后 的电流;I′a、I′b、I′c为△侧调整后的电流。
2.2全电流调试
针对Y/△-11的接线,正常运行 时,其高低压 侧流入主 变保护装置二次电流如图1所示。
用全电流法试验时,继保仪第一组电流A、B、C、N输出接入到主变保护高压侧电流端子排,第二组电流X、Y、Z、N输出接入到主变保护低压侧电流端子排,接线方式如图2所示。
用高压侧A相断线来校验TA断线逻辑,假设主变以额定功率正常运行时,高压侧A相断线,此时装置采集到各相差流计算如下:
Y 侧:I0=(IA+IB+IC)=IEH∠180°;I′A=(IA-I0)=IEH∠0°;I′B=(IB-I0)=IEH∠300°;I′C=(IC-I0)=IEH∠60°。
各相差流:ICDA=(I′A-I′a);ICDB=(I′B-I′b);ICDC=(I′C-I′c)。
转化成标幺值计 算,此时各相 差流分别 为:0Ie、1Ie、1Ie。模拟正常运行状态,用继保仪在高低压两侧同时加入一组幅值为0.05个标幺值的平衡电流,此时把高压侧A相与N相电流短接,保护装置只采集到高压侧B、C两相电流,装置识别为TA断线。在此基础上,通过改变电流,把高压侧B、C相同时增加1.2个标幺值电流,计算可得 各相差流 分别为1.2Ie、1.23Ie、1.23Ie,各侧制动电流为0.65Ie、0.65Ie、0.65Ie;这些值对应的坐标在动作曲线上方。改变“TA断线闭锁差动控制字”控制是否闭锁差动保护,即可把TA断线闭锁差动逻辑试验完毕。
同理,用低压侧A相断线来校验TA断线逻辑,则低压侧B、C相电流需同时增加个标幺值电流,即可完成相应TA断线闭锁差动试验。
2.3单相电流调试
用单电流法试验时,继保仪第一组电流A、N输出分别 接入到主变保护高压侧A、B相电流端子排,第一组电流C、N输出接入到主变保护低压侧X、N相电流端子排,接线方式如图3所示。
当继保仪第一组电流A相加入电流为IEH∠0°,此时保护装置高压侧各相调整后的采样值分别为IEH∠0°、IEH∠180°、0。若要各相差流为0,则继保仪 第一组C相输出电 流为,保护装置低压侧各相调整后采样值分别为IEL∠180°、IEL∠0°、0。此时虽然装 置各相差 流为0,但装置已 经识别到TA断线。用同样的方法,改变任一相电流,若控制字置“1”,当差流大于1.2Ie时,TA断线不闭锁,当小于1.2Ie时闭锁差动保护。
3结语
断线闭锁差动保护逻辑试验和比率差动试验一样,关键是要理解清楚电流相位幅值补偿原理,装置采集到的任何形式的电流值都是经过此换算后,才进行各相差流计算。TA断线闭锁逻辑本身不难,只是在各种调试现场,由于对其中的一 些细节没有理解全面,导致继保人员在现场调试时容易忽视该逻辑的试验。同时,需要特别注意的是,RCS978保护装置TA断线后是一直闭锁差动 保护,必须复位 或者重启 装置才能 恢复正常,这就要求我们继保人员在调试时养成良好的工作习惯。
摘要：在220kV及以上主变保护装置定检工作中,由于各保护厂家逻辑算法不同,以及调试人员调试方法不对,在进行TA断线闭锁差动逻辑校验时,往往导致逻辑调试不全面。通过对RCS978等主变保护装置的研究,详细探讨了TA断线闭锁的原理及现场调试方法。
主变差动保护动作的原因及对策分析 篇4
【关键词】带负荷测试；测试内容；测试数据分析
0.引言
差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，一直用于变压器做主保护， 其运行情况直接关系到变压器的安危。下面就针对这些问题做些讨论。
1.变压器差动保护的简要原理
差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流（折算后的电流）相等，差动继电器不动作。当变压器内部故障时，两侧（或三侧）向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流和的正比于故障点电流，差动继电器动作。
2.变压器差动保护带负荷测试的重要性
变压器差动保护原理简单，但实现方式复杂，加上各种差动保护在实现方式细节上的各不相同，更增加了其在具体使用中的复杂性，使人为出错机率增大，正确动作率降低。比如许继公司的微机变压器差动保护计算Y-△接线变压器Y型侧额定二次电流时不乘以，而南瑞公司的保护要乘以。这些细小的差别，设计、安装、整定人员很容易疏忽、混淆，从而造成保护误动、拒动。为了防范于未然，就必需在变压器差动保护投运时进行带负荷测试。
3.变压器差动保护带负荷测试内容
要排除设计、安装、整定过程中的疏漏（如线接错、极性弄反、平衡系数算错等等），就要收集充足、完备的测试数据。
3.1差流（或差压）
变压器差动保护是靠各侧CT二次电流和——差流——工作的，所以，差流（或差压）是差动保护带负荷测试的重要内容。电流平衡补偿的差动继电器（如LCD-4、LFP-972、CST-31A型差动继电器），用钳形相位表或通过微机保护液晶显示屏依次测出A相、B相、C相差流，并记录；磁平衡补偿的差动继电器（如BCH-1、BCH-2、DCD-5型差动继电器），用0.5级交流电压表依次测出A相、B相、C相差压，并记录。
3.2各侧电流的幅值和相位
只凭借差流判断差动保护正确性是不充分的，因为一些接线或变比的小错误，往往不会产生明显的差流，且差流随负荷电流变化，负荷小，差流跟着变小，所以，除测试差流外，还要用钳形相位表在保护屏端子排依次测出变压器各侧A相、B相、C相电流的幅值和相位（相位以一相PT二次电压做参考），并记录。此处不推荐通过微机保护液晶显示屏测量电流幅值和相位。
3.3变压器潮流
通过控制屏上的电流、有功、无功功率表，或者监控显示器上的电流、有功、无功功率数据，或者调度端的电流、有功、无功功率遥测数据，记录变压器各侧电流大小，有功、无功功率大小和流向，为CT变比、极性分析奠定基础。
4.变压器差动保护带负荷测试数据分析
