变压器差动保护GCT100102技术说明书Word文件下载.docx
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冷却消失(开入信号)
压力释放(开入信号)
温度过高(开入信号)
温位降低(开入信号)
2保护原理
2.1概述:
变压器是变电站的主要设备,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间的匝间短路、单相绕组和铁芯间绝缘损坏而引起的接地短路、引出线的相间短路、引出线的接地短路等。
变压器不正常的工作情况有:
由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。
一般地,以差动保护作主保护,主变的后备保护作为出线拒动时的后备保护,非电量保护作为主保护的一种补充保护。
并列运行的变压器,对6.3MVA及以上厂用变压器和并联运行的变压器,10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器,以及2MVA及以上电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器,应装设纵联差动保护。
变压器在正常运行时,理论上流入功率和流出功率是相等的,在主变两侧电压变化很小,且现场的二次CT变比、接线方式和额定电流不变时,高低压侧的电流在大小和方向上存在一定的比例和相角关系;
只有在变压器的内部或外部发生短路时,这种比例关系才可能发生变化。
我们可以对这种关系加以利用,结合一定的制动条件,组成反映变压器内部短路(区内故障)的差动保护。
在电磁式保护中,我们可以直观看到保护的原理。
我们假设变压器的变比为K,△/Y接线,对于差动保护的高压侧和低压侧CT,采取高侧CT变比/低侧CT变比等于1/K的二次CT变比关系和对应的Y/△接线的接线方式,就完全校正了由于接线方式和CT变比引起的高低压侧二次电流的幅值和相位差,此时,采取反极性接法,理想情况则有高压侧电流+低压侧电流=差动电流=0。
即当差动电流为0时,认为变压器处于正常工作状态。
实际情况下,差动电流不可能为0,则在差动电流小于某个值时认为变压器出于正常状态。
三卷变压器的情况也是类似的。
在微机保护中,由于可以通过算法而不用通过电路形式将变压器两侧(或三侧)的二次电流进行折算,所以差动保护二次部分的接线可以大大简化,同时对于CT变比的比例关系也没有严格的要求。
2.2差动速断保护
在严重内部短路故障时,短路电流很大的情况下,电流互感器将会严重饱和而使交流暂态传变严重恶化,电流互感器的二次侧在电流互感器严重饱和时基波为零,高次谐波分量增大,比率制动的微机差动保护将无法反映区内短路故障,因此配有差动速断保护,它是差动电流过电流瞬时速断保护,没有制动量,在电流互感器还未严重饱和,能实现快速正确的切除故障。
2.3比率制动式差动保护
2.3.1比例制动——区分内、外故障,按照分相设置
在变压器外部(低压侧)发生短路时由于低压侧电流突然增大,而高压侧电流经过变压器后变化速度将低于低压侧变化速度,从而会产生不平衡电流。
为了在区外故障时保护不误动,引入比例制动的概念。
在变压器内部发生短路时,高低压侧的电流是反方向的;
而当变压器的外部短路时,高低压侧的电流是同方向的,这就是变压器区内和区外故障的最大不同之处。
当外部故障时,制动系数K=差动电流Id/制动电流Ir将会比较小,而当区内故障时,这一比例值将很大。
在下图中可以看到,在制动电流(Ir)没有达到拐点电流值(Iro)之前,只要差动电流(Id)达到门槛值(Ido)以上,差动保护就动作,动作曲线是一条平行与横轴的线段(A—B);
