主变压器中压侧后备保护改进设计_刘枫

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关键词:220kV 主变压器;中压侧;死区故障;短路电流;后备保护
0 引 言
目前,在220kV 变 电 站 内 采 用 的 双 套 主 变 压 器(简称主变)保护 配 置,能 够 对 主 变 本 体 故 障 及 各 种越限事故作出准确的判断并动作。但发生中压侧 死区故障时,在现有 主 变 保 护 中 并 未 提 供 能 够 迅 速 动 作 的 保 护 配 置 ;发 生 该 类 故 障 时 ,主 变 本 体 必 须 承 受长时间的短路电流冲击。本文对主变中后备保护 进行了 改 进 设 计,根 据 故 障 发 生 时 110kV 母 线 差 动 (简 称 母 差 )保 护 动 作 后 的 主 变 中 压 侧 断 路 器 变 位 情况、电流互感器(TA)二 次 电 流 值,对 该 类 故 障 进 行故障范围判定;同 时 设 置 保 证 断 路 器 灭 弧 时 间 的 相 应 动 作 延 时 ;在 确 定 为 主 变 中 压 侧 死 区 故 障 后 ,保 护 启 动 ,经 延 时 迅 速 跳 开 主 变 三 侧 ,大 幅 降 低 了 短 路 电流对主变本体的冲击时间。
3 保 护 改 进 原 理 分 析
3.1 保 护 动 作 条 件 如何使保护装置能够准确判断出故障发生在中
图 3 主 变 中 压 侧 死 区 保 护 逻 辑 Fig.3 Logic of main transformer mid-voltage side
dead zone protection
收 稿 日 期 :2012-03-03;修 回 日 期 :2012-06-11。
图1 220kV 变电站运行方式及故障点位置 Fig.1 Operation mode and fault location of
220kV substation
点 仍 存 在 ,需 由 中 后 备 接 地 保 护 动 作 ,即 由 中 压 侧 零 序过流 Ⅲ 段 保 护 延 时 5.1s动 作 跳 开 三 侧;当 发 生 相间短路故障时,由 主 变 中 压 侧 相 间 Ⅱ 段 保 护 或 相 间Ⅲ段 保 护 延 时 4.5s动 作 跳 开 三 侧。 可 以 看 出, 对于接地 变 压 器,不 同 故 障 类 型 的 动 作 情 况 相 似, 1号主 变 都 需 要 经 4.5s 以 上 延 时 才 能 与 故 障 点 隔 离 。 [1-2]
以上动作过程所耗时间称为断路器的额定开断 时间,即断路器在接 到 分 闸 命 令 开 始 到 断 路 器 开 断 后三相电弧完全熄 灭 的 时 间,由 分 闸 时 间 和 燃 弧 时 间组成。可以看出,在 TWJ条 件 满 足 后,仅 分 闸 时 间结束,此时主 变 中 压 侧 断 路 器 仍 未 完 全 分 闸。 因
对故 障 特 征 进 行 进 一 步 的 分 析 得 出:① 母 差 保 护 动 作 ,表 明 故 障 点 位 于 其 动 作 范 围 内 ,即 以 母 线 上 各间隔 TA 为界,包 括 全 部 母 线 和 连 接 在 母 线 上 的 所 有 电 气 设 备 ;② 主 变 中 压 侧 断 路 器 跳 闸 后 ,如 果 故 障点位置在死区之 外,由 于 中 压 侧 断 路 器 断 开 将 故 障点隔离,则断路器 TA 电流 必 然 为 0,一 旦 断 路 器 TA 在断路器 分 闸 后 仍 然 有 电 流,就 说 明 断 路 器 断 开但并未切除故 障 点,故 障 点 位 于 断 路 器 和 TA 之 间,即死区范围内 。 [6-7]
压侧 死 区 范 围 内,是 改 进 设 计 中 的 核 心 问 题。 以 1号主变中压 侧 死 区 接 地 故 障 为 例,分 析 故 障 发 生 后的保 护 配 合 及 动 作 过 程 得 知,当 母 差 保 护 跳 开 111断路器后,短 路 电 流 仍 然 通 过 主 变 本 体 流 向 接 地点,此时中压侧断路器在 断 开 位 置,但 断 路 器 TA 仍能够感应到故 障 电 流。 可 以 看 出,当 中 压 侧 死 区 故障发生时将会出现 以 下 3 个 故 障 特 征:① 母 差 保 护 动 作 ,出 口 跳 闸 中 压 侧 断 路 器 ;② 主 变 中 压 侧 断 路 器在断开位置;③中压侧断路器 TA 有电流指示。
