二次电流回路（精选7篇）
二次电流回路 篇1
一、前言
现阶段我国社会各个方面都在不断发展, 今天我们所要谈论的是与电力发展有关的话题。随着人们生活水平的不断提高, 无论是在生活需要方面, 还是社会生产方面, 对电力系统的要求都大大超过以往的需求, 随着需求量的不断增加, 电力系统也在急速发展着, 供电系统的设备必须及时改进才能适应需要, 其中也包括电流互感器的二次回路接地问题, 这主要是保证用电的安全, 避免发生短路的现象, 影响正常用电, 当然这也涉及到电能的计量问题, 关于电能的计量是直接影响电力企业的经济效益的因素, 所以在这个方面要尤其注意。我们在使用电流互感器时就要注意其二次回路的问题, 不能让它影响了计量装置的正常工作。
二、电流互感器二次回路接地的影响
1. 电流互感器二次回路接地有明确的要求
电流互感器简称为CT, 因为有两次绕组, 一次匝数要比二次少的多, 当它工作时, 两次回路都要是闭合的, 电流互感器具有变换电流和前期隔离的作用。当电流互感器在正常工作的时候, 二次回路在这一时刻几乎是处于一种短路的状态, 因此, 如果在这一时刻出现接地的问题, 这种工作状态将不是一种正常闭合的状态。所以, 在电流互感器二次回路接地时必须要注意有且只能有一点接地, 并且只能在有关的保护屏中一点接地。即使是备用的电流互感器二次绕组也需要从根部引到就地的变电箱中, 经由一百平方毫米接地铜牌接地。这样才能保证电路的安全可靠性。因为一旦经常发生跳闸, 就会影响到整个供电网络的稳定性, 导致用户的用电需求受到影响。而且一旦发生问题, 需要一个漫长的解决过程, 严重影响到用户的正常生活和工作需要, 所以才对电流互感器二次回路接地提出明确的要求, 从根源上和传输的过程中确保电网的安全性和稳定性。
2. 电流互感器二次回路接地对计量的影响
对于电流互感器二次回路问题, 当电流互感器在二次回路的过程中, 其会对地产生高达三百千伏的电压, 并且, 在产生电压的同时还有向量旋转的问题存在。因此, 在判别接线的正确与否的过程中, 需要进一步说明在使用组合计量箱的时候必须对接地电阻进行相关的测试, 还要保证接线和接地之间有准确的接触, 必须做到接地良好。我们现在所使用的电力计量装置除了电表以外, 还应当包括电流互感器。当其在计量的过程中产生二次回路问题时, 会造成降压现象的出现, 从而迅速破坏电表的正常工作, 使得计量的数据受到影响, 不再能够准备无误的反应真实的用电量, 这就是电流互感器二次回路接地可能会对计量产生的影响。这就导致电力公司的收益或者是用户的经济利益受到影响, 因此要分析清楚电流互感器二次回路接地对计量装置的影响, 才能提高电表的准确性, 保证供电和用电双方的利益。
3. 提高计量准确性的措施
因为计量装置的准确性受到很多条件的影响, 所以需要针对不同的影响原因采取不同的对策来提高其精确度。首先应该选择好电网中性点的接地方式, 保证电网的正常运行对二次回路没有什么破坏, 还要减短导线的长度, 增加其内径, 降低二次降压的可能性, 装载设备时, 最好选择磁场较弱的地点。
我们需要多关注新用户的接地电阻的测试结果, 加强管理二次回路接地地点的监测, 还要分析土壤等周边环境对电阻值的影响。在投入运用以前要特别保证多使用的电流互感器的质量有保证, 要对二次回路接线进行检查, 并且要做好完备的记录, 还要对可能存在的隐患进行详细的记录, 便于下次排查。另外还要进行绝缘检测, 要逐一排查可疑点, 保证电路的安全无误。存在问题的要立即改正, 不断的进行复查, 知道确认安全为止。另外, 还要加强对变电所的二次回路接地进行检测, 确保只有一个接地点, 确保是直接接地, 避免发生问题。
在平时也要多加维护, 在产生问题的时候, 一定要按照要求进行整改, 解决出现的问题和可能潜在的隐患, 当然, 也要进行定期的维护和整修, 保证整个系统的完善与稳定。例如, 需要定期检测二次回路接地的实际地点, 电流互感器的二次绕组圈数及使用状况。还有就是要对工作人员加强专业知识的培训, 使他们能够满足维护与维修的需要, 保证整个用电网络的稳定以及减少电流互感器二次回路接地所带来的影响。
三、总结
对于电流互感器二次回路接地的要求比较高, 也都是些细枝末节的注意点, 很容易被疏漏, 然而, 一产生问题, 就会造成很大的伤害, 所以一定要防微杜渐, 重视这些小问题, 避免事故的发生。另外, 电力公司收取电费是要看用户的用电量的, 除了一些损耗之外, 计量直接关系到电力公司的收入问题, 所以一定要保证用电计量能够准确无误, 避免企业不必要的损失, 也可以保证用户的利益, 排除双方产生矛盾的可能性, 所以提高用电计量的准确性是非常重要的, 当二次回路影响到计量时就会带来一系列的问题, 所以需要加强管理与检查, 克服出现的问题, 防止给电力公司以及用户带来困扰, 还能保证电力公司的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]岳海峰.浅谈电能计量装置二次回路接地对计量的影响[J].生物技术世界, 2012, (6) :126-127.
[2]王志刚.电流互感器及电压互感器二次回路接地问题分析[J].中国电力教育, 2010, (S1) :373-374.
[3]黄亚杰.电压互感器二次压降对计量装置的影响[J].电子制作, 2013, (24) :28.
