500kV变电站国产变压器保护装置比较.pdf

上 海 电力 2 0 1 0 年第4 5 期 5 0 0 k V变电站国产变压器保护装置比较 娄 海峰 ( 上 海 送 变 电 工 程 公 司 ， 上 海2 0 0 2 3 5 ) 摘要 ： 介绍 了国内 5 0 0 k V变电站变压器保护的南端继保 R C S - 9 7 8系列与四方公 司 C S C 一 3 2 6系列保护装置 的类别及保护原理 。文章认为 2套国产 主变保护装置各有特色 ， 南瑞继保 的工频 变化量 比率差动 ， 能够提高 装 置 在 变 压 器 正 常运 行 时 ， 内部 发 生 轻 微 匝 间 短路 时 的灵 敏 度 ， 而 四方 公 司 CS C 一 3 2 6系列 装 置 则 提 高 了动 作 的正确性 ， 在防止误动方面更加 出色 。 关 键 词 ： 变 压 器 保 护 装置 ； 差 动保 护 ； 比较 中图 分 类 号 ： TM7 7 4 文 献 标 识 码 ： B l 引 言 随着 国家 电网公 司 对 于新 建变 电站 采用 “ 三 通一标 ” 的要 求 ， 以及 对 于保 护 设 备 国产 化 的要 求 ， 越 来越多 的 国产保 护应用 到新建 的变 电站 中 。 目前 ， 在 上海 地 区原 先 建 造 的 5 0 0 k V 变 电站 内 变压器保 护均采 用 AB B公 司 RE T 系 统 ， 现在 新 建 或扩建 的 5 0 0 k V 变 电站 ， 均 采 用 南 瑞 或 四方 的保 护 。使 用 国产 保 护相 对 进 口保 护 而 言 ， 微 机 化程 度 高 ， 操 作 界 面友好 ， 现场试 验 方便 ， 越 来 越 受 到基建单 位及运行 单位 的好评 。 2 分侧 差动保护 比较 南 端继保 R C S 一 9 7 8系列 的 主保 护 由差 动速 断 、 比率 差动 、 零序 比率差 动 ( 分 侧 差 动 ) 、 工 频变 化量差 动 组 成 。而 四方 公 司 继 保 C S C - 3 2 6系列 的主保 护则 由分相差 动 ( 包括差 动速 断 ， 稳 态量 比 率 差动 ， 故 障分量 比率差 动 ) 、 分 侧差 动 、 三角 侧差 动 组成 。 对零序 比率差 动 比较 ， 将其 电流互 感器 ( T A) 高压侧 中压侧 l I i l A B c b c 白耦 匿 压 辅 公共绕组侧 I 图 l 零 序 比率 差 动 接 线 方 式 次级接 人保 护 ， 如 图 1 所示 。 分 侧 差 动 是 利 用 高 、 中压 侧 和 公 共 绕 组 的 T A分 别形 成 各 自的零 序 电流 滤 波 器 ， 然 后 连 接 起 来 ， 构 成 自耦 变压 器 的零 序差 动保护 。 当变压器内部发生接地故障时， 流人差动继 电器 的 电流为故 障 点 零序 电流 的 总 和 ， 与 中性 点 的零 序 电流方 向无关 。差动 继 电器 将反 映三侧 的 零序 电流 相量 和而动作 。 5 结 语 2 2 0 k V合 兴 变 电站 使 用 湖 南 长 高 生 产 的 2 2 0 k V户 外 闸 刀 ， 在 上 海 电网 内虽属 首 次 ， 但 随 着 一 次 电 气 设 备 全 面 国 产 化 的 大 力 推 广 和 应 用 ， 在今 后 新 建 的 标 准 化 2 2 0 k V 变 电 站 中 ， 将 会 看 到 越 来 越 多 国产 闸 刀 。 目前 ， 闸 刀 在 二 次 回路设 计 上 ， 已经 形 成 了一 定 的标 准 模 式 ， 各 个 生 产厂 家 的设 备特 点 主要 体 现 在 小 配 件 和 回路 一 290 头尾 设计 上 。 在 电动 操作 闸 刀调 试 中 ， 将常 见 并 且具 有 普 遍性 的调 试 问题 ， 认 真 去分 析 ， 去 理解 ， 并 在脑 海 中把 回路 接通 ， 关 键 是要 正 确 领会 和理 解设 计 的 每个细 节 ， 才 能把调试 工作 完成好 。 