数据收集完后，便是对数据的分析、判断。数据分析是带负荷测试最关键的一步，如果马虎，或对变压器差动保护原理和实现方式把握不够，就会让一个个错误溜走，得出错误的结论。那么对于测得的数据我们应从哪些方面着手呢？
4.1看电流相序
正确接线下，各侧电流都是正序：A相超前B相，B相超前C相，C相超前A相。若与此不符，则有可能：
a.在端子箱的二次电流回路相别和一次电流相别不对应，比如端子箱内定义为A相电流回路的电缆芯接在了C相CT上，这种情况在一次设备倒换相别时最容易发生。
b.从端子箱到保护屏的电缆芯接反，比如一根电缆芯在端子箱接A相电流回路，在保护屏上却接B相电流输入端子，这种情况一般由安装人员的马虎造成。
4.2看电流的对称性
每侧A相、B相、C相电流幅值基本相等，相位互差120°，即A相电流超前B相120°，B相电流超前C相120°，C相电流超前A相120°。若一相幅值偏差大于10%，则有可能：
a.变压器负荷三相不对称，一相电流偏大或一相电流偏小。
b.变压器负荷三相对称，但波动较大，造成测量一相电流幅值时负荷大，而测另一相时负荷小。
c.某一相CT变比接错，比如该相CT二次绕组抽头接错。
d.某一相电流存在寄生回路，比如某一根电缆芯在剥电缆皮时绝缘损伤，对电缆屏蔽层形成漏电流，造成流入保护屏的电流减小。
若某两相相位偏差大于10%，则有可能：
a.变压器负荷功率因数波动较大，造成测量一相电流相位时功率因数大，而测另一相时功率因数小。
b.某一相电流存在寄生回路，造成该相电流相位偏移。
4.3看各侧电流幅值，核实CT变比
用变压器各侧一次电流除以二次电流，得到实际CT变比，该变比应和整定变比基本一致。如果偏差大于10%，则有可能：
a.CT的一次线未按整定变比进行串联或并联。
b.CT的二次线未按整定变比接在相应的抽头上。
4.4看两（或三）侧同名相电流相位，检查差动保护电流回路极性组合的正确性。
4.5看差流（或差压）大小，检查整定值的正确性
对励磁电流和改变分接头引起的差流，变压器差动保护一般不进行补偿，而采用带动作门槛和制动特性来克服，所以，测得的差流（或差压）不会等于零。那用什么标准来衡量差流（或差压）合格呢？ 对于差流，我们不妨用变压器励磁电流产生的差流值为标准。比如一台变压器的励磁电流（空载电流）为1.2%， 基本侧额定二次电流为5A，则由励磁电流产生的差流等于1.2%×5=0.06A，0.06A便是我们衡量差流合格的标准。对于差压，我们引用《新编保护继电器校验》中的规定：差压不能大于150mv。如果变压器差流不大于励磁电流产生的差流值（或者差压不大于150mv），则该台变压器整定值正确；否则，有可能是：
a.变压器实际分接头位置和计算分接头位置不一致。对此，我们有以下证实方法：根据实际分接头位置对应的额定电压或运行变压器各侧母线电压，重新计算变压器各侧额定二次电流，再由额定二次电流计算各侧平衡系数或平衡线圈匝数，再将计算出的各侧平衡系数或平衡线圈匝数摆放在差动保护上，再次测量差流（或差压），如果差流（或差压）满足要求，则说明差流（或差压）偏大是由变压器实际分接头位置和计算分接头位置不一致引起，变压器整定值仍正确，如果差流（或差压）不满足要求，则整定值还存在其它问题。
b.变压器Y型侧额定二次电流算错。由于微机变压器差动保护在“计算Y型侧额定二次电流乘不乘”问题上没有统一，所以，整定人员容易将Y型侧额定二次电流算错，从而，造成平衡系数整定错。
c.平衡系数算错。计算平衡系数时，通常是先将基本侧平衡系数整定为1，再用基本侧额定二次电流除以另侧电流得到另侧平衡系数，如果误用另侧额定二次电流除以基本侧电流，平衡系数就会算错。
d.5.1-5.4中列举的各种因素，都会最终造成差流（或差压）不满足要求，但我们只要按照5.1-5.4依次检查，就会将这些因素一个个排除，此处就不再赘述。
5.结束语
差动保护装置 篇5
1 差动保护的测量原理及CT接线要求
1.1 电磁式保护
电磁式变压器差动继电器往往是利用励磁涌流中很大的具有衰减性的非周期分量, 致使中间及变流器的铁芯快速饱和, 磁感应强度量变化较小, 二次感应电压也非常低, 从而阻止变压器空载合闸励磁涌流所造成的保护误动。由于变压器三相涌流通常有一相无直流分量, 会引起中间速饱和变流器起不到作用, 因此该差动保护将以牺牲灵敏度来提高保护动作值 (往往是1.3~1.5倍的额定电流) , 以避开励磁涌流对差动保护所造成的影响。
电磁式变压器差动保护的CT回路接线, 应消除变压器接线组别不同所造成的高、低压侧电流相位差及差动保护回路不平衡电流。比如对于高、低压侧对应相的电流相位相同的Y0/Y全星形接线的变压器, 就不须要进行“相位补偿”。但此类差动继电器的灵敏度相对较低, 纵然对该变压器各侧CT都采用星形接线, 高压侧区外接地故障所产生的零序电流不平衡量也不会对差动保护造成误动。因定值设定太高, 电磁式差动继电器保护不宜用于大型变压器及对单相接地短路在内的所有类型故障的反应灵敏度都较大的变压器。
1.2 晶体管及集成电路式保护
避开晶体管及集成电路式差动保护涌流影响通常是利用变压器励磁涌流中包含的特性分量。躲开变压器励磁涌流的影响不用考虑差动元件动作定值的整定, 一般灵敏度较高的是0.3~0.5倍的额定电流。
为了消除变压器接线组别对差动保护的影响就必须采用外部的“相位补偿”保护。如果采用全星形连接对于Y0/Y全星形变压器CT二次接线, 如高压侧区外接地故障产生的零序电流进入差回路时, 易产生差动保护定值而发生误动。因此对于Y0/Y接线变压器, 应将差动保护的CT二次接线为三角形, 让接地故障的零序分量在CT二次线圈内形成环流, 才不至于流入差动保护产生误动。