二次电流回路 篇2
为了保证电力系统的安全经济运行, 必须对电力设备的运行情况进行监视和测量, 一般的测量和保护装置不允许直接接入一次高压设备, 需要将一次系统的大电流变换成小电流, 才能供测量仪表和保护装置使用, 这就要用到电流互感器 (Current Transformer简称CT) 。CT是依据电磁感应原理, 由闭合的铁芯和绕组组成, 是当前电力系统运行中的重要组成设备, 是交流电流中二次系统和一次系统间的联络元件, 可用于给测量仪器、保护和仪表、控制装置等传递信息。对CT的检测就显得尤为重要。传统的CT检测方法主要是由专业人员定期携带仪器设备到现场进行周期检验[1], 工作效率低、易出错, 且不要求对CT二次回路实际负荷、在线运行状况进行周期常规测试, 这种模式难以全面细致评估CT的实际运运行状况, 且存在一定的安全隐患;另外, 不论针对CT及二次回路的阻抗还是导纳, 常规方法都是采取停电情况下进行检测, 对于已经投入现场运行的CT, 目前尚无有效的手段去检测其比差、角差及二次阻抗值。而单靠周期性的停电检测不利于生产运行, 而且还不能及时检测到CT的实际运行情况, 错过了维护的最好时机。带电测试却能够很好地弥补这一缺陷, 对于怀疑可能存在故障隐患的CT, 可以有针对性的对其进行测试;对其它带电运行中的CT, 通过定期带电检测, 也可以达到评估在线运行CT的状况。本文结合一款新型的测试仪 (型号:505B) 的基本原理和使用经验, 来探讨CT及二次回路的带电测试技术和通过测试数据对电流互感器及二次回路综合评估的方法。
1 电流互感器及二次回路带电测试
505B测试仪采用全新的电子测量技术和电工测量技术, 可以简化电路与产品结构, 实现产品的小型化, 方便对CT在线或离线进行快速、准确的测试。现场接线简单, 很容易串入在线CT的二次回路, 实现CT二次负荷及二次回路导纳的测试, 满足对CT工作状况的检测和评估需求[2]。
1.1 电流互感器二次负荷带电测试
通过带电状态下采集CT二次电压和电流进行CT二次负荷测试。其中考虑到CT二次端电压较小、现场电磁场干扰较大等因素, 系统对电压信号的采集采用高阻抗的采集原理;电流的采集方式灵活, 可通过电流夹钳和将测试仪串接至CT二次回路两种方法实现。采集到的电压电流信号在测试仪中央处理器中由公式S=U×I计算出CT实际二次负荷。
接线方式如下, 可根据实际使用需要选用。
1) 带电CT二次负荷测试———采用夹钳接入
2) 带电CT二次负荷测试———采用串接接入
通过上述接线方式进行测试CT二次负荷, 可以很好地实现带电测试的目的, 并且不影响CT的正常工作。通过测量得出的CT实际二次负荷数据, 可以对CT的工作状况进行分析, 根据实际负荷和额定负荷的比例关系, 判断CT实际二次负荷是否工作在正常范围内, 从而对CT计量或保护的准确性做出判断[3]。
1.2 电流互感器及二次回路高频导纳测试
1.2.1 技术背景
传统的对CT评估方法一般需要升流器、负载箱和调压器等多种设备, 测试效率不高, 查不到因长时间恶化而产生的故障。研究发现, CT及二次回路在正常工作状态下导纳值基本不变, 而在CT及二次回路发生故障时, 如匝间短路、CT带载能力恶化、二次端子接触不良、计量回路被分流窃电等都会造成CT及二次回路的导纳值偏移正常值, 随着时间推移, 故障逐步恶化时导纳值和正常值比起来往往会明显出现较大的偏移。这是因为当一次暂态过程受不同负载时间常数的影响、残留在铁心的直流成分过多、匝间受绝缘破坏击穿、温升铁心导磁率下降等情况都会反应在铁心阻抗的变化上。然而不仅CT内部结构的恶化会产生明显的导纳变化, 其它的一些状态也可能导致CT及二次回路导纳的变化, 可以从CT特性及二次回路的等值电路上来进一步分析导纳值变化和CT工作状况的关系。
CT在其线性工作区域可以被当作一个恒流源, 内阻无限大, 二次侧的输出不会因为二次负载导纳的变化而变化。当二次阻抗持续增大时, 二次励磁电压将会达到CT饱和点, 此时, CT特性将会进入非线性区域工作, 从而励磁电流增大, 二次侧电流将会被励磁回路分流。从CT及二次回路的等值电路中 (图3b) 可以推算出CT理论误差公式:
其中, Rct为二次回路直流电阻, x'2为CT一次折算到二次的漏抗。
Zb为负载阻抗, Y磁导纳。
由上述分析可以得出, CT误差和二次回路导纳大小有关, 二次回路导纳或阻抗大小是由负载阻抗和励磁阻抗因素决定。在正常工作情况下, 负载阻抗基本不会变化, 励磁阻抗将随着二次励磁电压E2=Es=i2 (Zs+Zb) 的变化而变化, 通过查看CT的励磁特性曲线我们可以更加直观的了解到, 如下图4所示。
由上述可以得知, CT误差受励磁阻抗的影响, 励磁阻抗受励磁电压的影响。而造成CT误差出现变化即励磁电压出现变化的因素有以下几种[4]:
1) CT内部故障引起, 常见于内部线圈绝缘破坏或CT漏磁;
2) CT初级电流出现直流成分;
3) CT二次回路电阻异常变化, 常见于二次回路中端子锈蚀, 接触不良。
1.2.2 技术实现原理