收 稿 日期 ： 2 0 1 0 - 8 1 4 作者简介 ： 杨 永峥 ( 1 9 8 3 一 ) ， 男， 上海人 ， 本科， 助理 工程 师， 从 事 继 电保 护 现 场 调 试 工作 。 ( 责 任 编 辑 ： 杜 建 军) 2 0 1 0 年第4 5 期 上 海 电力 2 1 RC S 一 9 7 8系列 分侧 差动 保护 在 R C S 一 9 7 8系列 保 护 中 ， 对 于零 序 比率 差 动 ( 分侧差 动 ) ， 其 动作 方程 式为 ： 0 d o d I o c a q d 0 5 I Kn h 一0 5 J n + j 【=l c d ( 1 ) ma x f I 。 f ， f ， 。 。 f ， f l l 。 +， 。 ： j 。 】 其 动作 特性 曲线 如 图 2 所 示 ： J 0 d l， j一 ， K0 b l 推荐 0 5 J o c d q d L 0 0 5I。 IO 图 2 RCs _ 9 7 8动 作 特 性 曲 线 式 中 I 。 高压侧 的零序 电流 ； J 。 中 压 侧 的零 序 电流 ； I O c w 公共绕组侧 的零 序电流 ； 零序 比率差动起动 定值 ； I 。 a 零 序 差 动 电 流 ； k 零 序差动 比率制动系数整定值 ， 取 0 5 。 零 序差 动保 护 可 保 护 变 压 器 Y 侧 的各 种 接 地故 障 ， 分侧 差动 保护 可保 护 变 压 器 Y 侧 的各 种 接地故障和相间故障 ， 但它们都不能保护变压器 Y 侧 的匝 间短路 。零 序差 动保 护 和分侧 差 动保护 都不 经励 磁 涌流判 据 闭锁 。 2 2 C s C 一 3 2 6系 列分侧 差动 保护 在 C S C 一 3 2 6系 列 保 护 中 ， 对 于 分 侧 差 动 来 说 ， 其接线 如 图 3所示 。 电流 比 1 20D： l 电流 比 1 2o0： 1 图 3 C S C 3 2 6接线方式 要 进行 差流 计 算 ， 先 要 进 行 以 下 平衡 系数 的 折 算 ： K。 l N N h K 2 一N N h 式 中 N 一一 高 压 侧 TA 变 比 ； N 中压 侧 TA 变 比 ； N 中性 点 侧 TA 变 比 。 其 动作 方 程式 为 ： dz： 一 I I n - - I m - fi g I I ma x I I ( 2 ) 一 j J ， J ； ， J l 式 中 ， 差 动 起 动 电 流 ， 固定 为 J ； J d 差 动 电 流 ； j 制 动 电 流 ； K 第 一 段 折 线 的 斜 率 ， 取 0 2 ； K 第 二 段 折 线 的 斜 率 ， 取 0 5 ； K 。 第三段折线的斜率 ， 取 0 7 ； J 低压侧套管 TA处的变压器额定 电流 。 其 动作 特性 曲线 如 图 4所 示 ： 罄I I C D 图 4 CS C一 3 2 6动 作 特性 曲 线 式 中K。 第一段折线的斜率 ， 取 0 2 ； K 第 二段折线的斜率 ， 整定值 ； K。 第 三 段 折 线 的 斜 率 ， 取 0 8 。 根 据下 列 动作算 式 ， 分别 进行 差动 、 制动 电流 的计 算 ： I d 一 K 】 X I z d + I d I d 一 K 2 ( ， d 一 0 6 I ) 十 K l 0 6 I + I I d 一 K 。 ( I 。 d 一 5 I )+ K 2 ( 5 I 一 0 6 I ) + K 1 0 6I + I d 式 中 ， 动作 电 流 ； I 制动 电流 ； J d 启 动 值 ； f 高压侧 的额定 电流。 与 RC S 一 9 7 8相 同 ， 分 侧差 动保 护都 不 经励 磁 涌 流判 据 闭锁 。 