在实际操作中, 为了提高内部单相接地故障的灵敏度, 往往要再装设零序方向过流或零差保护。这样就可以通过另外一组星形连接CT来测量变压器直接接地侧的零序电流。对于星形CT接线来讲, 下降变压器内部单相接地故障时差动保护的灵敏度应采取三角形接线其用于差动保护的线电流无零序电流分量。但由于三角形CT接线差动保护的CT二次电流和变压器各侧的一次电流的相位不一样, 没法对实际负荷和短路电流情况具体反应, 为此不方便变压器负荷监测和故障录波。
1.3 数字式和微机式保护
目前在电力系统中数字式保护装置已得到广泛的运用, 它与传统类型的差动保护相比, 该差动保护装置聚成了差动、过流保护及故障录波和网络通讯等功能, 为变电站实现综合自动化创造了条件。在数字式变压器差动保护定值选取及计算时, 应注意各侧电流互感器的二次接线方式, 一定要在各侧电流互感器都是星形接线且均指向变压器为同极性端的条件下, 方能按照变压器的接线组别选取KMD值和计算平衡系数, 如果其中某个情况改变, 应重新对这些整定值做相应的调整。
综上所述, 数字式差动保护全星形连接对任何接线组别的变压器CT接线都可以采用, 因为通过软件的矩阵变换可进行相位补偿同时消除零序电流分量, 所以在区外接地故障时才不会造成差动保护误动。
当今的微机型差动保护大多数要求CT在二次接线上都采取Y接线;电流在方向上也可由保护控制字取反, 或采取六线制引入, 在引入装置时按照所需调整方向。在计算差电流时应对主变高压侧电流引入LAG30算法, 即IHΔ=INH*3∠30°。
2 变压器差动保护误动原因分析
2.1 二次电流回路接地方式不当
在差动保护的各侧CT的二次电流回路应通过一点接在地网, 由于变电站的接地网络之间有一定的电位差。当电力系统发生接地故障时, 各个点之间的电位差非常大, 同时也有很大的电流流入地网。假如差动保护二次电流回路接在地网的不同点上, 这样电位差所产生的电流就会流入保护装置造成误动。因此各侧CT的二次电流回路都必须在并联的公共点处接地, 同时接到保护装置的差动电流回路中。
如果变压器投运后带有负荷, 则由现场的技术保护人员对通过变压器差动保护装置观察测量所得到的差流的状况进行分析并解决。假如测量所显示的变压器差动保护装置差流不正常, 可以检查电流互感器CT二次回路是否存在有多点接地的情况, 同时对在CT相序接线错误和装置本身数字化平衡变压器各侧电流量的整定值错误进行排除。
2.2 在流过短路电流时, 二次侧负载不能满足C T 1 0%误差曲线的要求
CT二次侧负载阻抗和短路电流倍数之函数是CT稳态运行时的电流误差。CT的稳态电流误差不得超过百分之十。当电流互感器容量变化或新装保护投入运行时, 应按照差动保护区内短路故障时穿越变压器的最大短路电流及实测的差动回路二次负荷, 来检验能否满足保护用CT的百分之十误差曲线要求, 以保证CT误差在百分之十范围内。假如CT的百分之十误差曲线不能满足要求, 在保护区内故障时, CT的容量不足以满足二次负荷所需的要求, 就可能导致差动保护拒动、误动, 直接保护的可靠性。这时应对CT变比适当的加大, 同时应对CT的百分之十误差曲线重新较核直到满足要求 (见图1) 。
2.3 CT二次回路接线错
要想使差动保护在变压器正常运行和外部故障时不产生误动, 应想法对CT二次回路接线的调整, 让变压器的电源侧和负荷侧的CT二次线电流相位相差180°, 这样就会使差动回路流过的不平衡电流接近于0;而故障发生在保护区内时, 则变压器的电源侧及负荷侧的CT二次线电流相位一样, 保护可靠动作为流入差动回路中的电流为两侧电流之和。
因变压器差动保护误动作往往为CT二次接线错误造成。为此, 为了确保差动回路接线的正确性, 在投入运行保护前, 应做好差动回路二次接线极性的试验, 测量差动继电器的差电压及差电流。
2.4 C T饱和时对变压器差动保护的影响
在被保护变压器区外发生故障的, 它将会产生非常大的虚假差动电流及较大的穿越性短路电流引起的CT饱和, 这将会导致各个测量点的CT饱和状况更加严重。假如由此产生的比率差动保护在动作特性区中, 且不对差动保护的稳定比率采取任何措施, 将导致比率差动保护产生误动作。但是, CT产生饱和并不是在故障一开始就有的, 而是在发生故障后的一段时间, 也就是当铁心的磁通达到它的饱和密度后才开始的。
因此, 按照基尔霍夫电流定律可得到, 在短时间内差动电流较为平衡, 只会产生很小的不平衡电流, 到CT饱和后方能产生很大的差动电流, 从而导致变压器差动保护误动。根据上述情况, 在变压器差动保护区建立一个CT饱和时的附加稳定特性区, 对变压器区内、外故障状况进行分辩, 其工作原理 (见图2) 。
3 充分利用六角图判断接线的正确性
六角图就是电流、电压向量图, 如果一套差动保护刚投入运行时, 应对该保护进行带负荷检验。事实上, 我们应在电压回路接线正确时带负荷状态下, 以某一电压相量为参考相量, 分别进行测量接在差动保护上的变压器两侧电流互感器二次电流回路, 且记录下各电流的大小及相位, 当流进同一差动继电器的变压器的方向相反, 且差动继电器上所产生的电流链大小相同, 则说明差动保护的二次接线是没错的, 反之则该接线错误。另外, 还能根据有功和无功的大小和方向来判断CT极性是否正确。例如, 变压器如果是两卷变Y/△-11接线, 则流入差动保护装置的高, 低压侧的同相电流角度相差150°。如是三卷变压器Y/Y/△-11接线, 高、中压侧各相的电流应是同相位的, 且与低压侧同相的电流角度相差150° (考虑到各侧无功大小, 会出现一个夹角) 。
4 结语
在变压器差动保护CT接线方式中, 只有严格遵守规程把好设计、施工、验收、投产及检修改造过程中各个关键技术, 才能确保CT型号、变比、10%误差曲线、二次接线方式及二次电流接地方式等方面正确, 避免差动保护误动事故的发生。满足差动保护的可靠性要求。
参考文献
[1]电气主设备继电保护原理与应用[M].王维俭.北京:中国电力出版社, 1998.
[2]王怀志, 孙显初, 常林.涌流对变压器差动保护影响的试验研究[J].继电器, 2001 (7) :52～54.