CT内部及二次回路出现的导纳变化, 都将反映在CT励磁特性和二次回路阻抗的变化上, 即二次侧回路导纳大小主要由负载阻抗和励磁特性决定。反之, 我们就可以通过测量得出的CT及二次回路的导纳数据来推测CT的工作状况。然而对CT二次回路阻抗、励磁阻抗的在线、带电测量却难以实现。因此, 本设备在利用上述研究成果的基础上, 设计在运行中的CT二次回路工频电流上叠加一个异频测试信号的办法来达到测量CT及二次回路导纳的目的。原理框图如图5所示, 将测试仪串入被测CT二次回路中, 测试时, 主处理器控制产生PWM方波信号, 经过波形转换成正弦波信号叠加到CT二次回路中去, 然后, 经过信号的放大、滤波、交直转换等一系列筛选处理后, 对信号采集分析, 进而通过显示屏将测试数据呈现出来。原理如上所述, 但在实际测试中考虑到谐波及工频信号对异频测试信号的干扰, 参照谐波干扰和信号频率之间的关系曲线, 如下图6所示, 选择l k Hz到2 k Hz的高频信号作为测试信号效果较为显著, 且能够满足灵敏度要求。该监测仪选用注入1.6 k Hz的信号的方法进行测试, 1.6 k Hz的频率约为33次谐波频率, 能够极大的减少谐波信号对测试造成的影响, 避免了因二次电流的变化和干扰造成测试数据波动, 提高了设备的稳定性和抗干扰能力。且短时注入1.6 k Hz的小信号, 不会影响CT及二次回路的正常稳定的工作。
1.2.3 技术应用
现场实际测试采取的接线方式如下图7所示, 将测试仪串入CT二次回路中, 按下测试键, 自动读取数据, 操作十分简单且设备因采用高性能处理器计算, 测量数据具有速度快、精度高的特点。在该种接线方式下, 会测试到包含电表在内的整个CT及二次回路的导纳数值。通过对比累积数据, CT正常情况下, 总的结果偏移量不超过平均值的50%, 而当CT或二次回路发生故障时, 导纳值与正常情况下相比将会明显偏差。同时, 导纳的角度值完全取决于CT的铁芯材料, 一般有镍铁合金、纯硅钢片等, 然而材料确定的话角度一般是稳定的, 但当CT异常时, 角度也会出现一定的偏差。故在实际判断中便可以通过数据的比对来达到评估CT及二次回路工作状况的目的。下面以常见的CT二次回路异常工作状况为例, 参照CT及二次回路高频导纳测试原理, 分析导纳值的变化情况, 从而为判断故障具体形成原因提供参考依据, 方法如下:
根据测试仪实际测量CT及二次回路的导纳值Y, 推算出CT及二次回路的总阻抗Z。
具体实现方式如下:
其中C=G/ (G×G+B×B) , 代表回路阻抗的阻性成分, 即实部
D=B/ (G×G+B×B) , 代表回路阻抗的电抗部分, 即虚部
根据总阻抗的变化, 结合实部和虚部的变化, 来综合分析。
1) 假设CT二次回路分流, 可能表现为窃电或其他意外情况, 此时, 等效于在CT二次回路上并接一个电阻, 则CT负载阻抗减小, CT及二次回路总阻抗Z必然减少, 主要为阻性分量的减小。
2) 假设CT内部匝间短路, CT内部出现匝间短路, 会使CT二次绕组阻抗减小, 这将直接导致CT误差发生变化。假设CT二次负荷阻抗 (包括线路阻抗) 没有发生变化, 我们可以根据测量线路总阻抗减去CT二次负荷阻抗来判断CT铁芯阻抗是否发生变化。
3) 线路电阻增大, 该情况一般是由于线路接触片生锈或松动等原因造成, 此时, 将导致CT二次负荷增大, 引发计量误差增大。具体表现为回路总阻抗增大, 主要为阻性分量的增大。
除了以上描述的二次回路异常情况外, 现场还存在着很多种其它情况, 比如:若电表发生故障, 则会造成环路跨接、对地短路, 此时测出的导纳数据也会高出正常值, 等等。这些异常也会造成导纳值的偏高或偏低。我们就需要在实际运用中结合以上技术原理和方法, 通过对CT及二次回路的导纳值定期监测, 建立起历史数据库, 将最新测量的数据与历史数据进行对比, 综合评估CT及其二次回路的工作状况[5]。另外, 对导纳值偏离正常值较大的情况也可以利用横向和纵向比较法进行分析, 重视三相对比测量, 重视每一相当前和历史变化走势, 重视持续变化的情况, 同时也可以结合CT及二次回路总导纳、二次负荷导纳等分项导纳值进行分析, 从而对各种异常情况做出较为准确的定性判断。
2 结束语
文中从电流互感器的实际应用出发, 结合当前电流互感器及二次回路检测过程中存在的一些局限, 在充分分析电流互感器及二次回路等效电路的基础上, 研究带电测试技术以及评估电流互感器及二次回路工作状况的有效办法。通过理论分析研究, 以上的技术手段是真实可取的, 实际应用中分析方法是有效的。带电电流互感器二次负荷测试方法, 接线简单, 设备操作方便;但是, 通过技术研究的深入, 还有一些值得改进的地方, 比如:如何进一步提高测试的精度, 使测量数据更为准确;如何使通过高频导纳法来评估电流互感器及二次回路更加的简便而不用进行大量的比对分析。这些地方的改进可能还需要长期的应用实践, 不断的积累评估判断经验, 并且利用先进的计算机技术建立起一套完整的专家系统, 来辅助决策。
参考文献
[1]DL/T448-2000, 电能计量装置技术管理规程[S].
[2]厦门红相电力设备股份有限公司.505B中文操作手册V1.1[Z].2011.
[3]GB 1208-2006, 电流互感器[S].
[4]白洋.电能计量装置远程效验监测系统[J].电测与仪表, 2005, (7) :30-32.
