石化企业110/35kV电力变压器微机继电保护.pdf
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1、谶 渡米 石 油 化 工 设 计 P e t r o c he mi c a l Des i g n 石化企业 1 1 0 3 5 k V 电力变压器微机继电保护 黄 佳 ( 中国石化 工程 建设公 司 , 北京 1 0 0 1 0 1 ) 摘要 : 针对 高压 1 1 0 k V电力 系统 , 介 绍 了先进 的继 电保护装 置在 石油- x - 企业 中的应 用。根据 1 1 0 k V电力变压 器微机型 继电保护 的基本原理 , 以国内某石化企业的 1 1 0 k V变电站 为参考 , 对各种 继电保 护 参数的设 置进行 了详 细论述和计 算整定。 关键词 : 电力变压器 ; 微机继
2、电保护 ;比率制动的差动保护 ;复合电压起 动过电流保 护 继电保护装置就是能灵敏地反应 电力系统 中 某个 电气元件发生故 障或不正 常运行状态 , 并快 速动作于断路器跳 闸或发 出信号 的 自动装置 , 基 本要求 : 选择性、 速动性 、 灵敏性和可靠性。 目前 , 微机继电保护装 置已普及应用。 继 电保护和安 全 自动装置技术规程 G B T 1 4 2 8 5 -2 0 0 6 ( 以下 简称 G B T 1 4 2 8 5 2 0 0 6 ) 、 电力装置 的继电保护 和 自动装置设计 规范 G B T 5 0 0 6 2 -2 0 0 8 E 2 等标 准规范是T程设计的依据
3、, 可满足现代工业企业 的要 求 1 I 1 0 k V变 电站 实例 本文结合工程设计经验, 以某石化企业 1 1 0 3 5 k V变 电站的模型为例研讨 1 1 0 k V系统继 电保 护的应 用 和整定 计算 ( 3 5 k V系 统部 分从 略) 。 1 1 0 k V系统包含两路电源进线 、 单母线母联分段、 7个 1 1 0 k V全封闭 s 气体绝缘组合电器 ( G I S ) 间隔 、 2台 1 1 0 3 5 k V 9 0 MV A电力变 压 器、 2套 1 1 0 k V中性点 接地保护 装置 等设备 , 详见 图 1 。 基本电力参数 : 上级变电站至本 1 1 0
4、k V总变电站 的电缆长度约 3 k m, 三相单芯 6 3 0 m m 电力电缆 沿桥架敷设, 1 1 0 k V变电站 正常按单母线分段运 行。短路计算数据见表 1 ( “ 短路计算” 过程从略) 。 表 1 短路数据 1 1 0 3 7 5 k V 三相 双 绕 组 有 载调 压 油 浸 式 电 力变压器 , 容量 9 0 MV A, 阻抗 电压百分 比 = 1 0 5 , 联结 组 别 Y n d一1 1 。高压 侧 C T变 比 1 2 5 0 1 A, 低压侧 C T变 比 2 0 0 0 1 A。高压侧 C T : 5 P 3 01 5 V A; 高压侧 P T :( 1 1 0
5、 3 ) ( 0 1 3 ) ( 0 1 3 ) 0 1 k V; 1 1 0 k V C T一 次侧额定 电流 I = S n ( 3 U 1 )= 4 7 2 4 A; 1 l 0 k V C T二次侧额 定 电流 1 2 =1 1 n =0 3 8 A。就此系统而言 , 1 1 0 k V继 电保护 包括 : 电力 变压 器 、 线 路 和母 联 。 2变压器 继 电保护 基础说 明 2 1 变压 器保 护类 型和 配置 电力变压器可能发生 的故 障有 : 各相绕组 之 间的相间短路 、 单相 绕组部分线匝之问的匝间短 路、 单相绕组和铁 心问绝缘损坏而引起的接地短 路、 引出线 的相
6、间短路及其接地短路 等。不正 常 工作情况有 : 有外部短路或过负荷引起 的过电流 、 不正常电压过高引起的过励磁等。 电压等级不 同 高压 ( 2 2 0 k V及 以上) 和 中低 压 ( 1 1 0 k V及以下) 的变压器其保护配置也不 同, 按 照 G B T 1 4 2 8 52 0 0 6 l j , 1 1 0 k V电力 变 压器 应 装设 : 纵差 动保护或 电流速 断保护 ; 气体 保 护 ; 过电流保护 ; 零序 电流保 护; 过负荷 保 护 ; 过励磁保护( 用于超高压变压器 ) 。见图 1 。 收稿 日期 : 2 0 1 0 0 51 7 。 作者简介 : 黄佳 ,
7、 男, 天 津人 , 2 o 0 1年 毕业于 四川大 学 电力 系统及其 自动 化专业 , 工 学学士 , 辅修 计算机应 用专业 , 工程 师 , 现从 事 电气设 计 工 作。联 系电话 : 0 1 0 8 4 8 7 6 6 5 6 ; E m a i l l : h u a n i a s e i s i n o p e c e o m 第 2 7卷 黄佳 石化企业 1 1 0 3 5 k V 电力变压 器微 机继 电保护 5 图 l 1 1 0 k V单母线 分段系统单线 图示意 Q 0 一断电器 ;Q 1 、 Q 9 、 Q 6、 Q 1 1 、 Q1 2、 Q 6 1 一 隔离