差动保护装置 篇6
在电力系统运行中, 光纤通道作为保护的传输通道, 不受线路故障形式的影响, 抗电磁干扰能力比较强, 在高压、超高压输电线路中得到广泛的应用。
某工程中, 为了该工程新建的变电所有两条进线, 需将原有的一条110kV输电线路进行更新, 并新建一条110kV输电线路。两条线路单线路长度为1.6km。因采用电流保护为主保护时, 受负荷电流的影响, 保护要躲过负荷电流和自启动电流, 如采用距离保护又有保护死区, 鉴于该线路距离较短, 而光纤电流差动保护比较适合距离较短的输电线路, 且可以全线无时限切除故障, 因此设计采用光纤电流差动保护为全线主保护, 选用PSL621D光纤电流差动保护装置, 同时要求配置二段式过电流保护、不对称故障相继速动保护、断路器失灵启动、低压及低频减载、故障录波及故障测距、无故障快速复归等功能。
二、装置介绍
PSL621D光纤电流差动保护装置是由微机实现的微机型高压输电线路保护装置, 以光纤分相电流差动保护作为全线速动的主保护, 其他保护功能还有分段式距离保护、带方向定时限过流保护、带方向三段式零序过流保护、三相一次重合闸、断路器失灵启动、低频率减载、故障录波等。主要的测控功能有断路器的遥控分合、电流电压等12个模拟量的测量、电度量的测量、多路遥信监测及保护事件顺序记录等。
光纤差动以光纤为通道传输电流及其他数字信号, 采用同步采样技术保证差电流计算的准确性, 短线路采用差动保护时可以全线无时限切除故障, 同时满足选择性与速动性。线路两端各装设一个保护装置, 两侧电流互感器二次均采用星形接线, 简化了接线, 增强了可靠性。差动保护由电源端侧装置启动开放, 光纤通道将跳闸信号传至负荷端的对侧, 从而实现了全线故障的快速切除。
1. 装置结构
装置采用4U标准机箱, 嵌入式安装于保护屏上。带液晶前面板显示和后部出线端子, 内置模块采用插拔式。装置箱内插件由电压切换模件 (VS) 、交流模件 (AC) 、模/数转换模件 (AD) 、保护模件 (CPU1、CPU2、CPU3) 、通信接口模件 (COM) 、电源模件 (POWER) 、信号模件 (SIG-NAL) 、断路器位置模件 (TWJ、HWJ) 、跳闸出口模件 (TRIP) 、人机对话模件 (MMI, 位于整面板背部) 等组成。VS安装在1#插件位置, 相当于电压切换箱。AC安装在2#插件位置, 为三相电流、零序电流、三相电压输入转换模件。AD安装于3#插件位置, 进行模/数转换, 并将数据 (带校验码) 通过串行方式送至各CPU。CPU1~CPU3完成保护算法处理功能, 设三个CPU插件, 分别在4#、5#、6#插件位置, 对应于CPU1、CPU2、CPU3。CPU1主要处理距离保护、相继速动等功能;CPU2主要处理零序保护、重合闸、低压减载、低周减载等功能;CPU3主要处理电流差动保护功能。装置自带光端机, 采用专用光纤通道, 无需任何外部转换装置。通过调节驱动回路电阻可实现输出光功率的调节 (光发送最大-6dbm, 光接收灵敏度-33dbm) , 以适应不同传输距离的要求。光通信接口板背附于差动保护CPU3模件上, 经光纤跳线引出装置。COM安装在7#插件位置, 完成公共的开入量接入、打印和接入监控系统的功能。POWER安装在8#插件位置, 经变压后为各插件提供相应的工作电源。SIGNAL安装在9#插件位置, 提供保护动作信号给中央控制信号。TWJ、HWJ安装在10#插件位置, 主要由继电器构成, 提供断路器位置信号。
2. 保护原理及实现
(1) 保护原理。电流差动保护的基本原理是基于基尔霍夫电流定律, 能够理想地使保护实现单元化, 不受运行方式变化的影响。光纤分相电流差动保护由于两侧的保护装置没有电的联系, 在继承了电流差动保护优点的同时, 提高了纵联保护运行的可靠性。本保护采用了双折线式比例制动特性 (图1中曲线1) , 制动系数可独立整定。保护的动作判据为:ICD>IZD, 其中:ICD=Im+In, IZD= (Im+In) /2, Im、In分别为线路两端流入保护的电流。当CT饱和时 (图1中曲线2) , 两端保护均在饱和相中增加制动量, 并向对侧发分相电流饱和信号, 每相的电流饱和检测器连续检查三个未经滤波的CT二次电流采样值来判断饱和情况, 如果电流突然从高降至低值, 此后变化缓慢, 即表示CT饱和。饱和检测器的应用降低了对CT的要求, 提高了灵敏度。为了防止高压长距离输电线路中分布电容电流对差动保护的影响, 差动保护采取了电容电流补偿, 线路两端分别根据各侧电压计算补偿值, 把动作电流中的电容电流分量完全补偿, 从而保证了保护的灵敏性和可靠性。
(2) 保护实现。线路两端保护通过光纤通道每5ms交换一次三相电流信息, 并分别根据电流幅值和相位计算差流及和流, 是一种主/主形式的分相差动保护。过程为:相电流的采样频率为2kHz, 并利用插值法获取每ms的采样值, 相电流经傅立叶滤波后, 取其基波分量作为比较量, 由傅立叶系数a、b表达, 分别表示sin、cos分量。傅立叶滤波器每ms都产生一系列a和b系数, 作为电流信息在光纤通道中传输。由于线路两端保护的采样及傅立叶滤波不同步, 因此在发送端给a和b加以时间标记, 这样保护两端电流才能进行同一时刻的比较。如果接收到的信息未通过检查, 该组数据就无效, 不用于跳闸和时钟同步, 当内部故障出现信息错误时, 保护将延时5ms动作。
光纤通道可以采用脉冲编码调制的方法传递电流的采样值, 直接供微机保护使用。保护装置经交流采样、模数变换后, 保护CPU单元对信号进行滤波处理, 并将滤波后的电流数字量传送给通信CPU单元, 同时接受通信CPU经同步调整后的对侧电流数字量, 并与本侧电流数字量进行比较判断决定是否发出口命令。通信CPU单元的作用是将本侧的数字量经判断转换后将信号传向对侧, 并接受对侧的数字量经串/并转换, 根据两侧的信息进行电流的同步调整, 光接口实现光电转换。
三、调试前准备及调试
调试前准备好相关资料, 排查现场设备及电缆走线, 同时检查保护装置出厂状态是否符合现场情况, 全部符合以后才可开始上电试测。
1. 调试前现场检查
(1) 微机保护装置的交直流电源电压应符合装置技术要求。 (2) 装置的电流、电压和信号触点引入线应用屏蔽电缆, 屏蔽线在开关现场和控制室同时接地。 (3) 备用芯电缆应一端接地, 保证抗干扰性能。 (4) 强弱电不得合用一根电缆。 (5) 保护屏应设有专用接地铜排, 屏上微机继电保护装置和收发信机中接地端子, 均应接到屏上接地铜排, 然后再与控制室接地线可靠连接接地。 (6) 光纤应敷设到位, 光缆接头应符合装置要求。光纤应为单模, 波长为1 310nm, 连接方式为FC型。 (7) 电缆对地及线芯间、保护装置插件对地的绝缘电阻测试值符合要求, 电缆大于1MΩ, 插件大于100MΩ。 (8) 调试仪器状况应良好, 并在检定的有效期内。
