CSC326变压器保护-保护配置及原理.ppt

屠黎明2008 12 17 CSC 326系列数字式变压器保护装置保护配置及原理 适用于1000kV及以下各种电压等级的变压器适用于各种接线方式的变压器适用于普通变 自耦变等各种类型变压器可用于最大六侧制动的变压器保护适用于变电站综合自动化系统 也可用于常规变电站 适用范围 装置型号 装置型号 比率差动保护分相差动 零差保护相间阻抗和接地阻抗保护复压闭锁 方向 过电流保护零序电压闭锁零序 方向 过电流保护零序过电压保护和间隙零序过电流保护过激磁保护失灵联跳变压器保护非全相保护失灵启动充电保护过负荷保护TA断线和TV断线检测 保护功能配置 CT接线方式为计算差动电流及后备保护方向元件指向的基准 1 变压器各侧相电流互感器均应采用星性接线 二次电流直接接入装置 2 各侧相电流互感器均以母线侧为极性端 减极性指向变压器 中性点零序TA的极性端在变压器侧 3 装置内部电流回路装有小TA 电流变换器 装置端子图上标 的为接装置内部TA非极性端的端子 CT接线说明 适用范围a 10MVA容量及以上的单独运行的变压器b 6 3MVA容量及以上的并联运行的变压器c 重要变压器 当电流速断保护灵敏度不符合要求时保护范围变压器内部绕组的相间短路故障变压器内部绕组的匝间短路故障基本要求a 应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流 b 在变压器过励磁时不应误动作 c 在电流回路断线时应发出断线信号 并有条件的闭锁差动保护 d 在正常情况下 纵联差动保护的保护范围应包括变压器套管和引出线 如不能包括引出线时 应采取快速切除故障的辅助措施 差动保护配置原则 为防止区外故障时 变压器内部损耗以及CT饱和等原因造成保护的误动引入制动电流与差动电流的相互配合的一种差动保护方式 比率差动保护 CSC326比率差动保护主要组成部分 保护起动差流速断比率制动励磁涌流制动TA断线检测差流越限告警 1 差动保护启动元件 2 差流启动元件 以相电流突变量为主要的启动元件 差流启动元件作为辅助启动元件1 突变量启动元件 比率差动保护 2 差动保护的动作曲线 比率差动保护 3 差动保护的动作方程如下 比率差动保护 额定电流中压侧的平衡系数 低压侧的平衡系数 比率差动保护 4 平衡系数以及额定电流的计算 变压器各侧TA二次电流相位由软件自校正 采用在Y侧进行校正相位 例如对于Y0 11的接线 其校正方法如下 差动电流与制动电流的相关计算 都是在电流相位校正和平衡补偿后的基础上进行 变压器接线型式 根据定值 相位差自动校正 比率差动保护 5 主变各侧电流的相位补偿 比率差动保护 6 差动保护的相关定值 变压器在空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中 将产生励磁涌流 该励磁涌流流入差动保护的差动回路 若差动保护不能够躲过这一电流 就会误动作 因此 当前变压器差动保护的核心问题是如何正确地识别励磁涌流和内部故障电流 关于励磁涌流 1 主变差动保护为何要设置励磁涌流闭锁 励磁涌流是由于变压器铁芯磁通饱和所引起的冲击电流 其大小与变压器的等值阻抗 合闸初相角 剩磁大小 绕组接线方式 铁芯结构及材质等因素有关 在变压器的铁芯磁通未饱和时 励磁绕组电感很大 励磁电流很小甚至可忽略不计 而当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时 由于磁链不能突变 会产生自由直流分量 导致变压器铁芯磁通饱和 变压器励磁绕组电感降低 将出现数值很大的励磁电流 也就是我们所说的励磁涌流 关于励磁涌流 2 励磁涌流的产生 1 励磁涌流幅值很大且衰减 含有非周期分量 当合闸初相角改变时 对各相别的励磁涌流影响不同 对于中小变压器 励磁涌流可以达到额定电流的10倍以上 且衰减很快 对于大型变压器 励磁涌流一般不超过额定电流的4 5倍 衰减慢 有时可达到1分钟 2 波形呈间断特性 短路电流波形对称并且连续 励磁涌流不连续 关于励磁涌流 3 励磁涌流的特点 激磁涌流的特点 对称涌流 波形不连续 出现间断 