線路故障重合時對變壓器差動保護的影響分析

1、第32卷第5期華電技術Vol .32No .52010年5月Huadian Technol ogyMay .2010線路故障重合時對變壓器差動保護的影響分析彭鵬1,梁衛(wèi)1,殷琮2,盧志剛3(1.華電貴州烏江渡發(fā)電廠,貴州遵義563104;2.貴州電力調度通信局,貴州貴陽550002;3.貴州大學電氣工程學院,貴州貴陽550025摘要:烏江渡發(fā)電廠#0變壓器發(fā)生近區(qū)故障,故障切除后線路保護再次重合到故障點,對變壓器差動保護動作的原因進行了分析,得出了在特定合閘時刻,變壓器差動保護在近區(qū)故障時存在動作的可能性的結論,提出了相應的解決措施。關鍵詞:重合閘;變壓器差動;動作中圖分類號:T M 403.

2、5文獻標志碼:B 文章編號:1674-1951(201005-0047-04 收稿日期:2010-01-150引言變壓器外部近區(qū)發(fā)生故障,在切除故障恢復過程中,由于恢復性涌流和CT 誤差電流的共同作用,差流波形可能更為對稱,從而使二次諧波比更小,造成差動保護誤動1。另外,有關資料統(tǒng)計表明,原因不明的變壓器差動保護誤動或多或少與CT 暫態(tài)飽和有關,特別是比率制動特性差動保護在P 級CT暫態(tài)飽和情況下可能誤動2。在變壓器近區(qū)發(fā)生線路故障時,重合閘對變壓器差動保護動作的理論方面的文獻資料較少,本文根據現場實際工作情況,通過分析與總結,提出了變壓器近區(qū)故障時,線路重合閘對變壓器差動保護的影響及對策。1

3、故障經過烏江渡發(fā)電廠#1廠電氣接線方式為發(fā)電機變壓器組單元接線,110k V 和220kV 母線為單母分段,#1機經#1B 升壓后帶110kV 六回直饋線負荷,#2、#3機經#2B 、#3B 升壓至220kV,通過三回220kV 線路與主網聯接(其中江陽雙回經開陽變、江盤線經盤角變至息烽變與500kV 主網聯接,110k V與220k V 系統(tǒng)通過#0B 聯絡運行。電氣主接線圖如圖1所示。2009年7月14日16時3分,220kV 江陽回圖1烏江渡發(fā)電廠#1廠電氣主接線圖205線路B 相發(fā)生近區(qū)永久性接地故障,江陽回205線路主一、主二保護動作跳B 相,重合閘動作后保護加速跳三相。在205線路

4、開關重合于故障點時,#0變壓器A 套差動保護同時動作出口,跳#0變壓器高、中壓側開關。2一次設備檢查分析及處理情況2.1#0主變壓器及其相關附屬設備檢查情況#0B 保護動作后,對#0B 本體、瓦斯繼電器、壓力釋放閥及相關附屬設備進行外觀檢查(正常,對48華電技術第32卷#0B及200開關、電纜、CT、終端及100開關穿墻套管等進行絕緣試驗(合格,進行#0B變壓器油色譜測試及直阻測試(正常。#0B變壓器油色譜試驗數據見表1。表1#0B變壓器油色譜試驗數據時間CH4C2H4C2H6C2H2 2009-07-14T20:25 1.87 1.130.7602009-07-15T08:46 2.18 1

5、.120.650時間H2CO CO2C1+C2 2009-07-14T20:2518.3187587 3.762009-07-15T08:4618.4192611 3.95對#0B變壓器檢查結果及試驗數據進行分析,確認變壓器本體無故障,在全面檢查試驗正常后,于2009-07-15T19:6投入運行正常。2.2220k V GI S江陽回205出線隔室故障分析及處理205線路保護動作跳閘后,對線路一次所屬設備外觀進行詳細檢查,未見異常。結合保護報告及故障發(fā)生時205出線GI S隔室瞬間發(fā)氣壓異常信號(6m in后氣壓恢復正常的現象,測量出線隔室段絕緣:A相,440G;B相,1.15M;C相,96

