换流变保护介绍.ppt

高岭换流站换流变保护简介国网运行有限公司北方超高压管理处,1.保护设计概述2.保护硬件介绍3.保护内容,1.保护设计概述,换流变压器保护采用双重化的配置。双重化的保护按照“或”逻辑进行出口跳闸，任一重保护跳闸出口，即为系统出口信号。每一重保护具有独立、完整的硬件和软件配置，与其他各重保护之间在物理和电气上完全独立。任意一重保护因障、检修或其他原因完全退出时，不影响其他保护，并对整个系统的正常运行没有影响。,2.保护硬件介绍,1.SBH-101/103机箱中配置6个插件，插件布置从左至右依次为：两个交流输入插（AC3P7C）、保护(CPU)插件、模数变换(AI)插件(含开入开出各8路)、人机对话(HI)插件、直流电源(DC-DC内藏)插件；如图2.1,换流变压器保护装置包括SBH-101/103和SBH-105两种型号， SCK-102完成本体保护的信号测量功能 。,图2.1SBH-101/103保护装置,2. SBH-105机箱中配置6个插件，插件布置从左至右依次为：交流输入插件（AC5P5C）、保护(CPU)插件、模数变换(AI)插件(含开入开出各8路)、开出(扩展DO)插件、人机对话(HI)插件、直流电源(DC-DC内藏)插件。 如图2.2,图2.2SBH-105保护装置,3.SCK-102机箱种配置6个插件，从左到右依次为交流变换插件、保护 (CPU)插件、模数变换(AI)插件(含开入开出各8路)、开入 (含开入16路)插件、人机对话(HI)插件、直流电源(DC-DC内藏)插件，各插件的位置布置如图2.3所示。,图2.3 SCK-102测控装置,3.保护内容,3.1 换流变差动保护3.2 换流变引线差动保护、绕组差动保护和零 序差动保护3.3 换流变引线和换流变过流保护3.4 换流变过激磁保护3.5 换流变中性点零序过流保护3.6 换流变引线过电压保护3.7 热过负荷保护,3.1 换流变差动保护,3.1.1二次谐波原理比例差动保护 比例制动式差动保护作为变压器得主保护，能反映变压器内部相间短路、匝间短路及高压侧单相接地故障。动作特性如图3.1所示，采用两段式。采用二次谐波制动原理，用以躲过变压器空投时励磁涌流造成得保护误动。采用五次谐波制动原理，防止变压器过激磁造成得保护误动。,图3.1比例制动差动保护特性,北方超高压管理处,3.1.2比例差动原理 差动保护动作方程,满足以上两个方程差动元件动作，式中Idz为差动电流，Izd为制动电流，Kzd为可以整定的比例制动系数，Idz.min为差动起动电流，Izd.min为最小制动电流；各侧电流的正方向都以指向保护元件为正方向，如图所示，其差动电流Idz和制动电流Izd为,Ik为变压器各侧电流互感器二次侧的电流。,图3.2差动保护TA回路接线,3.1.3二次谐波制动原理 当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，差动保护元件会检测到数值很大的励磁涌流，容易造成差动保护误动。本保护利用三相差动电流中的二次谐波分量只和作为励磁涌流的闭锁判据，动作方程如下：,当满足上述条件时，闭锁某一相差动保护。式中， 表示三相差动电流中的二次谐波分量的有效值之和， 表示某一相差动电流中基波分量的有效值， 为二次谐波制动系数。,闭锁方式采用单独闭锁方式，即任一相涌流满足条件，只闭锁该相差动保护。差动保护增加了动作延时时间。差电流计算公式：,式中， 为差电流， 为进入装置的变压器二次侧电流（也可以由装置测量页显示的的量求出： 。 为装置显示量，N为变比， 为标幺值），Kj为TA接线系数（TA二次接线采用三角形接线时为 ,采用星形接线时1）， KH、KM、KL为交流侧、阀1侧、阀2侧三侧平衡系数。,3.1.4 TA 断线判断,在主变各侧TA全星形接线的前提下，当任一相差动电流大于0.1In时起动TA断线判别程序，(发生TA断线时可选择是否闭锁差动保护,但是当差电流大于额定电流时取消闭锁)满足以下条件认为发生了TA断线： 本侧三相电流中一相中无电流； 其它两相电流无变化； 对侧电流无变化；3.1.5保护逻辑框图,图3.3差动保护逻辑框图,3.1.6保护动作顺序 移相闭锁停机 跳两侧交流断路器 启动断路器失灵保护 启动交流断路器锁定继电器,3.2换流变引线差动保护、绕组差动保护和零序差动保护,3.2.1比例差动保护 比例制动差动保护用于检测变压器的内部接地和相间短路故障，保护特性与换流变差动保护相同，不设谐波闭锁功能。动作特性与31相同。采用两段式，一段差动可设延时，延时下限可以整定为零，二段差流速断。对于零序差动保护，保护电流来自变压器Y0侧三相电流的零序分量和中性点零序电流。