8、开关 ;Q 5 1 、 Q 5 3 、 Q 5 4、 Q 5 5、 Q 5 6、 Q 5 7 一接地开关 ; Q 8、 Q1 5 、 Q 1 6 一 快速接地开关 ; T1 、 T 1 1 一 电流互感器 ; T 5 、 T 1 5 一 电压互感器 ; F 1 一 避雷器 ; Q M一伸缩节 ; V D1 一带电指示器 ; l 、 2号新主变参数 : S F Z 9 9 0 0 0 0 1 1 0: 1 1 08 X 1 2 5 3 7 5 k V; Y n d一1 1 U k=1 0 5 2 2 纵 差 动保 护基 本原 理 变压器纵差动保护和电流速断保护可以快速 切断变压器绕组和引 出线
9、的各种相 问短路 故 障、 大 电流接 地 系统侧绕 组和 引 出线 的单 相 接地 短 路 、 绕组的匝间短路故障。 差动保护基本 原理源 自基 尔霍夫 电流定律 , 把变压器当作是 一个节点 , 用输入 电流与输 出电 流的差 作 为动 作量 的保 护就 是 差 动保 护 ( 见 图 2 ) 。变压器 高、 低压侧 分别装设 电流互感器 C T 1 和 C T 2 , 变 比分别为 7 , c T l 和 n c T 2 : , 1 =I i n c n,1 2 = I c T 2 , T:Z C T I n c T 2 , 为变 压器 额 定 电流变 比。由此 , 可保证 : ( 1 )
10、 变压器 正常运行时 , ( 1 1 = )=( , n :I H n 亿) , 此时差动继 电器 中无 电 流 、 不动作 。( 2 ) 变压器外部故障时 图 2一a , 同 正常情况 , =, 2 , 差 动电流 , “ 。 =, 一, 2 0 , 不动 作。( 3 ) 变压器发生内部短路故障时 , 两侧 电流接 近同相 , 差动电流 I a 。 =, 。 +, 2 , 差动继电器通过较 大电流 , 将动作 。无论采用差动继 电器 , 还是微机 继电保护等 , 差动保 护的原理是 基本一样 的。仅 探讨先进的微机继电保护。 a 变压器外部故 障时 b 变压器内部短路故 障时 图 2 双绕组
11、变压器纵 差动保护单相原理示 意 3 l 1 0 3 5 k V变压器的微机继 电保护 ( 表 2 ) 表 2 微机继 电保护 分项 保护类型名称 保 护重要性级别 差 动保 护 : 比率 制动 的差 动保 护 、 差 动速 断保 护 、 二次谐 波制动等 主保 护 本体保护 : 本体气体保 护 、 有 载调压气 体 主保护 保护 、 压力 释放保 护等 ) ( 非 电量保护 ) 复合 电压起动 的过 电流保 护 : 过 电流 、 负 序过 电压 、 低电压 、 过 负载保护等 后备保护 零序 电流 、 电压接地保 护 过负荷保护 6 石油 化工 设 计 第 2 7卷 3 1 微 机差 动保
12、护注意事 项 ( 1 ) 相位校正 : 变压器 Y n d一1 1接线 , 两侧电 流相位差 3 0 。 , 需要消除其引起 的不平衡电流。实 际在工程中很容易处理 : 变压器两侧 C T二次接线 同为星形接法, 采用 “ 内转角” 方式利用微机保护 软件计算 的灵活性 , 直接 由软件进行 相位校 正。 在正常运行 中显示差流值 , 防止极性 、 变 比、 相位 等接错 , 并具有差流超限报警功能。 ( 2 ) 幅值校正: 现代的微机继电保护装置具有 幅值校正能力 , 以高压侧为基准 1 , 低压侧取平衡 系数 =U l 以n r a L ( U l 棚n m )=( 3 7 72 0 0
13、0 ) ( 1 1 01 2 5 0 )=0 5 4 5 。低压侧各相 电流 与 相 乘 , 得幅值补偿后 的各相 电流。引入平衡系数能 使高 、 低压侧 电流进行折算 , 通过保护装置幅值校 正, 间接满足 了 n =? C T I n 他的原理要求 , 因为通 常变压器两侧 电流互感器不成套。 ( 3 ) 变压器 Y n dl 1接线 , 当 Y n侧保 护区 外接地故障时, 零序 电流 3 I o 仅在变压器一侧流 通 , 即流过 C T 1 , 为保证纵差 动保 护不 动作 , 整定 时应扣除相应的零序电流分量。 ( 4 ) 两侧电流互感器的特性不 同产生的误差 , 有载调压产生 的变
14、 比变化等 , 是微机差动保护装 置需要注意的问题。保护装置无法对变压器铁芯 饱和等进行识别和 自动补偿 , 励磁电流无法无法 接入微机保护装置, 成为 了变压器差 动保 护的不 平衡电流, 继电保护整定时需躲过。 3 1 1 比率制动 的差 动保护整 定 ( 图 3 ) CT1 C T2 图 3 比率制动 的微机差动保 护的原理示意 H 为防区外 故障引起不 平衡差 电流造 成误 动 作 , 微机纵差动保护采 取 了比率制动 特性 。双绕 组 变压 器 , 以流 人 变 压 器 方 向为 正 方 向 , 则 : 动作 电流 l o t , = l , +, , 1 制动 电流 , = 0 5
15、 l 一 , 2 J 。 区外故障时制动作用最大 , 区内故 障时制动 作用最小。由于有不平衡 电流, 一般不为零 , 保护的灵敏度仍然可 以很高。实际的微机差动保 护装置制动量 的选取 , 关键是在灵敏度和可靠性 之间作最合适的选择。表示动作电流 l o p 与制动电 流 , 的关系, 通常有两折线 、 三折线 、 变斜率( 5 0 0 k V) 以及工频变化量( 2 2 0 k V及 以上 ) 等各种 比率 制动特性 。见图 4 。 图 4 三折线 比率制动特性曲线不意 ( 1 ) 差动最小动作电流 , 0 i 应躲过正常额定 负载最大不平衡 电流 。 l o p i K r e ( 2
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