波形上下对称 严重情况下 w max 120 j max 50 8非对称涌流 波形偏于时间轴一侧 波形上出现间断 严重情况下 w max 155 4 j max 80 w d分别为差动电流的波宽与间断角 关于励磁涌流 4 励磁涌流的波形特征 分析和实践表明Y 11 Y0 11接线的励磁涌流中 差动回路中有一相对称涌流 另外两相呈非对称性涌流 且这两相非对称性涌流其中一相为正极性 另一相呈负极性 关于励磁涌流 5 励磁涌流的波形特征 二次谐波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 或门闭锁方式 即三相差流中某相判为励磁涌流 闭锁比率差动保护 比率差动保护 1 谐波闭锁的比率差动 五次谐波原理针对激磁涌流持续时间较长的大型电力变压器 可以选择投入五次谐波闭锁的比率差动保护 采用三相差动电流中五次谐波与基波的比值作为激磁涌流闭锁判据 或门闭锁方式 即三相差流中某相判为激磁涌流 闭锁比率差动保护 为五次谐波制动系数 固定取0 35 比率差动保护 对主变的差流求导之后所得到的波形进行波形对称性分析 从而区分是否为故障状态的一种方法 基本思路是 在一周波加一点的数据窗内 首先用向前微分法求得差流的导数波形 目的是去除直流分量 之后将差流导数波形的前半波和后半波做比较k 1 2 3 n一周采样点为2n 比率差动保护 2 模糊控制原理 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 k 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 设为求得模糊贴进度N为 取门槛值为K 当N K时 认为是故障 当N K时 认为是励磁涌流 采用按相闭锁方式 即三相差流中某相判为励磁涌流 仅闭锁该相的比率差动保护 比率差动保护 2 模糊控制原理 比率差动保护 1 CT断线的检测 当定值中投入CT断线检测功能后 可选择是否投入TA断线闭锁比率差动保护功能 投入TA断线闭锁比率差动保护时 利用ICT开放比率差动保护投入TA断线闭锁比率差动保护时 1 当差动电流小于断线开放差动定值时闭锁比率差动保护2 当差动电流大于断线开放差动定值时开放比率差动保护 比率差动保护 2 CT断线检测的相关逻辑 正常情况下 监视各相差流异常 延时5s发异常告警信号 判据如下 为装置内部固定的系数 固定取0 3 比率差动保护 差流越限告警 中压侧的平衡系数 公共绕组的平衡系数 分相差动保护的动作方程 分相差动保护的差动电流 制动电流取自自藕变压器高压侧 自藕变压器中压侧 公共绕组的电流CT 分相差动保护 1 分相差动保护的原理 分相差动保护 2 分相差动保护的原理 平衡系数的计算中压侧的平衡系数 公共绕组的平衡系数 分相差动保护 3 分相差动保护的动作方程 对于变压器高 中压侧电流互感器 采用星形接线 不可采用常规接线 二次电流直接接入本装置 均以母线侧为极性端 以母线指向变压器为正方向指向 对于公共绕组电流互感器 采用星形接线 不可采用常规接线 二次电流直接接入本装置 其极性端远离变压器 以大地指向变压器为正方向指向 分相差动保护 3 自藕变压器CT的接线要求 1 差动速断电流定值ISD按躲过变压器空投时出现的最大涌流电流整定 一般整定为 3 12 Ie 2 差动保护电流定值ICD差动保护最小动作电流值 应按躲过正常额定负载时的最大不平衡电流整定 根据近年来变压器微机保护的实际运行情况来看 在工程实用整定计算中 建议选取ICD 0 5 1 0 Ie 差动保护的整定 主变差动保护的相关定值 3 比率制动系数KID差动保护的动作电流应大于外部短路时流过差动回路的不平衡电流 在工程实用整定计算中 建议选取KID 0 4 0 5 4 TA断线开放差动定值当差动电流大于此定值时 自动解除TA断线对差动保护的闭锁功能 一般整定为1 2Ie Ie为变压器高压侧的二次额定电流 差动保护的整定 主变差动保护的相关定值 5 二次谐波制动系数可通过定值选择差动保护的涌流判据为二次谐波制动或模糊识别制动当差动保护的涌流判据采用二次谐波原理时 此整定值有效 工程中一般整定为0 