6、5G,判定故障點發(fā)生在205出線B相GI S組合電器隔室內。打開GI S套管引出線,發(fā)現GI S出線絕緣子通盆局部炸裂、脫落,隔室內底部堆積1層較厚粉末,水平導電桿末端接近均壓環(huán)處下部有一殘缺物,盆式絕緣子表面部分發(fā)黑,有強電弧作用的跡象,均壓罩完好。分析殘缺物為絕緣破壞過程中爆裂彈出的絕緣子,粉末為SF6氣體在絕緣受損過程中的分解物。3保護裝置動作情況3.1江陽回205線路保護動作情況205線路保護報告:2009-07-14T16:03,江陽回205線路B相永久性接地故障,205線路保護4m s工頻變化量阻抗、38m s主保護動作跳B相, 1061m s重合閘動作出口,重合于永久性接地故障,

7、 1155m s距離加速動作跳三相。故障測距0k m,205線路故障電流8462A,故障持續(xù)時間40m s,重合后故障持續(xù)時間50m s,線路保護動作行為正確。3.2#0主變壓器保護動作情況烏江渡發(fā)電廠#0B保護采用國電南京自動化股份有限公司生產的PST-1202A型數字式變壓器保護裝置,其中A套為二次諧波比率制動原理的差動保護,B套為波形對稱原理的差動保護。二次諧波比率制動保護動作判據:(1差動保護最小動作(啟動電流電流Icd按大于變壓器額定負載時的不平衡電流整定,整定為I cd=1.07A。(2差動速斷保護元件動作判據I dI sd,式中:Id為變壓器差動電流;Isd為差動速斷保護定值,按

8、躲過變壓器初始勵磁涌流或外部短路最大不平衡電流整定,整定為Isd=17.9A。(3二次諧波制動元件動作判據I2I dN ec,式中:I2為差動電流中的二次諧波含量;Nec為差動保護二次諧波制動系數,取0.2。(4比率制動元件動作判據I cddI cd,I zddI zd,式中:Icdd為變壓器差動電流;Icd為差動保護電流定值;Izdd為變壓器差動保護制動電流;Izd為差動保護比率制動拐點電流定值。保護軟件已設為高壓側額定電流,整定為Ig= I gn/n CT=3.579A(I gn為主變壓器高壓側額定電流; n CT為電流變比 ;K1,K2為比率制動的制動系數,軟件設定為K1=0.5,K2=

9、0.7。比率制動特性如圖2所示。圖2比率制動特性初次故障時,#0B高、中壓側B相出線有電流且波形為正弦波,三相差電流較小,后備保護啟動,未達到差動保護動作條件,差動保護未動作。當205線路保護切除故障,系統(tǒng)恢復正常,重合閘動作再次重和于205線路時,保護裝置(PST-1202A動作報告:#0變壓器保護A相差流5.547 A,制動電流7.4A;B相差流5.428A,制動電流6.899A;C相差流0.2A,制動電流0.6A。軟件分析有二次諧波含量,A相為18.9%,B相為15.2%,均小于20%。A,B相滿足差動保護動作條件。#0變壓器差動保護A套(諧波制動原理:0m s 后備保護啟動,1144m

10、 s差動保護啟動,1171m s差動保護動作出口跳#0主變壓器高、中壓側開關。動作時序圖如圖3所示。第5期彭鵬,等:線路故障重合時對變壓器差動保護的影響分析49 圖3保護動作時序圖#0變壓器差動保護B 套(波形對稱原理:0m s 后備保護啟動,1144m s 差動保護啟動,因檢測到電流波形不對稱而閉鎖差動保護。對一次、二次設備進行檢查分析,查明一次故障點并消除;同時,重點對保護CT 伏安特性、5%誤差曲線測試及保護裝置試驗正常,保護裝置小CT 疊加交、直流試驗未出現飽和現象。實際測試二次負載阻抗為2.7左右,二次負載阻抗稍偏大,整個二次系統(tǒng)未見異常。從保護動作時序圖和#0B 保護裝置動作報告可

