主变微机保护（精选3篇）
主变微机保护 篇1
1 概述
随着现代技术的进步, 综自变电站逐步替代了常规变电站, 微机保护也显现出了自身的技术优势。
2 35kv主变微机保护配置原则
按GB50062-1992《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》中规定, 应装设以下保护。 (1) 反映油面降低或内部故障的瓦斯保护。 (2) 反映匝间短路、相间短路故障的差动保护和电流速断保护。 (3) 反映外部相间短路、内部短路故障的过电流保护。 (4) 为防止变压器对称超铭牌容量运行的过负荷保护 (发信号) 。
3 短路电流计算
整定变压器的差动保护, 需做两种运行方式下的短路电流计算。一种是在系统最大的运行方式下变压器外部短路时, 计算通过变压器差动保护的最大穿越性短路电流 (通常是三相短路电流) , 其目的是计算差动保护的最大不平衡电流和最大制动电流;另一种是在系统最小运行方式下, 计算差动保护区内最小短路电流 (通常是两相短路电流) , 其目的是计算差动保护的最小灵敏系数。
4 整定计算方案
4.1 主变差动保护。
差动保护通常由二次谐波原理比率制动式差动保护和差动速断保护共同构成, 动作时能够无延时跳开变压器各侧断路器。其中, 二次谐波制动原理用以过由于变压器空投或外部故障切除时, 电压恢复而产生的励磁涌流对保护误动作的影响;比率制动式差动保护能开因区外故障引起的穿越性电流的影响。
(1) 最小动作电流n。主变额定负载时的不平衡电流, 即:lop≥Kl (er+△U+Am) l Jn。
式中, 厂变压器高压侧额定电流n电流互感器的变比:
K———可靠系数, 取1.3~1.5。
K———电流互感器的比误差, l OP型取0.03x2;5P型和TP型取0.01x2。变压器调压引起的误差, 取调压范围中偏离额定值的最大值 (百分值) 。△m———由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差, 初设时取0.05在工程实用整定计算中选取k= (0.2-0.5) , N/n, 一般工程宜采用不小于0.3IJn的整定值。
(2) 起始制动电流一般取0= (0.8-1.0) IN/na O。
(3) 动作特性折线斜率。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, 变压器种类不同, 不平衡电流计算也有较大差别, 以双绕组变压器为例。
式中广外部短路时, 最大穿越短路电流周期分量非周期分量系数, 两侧同为TP级电流互感器取1.0;两侧同为P级电流互感器取1.5~2.0电流互感器的同型系数, 取1.0电流互感器的比误差, 取0.1差动保护的动作电流为:最大制动系数为:KIi一灵敏度校验按最小方式下差动保护区内变压器引线上两相金属性短路电流, k计算。
其中I'op=K1n=K1 (er+AU+Am) /k耐n/n
(4) 差动电流速断。差动电流速断值取a、b中较大值。a.主变外部短路最大不平衡电流。b.主变初始励磁涌流。IKIN, na。式中为倍数, 根据变压器容量和系统电抗大小。变压器容量越大, 系统电抗越大, 的取值越小。c.灵敏度校验按小方式保护安装处两相短路校验, ≥1.2。d.二次谐波制动比。根据经验, 取15%-20%。
4.2 变压器过电流保护
双绕组变压器安装于电源侧, 当发生外部和内部故障时, 若主保护拒动, 应由过电流保护经延时动作断开变压器各侧断路器。根据主接线情况, 保护装置可以设一段或二段时限, 较短时限用于缩小故障影响范围, 较长时限用于断开变压器各侧断路器。
(1) 按主变可能的最大负载电流为:IDZ= (Kk/Kf) Ifh.max.