15 0 20 推荐取0 15 差动保护的整定 主变差动保护的相关定值 6 零分差电流I0D根据近年来变压器微机保护的实际运行情况来看 在工程实用整定计算中 建议选取I0D 0 5 1 0 Ie7 比率制动系数K0D在工程实用整定计算中 建议选取K0D 0 4 0 5 差动保护的整定 主变差动保护的相关定值 330kV 500kV变压器 当电压电流不能满足灵敏度要求时 变压器的相间故障可选择阻抗保护通常配置为全阻抗 偏移圆特性阻抗 偏移阻抗一般装设在主变的高压侧 反向偏移比为正向动作阻抗的5 10 保护范围变压器引线 母线 相邻线路的相间故障的后备保护 相间阻抗保护 CSC 326阻抗保护 由保护起动 阻抗测量元件 延时 电压回路断线闭锁元件等部分组成 保护起动元件有突变量启动和负序电流启动 其中突变量启动同差动保护 负序电流启动元件如下 相间阻抗保护 相间阻抗保护采用0 接线 电压选最小线电压 电流取对应的线电流 计算阻抗 1 相间阻抗保护的动作特性 可根据需要整定成为全阻抗特性或偏移阻抗特性 2 阻抗的正方向可以指向变压器 也可以指向系统 由控制字来选择 本装置可提供两段阻抗整定值 其中第一段带三个时限 第二段带两个时限 相间阻抗保护 相间阻抗保护的动作特性 阻抗保护的动作特性 TV断线瞬时闭锁阻抗保护 相间阻抗保护 相间阻抗保护的动作特性 接地阻抗保护 接地阻抗保护的动作特性 标准版为选配功能 接地阻抗保护采用0 接线 电压选相电压 电流取对应相的电流 计算阻抗 计算公式如下1 接地阻抗保护的动作特性 可根据需要整定成为全阻抗特性或偏移阻抗特性 2 阻抗的正方向可以指向变压器 也可以指向系统 由控制字来选择 本装置可提供一段阻抗整定值 带三个时限 根据各序等效网络 在保护安装地点 母线电压各序分量与短路点电压各序分量之间应有如下关系 因此 保护安装地点母线上的A相电压为当采用的接线方式时 则继电器的测量阻抗为 关于零序补偿系数的相关说明 接地阻抗保护 此阻抗之值与之比值有关 而这个比值受中性点接地数目与分布的影响 并不等于某一固定常数 故继电器将不能准确地测量从短路点到保护安装地点之间的阻抗 因此不能采用 为了使继电器的测量阻抗在单相接地时不受的影响 根据以上分析 应该对阻抗继电器的输入电压 电流修正 即取 关于零序补偿系数的相关说明 接地阻抗保护 四方公司采用零序电阻补偿系数和零序电抗补偿系数分开设置的方式 关于零序补偿系数的相关说明 接地阻抗保护 关于过渡电阻的影响 Z1 L1 Z1 L2 RG I1 I2 IG 关于过渡电阻的相关说明 接地阻抗保护 保护安装处为送电端时 保护安装处为受电端时 关于过渡电阻的相关说明 接地阻抗保护 35kV 66kV及以下中小容量的降压变压器 宜采用过电流保护110kV 330kV变压器 过电流保护不能满足灵敏性要求时 宜采用复合电压起动的过电流保护或复合电流保护 保护范围变压器引线 母线 相邻线路的相间故障的后备保护基本要求a 单侧电源变压器 相间短路后备保护宜装于电源侧 b 多侧电源变压器 相间短路后备保护宜装于变压器各侧c 具有PT断线检测功能 当断线时可有选择的闭锁或开放相关的保护d 为保证方向元件的可靠性 方向电压采用90度接线 并且可选择相应侧e 每侧保护按段配置 每段按要求可配置多个时限 复压闭锁方向过流保护 保护范围以及基本要求 CSC326主变复压闭锁方向过流保护配置三段电流保护 其中1 2段各设三个时限 3段设两个时限且固定不带方向 复合电压元件1 复合电压由低电压和负序电压 或 门构成 2 变压器各侧的电压均可作为闭锁电压 由控制字选择 任一侧满足均可开放复压元件3 关于TV断线 那一侧TV断线退那一侧复压元件 4 复压所取侧都断线的情况下 根据控制字可有如下选择1 TV断线后方向和复压不满足 0 TV断线后方向和复压满足5 低电压取三相线电压 负序电压取负序相电压 复压闭锁方向过流保护 CSC326复压闭锁方向过流保护的相关说明 复合电压元件的整定原则1 低电压元件的整定原则a 当低电压元件取自主变低压侧电压时 应躲过正常运行时可能出现的最低电压 例如电动机起动时的影响 一般按下式整定 