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此 ,在 保 护 动 作 条 件 满 足 后 ,为 保 证 断 路 器 开 断 过 程 中的灭弧时间,应 设 置 保 护 延 时 Tsq,令 保 护 装 置 能 够在躲过断路器额定开断时间后出口跳闸 。 [8]
4 保 护 改 进 设 计 的 应 用
设计 相 应 的 二 次 元 件 和 回 路,当 故 障 发 生 时 通 过对故障特征量进 行 采 集,在 主 变 保 护 装 置 内 进 行 计 算 分 析 后 ,发 跳 闸 指 令 跳 开 主 变 三 侧 断 路 器 ,切 除 故障点。母差保护跳母线Ⅰ动作信号经由母差保护 装置内部信号模块输出。
由 此 可 见 ,当 主 变 中 压 侧 死 区 出 现 故 障 后 ,主 变 本体将持续承受短 路 电 流 冲 击,对 主 变 内 部 绕 组 与
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· 工 程 应 用 · 刘 枫 ,等 主 变 压 器 中 压 侧 后 备 保 护 改 进 设 计
变压器油的损害 是 极 其 严 重 的。 因 此,亟 需 对 主 变 中后备保护进行改 进 设 计,使 其 在 发 生 中 压 侧 死 区 故障时能准确地判 断 出 故 障 点 位 于 死 区 范 围 内,并 迅 速 动 作 将 故 障 切 除 ,以 保 护 主 变 。
1 220kV 主变中压侧死区故障分析
某变电站运行方式及主变中压侧死区故障点位 置如图1所示。图1中,2台主 变 保 护 配 置 一 致,同 为双套许继 WBH-801A 保护装置,保护动作情况及 动作时限按 照 保 护 方 案 整 定 执 行。1 号 主 变 高、中 压侧 中 性 点 在 合 位,2 号 主 变 高、中 压 侧 中 性 点 断 开 ,保 护 已 作 相 应 切 换 。
摘要:为降低220kV 主变压器中压侧死区故障对 变压 器的 冲击,文中 通过 分析 220kV 变 电 站 内 发 生 主 变 压 器 中 压 侧 死 区 故 障 的 各 类 故 障 特 点 ,并 对 变 压 器 微 机 保 护 回 路 进 行 研 究 ,提 出 了 在 现 有 主变压器后备保护的基础上增设中压侧死区保护的设想。根据中压侧死区故障特征量分析并得出 保 护 启 动 条 件 ,同 时 根 据 断 路 器 额 定 开 断 时 间 确 定 该 保 护 动 作 时 限 ,通 过 对 主 变 压 器 微 机 保 护 二 次 接 线 的 研 究 ,实 现 了 其 在 生 产 实 际 中 的 应 用 。
由于 2 台 主 变 的 中 性 点 运 行 方 式 不 一 致,在 中 压侧死区发生不同类型故障时的保护动作情况也有 所 差 异 ,因 此 对 2 台 主 变 分 别 进 行 分 析 。 1.1 接 地 变 压 器 中 压 侧 死 区 故 障 分 析
当1号主变中压侧死区发生单相接地故障时, 110kV 母差动作切除母线Ⅰ所连断路器,此时故障
通过分析得知,3个条件 一 旦 同 时 出 现,则 必 然 能够 证 明 故 障 点 位 于 死 区 范 围 内。 因 此,将 以 上 3个故障特征量作为主变中压侧死区故障的范围判 定条件。主变中压侧死区保护逻辑如图3所示。图 中 :Tsq为 保 护 延 时 。
图 2 主 变 零 序 过 流 保 护 逻 辑 Fig.2 Logic of main transformer zero-sequence
3.2 保 护 时 限 要 求 分析主变中压侧死区保护动作过程。死区故障
