关于变压器的保护措施分析

关于变压器的保护措施分析关于变压器的保护措施分析 0 引言 超高压直流输电由于其特有的优点 越来越广范的得到应 用 这些优点包括 不须考虑稳定问题 线路故障恢复能力较 强 调节作用利于交流系统的稳定 减少互联交流系统的短路 容量 超过一定距离建设投资更经济 统中必不可少的重要设备 它可以提供相位差为 30 的 12 脉波 交流电压 降低交流侧谐波电流 作为交流系统和直流系统的 电气隔离 提供阀的换相电抗 通过换流变压器可以在较大范 围内调节交流电压 以使直流系统运行在最优的状态等 1 换流变压器的特点 1 1 短路阻抗 直流输电中阀的换相过程实际上就是两相短 路 为了将换向过程中的电流限制在一定范围内 换流变压器 的短路阻抗要大于一般变压器 短路阻抗过大 会使换流变压 器二次侧故障时短路电流较一般变压器小 因此保护配置与整 定要在这方面予以考虑 1 2 直流偏磁 当直流系统在使用大地回线的情况下 在一 些运行工况下会有直流电流流入大地 如双极不平衡运行 单 极大地回线方式等 使地电位发生变化 造成直流电流流入变 压器原边绕组 使换流变压器发生直流偏磁 工作点偏移 如 果此直流电流过大 会导致换流变压器铁心饱和 同时损耗和 温升也将增加 因此 要配置相应的保护防止这种情况下对换 流变压器造成的损坏 1 3 谐波 由于换流器的非线性 在交流和直流系统中将出 现谐波电压和电流 对于换流变压器 主要会流过特征谐波电 流 即 p n 1 次谐波电流 p 为脉波数 n 为任意正整数 在 运行中 谐波电流会使换流变压器损耗和温升增加 产生局部 过热 发出高频噪声 还会使交流电网中的发电机和电容器过 热 对通讯设备产生干扰 这些谐波电流应加以考虑 以免对 保护装置造成影响 1 4 调压分接头 为了使直流系统运行在最优的工况 减少 交流系统电压扰动对直流系统的影响 换流变压器都具有较大 范围的利用分接头调整电压的功能 例如 三峡到常州工程三 峡侧换流变压器档位范围 25 5 每档调节范围 1 25 因此保 护设计时要考虑分接头调整带来的影响 如正常运行时变比的 变化等 1 5 直流系统的特殊运行工况 由于直流控制系统的特殊调 节作用 使换流变压器遇到的运行工况以及故障情况不同于普 通变压器 这些不同主要包括以下几点 1 5 1 直流系统的故障相当于换流变压器的区外故障 一 般短路电流都不会太大 对于整流侧 穿越换流变的电流会增 大 但由于直流控制保护系统的快速作用 很快会减小 对于 逆变侧 直流系统的故障会造成直流电流无法传变至交流侧 反而会使穿越电流减小 1 5 2 对于换流变压器保护来说 直流系统造成的最严酷 的区外故障为整流侧的阀短路故障 相当于换流变出口的两相 或三相短路故障 但由于直流保护的干预 实际只会出现半个 周波的两相短路 对于逆变侧 由于触发角很大 阀短路时流 过换流变压器的电流较整流侧小很多 1 5 3 换流变压器发生区内故障时 直流系统一般不会提 供短路电流 这是由直流控制系统的作用造成的 在整流侧 功率由交流侧转换至直流侧 换流变压器的故障只会造成这种 转换的停止 而不会使功率反向 因此直流侧不会提供短路电 流 在逆变侧 当故障轻微换相可以正常进行时 由于直流系 统的定电流控制特性 直流侧不会提供额外的短路电流 如果 故障严重 必然造成换相无法进行 交流电压降低 直流侧 更不会提供短路电流 1 5 4 由于直流控制系统快速的调节作用 在需要的时候 可以快速的将功率传输由一个方向反至另一个方向 对于换流 变压器来说 就会出现快速的潮流反向 1 5 5 换流变压器保护区内发生接地故障时 实际造成了 阀的短路 由于阀的单向导电性 故障电流半周电流大 半周 电流小 导致差电流中含有较大的二次谐波 1 5 6 对于逆变侧的换流变压器的区内故障 往往会导致 换相失败的发生 从而在穿越电流电流中产生很大的谐波 但 差电流 即提供给故障点的电流 仍主要为工频分量 1 5 7 由于换流变压器的特殊运行方式以及较大的漏抗 作为换相电抗 二次侧故障一般不会造成各侧 ta 的饱和 即使饱和造成保护的 误动作 也是正确的 换流变的区外即阀 的区内故障 都会造成直流的停运 但对于一个半开关的接 线方式 交流系统区外故障时高压侧 ta 存在饱和的可能 这 种情况下的误动作是不可接受的 必须防止 1 5 8 在阀未解锁前 当阀侧交流连线存在接地故障时 并不产生接地电流 也不会对变压器造成损害 但如此时不发 现故障 阀一解锁后 就会造成阀的短路 因此要设置保护检 测这种情况下的接地故障 2 换流变压器的保护措施 2 1 保护的配置原则 为了保证既可靠又安全 在既简单又 经济的情况下 可以这样配置换流变压器保护 每台换流变压 器保护装设两台保护装置 每台保护装置的电源 输入独立 每台装置的输出都可以到达断路器的两个跳闸线圈以及直流控 制的两个系统 每台装置采取措施防止自身误动作 而靠两装 置的或出口防止故障情况下的拒动作 2 2 保护的配置及原理 为了避免换流站特有的谐波对保护 的影响 保护装置应从硬件和软件上采取措施 使保护只针对 工频分量 主保护包括稳态比率差动 差动速断 工频变化量比率差 动 零序比率差动 过激磁保护 后备保护包括过流 零序过 流 过电压 零序过压 饱和保护 2 2 1 稳态比率差动保护 由于变比和联接组的不同 电力 变压器在运行时 各侧电流大小及相位也不同 在构成继电器 前必须消除这些影响 换流变压器的 ta 一般装在各侧绕组上 因此原 副边绕组电流相位相同 因此只需要对变比的影响进 行补偿 以下的叙述的前提均为已消除了变压器各侧幅值和相 位的差异 稳态比例差动保护用来区分感受到的差流是由于内部故障 还是不平衡输出 特别是外部故障时 引起 装置采用初始带 制动的变斜率比率制动特性 稳态比率差动元件由低值比率差 动 灵敏 和高值比率差动 不灵敏 两个元件构成 为了保 证区内故障的快速切除 只有低值比率差动元件 灵敏 设有 ta 饱和判据 高值比率差动元件 不灵敏 不设 ta 饱和判据 对于换流变压器分接头调整造成的差动电流不平衡 可用 三种方法来解决 一是通过整定值躲开 二是利用浮动门槛自 适应调整 三是利用分接头位置来调整 方法一 二简单实用 三实现起来复杂 2 2 2 工频变化量比率差动保护 装置中依次按相判别 当 满足 一定条件时 工频变化量比率差动动作 工频变化量比率 差动保护经过涌流判别元件 过激磁闭锁元件闭锁后出口 由于工频变化量比率差动的制动系数可取较高的数值 其 本身的特性抗区外故障时 ta 的暂态和稳态饱和能力较强 工频 变化量比率差动元件提高了装置在变压器正常运行时内部发生 轻微匝间故障的灵敏度 且工频变化量比率差