,3.2.2保护逻辑框图 对于零序差动保护，保护电流来自变压器Y0侧三相电流的零序分量和中性点零序电流，保护逻辑框图如图所示,3.2.3保护动作顺序 移相闭锁停机 跳两侧交流断路器 启动断路器失灵保护 启动交流断路器锁定继电器,3.3换流变引线和换流变过流保护,过流保护可设定为定时限动作和反时限动作两种。反时限动作曲线可以按照用户的要求进行整定。3.3.1保护原理 对于定时限保护，保护测量换流变引线中（换流变高压侧）的电流，与整定值相比较，以规定的延时出口，延时可以整定;对于反时限保护，保护与最小短路容量、交流故障清除后可能的换流变的励磁涌流相配合。同时保护还与其他过流保护相配合，以便最快地清除严重故障并且在合理的延时内对不严重故障和低短路容量水平的系统故障敏感。在电流过大时设置了反时限速断保护以更快的消除故障。反时限动作特性为：,（2）反时限过流元件 反时限过流元件接于电流互感器的二次三相回路。当任一相电流满足下列条件时，反时限过流元件启动，发出告警信号。,式中t为反时限延时时间；k为反时限常数；Tb为反时限时间定值；Iovc为电流实时采集量；Iset为反时限启动电流；p为反时限阶数。3.3.2保护判据 （1）定时限过流元件 定时限过流1,2,3段原理相同,只是1段动作告警2,3段动作跳闸，过流元件接于电流互感器的二次三相回路。当任一相电流满足下列条件时，过流元件动作。,I为电流有效值,Iop为动作电流整定值,I为电流有效值,Iset为反时限启动电流整定值,再经反时限延时动作与出口,3.3.3保护逻辑框图,3.3.4保护动作顺序 移相闭锁停机 跳两侧交流断路器 启动断路器失灵保护 启动交流断路器锁定继电器,3.4换流变过激磁保护,相对于额定值的电压升高和频率下降将导致变压器铁芯的严重饱和并产生涡流损耗，将使铁芯和金属件发热、绝缘老化，甚至损伤变压器。过激磁保护反映过激磁的积累效应，采用多段折线构成的反时限动作曲线易于拟合变压器制造厂家提供的过激磁动作特性曲线在得到变压器生产厂家提供的过激磁反时限动作曲线后，可以选择几个特殊的点进行整定；一般选择从1.11.5的过激磁倍数，间隔为0.05所对应的动作时间作为整定依据。 3.4.1保护原理过激磁倍数M的计算公式如下：,其中U、f为实际运行的电压值、频率值；Ue为实际额定运行电压，fe为额定频率（程序中Ue为100V,fe为50Hz)。 此保护设过激磁告警，当过激磁倍数M大于告警整定值时，过激磁告警动作，发告警信号;另外，过激磁跳闸元件给出10个设定的值（包括过激磁倍数M和动作时间T），通过曲线拟合，来达到反时限动作的效果。当过激磁倍数大于M10时，反时限启动计算，在M1M10之间根据设定的值，计算延时时间，时间到则保护跳闸。如果电压大于M1,反时限仍然按照t1 的时间跳闸。注意：在整定定值时，严格按照过激磁倍数M1M10由大到小，t1t10时间由小到大的原则整定。过激磁保护动作曲线如下图所示：,3.4.2保护逻辑框图,3.4.3保护动作顺序 移相闭锁停机 跳两侧交流断路器 启动断路器失灵保护 启动交流断路器锁定继电器,零序过流保护作为变压器或其相邻元件接地故障的后备保护，零序过流启动值按实际需要配置为两段，1段告警，2段跳闸。为防止变压器空载合闸造成的保护误动，高岭工程特别要求增加了零序电流的二次谐波闭锁功能; 3.5.1保护原理 零序过流保护继电器模块由零序过流元件完成。其中设置了二次谐波闭锁，当零序电流中二次谐波含量大于整定值时闭锁零序保护，防止变压器空投或其它原因引起的保护误动作。过流元件的输入直接接至零序电流互感器。 3.5.2保护判据当满足下列条件时，零序过流元件动作。,3.5 换流变中性点零序过流保护,式中，I0 表示零序电流有效值，I0op表示零序过流元件电流整定值。,3.5.3保护逻辑框图,3.5.3保护动作顺序 移相闭锁停机 跳两侧交流断路器 启动断路器失灵保护 启动交流断路器锁定继电器,3.6 换流变引线过电压保护,3.6.1保护原理 保护采取三相线电压，其中任一相线电压大于整定值，保护即动作。过电压保护分为两段，分别作用于告警信号和保护跳闸。,3.6.2保护逻辑框图,3.6.3保护动作顺序 移相闭锁停机 跳两侧交流断路器 启动断路器失灵保护 启动交流断路器锁定继电器,3.7 热过负荷保护,3.7.1保护原理 热过负荷保护主要作为主变压器运行保护，采取高压侧三相电流，其基本单元为反时限过流继电器模块，动作发过负荷告警信号。其反时限公式为：,式中t为动作时间，Tl为故障时电流为6Iset时给定的动作时间，Iovc为实时采集电流，Iset为反时限启动电流。只有当至少某一相的Iovc 1.1 Iset才进入反时限运算，到达计算所得时间t时保护出口发热过负荷告警信号。,3.7.2保护逻辑框图,3.7.3保护动作顺序 移相闭锁停机 跳两侧交流断路器 启动断路器失灵保