可靠系数一般取1 2 低电压继电器的返回系数 可取1 05b 当低电压元件取自主变高压侧电压时 一般整定为Uset 0 7Unc 对发电厂的升压变压器当低电压元件取自主变低压侧电压时还应躲过发电机失磁运行时出现的低电压 一般整定为Uset 0 5 0 6 Un2 负序电压元件的整定原则 按躲过正常运行时出现的最大的不平衡电压来整定 一般整定为Uset 0 6 0 8 Un 复压闭锁方向过流保护 CSC326复压闭锁方向过流保护的相关说明 方向元件1 方向元件采用90度接线2 最大灵敏角有 30度和 45度两种3 动作范围为170度4 方向元件的方向可以由控制字选择为指向母线或指向变压器5 为了消除保护安装处附近三相短路的电压死区 方向元件带记忆 复压闭锁方向过流保护 CSC326复压闭锁方向过流保护的相关说明 a 方向指向变压器b 方向指向系统 复压闭锁方向过流保护 CSC326复压闭锁方向过流保护的相关说明 电压压板对保护的影响装置设有 电压压板 当TV检修时可退出该压板 此时退出该侧的复合电压元件和方向元件 复压仍可取其它侧 另如果各侧的电压压板都退出或者通过控制字不选取任何一侧的复压 则复压条件自动满足 复合电压闭锁 方向 过流保护变成了过流保护 复压闭锁方向过流保护 CSC326复压闭锁方向过流保护的相关说明 复压闭锁方向过流保护 CSC326复压闭锁方向过流保护的相关定值 适用范围对于中性点直接接地电网中的变压器 装设零序 接地 保护保护范围变压器中性点直接接地时 用零序电流保护构成变压器的接地保护 也用作变压器外部接地故障和中性点直接接地侧绕组以及引出线接地故障的后备保护 零压闭锁方向零流保护 CSC326零压闭锁方向零流保护的相关说明 该保护反应大电流接地系统的接地故障 作为变压器和相邻元件的后备保护 共设三段零序过流保护 其中 1 I II段可带方向 均有三个时限 CSC 326EB为四个时限 可根据控制字选择外接零序电流或自产零序电流 2 III段不带方向 有两个时限 且系统控制字选择 普通变压器 时固定采用外接零序电流 选择 自耦变压器 时固定采用自产零序电流 零序过流保护增加了2次谐波的闭锁 定值中可以分别选择I段和II段是否需要闭锁 系数固定取值15 谐波闭锁判别固定取自产零序电流中的谐波分量 零压闭锁方向零流保护 CSC326零压闭锁方向零流保护的配置说明 零序方向元件1 零序方向元件中的零序电压和零序电流均采用自产零序2 最大灵敏角为 1003 动作范围为160度4 方向元件的方向可以由控制字选择为指向母线或指向变压器 零压闭锁方向零流保护 CSC326零压闭锁方向零流保护的方向元件 a 方向指向变压器b 方向指向系统 零压闭锁方向零流保护 CSC326零压闭锁方向零流保护的方向元件 当选择 TV断线取消零压闭锁和方向元件 时 表示此时方向条件自动满足 零压闭锁条件自动满足 所以零压闭锁方向过流或零压闭锁过流变成了纯过流保护 当选择 TV断线退零压闭锁零流保护 时 表示这时方向条件不满足 零压闭锁条件不满足 所以零压闭锁方向过流或零压闭锁过流自动退出 零压闭锁方向零流保护 CSC326零压闭锁方向零流保护TV断线对保护的影响 在TV断线时 如果零压闭锁零压元件取外接 零压闭锁元件不受上述控制字的影响 装置设有 电压压板 当TV检修等电压处于不正常状态时 退出该压板 此时零压元件和方向元件退出 本保护变为纯零序过流保护 零压闭锁方向零流保护 CSC326零压闭锁方向零流保护TV断线对保护的影响 分级绝缘变压器的保护 间隙零序保护包含间隙零压元件和间隙零流元件 间隙零压元件使用外接3U0 间隙零流元件使用变压器经间隙接地的间隙零序电流 间隙零压元件和间隙零流元件各设一段两时限 也可以通过整定选择为间隙保护并联输出 或门启动间隙零序保护的时间元件 采用间隙电压保护的两时限 间隙零序保护 CSC326间隙零序保护的相关说明 间隙零序保护 CSC326间隙零序保护的相关说明 采用负序电流或零序电流和断路器三相位置不一致辅助触点作为判据 另外当三相有流 并且有非全相开入时 过10s发非全相开入告警 非全相保护跳闸固定 第一时限跳本侧开关 第二时限跳变压器各侧开关 