11、知,初次故障切除至恢復過程中,#0B 差動保護未動作,為什么在重合閘動作重和于205線路故障時,#0B 差動保護動作呢?4#0B 差動保護動作原因分析電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時,短路故障電流由短路電流的強制分量和自由分量組成3。其強制分量與外加電源電勢有相同的變化規(guī)律,也是恒幅值的正弦交流,習慣稱周期分量;而自由分量與外加電源無關,它是按指數規(guī)律衰減的直流,亦稱非周期電流。非周期電流初值的大小同短路發(fā)生的時刻有關,即與短路發(fā)生時電源電勢的初始相角(或合閘角有關。為了說明非周期電流對保護的影響,作者對前后2次故障錄波數據波形和故障B 相電壓波形進行分析,波形圖如圖4、圖5、圖6、圖7所示。圖4第1次

12、故障時#0B 錄波報告顯示:00m s 后備保護啟動(高壓側HB3CP U2。模擬量通道:I a =I b =I c =17.00A /格,3I o =17.00A /格,I o =17.00A /格,U a =U b =U c =156.00V /格,3U o =321.01V /格。I a ,I b ,I c 為#0B 高壓側電流;3I o 為零序電流;U a ,U b ,U c 為#0B 高壓側電壓。圖5第2次#0B 故障錄波報告顯示:00m s 差動50華電技術第32卷保護啟動(差動保護13CP U1,27m s 差動保護出口(差動保護13CP U1。I cda =5.547A ,I

13、cdb =5.428A,I cdc =0.227A;I zda =7.417A,I zdb =6.899A,I zdc =0.668A;I a2=0.599A,I b2=0.486A,I c2=0.158A 。模擬量通道:I a1=I b1=I c1=I a2=I b2=I c2=31.00A /格,其中:I a1,I b1,I c1為#0B 高壓側電流;I a2,I b2,I c2為#0B 中壓側電流。對圖4、圖52次故障錄波數據及波形進行分析:第1次故障時,B 相故障電流波形為正弦波,但有偏移現象,說明除有短路電流周期分量外,還存在一定的非周期直流分量(在母線保護錄波中也發(fā)現有很大的直流分

14、量,其非周期直流分量的大小是影響電流波形偏移的主要原因。而第2次故障時,B 相故障電流波形為什么會偏移和畸變呢?從圖6、圖7(圖中左邊光標為電壓過零時刻,右邊光標為故障初發(fā)時刻2次故障電壓波形可以分析得出:第1次故障B 相電壓波形,短路初相角為63.7,最大非周期分量約為穩(wěn)態(tài)電流幅值的44%,一次電流非周期分量最大幅值為0.44I pm 。當第2次重合于B 相故障時,初相角為31.6,最大非周期分量約為穩(wěn)態(tài)電流幅值的85.2%,其一次電流非周期分量最大幅值為0.852I pm 。因一次系統(tǒng)時間常數較大、衰減較慢,對CT 暫態(tài)特性造成影響,使CT 二次電流波形出現畸變。外部故障切除時T A 局部

15、暫態(tài)飽和對變壓器差動保護的影響及對策一文中試驗結果顯示4:測試CT 電流傳變特性試驗中,分別加交流、疊加直流和交流,并調整它們的幅值進行試驗,結果發(fā)現交、直流幅值變化對CT 傳變電流特征存在有相位差或波形畸變的影響。工頻分量與非周期分量數量級相當時,二次電流特征與平常所見到的外部故障電流下的CT 暫態(tài)飽和特征相似(如圖8所示。表2為電流互感器所反映的電流特征。 圖8CT 傳變電流波形因此,當205線路開關重合于永久性故障時,短路初相角小,產生非周期直流分量較大,從而使#0B 保護CT 傳變特性受到影響,在CT 二次電流傳變過程中出現波形偏移和畸變,是導致差動保護動作的表2電流互感器測試表直流交