式中厂可靠系数, 取1.2~1.25。厂返回系数, 取0.85~0.95。变压器最大负载电流对于容量相同的几台变压器并列运行时, 其最大负载电流计算为:, nl~=[Ⅳ/ (Ⅳ-1) 。
(2) 按过负载自起动的最大工作电流为Idx:= (kK·Knpl/kF) IN
式中———可靠系数, 取1.2~1.25。厂返同系数, 取0.85-0.95。自起动系数, 单台高压电机一般取4~8;纯动力负载一般取2~3;综合性负载一般取1.5-2.5。
(3) 时限按与相邻保护的后备保护动作时间相配合。
(4) 按变压器低压母线故障时的最小短路电流校验灵敏度, ≥1.5。
4.3 复合电压闭锁过电流保护。若变压器过电流保护灵敏度不够时, 采用复合电压闭锁过电流保护。
(1) 低电压元件。
式中, 一系统最低运行电压, 取0.9。
k———可靠系数, 取1.2-1.25。
厂返回系数, 取1.15-1.2。
在低压侧母线取电压时, k、k取小值 (下限) 。
在高压侧母线取电压时, k、k取大值 (上限) 。
(2) 负序电压元件。按正常运行时的最大不平衡电压计算。
(3) 电流元件。
式中———可靠系数, 取1.2~1.25, 返回系数, 取0.85-0.95 (4) 时限按与相邻保护的后备保护动作时间相配合。
(5) 按变压器低压母线故障时的最小短路电流校验灵敏度, K≥1.25。
5 定值整定应注意的问题
(1) 双绕组主变后备过电流保护, 对于时限级差允许的情况下, 主变并列运行时, t时限先跳母线分段断路器, t时限跳低压侧断路器, t时限跳高压侧断路器;对于时限级差不允许的情况下, 主变并列运行时, t。时限先跳母线分段断路器, t2=t时限同时跳高、低压侧断路器。
(2) 母线分段断路器保护定值可采用主变后备过电流定值。
(3) 若变压器容量太大, 按变压器额定电流整定, 可能出现灵敏度不够, 此时, 可降低负载电流 (即额定电流) 。
(4) CT接线形式:“0”常规接线方式;“1”全星形接线方式。Ydl1双绕组变压器, Y侧电流相位需要校正相位, 常规接线高压侧CT的二次侧接成d型接线, 而微机差动保护具有软件校正功能, 只要投入Y/d功能即“0”和“1”定值, 就校正了相位, 相当于把二次接成了d型接线, CT二次输出线电流。
(5) 带负载调节主变分接头的影响。为了消除这一不平衡电流的影响, 在整定保护的动作电流时应给予相应的考虑, 即提高保护的动作整定值。
(6) 微机保护二进制取值方式存在级差局限, 由于微机保护取值是按二进制方式取值, 调整系数、定值时都不是连续的而是分级的, 这就是步长值。通过步长值调整定值, 理论上存在着不可避免的固有误差。例如, 经软件相位校正及电流补偿后, 电流平衡基本上补偿了, 但仍然有因级差等原因产生的不平衡现象。经计算, 当平衡调整系数的级差是0.0625时, 最大误差可达3.122%。因此, 定值计算完成后, 在实际取值时要进行校核, 选取微机能提供的最接近计算结果的定值。
(7) 两台变压器并列运行时, 合闸瞬间, 和应涌流的影响, 特别是负载比较大的时候, 如果两台主变的CT变比不一样, 合闸瞬间, 会产生和应涌流, 不平衡电流突然增大, 导致差动动作。为避免保护的误动, 可适当提高差动定值或选取变比一致的电流互感器。
主变微机保护 篇2
摘要：介绍微机继电保护发展历史与发展趋势，数字信号处理器DSP应用于微机继电保护，促使变电站综合自动化水平的进一步提高。
1.微机继电保护发展历史与现状
电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求,电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断注入了新的活力,因此继电保护技术的发展得天独厚。在我国,微机继电保护的发展大体上经历了三个阶段。第一阶段以单CPU的硬件结构为主,硬件及软件的设计符合我国高压线路保护装置的“四统一”的设计标准;第二阶段为以多个单片机并行工作的硬件结构为主, CPU之间以通讯交换信息，总线不引出插件,利用多CPU的特点做到了后备容错，风险分散，强化了自检和互检功能,使硬件故障可定位到插件。对保护的跳闸出口回路具有完善的抗干扰措施及防止拒动和误动的措施。第三阶段以高性能的16位单片机构成的硬件结构为主,具有总线不出芯片,电路简单及较先进的网络通信结构,抗干扰能力进一步加强,完善了通信功能,为变电站综合自动化系统的实现提供了强有力的环境,使得我**机保护的硬件结构进一步提高。第一代微机保护装置:1984年华北电力学院研制的MDP-1，特点是:采用单CPU结构及多路转换的ADC模数变换模式。第二代微机保护装置，它是由华北电力学院北京研究生部首先研制的。第一套“11”型微机保护装置于1990年5月投入了试运行。特点是:采用多单片机并行工作，总线不引出插件，数模变换采用VFC方式。第三代产品是CS系列，特点是:采用不扩展的单片机，总线不引出芯片及较先进的网络通信结构技术。
2.微机继电保护装置发展趋势