二次电流回路 篇3
电流回路二次接线正确与否直接关系到微机保护动作的正确性, 在保护接线中有着很重要的作用。在施工现场, 可以通过点极性、通流、合相等方法来检查和确定电流回路接线的正确性, 但因电流回路二次接线错误所引起的保护误动与拒动事故还是屡有发生。虽然大多数事故是人为原因造成的, 但与微机保护没有相应的检查和判别功能有很大关系。现在的微机线路保护能够判断出一些交流回路二次接线的错误, 如PT二次回路断线判据、CT断线判据等。这些判据可以在原二次接线回路正确的情况下, 当二次回路发生故障时, 防止保护误动作;又如线路保护中开口三角3U0与保护自产3U0的对比判据, 可以判别PT二次回路接线是否正确。但是, 微机保护对于电流回路二次接线的正确性如极性、相序等, 并没有自动的识别与纠正能力, 只能通过新线路或是新装置投运后人为地进行判断。本文提出了一种利用线路空载投入时判断电流回路二次接线是否正确的设计思路及微机自动识别纠正的方法, 可以解决微机保护由于电流回路二次接线错误引起的问题。
1 电流回路二次接线判断原理
如图1所示, 当高压长线路空载合闸时, DK1与DL1闭合, DK2与DL2断开, 此时线路空载投入, 线路电流为容性电流, 认为线路三相参数相同、对地电容相等, 则线路三相容性电流大小相等, 且各相电流超前各相电压的角度为π/2, 考虑到微机保护的采样误差与离散性, 则有:
φ=tan-1 (I/U) ∈ (φ1, φ2) (1)
式中, φ1, φ2由 (φ1, φ2) =π/2 (1±ρ%) 确定, ρ为可靠性系数, 其相量图如图2所示。
2 接线判错程序设计
由以上分析可知, 当线路空载投入时, 电流超前电压, 且其关系满足 (1) 式, 故可以通过判断线路是否空载合闸, 且电流电压的关系是否满足上述关系, 来确定电流回路二次接线是否正确。其程序流程如图3所示, 当电流检查功能投入, 可以将该检查功能设置为软压板, 也可以由保护装置自带的充电保护功能压板来代替。该功能投入后, 首先检查线路电压, 对于110 kV 线路可以取单相电压, 对于220 kV及220 kV以上线路可以取线路三相电压或单相电压。判断线路PT是否有电压是为了确定线路是否空载投入, 如果线路PT有电压, 说明对端断路器已投入运行, 线路带电, 则不能用空载合闸判据来判断电流回路二次接线。当有断路器合闸开关输入量输入时, 判断单相电流可以取任意相, 当取A相时, 判断“Ia>Izd”, 即线路是否投入运行, 避免线路未投入时程序的频繁启动。以上判据未判断线路是否空载投入运行, 若判断出线路已经空载投入运行, 则判断线路各相电流电压的角度差, 其中φa、φb、φc值由 (2) 式确定, Ua、Ub、Uc取母线电压, Ia、Ib、Ic取线路各相电流。
undefined
(2)
判断程序首先判断A相电流回路是否正确, 是否满足φa∈ (φ1, φ2) , 如果满足, 则说明线路电流呈容性, A相电流回路接线正确, 下一步则判断B相电流回路;如果不满足, 则显示“A相接线错误”, 下一步再判断B相。依次类推, 直至检查完C相后程序结束。
3 接线自动识别程序设计
若判错程序发现电流接线错误, 通过保护装置面板显示“接线错误”。继电保护工作人员可以带电改动电流回路接线来纠正错误, 但危险较大, 而接线自动识别程序可以对接线进行自动的识别与纠正。通常情况下, 交流回路接线可能出现的问题有相序错误、极性错误等, 接线自动识别程序主要以这两种错误为例进行设计, 如图4所示。其中, I'a、I'b、I'c为程序纠正后电流, 即微机保护识别出的各相电流;Ia为保护装置A相接线端子处输入电流;φa、φba、φca由 (3) 式确定。
undefined
(3)
当接线判错程序判断出某相电流接线错误, 则进入自动识别程序。以A相为例, 首先判断A相极性是否接反, 若φa∈-[ (π-φ1) , (π-φ2) ], 则说明A相极性接反, 则程序自动纠正为A相电流I'a=-Ia;若不满足φa∈-[ (π-φ1) , (π-φ2) ], 则进行下一步判断, 判断A相实际输入电流是否为B相电流, 依此类推。
4 结语
二次电流回路 篇4
某厂#6机励磁变参数如表1。
在2011年技改型大修后, 发电机试运期间, 对发变组保护A屏、B屏进行保护采样值检查时发现:励磁变高压侧电流A相电流显示103A (相应二次电流1.72A) , B相电流121A (二次电流2.03A) , C电流103A (二次电流1.72A) , 电流幅值相差18A。再检查其他励磁变高压侧电流显示数据:DCS显示120A;故障录波器显示B相电流124A, A、C相电流为0A。
励磁变高压侧电流幅值相差高达18A, 而励磁变负荷, 除了整流柜冷却风机不平衡外, 其他几乎没有不平衡负荷, 而整流柜冷却风机不可能有那么大电流;而且故障录波器的电流也只有B相显示, 这显然不对, 需要查明电流异常原因。
2 事故处理过程
用核相仪检查发变组保护A、B屏、变送器A屏、及故障录波器屏的励磁变高压侧二次电流幅值相位关系, 以保护A屏A4171为基准, 具体数据如表2。
根据核相结果画出相量图如图1。
检查CT二次回路连接设计图如图2。
由于励磁变保护没有差动保护及负序保护, 在励磁变CT端子箱处将高压侧CT二次线的A4171、B4171、C4171与N4171封起来之后, 检查CT二次4171、B4171、C4171电流均为2A, N4171为0A, 相序为正序, 这说明CT本体没问题, 二次回路接线有问题。