2. 纵差保护功能的调试
由于线路两端距离的限制, 现场试验只能因地制宜采用不同的试验手段, 下面介绍现场调试采用的试验方法。
(1) 保护装置自环调试。 (1) 用FC接头单模尾纤将保护的光发与光收短接, 将保护装置定值按自环整定。定值中将投纵联差动保护、专用光纤、通道自环试验置1。 (2) 加入1.05倍In/2单相电流, 保护选择相单跳, 动作时间30ms以内, 为稳态一段差动继电器。In为差动电流高定值, 即4Un/XC1中的高值 (Un为额定交流相电压, 工程中取57.7V;XC1为线路全长的正序容抗) 。 (3) 加入1.05倍Im/2单相电流, 保护选择相单跳, 动作时间60ms左右, 为稳态二段差动继电器。Im为差动电流低定值, 即1.5Un/XC1中的高值。 (4) 零序差动。需将In、Im整定到2.0In, 降低相差灵敏度;通道自环, 再加负荷电流等于Un/2XC1 (>0.05In) , 并且超前于电压90°的三相电流 (模拟电容电流) , 以满足补偿条件;改变单相电流, 满足差流>Im (零序启动电流0.6U/XC1, 0.6倍实测差流) , 零差即能动作, 动作时间>100ms。
(2) 光纤通道测试 (光功率与光衰耗测试) 。两侧分别在保护的光发送口 (在保护装置的光发送插件背板处旋开尾纤, 在6#插件背板尾纤插座上插入光功率计) 测量发送功率, 将接收端尾纤插头插入光功率计测量接收功率, 本侧发送功率与对侧的接收功率差即光通道的衰耗, 两个方向的光衰耗之差应小于2~3dB。收信灵敏度和裕度的确认:装置的发信光功率为-12dB, 接收光功率正常出厂为-35dB, 通道裕度不小于6dB, 则接收电平不得小于-29dB, 即允许最大衰耗为35-12-6=17dB。
(3) 两侧保护通道对调。将发电厂和新建变电所两侧保护接入通道, 专用光纤控制字整定为1, 主机方式控制字一侧置1, 另一侧必需置0。
(4) 联调试验。因发电厂侧 (以下简称M侧) CT变比为400/5, 新建变电所侧 (以下简称N侧) CT变比为300/5。以M侧为基准, 因此将M侧TA变比系数整定为1, N侧TA变比系数整定为400/300=1.33。在M侧加入1A电流, N侧显示1×1=1A;在N侧加入1A电流, M侧显示1.33×1=1.33A。跳闸校验: (1) 将N侧开关分位, M侧加入单相电流Ih, M侧保护可选相动作, 动作时间30ms左右。 (2) 将M侧开关分位, N侧加入单相电流Ih, M侧保护可选相动作, 动作时间30ms左右。 (3) 两侧开关均在合位, M侧加入电流Ih, 要有5V零序电压, 故障时间140 ms以上, 两侧保护选相动作M侧动作时间120ms左右, N侧10ms左右。实际N侧在M侧动作完后才动作。N侧试验方法相同。 (4) 两侧开关均在合位, M侧加入电流Ih, N侧加大于33.5V小于35V (防止PT断线) 的三相电压, M侧保护可选相动作, 动作时间30ms左右, N测保护亦能动作。 (5) 两侧开关均在合位, N侧加入电流Ih, M侧加大于33.5V小于35V (防止PT断线) 的三相电压, N侧保护可选相动作, 动作时间30ms左右, M测保护亦能动作。 (6) 两侧开关均在合位, M侧加入电流Ih, N侧加正常三相电压, 则两侧保护均不动作。 (7) 两侧开关均在合位, N侧加入电流Ih, M侧加正常三相电压, 则两侧保护均不动作。
四、调试中出现的问题及处理
故障1:在现场试验过程中, 操纵人员在没有断开保护装置电源的情况下误将保护装置5#和9#插件取下, 造成 (1) 母差保护动作后闭锁线路重合闸的功能不能实现; (2) 传动试验中一信号灯不亮。后经检查初步认为5#插件的一块电路板中相应的光电隔离元件故障, 9#插件电路故障。因是多层印刷电路板, 且已烧坏, 无法通过修理来保证质量, 所以重新更换两块插件。
保护装置的安装使用说明书中明确指出:插件必须在装置断开电源后才允许插拔, 否则将造成损坏。因此, 操作人员应认真阅读使用说明书, 对其要求的注意事项做到心中有数, 方可进行调试工作。
故障2:在调试过程中发现零序差动保护不动作。经检查分析, 原因为没有接入外部零序电流。设计人员认为保护中零序方向、零序过流元件均采用自产的零序电流计算, 就没有接入外部零序电流。但该保护装置的零序电流启动元件是由外部的输入零序电流计算驱动的, 因此所有与零序电流相关的保护均不能动作。在接入外部零序电流后, 零序保护动作正常。
设计者在进行设计时必须对选用的保护装置的功能及各项性能做到熟悉, 方能减少失误。
由于现在市场上关于光纤电流差动保护装置品牌很多, 在功能和性能上也存在着一些差异, 在开展相应工作前, 应了解选用保护装置的性能及特点后, 做出与其相适应的设计方案或调试方案, 避免出现不应出现的问题。
参考文献
差动保护装置 篇7
超导储能(SMES)装置是将超导磁体的无损高效储能特性与电力电子的快速电能转换技术相结合的一种新型功率调节和能量转换装置,在电网调峰、提高电力系统的安全稳定运行方面有着独特的优势,同时也为提高电力系统供电品质和系统的供电可靠性发挥积极的作用。现阶段对于SMES装置的研究主要集中在功率稳定、电压稳定以及SMES装置自身变流器控制策略改进、本体失磁保护、功率调节控制等方面,而对SMES装置在电力系统中应用可能对现有输电线路继电保护产生的影响却很少研究。SMES装置的加入会引起输电线路相关电气量的变化,如纵联差动保护中的电流差动值和制动值的变化,可能在一定程度上影响线路的暂态过程及线路原有保护的正确动作。因此,研究在电力系统中加入SMES装置,现有的线路保护装置如何能够适应线路参数的变化并在线路发生故障时及时快速地动作,已成为一个十分重要的课题。本文对含SMES装置的输电线路纵联电流差动保护动作特性进行了仿真研究。在建立SMES装置电磁暂态模型的基础上,分析了SMES装置在改善发电机暂态稳定性过程中的动作特性,讨论了差动电流与制动电流的变化,分析了SMES装置对纵联差动保护的影响。
1 SMES装置模型
SMES装置一般由超导线圈、低温容器、制冷装置、功率变换装置、失超保护系统和监测控制系统等几个主要部分组成。SMES装置结构框图见图1。
超导线圈中储存的能量W为:
式中:L为超导磁体电感;I为磁体直流电流。
SMES装置并接于电力系统可等效为幅值和相位可变的电流源。SMES装置对有功功率和无功功率的调节可分别表示为:
式中:Es和Ism分别为电网中SMES接入点处变流器的基波电压和电流的幅值;M为调制比,
α为调制正弦信号相位角,
Pr和Qr分别为外环控制器输入的有功功率、无功功率参考值。
SMES装置的一阶模型[1]为:
式中:u1和u2分别为由SMES装置外环控制器输出的有功功率和无功功率参考值。
SMES装置有功率控制、充磁和去磁3种工作模式。
2 SMES装置抑制发电机机端功率振荡
将SMES装置安置于输电线路出口处,所有参数如下。①发电机及输电线路参数:xd=1.79,xd′=0.17,xq=1.79,D=0.2,xT=0.05,kf=200,Tf=10 ms,xR=15.87 Ω,xL=0.471 8;②SMES装置参数:超导线圈Ld=7.8 H,滤波电容C=130 μF,滤波电阻R=0.5 Ω,滤波电感L=400 μH。仿真采用PSCAD/EMTDC软件,构建含有SMES装置的220 kV双电源模型,仿真时间为8 s,在5 s时系统发生持续0.2 s的三相短路故障,仿真波形如图2所示。由图2可以看出系统未加SMES装置时5.2 s开始出现振荡,而加入SMES装置可很好地抑制发电机机端功率振荡。
3 纵联电流差动保护模型
纵联电流差动保护模型如图3所示。双电源系统中两端电势和阻抗分别为
系统正常运行及外部短路时,按规定的电流正方向看,M侧电流为正,N侧电流为负,两侧电流大小相等、方向相反,即
式中:K为制动系数,一般在0.75～1.00之间选择;
4 仿真研究
4.1 仿真模型
图4为含有SMES装置的等值模型,SMES装置安装在线路中点,k为故障点,系统容量为400 MVA。
储能装置磁体起磁电流设为4 kA,恒定起磁功率为25 MW。仿真过程中系统运行8 s,经过采样得到每工频周期20点的采样值,然后采用全周期傅里叶算法计算线路两端基波电流相量,分别计算线路内部三相短路、内部单相短路、外部三相短路3种情况下的两端电流。
再将SMES装置安置在线路出口处,如图5所示,线路参数不变,重复上述故障类型,与图4模型进行比较。
4.2 内部三相短路情况
将SMES装置安置在线路中点,系统运行8 s,在t=5 s时发生三相金属性短路故障,故障持续0.2 s,选取制动比例系数K为0.8。仿真波形如图6所示。以A相波形为例,可以看出正常运行时由于SMES装置的影响,差动电流不为0,在正常运行时制动电流在1.423 s出现最小值0.395 kA,而差动电流为0.100 25 kA,显然正常运行时,差动电流比制动电流小,保护装置不会误动作。在故障时刻,A相动作电流由未加SMES装置时的0.952 1 kA变为加入SMES装置时的1.007 7 kA。制动电流由未加SMES装置时的1.025 95 kA变为1.054 77 kA。其他两相的情况基本相同。
将SMES装置安装在线路出口处时的情况与SMES装置安置在线路中点时基本相同,仿真波形如图7所示。故障时刻,A相差动电流为1.000 70 kA,制动电流为1.064 36 kA。由文献[2]知,在实际系统中,功率指令根据电网需求会快速变换,但不会在一个工频周期内多次变化,一个指令往往能维持数个周期。因此在故障时刻,SMES装置注入电流对差动电流影响很小,仿真计算结果也能证明这一点,可见三相内部故障时,系统加入SMES装置不会影响差动保护的动作情况。
4.3 内部单相接地短路情况
t=5 s时在线路中点发生A相金属性接地短路故障,SMES装置安装在线路中点[3,4,5,6,7,8],仿真结果如图8所示,可以看出A相差动电流波形与内部三相短路故障时的A相波形基本相同,只是数值大小有变化。正常运行时A相制动电流最小值为0.360 7 kA,而此时A相差动电流为0.106 5 kA,差动电流小于制动电流,保护装置不会误动作。B相制动电流为0.361 0 kA,此时刻B相差动电流为0.098 5 kA,差动电流值小于制动电流值,保护同样不动作。C相与B相相同。故障时,A相在5.215 s时制动电流出现最大值1.076 kA,差动电流为3.260 kA,显然A相差动电流大于制动电流,保护装置A相动作。B相在5.192 s时出现制动电流最大值1.098 kA,此时差动电流为0.258 kA,显然B相制动电流大于差动电流,B相不会误动作。C相与B相相同。计算结果表明,未加SMES装置时A相动作电流为0.984 45 kA,加入SMES装置后A相动作电流变为1.035 35 kA,这是由于注入电流的影响。B相未加SMES装置时的差动电流基本为0,加入SMES装置后注入电流对差动电流影响很小,从仿真波形图看出,差动电流波形包含在制动电流波形中,显然保护装置不会动作。C相与B相相同。SMES装置安装在线路出口处时的情况与SMES装置安置在线路中点时基本相同,如图9所示。综上所述,在内部单相故障时,加入SMES装置并不会影响保护装置的动作情况。
4.4 外部三相短路情况
t=5 s时线路外部发生三相金属性接地短路故障,SMES装置接在线路中点,仿真结果如图10所示。以A相波形为例,显然,差动电流波形包含在制动电流波形中。在5.108 s故障时刻A相差动电流出现最大值0.275 4 kA,而此时的制动电流为1.036 5 kA,差动电流小于制动电流,保护装置不误动。未加入SMES装置故障时刻的差动电流几乎为0,由于SMES装置注入电流的影响,使得差动电流发生变化。再将SMES装置安装在线路出口处[8,9,10,11,12,13,14,15],仿真计算结果与SMES装置安装在线路中点时相同。综上所述,外部三相短路时由于系统加入SMES装置对差动电流及制动电流产生一定的影响,但影响都很小,故线路上装设SMES装置不会对保护的动作结果产生影响。
4.5 系统有无SMES装置对纵差保护动作影响的仿真结果分析
表1为系统有无SMES装置及SMES装置安装在不同位置时差动保护的动作情况。
由上述仿真分析波形及表1可以看出,SMES装置安装在线路中点时与出口处时的差别不大,均不会造成保护误动作和拒动作。
5 结语
SMES装置是电力系统中的重要元件,其充放电过程可能会对电网继电保护装置的动作特性产生影响。本文针对SMES装置对电网纵联差动保护的影响展开研究,在SMES装置抑制发电机机端功率振荡的基础上,分析了其动态过程对输电线路纵联差动保护的影响。仿真结果表明,加入SMES装置后纵联电流差动保护的差动电流和制动电流均发生了变化,但由于变化量都很小,在内部、外部故障下纵联电流差动保护均没有发生误动作和拒动作,不影响保护装置的动作结果。
差动保护装置 篇8