继电保护技术的发展趋势是向计算机化，网络化，智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展。2.1计算机化。
随着计算机硬件的迅猛发展,微机保护硬件也在不断进步。现在以32位数字信号处理器(DSP)为基础的保护、控制、测量一体化微机装置已经研制成功并投入使用。采用32位微机芯片不仅仅在精度上有很大的提高,更重要的是32位微机芯片具有很高的集成度,很高的工作频率和计算速度,很大的寻址空间,丰富的指令系统和较多的输入输出接口。信息和数据的长期存放空间,快速的数据处理能力,强大的通信功能,与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力, 这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。现在,同微机保护装置大小相似的工控机在功能、速度、存储容量和可靠性等方面已得到了巨大的发展, 成本大大降低,因此用成套工控机来做继电保护硬件装置的时机己经成熟,这将是微机保护未来的发展方向之一。
2.2网络化。
计算机网络作为信息和数据通信工具己成为信息时代的技术支柱,它深刻影响着各个工业领域,也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。传统的继电保护专业性很强,并以“事先整定,实时动作,定期检验”为其特征,很少触及到装置或系统的经常自检,远方监控,信息共享,动态修改定值等问题。国外早就提出过系统保护的概念,这在当时主要是指安全自动装置, 但是对于继电保护同样适用。继电保护的作用应不只限于切除故障元件和限制事故影响范围(这当然是其主要任务),还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的正常运行和故障时的信息,并在此基础上进行大量的计算和分析,作出正确的判断使全系统协调动作。对于一般的非系统保护, 实现保护装置的网络化也有很大的好处,继电保护装置能够得到与系统有关的信息越多,对故障性质,故障位置和故障距离的判断就越准确,动作的灵敏性、选择性和可靠性就越高。由此可知,微机保护装置的网络化可大大提高继电保护的性能,这是微机保护发展的必然趋势。2.3保护、控制、测量、数据通信一体化。
80年代末90年代初,数字信号处理(单片机)技术的应用,导致变送器RTU 的问世,现在随着继电保护的计算机化和网络化,保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机,它可以通过网络获取系统正常运行和故障时的所有信息和数据,也可以在它获得的被保护元件的信息和数据的基础上进行计算和判断, 并将结果通过网络上传给控制中心或任一终端,因此,每个微机保护装置不但可以完成传统的继电保护功能,而且在系统正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信等功能,亦即实现了装置的保护、控制、测量、数据通信的一体化。2.4智能化。
近年来,人工智能如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用,在继电保护领域应用的研究也已经开始。这些算法都有其独特的求解复杂问题的能力,如果将这些人工智能的方法适当的结合起来可使求解的速度更快。可以预见,人工智能技术在继电保护领域必将会得到越来越广泛的应用,以解决用常规方法难以解决的问题。电力工业的发展和继电保护相关科学技术的进步都给微机继电保护装置的研制提出了前所未有的机遇与挑战。微机继电保护装置结构上不断优化,功能上不断增强,应用上更为灵活,继电保护装置的功能有了较大的延拓。世界上知名自动化系统供应商不断推陈出新,研发了许多优秀的微机继电保护装置平台。随着单片机技术的发展，特别是数字信号处理器DSP技术的出现，使得继电保护硬件平台更加先进。数字信号处理器DSP与目前通用的CPU不同，是一种为了达到快速数学运算而具有特殊结构的微处理器。DSP的突出特点是:运算能力强、精度高、总线速度快、吞吐量大，尤其是采用专用硬件实现定点和浮点加乘（矩阵）运算，速度非常快。将数字信号处理器DSP应用于微机继电保护，极大地缩短了数字滤波、滤序和傅里叶变换算法的计算时间，不但可以完成数据采集、信号处理的功能，还可以完成以往主要由CPU完成的运算功能，甚至完成独立的继电保护功能。鉴于此，国内外已研制出以数字信号处理器DSP为硬件平台的新型微机继电保护装置，促使变电站综合自动化水平的进一步提高。
参考文献
［1］袁刚,范继霞.浅谈微机保护的使用现状［J］.中国科技信息,2005;12：23 ［2］张承军.配电系统监控保护装置的应用.大众科技,2005;83(9)：103 ［3］景胜.我**机保护的现状与发展［J］.继电器,2001;29（10）：1-4 ［4］孙悦迪,张冰,田有文.微机继电保护的研究现状及展望.农业机械化与电气化，2005；（4）：48－49
主变微机保护 篇3
励磁涌流引起变压器差动保护误动。