非全相保护 CSC326非全相保护的相关说明 非全相保护 CSC326非全相保护的相关说明 母充保护由外部的母充开入压板来控制 在母线充电时暂时投入 若母充开入持续4小时投入 则装置会报相应开入告警信息 母线充电保护 CSC326母线充电保护的相关说明 母线充电保护 CSC326母线充电保护的相关说明 过激磁的产生变压器过激磁是设计 制造与运行中常遇到的现象 产生过激磁的原因很多 主要为 1 铁心结构上原因现代大型电力变压器 额定运行时的磁场强度一般在1 7 1 8T 而饱和时的磁场强度一般在1 9 2 0T 两者已经很接近 目前都采用冷轧硅钢片作为铁心导磁材料 磁化特性曲线很硬 所以当电压频率比增加时 使得磁感应强度B增加 导致励磁电流增大 从而产生过激磁 2 恒磁通调压的变压器带有负载时 为保持不同负载下的输出电压为恒定值就必须补偿阻抗压降 必须通过分接位置的变换或增加外施电压 当外施电压大于分接电压时或增加外施电压时会产生过激磁 过激磁保护 CSC326过激磁保护的相关说明 3 自耦变压器采用中点调压方式时 在铁心中有过激磁现象 自耦变压器的电压比越接近 过激磁越严重 一般是电压比大于等于2时的自耦变压器才能采用中点调压方式 4 空载变压器在合闸瞬间的过渡过程有过激磁 当铁心中有剩磁通时 且在外施电压过零时的瞬间合闸 过激磁最大 是最不利的空载合闸状态 这是变压器固有特性所引起的瞬时过激磁现象 当fn 50Hz时 在0 01s内磁通达最大值 现正发展电子型电压达峰值时合闸的断路器以减少合闸瞬间过激磁 5 三相三柱式铁心 Yyn0接法变压器 由于负载不平衡引起中点电压浮动 此时铁心中也会过激磁 过激磁保护 CSC326过激磁保护的相关说明 6 发电机甩负载时会在变压器与发电机联接端子上出现过电压 并引起过激磁 当fn 50Hz时 磁通可在0 02s内达最大值 7 在中点接地系统中 在单相接地故障的异常工况下 健全相的相电压会增加 110kV及以上系统 此电压会增加1 3倍 故障期间 铁心会过激磁 8 当电网频率低于额定频率时 当感性电压不变时 频率的降低会引起铁心中磁通的增加 会有过激磁 过激磁保护 CSC326过激磁保护的相关说明 E 4 44F B S WB 工作磁感应强度E 交流输入电压W 匝数 F 交流输入电压频率S 磁芯有效截面积 B S 过激磁保护 CSC326过激磁保护的相关说明 变压器的过励磁可能产生什么后果 如何避免 当变压器电压超过额定电压的10 时 将使变压器铁芯饱和 铁损增大 漏磁使箱壳等金属构件涡流损耗增加 造成变压器过热 绝缘老化 影响变压器寿命甚至烧毁变压器 避免方法 1 防止电压过高运行 一般电压越高 过励情况越严重 允许运行时间越短 2 加装过励磁保护 根据变压器特性曲线和不同的允许过励磁倍数发出告警信号或切除变压器 过激磁保护 CSC326过激磁保护的相关说明 定时限变压器过激磁保护 定时限过激磁保护通常分为二段 第一段为信号段 第二段为跳闸段 信号段动作值N一般可取为变压器额定励磁的1 15 1 2倍跳闸段动作值N一般可取为变压器额定励磁的N 1 25 1 35倍 过激磁保护可配置 定时限过激磁保护 反时限过激磁保护 过激磁保护 CSC326过激磁保护的相关说明 反时限变压器过激磁保护 反时限跳闸 分成7段 从1 1至1 4 级数为0 05 每段都有一个跳闸时限 落在相邻段之间跳闸时限采用线性插值计算 过激磁保护 CSC326过激磁保护的相关说明 过激磁保护 CSC326过激磁保护的相关说明 中压侧失灵保护用于中压开关失灵时 变压器保护装置跳开变压器各侧开关 另还设有当失灵信号开入不一致时固定延时10秒装置告警 失灵联跳保护 CSC326失灵联跳保护的相关说明 失灵联跳保护 CSC326失灵联跳保护的相关说明 当主变中性点未装设间隙 变电站系统内一台主变接地运行 另一台主变不接地运行情况下 系统发生接地故障 如果需要先跳开不接地变压器 后跳开接地变压器 则采用零序选跳 此保护仅在CSC 326F FA FD装置的高 中后备保护配有 此保护方案在国标DL T684 1999 即 大型发电机变压器继电保护整定计算导则