16、流電流特征直流交流電流特征5A 1A 相位差408A 15A 波形畸變8A 1A 相位差700A15A基本正常傳變5A5A波形畸變主要原因。#0主變壓器高壓側CT 隨GI S 一并投運,已近30年。隨著電網的發(fā)展,原有的4組CT 已不能滿足變壓器保護、母差保護及安穩(wěn)等裝置獨立使用的要求,其CT 二次側存在負載串聯使用的情況;同時,變壓器保護所用CT 為600/5,50V A ,受安裝位置影響,二次負載阻抗偏大,在一次短路電流包含很大非周期分量的情況下,對CT 傳變特性有一定影響,這是導致差動保護動作的間接原因。綜合以上分析可知:在205線路重合于近區(qū)B 相永久性故障時,因非周期直流分量較大,C

17、T 特性不好,二次負載阻抗偏大,使#0變壓器高壓側故障電流在傳變過程中出現波形畸變引起差流;同時,電流中二次諧波分量未達到整定閉鎖值,從而造成A 套差動保護動作跳閘。5采取的措施針對此次故障所引起的變壓器差動保護動作情況,應采取以下有效措施,避免線路重合閘重和于變壓器近區(qū)故障時變壓器差動保護誤動。(1將#0主變壓器高壓側保護CT 變比由600/5,50V A 改為1200/5,100V A ,避免CT 共用、二次阻抗偏大帶來的傳變誤差,從而能真實反映一次實際故障電流,保證CT 電流特征在傳變過程中不出現波形畸變或相位差現象,保證保護正確動作。(2在滿足保護靈敏度的前提下,將諧波制動原理的差動保

18、護二次諧波制動系數(N ec =0.150.2由原來的0.2降低至0.15,以提高變壓器差動保護抗區(qū)外近區(qū)故障能力。(3整體改造GI S 設備,采用抗暫態(tài)飽和特性較好的CT,將二次繞組分離獨立工作,徹底解決老設備上存在的問題。(4變壓器差動保護的軟件需做進一步改進。6結論變壓器外部故障切除后產生的電壓恢復性涌流可能會造成差動保護誤動,在重合閘重合于永久性故障時,受合閘角、故障非周期分量的影響,易使CT 傳變特性發(fā)生變化。合閘角越小,(下轉第53頁第5期陳樂:真空泵系統(tǒng)調試問題及解決方法53真空泵電氣控制回路恢復初始狀態(tài),啟動指令的存在又重新啟動真空泵。找出問題的原因后,提出2種改進方法:一種是

19、將事故跳閘按鈕停止信號就地接入LOG O P LC 的D I 點作為真空泵跳閘的一個條件,通過P LC 發(fā)出停機控制指令使真空泵停止運行;另一種是保留事故跳閘按鈕硬接線回路,修改真空泵啟、停邏輯,在真空泵啟動運行之后將啟動指令復位,通過原有控制回路使其停機。為了在P LC 出現故障的情況下也能緊急停機,決定采用第2種方法修改真空泵啟、停控制邏輯,增加真空泵的運行和停止信號(如圖4中虛線所示,利用真空泵啟動和停止之后的狀態(tài)返回信號來復位啟動和停止指令。真空泵的電氣控制回路一般都帶有自保持控制功能,在復位啟、停指令后仍能保持原來的工作狀態(tài),而不影響真空泵的運行。通過邏輯修改后,再次進行相關試驗,上

20、述問題未再出現且真空泵啟、停正常,符合設計要求。 圖4真空泵啟停邏輯2.3補水電磁閥不能正常打開問題真空泵氣水分離器補水電磁閥不能正常打開,需要人工手動打開旁路閥給分離器補水。經過現場檢查,發(fā)現分離器內安裝的浮球液位開關積滿泥垢,造成磁感應開關不能正常動作,致使分離器處于低液位時P LC 沒有接收到低液位信號,發(fā)出打開補水電磁閥的控制指令,使電磁閥自動開啟。事后,對液位開關清除泥垢,補水電磁閥恢復正常工作。由于浮球液位開關安裝分離器內容易受水質的影響,可考慮在磁性翻板液位計外側低液位和高液位處各安裝一個磁感應液位開關替代浮球液位開關,從而更加簡單、安全、可靠。3結論和建議經過對上述問題的解決和