根据向量图, 初步判断为AC两相二次回路短接, 且与中性点断开, B相与N正常连接。再检查二次回路接线, 发现变送器A屏励磁变有功功率变送器接线错误, A、C两相短接并与中性点N断开, 如图3。
3 原因分析
在#6机大修期间, 由于变送器校验台送到电科院检验返厂比较晚, 在发变组工作组测完CT回路直流电阻后, 仪表工作组又在现场校验励磁变有功功率变送器和电流变送器, 在工作结束后, 恢复励磁变有功功率变送器二次线时, 接线错误。
本来有功功率变送器本体接线回路为:A相电流A4173从7端子流进, 10端子流出, 再接入故障录波器A相A4174;C相电流C4173从8端子流进, 11端子流出再接入故障录波器C相C4174。结果工作人员误接线为A相电流7端子流进, 10端子流出与C4173短接, 造成图三的错误的接线方式, 在有功功率变送器后将A、C相短接并与N线断开, 到故障录波屏的只有B相电流回路。
又由于工作结束后没有测量CT二次回路直流电阻, 开机核相试验时检查不仔细没有发现问题, 结果开机后励磁变高压侧电流异常:保护屏及变送器A屏IA与IC电流大小相等, 方向相反;IB电流与零线电流大小相等, 方向相反;IA的电流是IB电流的/2倍, IA超前IB90度角;最末一级故障录波器只显示B相电流。
4 防范措施
4.1 在每次大修后总启动前进行远方通流试验, 发现采样电流不对, 及时进行处理。
4.2 在CT二次回路进行工作前对所要工作回路做好标记、记录后再进行工作;工作后, 依照记录进行恢复, 并对CT二次回路进行直阻测量, 直流电阻阻值相差应不大于10%。
4.3 机组总启动, 发电机短路试验时, 对CT二次回路进行核相, 并测量CT二次零线回路中有无电流, 发现电流回路幅值、相位不对的及时进行回路检查。
4.4 技术监督人员做好技术监督, 发现异常及不符合规范问题及时进行处理。
参考文献
[1]范锡普.发电厂电气部分.水利电力出版社.1987
二次电流回路 篇5
1 保护动作情况
1.1 1#主变保护A屏:
PST-1202A保护装置保护动作信息故障报告:2011年6月18日12时09分49秒133毫秒00000ms后备保护启动;
00001ms差动保护启动;
00023ms差动保护出口;电流=0.77安;
00028ms后备保护启动;
00034ms后备保护启动;
00037ms零差差动出口;
05541ms差动保护启动;
05563ms差动保护动作;电流=0.39安
10671ms后备保护启动;
13099ms PT断线;
16743ms后备保护启动;
22779ms后备保护启动;
28813ms后备保护启动;
动作元件:3311、3310、101断路器跳闸。
1.2 1#主变保护屏B:
PST-1202B保护装置保护动作信息故障报告:2011年6月18日12时09分49秒134毫秒00000ms后备保护启动; (中压侧)
00029ms后备保护启动; (高压侧)
1.3 3311断路器辅助保护屏:
PSL-632C保护装置保护动作信息故障报告:2011年6月18日12时09分49秒134毫秒
00000ms综重电流启动;
00000ms断路器保护启动;
00040ms失灵重跳A相;00040ms失灵重跳B相;
00041ms失灵重跳C相;
05071ms综重电流复归;
15070ms断路器保护复归;
1.4 3310断路器辅助保护屏:
PSL-632C保护装置保护动作信息故障报告:2011年6月18日12时09分49秒134毫秒
00000ms断路器保护启动;
00001ms综重电流启动;
00039ms失灵重跳A相;
00039ms失灵重跳B相;
00040ms失灵重跳C相;
05064ms综重电流复归;
15073ms断路器保护复归。
2 现场设备检查情况
1) 一次设备。一次设备检查情况:对1号主变本体外观, 3311断路器、电流互感器外观, 3310断路器、电流互感器外观, 101断路器、电流互感器外观, 301电流互感器外观, 1号主变三侧导线外观均进行了检查, 没有发现异常。
2) 二次设备。二次设备检查情况:发现1#主变保护A屏PST-1200装置频繁启动。对二次回路进行了检查, 发现3311电流互感器1号主变保护A屏使用的二次绕组B相接地 (端子套为411/3311DL-118B) , 进一步确认后, 发现接地点在3311电流互感器B相本体处二次接线盒内, 具体绕组为1K1、1K2 (此绕组为1号主变保护A屏使用的二次绕组) 。
3 保护动作分析
通过对1号主变两套保护装置录波文件进行分析比较, 发现1号主变保护A屏采样到的3311电流互感器B相波形与B屏采样到的波形明显不同, 且两者相位与幅值也不一致。如下图所示:
由上图可看出, 波形突变后第二个波峰幅值最大, 瞬时值为1.635A, 且第一个波峰出现时, A相处于波谷位置, C相尚未到达波峰位置。而1号主变保护B屏录, 波形突变后第一个波峰幅值最大, 瞬时值为1.941A, 且第一个波峰出现时, A相已离开波谷位置, C相到达波峰位置。
可见, 1号主变保护A屏B相采样波形的变化是由于叠加了另一电流波形所致, 是导致差动保护出口的主要原因。该电流波形可通过铝I线第二次故障时1号主变保护A屏的采样看出。此时1号主变三侧开关均已跳开, 3311电流互感器二次侧已不可能感应出电流。
结合上述情况综合分析, 由于某变户外未敷设二次接地铜网, 户外接地网与户内二次接地网之间存在较大电位差, 此时3311B相电流互感器1K绕组接地, 相当于是在户外接地点于户内接地点之间串入一个电源。致使该回路中产生额外的电流, 造成保护装置频繁启动。