随着计算机技术的发展及Android系统的普及, 该研究基于Android系统设计出一款能用于手机操作的主变差动保护装置调试软件, 将不同厂家的主变差动保护装置计算方法整合并制作调试辅助计算终端, 便于携带与使用, 提高工作效率。
1 主变比率差动原理及动作特性
1.1 主变比率差动原理
主变差动保护是变压器的主要保护手段, 基本原理是反应被保护变压器各端流入和流出电流的差, 在保护区内故障, 差动回路中的电流值大于整定值, 差动保护瞬时动作, 而在保护区外故障, 主变差动保护则不应动作。受变压器励磁电流、接线方式、电流互感器误差等因素的影响, 使用比率差动元件能防止差动保护误动
1.2 主变差动动作特性
校验主变差动比率制动的动作特性通常采用在其动作范围内随机取两个动作临界值, 验证这两个点连线的斜率的准确性。以南瑞继保RCS978为例, 其比率差动动作方程和动作特性图形如下:
其中Ie为变压器额定电流, I1....m分别为变压器各侧电流, Icdqd为稳态比率差动起动定值, Id为差动电流, Ir为制动电流, Kb为比率制动系数整定值
由于装置只可整定0.5Ie~6Ie部分, 在线上任取两点即可校验出动作比率系数准确性。
假设高压侧电流为I1, 低压侧电流为I2, 对上述公式整理, 可得
在0.5Ie~6Ie制动范围内任取一Ir, 即可得出高压侧及低压侧标幺值I1和I2, 折算至有名值公式为其中S为变压器容量, U1N为高压侧电压, T1为高压侧电流变比, U2N为低压侧电压, T2为低压侧电流变比。
再在动作临界线上另取一点, 计算出其动作电流, 保护人员即可在计算值的基础上进行实测值校验, 再进行实测值与计算值的比较, 判断差动保护装置比率制动系数是否准确。
2 差动保护装置调试软件设计及应用
由于Android系统广泛应于生活中, 工作人员在手机里就能方便运用, 研究者基于Android系统设计差动保护装置调试软件, 方便工作人员外出使用。
2.1 软件设计界面
通过主界面, 选择按钮可以选取不同厂家的主变差动计算方式, 主界面如图1
2.2 软件功能设计
通过设置“变压器容量”、“电流互感器变比”、“各等级电压”、“制动系数定值”、“制动电流”及“差动启动电流”参数, 点击确定即可自动计算出该点的各侧电流有名值。参数界面及计算界面如下 (图2、图3) :
3 结语
通过将主变比率差动的计算固化成APP软件, 既避免的差动比率系数的计算错误, 也提高了工作效率和准确率, 尤其是可以运用于手机中, 方便携带, 减少了现场工作人员的工作量, 在实际运用中得到了很好的推广。
参考文献
[1]南瑞继保电气有限公司.RCS-9 78系列变压器成套保护装置技术说明书[Z].2012.
牵引变电所差动保护动作缺陷的探讨 篇9
关键词：牵引变电所 主变压器 差动保护 缺陷查找
发生差动保护动作现象一般有如下原因：变比线圈接错；极性接反；接线方式错误；平衡系数不正确；流互二次侧多点接地；整定值未避开以2次谐波为主的励磁涌流。
要分析牵引变电所中的差动保护，必须明白差动保护动作的原理，差动保护的原理就是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。如下图所示：
下面就可能发生差动动作的各种可能进行分析。
1 流互变比线圈接错
由于变压器高、低压侧的额定电流不相等及变压器各侧的相位不相同，所以必须选定适当流互的变比及各侧相位的补偿以保证设备的正常运行。所以在发生差动保护动作时，必须认真查找所接流互线圈的变比是否正确，是否按设计要求的线圈变比进行了接线。如设计要求接600/5的线圈，如接到300/5的线圈上就会有不平衡电流产生，如不平衡电流值超过已输入的整定值就会发生差动保护动作现象。
2 流互极性接反
流互极性的接线特别重要。按照一般的规定流向主变压器的电流为正向的。根据基而霍夫原理只要求取矢量和，只要所有的CT所定义的方向均指向所保护设备的方向或全部与之相反即可。如果在CT的接线错误时则会导致极性相反，其矢量和达不到设计要求从而出现不平衡电流，导致差动保护动作，发生跳闸现象。
3 接线方式错误
由于电力系统中变压器常采用Y，d11接线方式，因此，变压器两侧电流的相位差为30°，Y侧电流相位滞后△侧电流30°，若两侧的电流互感器采用相同的接线方式，则两侧对应相的二次电流也相差30°左右，从而产生很大的不平衡电流。因此如为对相位进行补偿，一般对CT二次侧的接线方式相反即可，使相位相同，从而达到相位补偿的目的。如下图：
如接线方式错误，则不能达到相位相同的目的，致使有不平衡电流产生，只要所产生的电流值超过差动电流制动值就会产生差动动作，发生跳闸现象。
数字式变压器差动保护的CT回路，对任意接线组别的变压器都可以采用全星形连接，其相位补偿可以由保护内部的软件来实现，而无须像传统的差动保护那样依靠CT接线方式的选择进行外部的“相位补偿”。
4 流互二次侧有多点接地
如果流互二次侧有多点接地现象，则会有差动误动现象发生。
原因如下：如果出现开关端子箱与保护屏后两点接地，当开关场内或者附近发生雷击或接地故障时，由于接地网有一定电阻，会使两接地点之间产生较大电压差，这个电压差作用在电流互感器二次侧及保护设备二次回路，并在二次回路形成电流，产生差流使差动保护误动！而单点接地由于构不成回路，所以不会有电流，则不会生产差动动作误动。所以流互二次侧的接地只在保护盘侧只做一点为宜。
5 平衡系数未输入或输入不正确
以变压器差动为例：
CT二次星形接入保护装置，装置为Y→D软件转换。
以高压侧为基准，低压侧的平衡系数计算公式为：
平衡系数= K*（低压侧额定电压/高压侧额定电压）*（低压侧CT变比/高压侧CT变比）
上式中的K（若低压侧的主变一次绕组）为Y接法，K=1；为D接法则K=1.732。
可以通过此公式对平衡系数进行校验，并检查保护装置是否输入了平衡系数或平衡系数是否正确。
6 励磁涌流导致差动保护动作
产生励磁涌流的原因是因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。但由于铁心中的磁通不能突变，因此将出现一个非周期分量的磁通+Φm，如果考虑剩磁Φr，这样经过半过周期后铁心中的磁通将达到2Φm+Φr，此时变压器鐵芯将严重饱和，此时变压器的励磁电流的数值将变得很大，达到额定电流的6～8倍，形成励磁涌流。如采用校正或补偿的措施不当或未输入整定值，则容易导致差动保护动作。
7 结束语
通过对牵引变电所主变压器差动保护各种情况的分析，可以使我们在发生差动保护动作时快速的查找故障，消除由于故障所带来的影响，缩短影响时间，确保行车安全，将影响减小到最小。
参考文献：
[1]李家坤.电力变压器差动保护励磁涌流识别方法比较研究[J].广东水利电力职业技术学院学报，2009（02）.