21、處理,確保了機組真空系統(tǒng)的正常投運,使機組順利地通過了72h 試運行并移交生產。然而,在真空泵的啟動調試過程中,發(fā)現就地控制P LC 內部邏輯較為簡單、不夠完善,嚴重影響了真空泵的正常運行。建議電廠重要輔機設備的控制交由主機DCS 來實現,現場只設設備工作狀態(tài)指示燈和事故跳閘按鈕,不設就地啟、?？刂啤⒄婵毡孟到y(tǒng)現場測點和控制信號全部引入到DCS 中,一方面有利于運行人員遠方監(jiān)視現場設備狀態(tài),另一方面2臺真空泵之間的聯鎖和保護控制可以通過DCS 實現。另外,利用DCS 內部完善的控制邏輯組態(tài)(如電動機、電動門等發(fā)電廠專用的控制功能模塊能更好、更經濟地實現對重要設備的控制,以保證機組安全穩(wěn)定運行

22、。參考文獻:1胡光,張欣,林柏,等.中小型機組真空系統(tǒng)射水抽氣器改造為水環(huán)式真空泵的可行性研究J .黑龍江電力,2002,24(1:32-34.2王琥,王文彬,溫秀峰.1,2號機組真空泵控制系統(tǒng)改造J .內蒙古電力技術,2004,22(5:94-96.(編輯:白銀雷作者簡介:陳樂(1976,男,廣東陽江人,助理工程師,從事火力發(fā)電廠熱工儀表及控制裝置調試和試驗方面的工作。(上接第50頁非周期直流分量越大,造成波形畸變和偏移就越大,從而導致變壓器差動保護動作的可能性就越大。保護的安全性并非只與保護裝置本身的性能有關,它關系到一次、二次設備全局系統(tǒng)工程,應引起保護專業(yè)人員的注意,同時也應加強對變壓

23、器差動保護抗區(qū)外近區(qū)故障能力的研究。參考文獻:1張曉宇,畢大強,蘇鵬聲.變壓器外部故障切除后差動保護誤動原因的分析J .繼電器,2006,34(1:5-9.2浦南楨,瞿學鋒,袁宇波,等.P 級T A 飽和對數字式比率制動特性差動保護的影響J .電力自動化設備,2003,23(4:76-80.3何仰贊,溫增銀.電力系統(tǒng)分析M .武漢:華中科技大學出版社,2002.4袁宇波,陸于平,許揚,等.外部故障切除時T A 局部暫態(tài)飽和對變壓器差動保護的影響及對策J .中國電機工程學報,2005,25(10:12-17.(編輯:劉芳作者簡介:彭鵬(1968,男,重慶涪陵人,高級工程師,工學碩士,從事電廠安全

24、生產管理方面的工作。梁衛(wèi)(1968,男,四川合川人,工程師,從事電廠生產技術管理方面的工作。殷琮(1968,女,貴州貴陽人,高級工程師,從事繼電保護裝置運行與管理方面的工作。盧志剛(1963,男,貴州興義人,教授,從事電力系統(tǒng)暫態(tài)分析與研究方面的教學工作。82 Abstracts 第 32 卷 10 - 05 - 41 M ea sures for preven tive sa tura tion of curren t tran sform er in relay protection dev ices 1 1 1 ZHO U Huan 2rong , CHEN Q i , L I B in

25、 g 2jun , SO NG 2 Y un ( 1. Guodian Nanjing Automation Corporation L im ited, Nanjing 210003, China; 2. Nanjing Zem ing Electronic Corpora2 tion L i ited, Nanjing 210003, China m Abstract: In the power system and the large or medium genera2 tor2 transformer set w ith the voltage level higher than 35