当铝I线发生故障时, 故障零序电流会在故障点与主变接地的中性点之间流过, 由于3311B相电流互感器二次两点接地, 两接地点之间形成回路, 少量的一次故障电流流过该回路串入保护装置, 影响装置采样, 造成1号主变保护A屏差动保护动作。
4 存在问题及整改措施
存在问题:本次主变差动保护动作的主要原因是由于CT二次回路接地, 在接地点之间存在电势差造成B相电流异常增大所致。原因为3311 B相CT二次接线盒内防二次开路保护装置的保护间隙受到灰尘等因素的影响出现了接地, 从而造成CT二次回路接地。
整改措施:与电流互感器厂家 (上海MWB) 联系, 分析论证电流互感器二次接线盒内防止二次开路保护装置可以拆除, 这样可以避免因此装置的放电间隙被外界环境干扰造成电流互感器二次回路接地。
摘要：电流互感器二次回路一点接地属于保护性接地, 防止一、二次绝缘损坏、击穿, 以致高电压窜到二次侧, 造成人身触电及设备损坏。如果有二点接地会弄错极性、相位, 造成电压互感器二次线圈短路而致烧损, 影响保护仪表动作;对电流互感器会造成二次线圈多处短接, 使二次电流不能通过保护仪表元件, 造成保护拒动, 仪表误指示, 威胁电力系统安全供电。
二次电流回路 篇6
1 电流差动保护原理
电流差动保护把被保护的电气设备看成是一个节点, 正常时流进被保护设备的电流和流出的电流相等, 差动电流等于零。当设备出现故障时, 流进被保护设备的电流和流出的电流不相等, 差动电流大于零, 为了防止穿越性故障电流造成差动保护误动, 当外部穿越故障电流通过时, 差动保护电流定值随制动电流的增大并按某一比率的提高, 使制动电流在不平衡电流较大的外部故障时有制动作用, 而在内部故障时, 制动作用最小, 这就是比率制动特性差动保护[5], 为了尽可能逼近真实的不平衡电流曲线, 多采用图1 中的分段折线方式进行曲线拟合, 其中IDiff为差动电流, IDiff=I1+I2;IBias为制动电流, IBias= (I1+I2) /2。
电流差动保护装置会通过两端CT实时采集并计算被保护设备的流入和流出电流之差, 当这个电流差超过设定门槛值时, 进入动作区域时, 保护就会动作。差动电流是按照流入被保护区内的电流相量之和来计算的, 制动电流是在线路两端测量到的电流的标量平均值, 这两个值都只计算电流的基波相量[6]。以上都是分相计算的, 所用的制动电流水平则取三相之中的最高值, 以获得最佳的稳定性。
当正常运行以及发生保护区外故障时, 流入差动保护装置的差动电流为零, 保护装置不动作。当发生内部故障时, 流入差动保护装置的差动电流将会出现较大的数值, 当差动电流超过整定值时, 保护装置判为发生了内部故障而作用于跳闸。
分段比率差动保护跳闸判据公式如下[6]:
式 (1) 中的4 个设定值确定了差动保护的动作区域, 针对线路、发电机、电抗器、电动机、变压器等不同的元件纵差保护, 上述参数的设定存在差异, 需要根据工程应用而进行计算整定, 针对电动机的4 个设定值根据如下原则进行整定:
(1) Is1是启动电流门槛值, 决定继电器最小动作水平的基本差动电流值, 按照躲过电动机额定工况下的最大不平衡电流来整定;
(2) k1是当制动电流低于Is2时的低制动斜率整定值, 这个低斜率在CT变比存在差异时可以保证保护的稳定性, 同时对于重负荷下的电阻性故障时有很好的选择性, 对于电动机通常取0% ;
(3) Is2是制动电流门槛值, 制动电流高于这个值的时候k2被采用, 需综合考虑在电源侧高电压切换的暂态过程中, 由于电动机两侧差动CT二次回路中的暂态过程不一致, 将在差动回路产生较大的差流。通常为防止电动机差动保护误动, 可适当减小拐点电流;
(4) k2是高制动斜率设定值, 用于在严重的穿越性故障时提高稳定性, 按躲过电动机启动及电源回路故障时电机反馈电流产生的最大不平衡电流来整定。
2 工程案例及存在的问题
某工厂4000kW增压风机在调试完毕后进行送电时, 高压柜侧断路器合闸后立刻跳闸, 电机启动不成功, 影响生产的连续性, 多次试送后仍然无法成功, 对CT二次回路电缆多次加粗后问题解决, 启动过程中差动不再动作。
电动机为三相异步电机, 额定电压6kV, 额定电流400A, 启动电流为额定电流的9 倍, 启动时间8s。电机首尾两端差动CT为400/5、5P30、15VA, 分别安装在高压柜下方和电动机尾端。电机配置了国外某品牌P243 电机专用差动保护装置, P243 内部差动保护功能参数设置见表1。
电机的一次系统接线及CT二次回路接线如图2 所示。
为了分析CT不同外部负载下的运行状态, 电流互感器的等值电路图简化如图3 所示, 由于所用CT型号相同, 差异不大, 整个回路的阻抗由于外部回路不同而出现差异。
IP—一次回路电流 Is—二次回路电流ZCT—二次绕组阻抗 Zb—外部回路阻抗
6kV电气室的高压柜到室外电机的高压电缆长度为180m, 差动保护装置安装于高压柜中, 到电动机尾端CT的二次电缆也为180m。6kV高压柜内CT二次回路使用4mm2导线, 总长度为15m。由于CT二次外部回路的阻抗Zb主要表现为阻性, 为了简化分析, 本次主要考虑外部电缆回路的直流电阻因素, 对L /C暂未考虑。按照20℃时铜的电阻系数ρ=0.01851Ω·mm2/m计算, 首尾两端每相差动CT外部二次回路的直流电阻如表2 所示。
差动两端CT的外部回路直流电阻存在明显的差异, 导致CT二次回路阻抗严重不匹配。
3 差动动作轨迹分析
为分析二次回路不匹配对差动保护影响的严重程度, 根据微机保护算法, 使用Matlab对启动过程中的三组典型录波进行了分析及动作过程回溯。第一次启动时差动动作, CT二次电缆线径为1.5mm2, 其首尾两侧的录波波形及差动动作轨迹如图4 所示。