在制动电流(Ir)超过拐点电流(Iro)而差动电流(Id)达到门槛值(Ido)但是没有达到速断值(Iq)时,按照一定比例关系判断进入动作区还是不动区(比例制动),动作曲线是一条斜率为tgα的倾斜线段;
差动电流达到速断值(Iq)后,差动不考虑制动条件直接出口,动作区变成和横轴平行的一条直线,进入差流速断区。
动作区:
其中:
——高侧电流
——中侧电流
——低侧电流
——差动电流
——制动电流
2.3.2二次谐波闭锁——鉴别励磁涌流
当变压器在空载投入或负荷突然增大时,需要对变压器进行励磁,此时高压侧电流将在一定时间内远大于低压侧电流,从而产生大的不平衡电流,可能会使差动保护误动作。
此时为了判断是变压器内部短路应该跳闸,还是励磁涌流引起的差动电流应不跳闸,引入了二次谐波制动的概念。
有励磁涌流时,高压侧电流将从正弦波畸变为尖顶波,含有大量谐波分量,而其中最主要的谐波是二次谐波;
而当内部短路时,是不会有这么大的二次谐波分量的。
所以我们可以通过二次谐波占高压侧基波的百分比大小来判断变压器是否真的发生区内故障。
这个比例系数称做二次谐波制动系数,一般取0.15~0.30(经验值)。
当二次谐波占高压侧基波的比率超过整定的二次谐波制动系数时,差动保护将不会动作,反之可能动作。
二次谐波闭锁采用分相制动方式,即本相涌流判据只对本相保护实现制动。
——
,
——二次谐波闭锁系数
为了在变压器内部发生比较严重故障时避免二次谐波制动引起的差动保护延迟动作,装置设置了二次谐波制动开放值,当差动电流大于该值时,比率差动保护将自动取消二次谐波制动的约束。
2.3.3差流越限告警
差动电流达到一定大小,超过正常值,应当引起运行人员的注意,因为此时有可能是变压器内部发生了非严重放电情况。
装置会在计算得到的差动电流大小达到差流越限值且大不到差动跳闸条件时发差流越限告警信号。
2.3.4抗CT饱和
区外短路故障时,若一侧电流互感器出现饱和,则差动回路中不平衡电流增大,容易导致差动保护误动作。
为了有效抗外部短路故障电流互感器暂态、稳态饱和带来的影响,装置采取了如下两项措施。
a.在比率制动特性上增加一段抗饱和特性,如上图所示,其作用在于外部发生短路有大的穿越电流流过时抗TA暂态饱和。
TA饱和有一个过程,饱和初始的这一段时间里,一次差动电流和制动电流是能够被正确反应的。
在区外短路的初始,Id和Ir将沿着差动保护动作特性图中的AB线进入附加制动区,此时装置将闭锁差动保护设定的时间后再开放。
b.为了防止电流互感器的稳态饱和,采用检测相电流中的三次谐波分量对比率差动进行闭锁。
当下式满足时:
表示该相电流互感器已经饱和,闭锁与该相电流有关的比率差动保护。
2.3.5差动保护逻辑图
2.4CT断线闭锁
在CT回路断线的情况下,由于对应相差流的增大,差动保护将启动,而此时变压器本身并无故障,所以需要闭锁差动保护出口。
CT断线保护投入受CT断线控制字控制,CT断线闭锁差动保护出口受断线闭锁控制字控制。
(1)
且
(2)相电流
(3)
为相电流突变量
为A,B,C三相差流值
为比率差动保护动作门槛值
为额定电流
为前一次测量电流
为当前测量电流
为无流相的差动电流
为无电流门槛,取0.04倍的CT额定电流
以上条件同时满足判为CT断线
2.5过负荷保护
过负荷保护有三种:
过负荷告警、过负荷闭锁有载调压和过负荷启动风冷。
它们各有独自的启动值、动作时限和出口。
其原理相同,均为三相式。
过负荷告警逻辑如下图所示:
3定值整定
3.1定值范围
装置定值包含系统参数和保护定值,其中,系统参数为一套公用,而保护定值共有4套,对应的定值区号为1、2、3、4。
整定时,未使用的保护功能应退出压板,使用的保护功能投入压板,并对相关的控制字、电流、电压及时限定值进行整定。
保护定值见表3-1
表3-1保护定值范围表
定值代号
定值名称
定值范围
KG1
控制字1
见说明
KG2
控制字2
备用
IQD