3分相 差 动 保 护 比较 3 1 RC S - 9 7 8系列分 相 差动保 护 一 291 上 海 电力 2 O 1 O 年第 4 5 期 对 于 R C S 一 9 7 8系列保 护来 说 ， 将 自耦变 压器 各相 的高压 出 线 TA、 中 压 出线 TA 及低 压 出线 的 TA 分别 接 成差 回路 ， 构成 自耦 变 压器 的 分相 差 动保 护( 包括 比率差 动 、 工频 变化量 差动 ) 。 南瑞继保 的工频变化量差 动 ， 其 动作方程如式 ( 3 ) 至式 ( 5 ) ： r AI d 1 25 AI d + I d J d 0 6J J 2I ( 3) l J d 0 7 5 A I 一0 3 I A I 2 I d 一 A， 。 ( 4 ) f l 一ma x A l J ( 5 ) 式 中 ， 各 支 路 工 频 变 化量 电流 的相 量 和 ； l J 各 支路 工频 变 化 量 电 流 的 标 量 和 ； d n 固定 门槛 ； J 浮 动 门槛 。 设置 浮动 门槛 可 防止在 系统发 生振荡 时或频 率 偏移 时保 护误 动 。理论 上 ， 工 频 变化 量 比率 差 动 制动 系数可取 较 高 的数 值 ， 这 样有 利 于 防止 区 外 故 障 T A 饱 和等 因 素所 造成 的 差动 保护 误 动 。 其 动作特性 曲线 如 图 5 所 示 。 对于 工频变化 量 比率差 动 继 电器 来 说 ， 负 荷 电流对它 没有影 响 。对稳 态量 的 比率差 动继 电器 而 言 ， 负荷 电流是一 个制动 量 ， 会影 响 内部短路 的 灵敏度 ， 并且 受过 渡电阻影 响小 。 a 1 d O J 0 21 c O 2 j c f 图 5 RCS - 9 8动 作 特 性 曲 线 由于 上述原 因 ， 工频 变 化 量 比率 差 动继 电器 比较 灵敏 ， 即提 高 了重 负荷 下 小 匝数 的匝 间短 路 时的灵敏 度 。由于 制 动 系数 取得 较 高 ， 再加 上 采 用 浮动 门槛 技术 ， 在发生 区外各种 故 障 、 功率倒 方 向 、 区外故 障 中出 现 TA 饱 和 与 TA 暂 态 特 性 不 一 致 等状态 下也 不 会发 生误 动作 ， 使 得 保护 的 安 全性 与灵敏度 同时得 到 了兼 顾 。 3 2 CS C - 3 2 6系 列 分 相 差 动 保 护 对 于 C S C 一 3 2 6系列 保护 来 说 ， 分相 差 动保 护 292 包 括稳态 量及 故障分 量 比率差动保 护 。稳态量差 动的差动 电流 及制 动电流 的计算方 法 如下 ： ( 1 )平衡系数的计算 计算 变压器 各侧 一次 额定 电流 J ， = = = S ， 式 中 S 变 压 器 最 大 额 定容 量 ； U 变 压器 各 侧 额 定 电 压 ( 应 以运 行 的 实 际 电 压为准 ) ， 其 中低压侧套管 T A对应的电压 应 为低压侧额定 电压的 3 倍 。 ( 2 )计算 变压器各 侧二 次额定 电流 j 。 ： ， 2 = = = J l ” T A 式 中Y 变 压器 各 侧 TA 变 比 。 ( 3 )以高 压侧为 基 准 ， 计算 变压 器 中压侧 、 低 压侧套 管 TA 平衡 系数 ： Kv h M一 一 Kp h R一 将 中压侧 、 低压 侧套 管 T A 各 相 电 流与 相应 的平 衡 系数相乘 ， 即得 幅值 补偿后 的各相 电流 。 ( 4 )利用 各 侧 补 偿 后 的各 相 电流 ， 计 算差 动 电流和制 动 电流 ： d = j 、 f I 一去I j 一， I 厶 J 稳 态量 比率差 动保 护 的动作 判据 如下 ： I d = = = K l I d + I d K2 ( J d 一 0 6 J ) + K 1 X 0 6j + J c d K 3 ( d 一 5J ) + K 2 ( 5 一 0 6 J 。 ) + K X 0 6 J + J d 式 中 J 差 动 电 流 定 值 ； J d 差 动 电 流 ； J 制 动 电 流 ； K 一 一 第一段折线的斜率 ， 取 0 2 ； K 第 二 段折 线 的斜 率 ， 可 整定 ； K。 