[2]丁泠允，胡晶晶.变压器比率差动保护原理及校验方法[J].继电器， 2007（12）.
差动保护的分析与应用 篇10
电流差动保护, 即常说的差动保护, 是以基尔霍夫电流定律作为基本原理, 以区分正常运行状态与故障状态, 进而实现对区间内故障元件进行保护的目的。电流差动保护具有广泛的适应性, 其应用范围除了大容量的发电机、变压器外, 还包括重要的母线、电动机, 近年来更发展至输电线路与电力电子设备, 且应用前景随着研究的深入更为广阔。
1 差动保护的原理
电流差动保护的原理, 是于1904年由C.H.Merz和B.Price共同提出的, 经过不断的发展, 其实现方式已经千差万别, 但基本保护原理沿用至今。
如图1所示, 被保护设备两侧的电流互感器获取两侧电流后, 取差流经过继电器, 如果差流大于继电器的整定值, 则差动保护动作跳开被保护设备两侧开关, 保证设备安全。因此, 差动保护的动作条件可以表述为各侧电流之差超过继电器的设定值。
2 差动保护的发展
差动保护早已作为主保护广泛应用于电力系统如发电机、电动机、电压器、母线等各重要元件中。电流差动保护原理在输电线路上的最早应用为导引线保护, 由于其在导引线中直接传送电流, 限制了其在长距离输电线路的应用, 因此在相当长时间内无法电流差动, 无法应用于长距离线路。随着微波、光纤等通信技术的发展和其在电力系统中的广泛应用, 先后出现了应用于输电线路的微波电流差动保护和光纤电流差动保护。而微机保护的迅速崛起, 其与数字通信技术相得益彰的发展为差动保护在输电线路的应用推波助力。20世纪80年代, 日本最先研究数字式电流差动微波保护;80年代末GEC公司和瑞典ABB公司研制出各自的数字式电流差动保护装置。我国于20世纪80年代末开始研制数字式电流差动微波保护, 第1套可用于长距离输电线路的数字式微波电流差动保护WXH-14型高压线路微机微波电流于1994年完成并通过鉴定。
在差动保护的应用过程中发现, 由于正常运行时的负荷电流过大、各侧的CT型制不同、饱和程度不同等原因, 有可能导致正常运行时的差流较大, 有时甚至超过保护的整定值而发生误跳闸。鉴于差动保护是电力设备的主保护, 因此要求保护的安全性和可依赖性都很高, 为了避免这种情况的发生, 在继电器的动作门槛中加入各侧电流, 即负荷电流较大时, 制动量也较大, 保护不易动作, 这便产生了比率制动的差动保护。
差动保护的核心问题就是如何消除正常运行状况下的稳态差流电流问题, 针对不同的被保护设备, 可能转变为变压器的励磁涌流问题, 母线保护的各侧互感器变比不同导致的差流问题, 或者输电线路的电容电流问题。在不能消除的情况下, 则应采取比率制动、权值制动、复式比率制动等方法保障差动保护的安全性。
3 差动保护的主要应用
由于差动保护接线相对复杂, 保护系统的造价较高, 因此主要应用于重要的电力设备;同时由于差动保护自身的特点, 只对区间内的设备构成保护, 不能作为相邻设备的后备保护。本文针对几种典型的差动保护的应用情况进行介绍。
3.1 变压器差动保护
与其他设备不同的是, 变压器各侧的电压水平不同, 其额定电流就不同, 这就导致了变压器各侧的电流互感器配置不同。这些不同不但体现在变比上, 还体现在型制与特性上。由于各侧的变比不同, 因此变压器差动保护并不严格服从基尔霍夫电流定律, 而是借助于变压器变比进行转化方可保障差动保护的正确性。
以变压器变比N∶1为例, 即变压器的额定电压比值为:
则额定电流的比值为:I1∶I2=1∶N。
因此, 为了保证正常运行时二次的差流为零, 则要求两侧的电流互感器变比Nct1、Nct2之比为:Nct1∶Nct2=1∶N。
然而由于电流互感器变比规定较严格, 不可能按照变压器的要求特别订制, 且大量变压器具有调节电压的作用, 变比并不恒定, 因此变压器的差动保护难以达到零差流, 这就要求变压器的差动保护具有较大的冗余度, 要提高其制动性, 所以变压器差动保护广泛采用折线式的比率制动。变压器比率制动的特性如图2所示。
3.2 线路差动保护
普通的线路差动保护较为简单, 可以参照图1了解, 本文主要介绍一种特殊的多端线路的差动保护:南瑞继保RCS-943T, 应用于中性点直接接地的110 k V“T”接线路, 分为RCS-943T和RCS-943TM, 两者保护功能完全一样, 仅通讯接口速率不同, 其中RCS-943T的通讯接口速率为64 kb/s, RCS-943TM的通讯接口速率为2 M/s。
保护配置:RCS-943T配置以分相电流差动和零序电流差动为主体的快速主保护, 三端相间和接地距离保护、四段零序方向过流保护构成的全套后备保护。通讯及同步方式:RCS-943T具备2个高速数据通道, 分别为通道A、通道B。2个通道可以都使用专用光纤, 也可以都复接PCM设备, 还可以一个通道接专用光纤, 另一个通道复接PCM设备, 通过定值的整定来决定各种方式。
采用专用光纤光缆时, 线路三侧的装置通过光纤通道直接连接, 如图3所示。采用复接PCM设备时需加装数字复接接口设备, 连接方式与专用光纤类似。
3.3 母线差动保护
母线差动保护可以严格遵照图1的差动保护示意图进行理解, 唯一的区别是母线上可能连接有变压器、线路等多种元件, 因此不再是两端, 而是具有多个端点, 并应在设计之初考虑足够的通道, 以便线路或者设备增加之用。母线差动保护的接线图如图4所示。
4 结语
本文从差动保护的技术角度出发, 探讨了不同设备的差动保护及其特点。差动保护作为当前电气设备的主保护, 只有适应不同被保护设备的特点, 有针对性地进行研究并不断发展, 才可以更好地保障设备的安全运行。
参考文献
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