突变量启动电流门槛
0.2Ie~1.0Ie
KPM
中压侧差动平衡系数
见整定说明
KPL
低压侧差动平衡系数
ISD
差动速断电流门槛
6.0Ie~20.0Ie
ICD
差动电流动作门槛
0.3Ie~0.6Ie
IGD
比率制动特性拐点电流
0.8Ie~1.2Ie
IFJ
附加制动区拐点电流
4.0Ie~20.0Ie
TFJ
附加制动扩展时间
0.0~99.99S
10
KBL
比率制动特性斜率
0.3~0.7
11
KXB
二次谐波制动比
10%~30%
12
IKF
二次谐波制动开放定值
13
KXB3
三次谐波制动比
14
ICL
差流越限告警门槛
0.2ICD~0.5ICD
15
TCL
差流越限延时
16
IHL
高压侧过负荷定值
0.1Ie~20.0Ie
17
THL
高压侧过负荷延时
18
IML
中压侧过负荷定值
19
TML
中压侧过负荷延时
20
ILL
低压侧过负荷定值
21
TLL
低压侧过负荷延时
22
IHF
高启动通风定值
23
THF
高启动通风延时
24
IMF
中启动通风定值
25
TMF
中启动通风延时
26
ITY
闭锁调压定值
27
TTY
闭锁调压延时
说明:
电流Ie为变压器高压侧二次额定值,
。
其中:
Se-变压器额定容量;
Ue_H-高压侧一次额定电压;
nH-高压侧CT变比
3.2系统参数
变压器接线型式定义见表3-2,系统参数范围见表3-3
表3-2变压器接线型式定义
KMD
含义
无校正
Y/YY0/Y/Y
Y/Δ-11Y0/Δ/Δ-11
Y/Δ-1Y0/Δ/Δ-1
Y0/Δ-11Y0/Y0/Δ-12-11
Y0/Δ-1Y0/Y/Δ-12-1
表3-3系统参数定值表
系统参数
参数范围
步长
变压器容量
0-50000KVA
1KVA
变压器接线型式
0-5
高压侧额定电压
1-250KV
1KV
中压侧额定电压
低压侧额定电压
高压侧CT额定一次值
50-3000A
1A
高压侧CT额定二次值
1-5A
/
中压侧CT额定一次值
中压侧CT额定二次值
低压侧CT额定一次值
低压侧CT额定二次值
RS485网地址号
0~255
RS485网波特率
2400~9600
IP地址
子网掩码
网关地址
/
遥信1去抖时间
0-32000ms
1ms
遥信2去抖时间
遥信3去抖时间
遥信4去抖时间
遥信5去抖时间
遥信6去抖时间
遥信7去抖时间
遥信8去抖时间
遥信9去抖时间
遥信10去抖时间
遥信11去抖时间
遥信12去抖时间
28
遥信13去抖时间
29
遥信14去抖时间
30
遥信15去抖时间
31
遥信16去抖时间
3.3压板整定信息
控制字定义见表3-4
表3-4控制字定义
位
置1含义
置0含义
D0
三圈变
两圈变
D1
D2
差动速断保护投入
差动速断保护未投入
D3
比率差动保护投入
比率差动保护未投入
D4
抗TA饱和投入
抗TA饱和未投入
D5
差流越限告警投入
差流越限告警未投入
D6
TA断线检测投入
TA断线检测未投入
D7
TA断线退出比率差动保护
TA断线不退出比率差动保护
D8
高压侧过负荷告警投入
高压侧过负荷告警未投入
D9
中压侧过负荷告警投入
中压侧过负荷告警未投入
D10
低压侧过负荷告警投入
低压侧过负荷告警未投入
D11
高压侧启动通风投入
高压侧启动通风未投入
D12
中压侧启动通风投入
中压侧启动通风未投入
D13
高压侧闭锁调压投入
高压侧闭锁调压未投入
D14
D15
3.4定值整定说明
A.IQD为相电流差突变量启动定值,一般选取为0.2In,有时为了考虑提高启动灵敏度,可整定为0.1In。
B.KPM,KPL分别为中压侧及低压侧平衡补偿系数,设变压器高中低压侧二次额定电流分别为IHe,IMe,ILe,补偿时以高压侧二次电流为基准,则平衡系数为:
中压侧
低压侧