众所周之,在变压器空载投入电源或外部故障切除后电压恢复过程中,由于变压器铁芯中的磁通急剧增大,使铁芯瞬间饱和,这时出现数值很大的冲击励磁电流,通常称为励磁涌流。涌流中包含有很大成分的非周期分量和高次谐波分量,并以二次谐波为主,其数值可以达到额定电流的6~8倍以上,出现尖顶形状的励磁涌流,在起始瞬间励磁涌流衰减很快,对于大型变压器励磁涌流的衰减速度较慢,衰减到不超过额定电流的0.25~0.5倍,要2~3秒时间。变压器的容量越大衰减越慢,同时励磁涌流波形出现间断,有间断角,此电流流入差动继电器,可能引起保护装置误动。
为了防止主变差动保护变压器空载投入电源或外部故障切除后电压恢复过程中误动其保护装置有如下特征:
1)采用具有速饱和铁芯的差动继电器,
2)鉴别短路电流和励磁涌流的波形,
3)利用二次谐波制动,制动比一般为15%~20%,
4)用波形对称原理的差动继电器。
其中:1)主要适用于常规电磁继电器式差动保护;
2)、3)和4)主要用于微机变压器保护,但对硬件的要求比较高,通过鉴别波形特征能够实现,这是最根本的解决励磁涌流问题的办法。
另外,在主变差动保护所用电流互感器选择时,除应选带有气隙的D级铁芯互感器外,还应适当地增大电流互感器变比,以降低短路电流倍数,这样可以有效削弱励磁涌流,减少差动回路中产生的不平衡电流,提高差动保护的灵敏度。这对避免保护区外故障,尤其是最严重的三相金属性短路而导致的主变差动保护误动作尤为有效。
同时CT二次回路断线引起变压器差动保护误动、区外故障引起的差动保护误动等等。
2 防止差动保护误动整定值要考虑因素其灵敏度比较
基于上述因素的考虑,在整定变压器的差动定值时要排除这些不平衡分量的综合影响。
2.1 电磁式差动保护
整定值:
1)躲过CT断线时最大不平衡电流
2)躲过变压器空载投运时励磁涌流
3)躲过变压器外部故障时产生的最大平衡电流。
变压器空载投运行时,由于整定值已考虑躲过变压器空载投运时励磁涌流,可以避免在差动误动。
2.2 二次谐波、波形对称、间断角原理的比率差
动保护
整定值:按躲过变压器额定电流产生的不平衡电流。其动作电流一般在(0.3~0.5)In(In为额定电流)。其定小于变压器额定电流。
显然:二次谐波、波形对称、间断角原理的比率差动保护的差动保护装置,其灵敏度性能上远优于电磁型差动保护。
主变差动保护,在变压器空载投运时,利用二次谐波或其它原理制动分为按相制动、平均值制动、相互制动。
大型变压器,设备价值所在,主要从保护设备角度考虑,许多差动保护装置采用较多的是按相制动,空投故障变压器时有利。反之无故障有可能误动。
按相制动原理的,需求出动作相的基波分量,参与制动的制动谐波量,取该相制动边界时的值,谐波量除以基波量即制动系数。变压器空投时期,常因某一相高次谐波特征不明显,不足闭锁空载投入的差动保护,使其误动。
在某局运维的变电中,先后有三次发生在变压器空载投运时,(主变无故障、外观无影响送电障碍),发生主变差动保护动作。
二次谐波制动原理动三次,波形对称原理动一次。
X X年X X月X X日:2 2 0 k V A站1号主变容量为:180MVA新投入运行时,配有两套差动保护装置设备,其中二次谐波制动原理的差动保护跳闸,另一套波形对称原理的差动未误动。从现场调取数据:B相二次谐波值仅为13%小于整定值15%。
经现场人员仔细查找未发现设备异常后,对1号主变又进行四次冲击,均未出现差动装置误动。
Y Y年Y Y月Y Y日:2 2 0 k V B站2号主变容量为:120MVA预试工作结束后送电。配有两套差动保护装置设备,其中二次谐波制动原理的差动保护跳闸,另一套波形对称原理的差动未误动。从现场调取数据:从现场调取数据:B相二次谐波值仅为6%小于整定值15%。
XX年XX月XX日220kVC站1号主变容量为:150MVA,110kV侧、B相导管更换完毕,高压试验合格。送电时,配有两套差动保护装置设备,其中二次谐波制动原理的差动保护跳闸,波形对称原理的差动均动作跳闸。从现场调取数据:C相二次谐波与基波比为6.99%。
波形对称制动判据:故障时,差流基本上是工频正弦波,而励磁涌流时,有大量的谐波分量存在,波形发生畸变,间断,不对称。具体方法为将微分后的差流波形的前半周和后半周进行对称性比较。对于励磁涌流有1/4周波以上的点不满足对称性,这样可以区分故障和涌流。波形对称制动为分相制动。
波形对称制动判据:
差流启动半个周波后,开始计算,判断半个周波中(24个点)波形的不对称点数;
不对称公式:
id(i)为滤直后的采样点差动电流,id(i-π)为滤直后的前半周波的采样点差动电流,fset为不对称度门槛,当半个周波中波形的不对称点数大于某门槛点数,则判为励磁涌流。
事后经过油化分析确认变压器内部无故障。设备外观检查无异常。并多次咨询保护
厂家,在设备无故障时,是否可能发生双套差动同时动作,回答是概率极小。只是对直阻试验后,没消磁,可能引起波形对称原理这套保护装置误动,说明了个人观点。
3 微机差动保护在变压器空载合闸时误动原因探讨
1)比率差动保护用二次谐波制动原理,采用按相制动时,可否降低二次谐波制动系数,12%是否合适?