图中A1/B1/C1 为电动机首端高压柜内CT的电流波形, A2/B2/C2 为尾端CT的电流波形。
第一次送电跳闸后, 从P243 下载录波数据分析后指出需降低尾端CT二次回路的阻抗, 据设计院提供的电缆清册, 现场调试单位采用了将备用电缆与现有电缆并联的方式对CT二次回路进行加粗以降低阻抗, 二次电缆线径变为2×1.5mm2, 加粗导线后重新试送首次启动能成功, 但再次启动时差动跳闸, 其首尾两端的录波波形及差动动作轨迹如图5 所示。
为了彻底解决差动误动问题, 确保电机启动的可靠性, 经过协调, 调配其他用途的6.0mm2电缆进行更换, 从表2 可以看出换用6.0mm2电缆后直流电阻得以明显降低, 本次更换后进行多次试送均成功启动, 差动保护装置未再出现跳闸。其首尾两端的录波波形及差动动作轨迹如图6 所示。
从图6 中可以看出, A、C两相首尾两侧电流波形完全一致, B相还存在轻微的差异, 差动轨迹中B相虽然有所上升但最终还是没有进入动作区, A、C两相则始终在低位徘徊。工业设计中出于经济性方面考虑, 电动机所配置的CT伏安容量往往偏低, 导致其二次负载能力较差。并且一般电源高压柜距离高压电动机较远, 首尾两端CT二次回路阻抗存在较大的差异, 而异步电动机的启动电流大, 并且电机启动过程中存在暂态非周期分量, 对CT暂态特性要求高, 但由于两侧CT回路阻抗存在差异, 影响了CT的暂态特性, 在大电流时容易出现暂态饱和。在启动过程中, 启动电流存在非周期分量并且高达额定电流的9 倍, 而首尾两端CT二次回路阻抗不匹配导致两侧CT暂态饱和程度存在差异, 在保护装置中形成了差电流, 导致保护误动[6]。
从上述的三组录波的差动动作轨迹可以看出, 随着二次电缆直径的增大, 回路电阻差异逐步降低, 两侧CT二次回路电流的差异性逐步变小, 差动动作轨迹逐步下移, 第三组录波中两侧电流波形虽然仍存在差异, 但动作轨迹仅在制动区内徘徊而未能进入动作区, 差动保护不会动作。
根据差动保护原理, 如使用同型号的CT, 且两侧CT二次回路阻抗相同, 即两侧差动CT二次回路的阻抗相匹配, 则不管一次电流如何变化, 即使CT出现暂态饱和, 由于两侧CT感应的二次电流相同, 差电流不会出现, 保护也不会动作, 在早期工程项目中曾采用在CT二次回路阻抗较小的一侧额外增加一卷电缆以进行阻抗匹配, 因此日常运行维护中, 差动保护误动时, 不仅需检查二次接线的正确性, 还要检查CT二次回路阻抗是否相匹配。
4 结语
本次结合实际案例从可以量化对比的CT二次负荷角度进行了分析, 指出差动误动容易被疏忽的根本原因, 认为只有在设计阶段对CT及二次电缆按照《电流互感器和电压互感器选择及计算导则》进行严格计算及选型, 保证CT的暂态特性满足要求, 使差动两侧CT的二次负荷尽量平衡, 减少可能出现的差电流, 才能有效避免此类误动的发生。
参考文献
[1]GB/T14285—2006继电保护和安全自动装置技术规程[S].
[2]葛怀东, 姚斌, 秦红霞.电动机差动保护误动事故的分析[J].电力设备, 2007, 8 (11) :65-67.
[3]谌争鸣.暂态不平衡电流引起的发电机差动保护误动分析[J].继电器, 2008, 36 (10) :86-88.
[4]宋志明, 余高旺, 邢文, 等.负荷电流下并联电抗器差动误动现象及解决措施[J].电力系统保护与控制, 2011, 39 (20) :145-150.
[5]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].2版.北京:中国电力出版社, 2002.
基于回路电流方程的变压器保护 篇7
电力变压器是电力系统的重要组成部分, 变压器的安全稳定运行对于电力系统的正常运行是至关重要的, 因而, 需要有完善的变压器保护。当前, 变压器的主保护主要采用差动保护, 其原理采用的是基尔霍夫电流定律。但是, 由于励磁涌流具有差电流的性质, 因而, 如何区分变压器内部故障和励磁涌流是差动保护需要解决的核心问题。
目前, 主要采用二次谐波制动、间断角鉴别、波形对称原理等来识别励磁涌流, 其中二次谐波制动原理应用最为广泛。二次谐波制动的方法是根据励磁涌流中含有大量二次谐波分量的特点, 当检测到差电流中二次谐波含量大于整定值时就将差动继电器闭锁, 以防止励磁涌流引起的误动。但是由于无功补偿用的并联电容或超高压长输电线分布电容的存在, 使得变压器发生内部故障时也会产生很大的二次谐波。而且随着大型变压器铁心饱和磁通的下降, 使得励磁涌流的二次谐波含量降低。这将可能导致基于二次谐波制动原理的保护出现误动。而基于间断角原理的保护采用按相闭锁的方法, 在变压器合闸与内部故障时, 能够快速动作。但对于其他内部故障时, 暂态高次谐波分量会使电流波形畸变, 可能导致波宽小于整定值, 差动保护也将被暂时闭锁而造成动作延缓。此外, 基于小波变换、人工神经网络以及模糊技术的励磁涌流识别方法也有一定的应用, 但是由于励磁涌流波形特征受很多因素影响, 因而, 以励磁涌流波形特征为依据的防止励磁涌流导致的变压器差动保护误动措施, 均不能保证变压器差动保护不误动。
近年来, 不少继电保护研究人员开始跳出差动原理, 寻求变压器保护的另一出路。其中, 基于磁通特性原理、序阻抗原理、回路方程原理的变压器保护已经有一定的研究成果, 也得到了一定的应用。本文论述了基于回路方程原理的变压器保护, 介绍了变压器的回路方程, 给出了基于回路电流方程变压器保护的判据, 并分析了当前该保护所面临的问题及其解决方案。
2 基本原理
2.1 变压器正常运行及外部故障时的回路方程