26、 kV , the short circuit fault current often includes two components: one of them is the periodic component with the power frequency, and the other is aperiodic component, which is damped along w ith tim e ( it called direct current component someti es . This char2 m acteristics of the fault current

27、are easily to cause saturation of the secondary w indings of CT in p rotection devices, and further cause the p rotection incorrectly tripp ing or refusing to trip. The Y UAN X iong 2jun , L IU L i , HU Y i2zhang , ZHAO Ya 2li ( 1. North China Power Engineering (Beijing Corporation L im it2 ed, Beij

28、ing 100120 , China; 2. Tianjin Jundian Power and Heat 1 1 2 2 p rocess and the reason of CT saturation were analyzed, and rele2 vant p rotective measures were put forward, and the reliability of odic component; CT saturation Generation Corporation L im ited, Tianjin 300300 , China Abstract: The tech

29、nical performance and the econom ical effi2 ciency of several common configuration schemes of the conden2 sate pump configuration for cogeneration unit were compared. 1 1 2 3 PENG Peng , L I ANG W e i , Y IN Cong , L U Zh i2gang ( 1. Huadian Guizhou W ujiangdu Power Plant, Zunyi 563104, Chi2 na; 2.

30、Guizhou Electric Power D ispatch and Communication Bu2 reau, Guiyang 550002, China; 3. Electric Engineering School of Guizhou University, Guiyang 550025, China Abstract: The short2line fault was occurred in transformer No. 0 of W ujiangdu Power Plant After the fault was cleared, the line . p rotecti

31、on was reclosed into the fault point The reason, which . caused the transformer differential p rotection to act, was ana2 lyzed. The analysis show s that in certain reclose ti e, when the m short2line fault occurred, the transformer differential p rotection could act in certain p robability The rele

32、vant solving measures . 10 - 05 - 44 D iscussion of the conden sa te pum p conf igura tion schem es for power and hea t cogener2 a tion un it 10 - 05 - 47 I nfluence of li e fault reclosin g on n tran sform er d ifferen ti l protection a The op tim ized configuration scheme of the condensate pump fo

33、r cogeneration unit was p roposed. Key words: cogeneration unit; condensate pump; variable fre2 quency; m inim um annual cost method Key words: field bus control technology; bus p rotocol; intelli2 gent field device the p rotection was enhanced. Key words: relay p rotection; current transformer ( CT

34、 ; aperi2 used i dom estic therma l power plan t were put for2 n ward. were put forward. Key words: reclose; transformer differential p rotection; act 10 - 05 - 51 Problem s in vacuum pum p system debug and solv in g m ethods CHEN L e ( Guangdong First Electric Power Engineering Bu2 reau, Guangzhou

35、510735, China Abstract: Combining w ith the field p ractical situation, the p rob2 lem s faced in the course of debug of vacuum pump system were analyzed. The relevant solving methods were p roposed, and the vacuum pump operates normally . Key words: vacuum pump; control; debug ZHANG M eng2 eng, D E

36、NG Chao2xu, CAO Ha i2bo ( Yaomeng m Power Generation Corporation L im ited, Pingdingshan 467031, China in boiler cold start, in low load operation and in the p rocess of shutdown w ith variable parameters were analyzed. A im ing at the Abstract: The p rincip le of the tiny2 ignition technology was o

37、il introduced, and the reformation scheme of the tiny2 ignition oil p roblem s occurred in p ractical app lication, the solving scheme was put forward. The reformation accumulated some experiences for the reformation of tiny2 system of si ilar units oil m . Key words: boiler; tiny2 oil ignition tech

38、nology; oil saving; steady combustion W ANG Y ong, Y U D e2chao ( Hunan Huadian Changsha Power Generation Corporation L im ited, Changsha 410203, China reformation p rocess in Hunan Huadian Changsha Power Genera2 QI AO Feng ( Gansu Province Baiyin City J inghui Electric Pum 2 p ing Irrigation Project M anagement Bureau, Baiyin