发生后,在 3 个 动 作 条 件 中,母 差 保 护 动 作 条 件 和 TA 有流条件能够持续满足。 分 析 母 差 动 作 出 口 跳 闸中压侧断路器的 动 作 过 程,发 现 其 间 将 会 经 历 以 下几个过程:①分闸 机 构 接 到 母 差 跳 闸 指 令 后 带 电 励 磁 ,跳 闸 时 动 触 头 与 静 触 头 先 分 离 ,然 后 跳 闸 辅 助 触点断开;②断路器 位 置 继 电 器 在 跳 闸 辅 助 触 点 断 开后失磁,位 置 节 点 TWJ闭 合;③ 与 此 同 时,在 断 路器动、静 触 头 分 离 后 将 产 生 电 弧,需 要 由 SF6 进 行灭弧直至三相电弧完全熄灭。
第 36 卷 第 21 期 2012 年 11 月 10 日
DOI:10.3969/j.issn.1000-1026.2012.21.022
Vol.36 No.21 Nov.10,2012
主变压器中压侧后备保护改进设计
刘 枫 ,荆 秋 锋 ,邝 石 ,李 俊 华 ,常 富 建 ,苏 海 涛
(郑州供电公司,河南省郑州市 450000)
2 改 进 设 计 思 路
通过研究主变中压侧死区故障发生时的各保护 动作配合情况,发现 将 故 障 从 系 统 中 切 除 必 须 依 靠 跳开主变三侧断 路 器 来 实 现。 分 析 后 得 知,完 成 此 动作的保护只有主 变 中 后 备 Ⅲ 段 保 护,包 括 零 序 过 流Ⅲ 段 和 相 间 Ⅲ 段 保 护,因 此 需 要 对 其 进 行 改 进 设计。
1.2 不 接 地 变 压 器 中 压 侧 死 区 故 障 分 析 与1 号 变 压 器 一 致 的 是,当 2 号 变 压 器 中 压 侧
死区发生相间故障 时,依 然 是 依 靠 中 压 侧 相 间 后 备 动作,时限一致;而 发 生 接 地 故 障 时,由 于 2 号 变 压 器 中 性 点 不 接 地 运 行 ,因 此 将 由 间 隙 保 护 动 作 ,当 短 路电流击穿中压侧 间 隙 或 母 线 电பைடு நூலகம்压 互 感 器 (TV)开 口三角电压达到180V 后,延时0.5s跳开三侧。 1.3 故 障 分 析 总 结
当信 号 开 出 后,经 由 二 次 线 连 接 至 变 压 器 保 护 装 置 ,进 入 中 压 侧 后 备 保 护 逻 辑 模 块 ;同 时 由 主 变 保 护内部提供中压 侧 断 路 器 TWJ回 路 和 TA 有 流 回 路,将这3个回路连 接 至 “与 门”后 与 时 间 继 电 器 串 联 ,之 后 通 过 二 次 线 连 接 至 主 变 操 作 箱 跳 闸 回 路 ,经 三侧出口压板跳闸 。 [9]
overcurrent protection
通过 分 析 保 护 逻 辑 可 以 看 出,在 不 影 响 主 变 中 后备保护正常动作 的 情 况 下,若 要 减 少 短 路 电 流 的 冲击时间,则需在现 有 保 护 逻 辑 中 增 设 一 组 条 件 判 断逻辑。在实际应 用 中,增 设 的 判 断 回 路 应 能 准 确 判断出故障点位于 主 变 中 压 侧 死 区 范 围 内,同 时 在 确定为死区故障后,能 够 将 已 有 时 间 继 电 器 回 路 短 接,加速出口跳闸,切 除 故 障,使 主 变 本 体 在 最 短 时 间 内 与 故 障 点 隔 离,免 于 承 受 短 路 电 流 的 持 续 冲 击 。 [3-5]
如 图 2 所 示 ,以 主 变 零 序 过 流 保 护 为 例 ,通 过 分 析其保护逻辑可知,当 满 足 接 地 零 序 保 护 软 硬 压 板 投入、控制 字 正 确 投 入、保 护 启 动 元 件 动 作 等 条 件 后,零 序 过 流 Ⅲ 段 保 护 经 延 时t,出 口 跳 开 三 侧 断 路器。
5 结 语
本文通过对主变中压侧死区故障进行原理及动 作条件的逻辑分析,并 对 主 变 中 后 备 保 护 进 行 改 进 设 计 ,当 出 现 中 压 侧 死 区 故 障 时 ,借 助 现 有 的 双 套 主 变微机保护就能够 准 确 判 断 出 故 障 点 的 位 置,并 通 过尽快跳开主变三侧来切除故障点。
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