变压器差动保护在变压器空载合闸时否是否误动,不仅与相关回路接线、整定值有关。而且还与励磁涌流谐波含量有关,同时与二次谐波制动原理有关。按照DL/T684-1999大型发电机变压器继电保护整定计算导则,二次谐波经验值:15%~20%。没有明确若为按相制动,该定值可否适当降低,否则不能躲过涌流,引起主变差保护误动。
美国西屋公司早在1976年提出励磁涌流的最小二次谐波成分为7.0%,相应要求更改过去习惯沿用的二次谐波制动比(由15%~20%降低为7.5%),前苏联在1997年又认为变压器内部故障时短路电流二次谐波成分很大(有时超过30%),根本否定了二次谐波成分的大小是区分内部短路电流和空载合闸励磁涌流的特征。
从上述三次变压器空载合闸的涌流波形某一相的二次谐波有两次,仅为6%和6.99%未超过7.0%。如果按相制动时差动保护,一是可否适当降低二次谐波定值;二是可否考虑在变压器空载投运时短时开放为了相互制动。
2)以上所述的三台变压器投运均为2008以后投运,与变压器所用材质是否有关?
变压器的空载损耗和空载电流以及几次变压器空载合闸时出现的二次谐波与基波的比值:
铁芯剩磁大小,直接关系到变压器励磁涌流的特征。铁磁物质是一种多晶体,磁晶具有各向异性的性质,当铁磁体被磁化到饱和状态时,磁畴的磁矩集中到磁场方向;当磁化场减到零时,由于各向异性作用,磁矩将转到离磁化场最近的易磁化方向,这就产生了剩磁。现代大型变压器多采用冷轧硅钢片,BS/Be比较小,而剩磁可能比较大,使进入差动继电器有某地相涌流的二次谐波成分将非常小,但是另外的二相或一相将超过20%,因此采用三相“或”回路方式的二次谐波制动原理是比较好的方案。
同样的材料,由于铁芯设计和工艺不同,其剩磁将不同,也直接关系到空载电流和空载损耗的大小。空载电流小,变压器铁芯的剩磁大。从以上表格可以看出:空载电流比较小,二次谐波与基波比也比较小。变压器空载投运时,容易引起差动保护误动。
3)对变压器做直阻试验后,没消磁,在不到2小时,变压器空载投运,是否会引起变压器投运可能引起波形对称原理主变差动误动?在今后运行中值得关注。
4 结束语
近年来,微机保护装置的应用日益广泛,但是变压器差动的误动原因仍是多方面的。在变压器空载合闸下是否误动的问题,涉及到因素很多,笔者仅从变压器几次空载合闸过程出现数据作了简单分析,主要是减少空载投入时主变差动误动。能否在规程调整二次谐波定值、制动原理上作一些改进并与规范,以便运行单位有据可依。同时对一些高压试验后对变压器二次谐波的的影响去讨论。
尽管变压器空投时差动保护装置误动对变压器本身无损害,但也会给设备正常操作带来不必要的麻烦。当变压器真有故障,引起误判断。所以在运行中,应尽量努力避免类式的问题重复发生,确保重要设备能够安全可靠的运行。
参考文献