如图1为双绕组单相变压器结构图, 从中可以得到变压器正常运行及外部故障时的回路方程, 如下所示:
其中, L1、L2为变压器的一、二次绕组的漏感, u1、i1为一次侧电压、电流, u2、i2为折算到一次侧后的二次侧电压、电流, ψm为主磁链。
对上式两侧分别积分并移向得:
对于变压器励磁涌流情况, 二次电流约为零, 则有:
由分析可知, 变压器正常运行、外部故障时将严格满足 (2.3) 式, 而空载合闸或过励磁时, 将满足 (2.4) 式。只要满足 (2.3) 或 (2.4) , 即可认为变压器未出现内部故障。
2.2 变压器内部故障状态的回路方程:
当变压器本身匝间短路、单相接地 (中性点直接接地Y侧) 或相间短路时, 由于故障侧线圈匝数将发生变化, 式 (2.3) 或式 (2.4) 将不再成立。例如当变压器高压侧发生匝间短路时, 其高压侧的线圈将被分为三部分如下图2所示, 必然不满足式 (2.3) 或式 (2.4) 。
3 保护判据
变压器内部故障时, 将不再满足式 (2.3) , 式 (1.4) , 故变压器内部故障判据可令为:
采用积分运算的目的是为了减小变压器故障时暂态分量的影响。
在变压器正常运行状态下 (包括励磁涌流及外部故障) , 回路平衡方程式 (3.1) 等于零;但是当变压器发生内部故障时, 由于变压器内部结构参数及绕组电流发生了变化, 式 (3.1) 不再等于零。事实上, 由于绕组电阻、漏电感等参数值存在一定的误差, 同时为保持系统电压而改变变压器分接头位置也使得变压器变比不是一个固定值, 因此在变压器正常运行状态下和外部短路状态下式 (3.1) 为一个不为零的值。故ε1 (t) 应取为不为零的整定阀值, 即当ε1 (t) ≥α时保护动作, 其中α为整定阀值。
4 基于回路方程原理的变压器保护面临的问题
基于回路方程的变压器保护原理简单, 思路清晰, 但是它也存在一定的困难。主要的问题有以下几个方面:
(1) 整定值应当如何取, 即ε1 (t) 应取多少合适。理想情况下, 变压器在正常运行、外部故障、励磁涌流时式 (2.3) 应为零。但实际上, 由于绕组电阻、漏电感等参数存在一定的误差, 电流、电压互感器存在传变误差, 铁磁材料的非线性, 以及带负荷调变压器分接头等, 使得式 (2.3) 并不严格为零, 故需选择好合适的整定阀值。为了减少各种误差因素的影响, 提高保护动作的可靠性, 利用一段时间内的均方根误差构成保护判据。
将ε1 (t) 离 (t) 化后, 用ε (k) 表示每个采样时刻点的误差, 则均方根误差可表示为:
式中:N为保护数据窗内的采样点数。
公共磁链ψm作为时间函数, 与铁芯的原始工作状态 (剩磁) 、磁滞特性和饱和状态有关, ψm与励磁电流i不是线性和单值关系, 正确处理很困难, 实际整定过程中将近似认为ψm线性。
绕组漏感L1、L2的原始数据不易获得。变压器出厂时都需要进行短路试验, 短路试验能够测得两绕组的总漏抗L12。但是要从总漏抗中分出每一绕组的漏抗L1、L2是十分困难的。实测也不方面, 而且在技术上也有困难。通常粗略的估计L1≈L2≈0.5L12, 这将有很大偏差, 使变压器无故障式 (3.1) 的ɛ1 (t) 较大, 整定阀值必须适当增大, 影响内部故障的检测灵敏度。当前, 已有人提出了通过采用最小二乘法对变压器绕组各侧漏感值进行在线实时辨识, 以提高保护算法的灵敏度。
该方法是变压器在稳态运行时, 以式 (4.2) 等式左边的量作为输出量, 电流的导数作为输入量, 各侧绕组的漏感参数作为待辨识参数, 即构成了最小二乘系统的辨识模型。
(2) 对于波形很坏的励磁涌流或过励磁电流, 如果微机保护的采样频率不高, 不能比较确切的反应电流瞬时值, 也会增大误差, 引起误动, 或者在提高阀值之后降低灵敏度。所幸当前微机保护的采样频率已有足够的高, 数字滤波等技术已经相当成熟, 基本上可以避免这一问题。
(3) 必须检测变压器各侧三相电压, 为此各侧均应装设电压互感器。还应指出高压侧电压互感器要求是电磁式, 尽可能不用电容式, 因为后者在短路暂态过程中二次电压波形严重畸变, 使误差加大, 可能引起误动作。如果限于设备条件不得不采用电容式电压互感器时, 应通过动模或现场试验, 确认没有误动行为。
5 结论
基于回路方程原理的变压器保护不需要考虑电压、电流的波形特征, 因而基本不受励磁涌流的影响, 也就突破了传统变压器差动保护无法消除励磁涌流影响的瓶颈。励磁涌流是变压器保护最棘手的问题, 而基于回路方程原理的变压器保护为变压器保护提供了新思路, 因而将会获得越来越广泛的应用。但是同时应该看到, 由于该保护本身存在着一定的问题, 保护的可靠性方面还有待研究。
摘要：差动保护是当前采用最为广泛的变压器保护, 而励磁涌流是差动保护永远也无法回避的最为棘手的问题。文章介绍了一种新型变压器保护原理, 即基于回路电流方程的变压器保护, 还介绍了变压器的回路方程, 并给出了基于回路电流方程变压器保护的判据, 分析了当前基于回路电流方程的变压器保护所面临的问题及一些解决方案。
关键词：变压器保护,回路电流方程,最小二乘法,励磁涌流
参考文献
[1]黎功华, 罗建, 杨浩.基于绕组不平衡参数回路方程的变压器保护原理[J].电力系统自动化, 2008, 32 (6) :91-94.
[2]郝治国, 张保会, 褚云龙, 等.基于等值回路平衡方程的变压器保护原理[J].中国电机工程学报, 2006, 26 (10) :67-72.
[3]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京:中国电力出版社, 1996.