第三段折 线的斜率 ， 取 0 7 。 比例 制动 曲线如 图 6 所示 。故 障分量 比率差 动 曲线也 在其 中 ， 由 于故 障 分量 比率差 动 的 整定 为装 置 固定 ， 所 以保护 在现场 一般不 进行校 验 ， 在 这里 不做讨 论 。 另外 ， RC S 9 7 8还 配 备 了低 压 侧 的 三 角侧 差 动 ， 差 动各侧 TA采 用星形 接线 ， 二次 电流直接 接 入本 装置 ， 低 压侧 的开 关 TA 以及套 管 TA 均 以 母线 侧 为正极 性端 。 2 O l O 年第 4 5 期 上 海 电力 f d z I S D I C D ( 整定值) 0 4I e 6比例 制 动 曲 线 4励磁涌流 闭锁原 理的 比较 4 1 RC S 一 9 7 8系列励磁 涌流 闭锁 原 理 在 R C S 一 9 7 8保 护 中 ， 励磁 涌流 识别 采 用 谐波 制动 和 波形不 对 称 两 个 原 理 ， 判 为 涌 流 后 分相 闭 锁 。谐波 制动 原 理 ， 利 用 差 电流 中 的二 次 和 三次 谐波 分量 与基 波分 量 的 比值 作 为 闭锁差 动保 护 的 判据 。当 J K。 ， 。 或 J 。 K。 I 时分相 闭锁 差动 保护 。K。 、 K。 分 别取 0 1 5和 0 2 。 二次 谐波 含量 高 ， 闭 锁 差 动保 护 避 免 了励 磁 涌流 情况 下差 动保 护 的误 动 。三 次 谐 波 含 量 高 ， 闭锁 差动保 护 主要 是为 了在 供 给钢 厂等非 线性 负 荷较 大 的用户 的变 压器 中防止差 动保 护误 动 。 差 电流波 形判别 原 理与 门分 相开 放差 动保 护 方程 式如 下 ： f s K s + ( 1 S S 式 中 S 差 电流 的全 周 积分 值 ； S + 两个 相距 半周 的差 电流瞬时值之 和的全周 积分 值 ； K 大于 1的常数 ； S 门 槛 值 。 4 2 cS C 一 3 2 6系列励磁 涌流 闭锁 原 理 在 CS C 一 3 2 6保护 中 ， 采 用二 次 谐 波 闭锁 原理 和模糊 识别 闭锁 原理 。 ( 1 )二 次 谐 波 闭锁 原 理 采 用 三相差 动 电流 中二 次谐波 与基 波 的 比值 作 为励 磁涌 流 闭锁判 据 ： d 。 K x h J d 。 2 式 中 ， 一 差 动 电 流 中的 二 次 谐 波 分 量 ； K 二 次 谐 波 制 动 系数 定 值 ； I a 差 动 电流 中 的基 波 分 量 。 采用 按相 闭 锁 方式 ， 三相 差 流 中某 相 判 为 励 磁 涌流 立 即闭锁 本相 比率 差动保 护 。 ( 2 )模 糊 识 别 闭 锁 原 理 设 差 流 导 数 为 I ( 走 ) ， 每周 的 采样 点 数 是 2 ” 点 ， 对数 列 ： X( k ) 一J ( k )+ ( k +” ) I ( k ) + J ( k + ) ， k 一 1， 2 n 可认 为 X( k ) 越 小 ， 该 点 所 含 的故 障 信 息 越 多 ， 即 故 障 的 可信 度 越 大 ； 反 之 ， X( 志 ) 越 大 ， 该 点 所包 含 的涌 流 的信息越 多 ， 即涌 流 的可信 度越 大 。 取一 个 隶属 函数 ， 设 为 AI X( k ) ， 综 合 一 周 的信 息 ， 对 k l ， 2 ” ， 求 得 模糊 贴近 度 N 为 ： N一 l A x( k ) n K 一 1 取 门槛值 为 K， 当 K 时 ， 认 为是 故 障 ， 当 NK 时 ， 认 为 是励磁 涌 流 。 采用 按相 闭 锁方 式 ， 三相 差 流 中某 相 判 为 励 磁涌 流立 即 闭锁本 相 比率差 动保 护 。程序 中按 相 判别 ， 任 一 相 满 足 以上 条 件 时 ， 比率 差