C.附加制动功能和三次谐波闭锁功能是针对TA饱和的情况而设置,其中附加制动定值IFJ,TFJ是为了抗TA暂态饱和而设置的(具体见保护原理),建议将IFJ整定为10In,TFJ整定为40ms,如果不用该功能,建议将IFJ整定为20In,TFJ整定为0。
三次谐波闭锁针对TA稳态饱和的情况,三次谐波制动比KXB3建议整定为10%~30%,如果不用该功能,建议整定为1。
如果抗TA饱和控制字设置为退出,附加制动功能和三次谐波闭锁功能自动退出。
D.控制字D6位,当TA断线退出比率差动设置为投入时,表示发生TA断线后比率差动保护不再动作,当TA断线退出比率差动设置为退出时,表示TA断线不影响比率差动保护。
E.系统参数中变压器接线型式的设置,当变压器各侧TA二次回路均Y接时,按照变压器的实际绕组接线型式整定该值,软件可以实现差流的相位自动校正。
对于“常规”接线的情况,即“TA接线采用星侧角接,角侧星接”的情况,应选择“无校正”。
F.二次谐波制动开放定值IKF设置的目的是为了防止变压器发生严重内部故障时,二次谐波制动可能延缓保护的动作。
建议整定为6In。
当差动电流超过此定值时,比率差动不受二次谐波制动的影响。
当不用此功能时,建议整定为20In。
G.差动速断的整定值以躲过最大不平衡电流和励磁涌流来整定,一般不小于变压器额定电流的6倍,如果灵敏度够的话,整定值不小于变压器额定电流的7-9倍较好。
H.比率差动定值:
Ido――差动电流门槛定值为(0.3-0.6)In
Iro――拐点制动电流定值为<
1.0In
——制动系数推荐为0.5,以最大负荷侧为制动量
I.差流越限定值一般取差流门槛值的0.5倍。
J.二次谐波闭锁系数
推荐为0.15,二次谐波制动开放值推荐为6In。
3.5应用举例
3.5.1定值计算举例:
已知变压器参数如下:
额定容量Se=31.5MVA;
变比(110±
4×
2.5%)/(38.5±
2×
2.5%)/11kV;
接线Y/Y/△-11点;
高侧CT变比:
200/5,KH=40;
中侧CT变比:
500/5,KM=100;
低侧CT变比:
2000/5,KL=400;
IHe=31500KVA/(√3×
110KV×
40)=4.14A
IMe=31500KVA/(√3×
38.5KV×
100)=4.72A
ILe=31500KVA/(√3×
11KV×
400)=4.13A
CT均为Y接形式
A.装置“保护定值”项目中:
1)公用定值:
a、突变量启动值:
0.8A
(IQD为相电流差突变量启动定值,一般选取为0.2In,有时为了考虑提高启动
灵敏度,可整定为0.1In。
)
b、差动平衡系数
低压侧:
1.00
中压侧:
0.88
(KPM,KPL分别为中压侧及低压侧平衡补偿系数,设变压器高中低压侧二次额定电流分别为IHe,IMe,ILe,补偿时以高压侧二次电流为基准,则平衡系数为:
低压侧
式中:
分别为中,低压侧平衡补偿系数,补偿时将中、低压侧电流分别与相应的平衡系数相乘,折算至高压侧,差动电流和制动电流的有关运算均是在电流相位校正和平衡补偿的基础上进行的)
c、三卷变压器:
投
2)差动定值:
a、速断值:
24.9A差动速断:
投
b、比例差动:
启动值:
2A拐点值:
3.7A斜率:
0.5
c、附加制动区:
拐点值:
90A延时值:
0S比率制动:
投
d、CT断线退出比率差动:
投
(当TA断线退出比率差动设置为投入时,表示发生TA断线后比率差动保护不
再动作;
当TA断线退出比率差动设置为退出时,表示TA断线不影响比率差动
保护。
e、谐波制动比:
二次18%
三次20%
(附加制动功能和三次谐波闭锁功能是针对TA饱和的情况而设置,其中附加制动定值IFJ,TFJ是为了抗TA暂态饱和而设置的〈具体见保护原理〉,建议将IFJ整定为10In,TFJ整定为40ms,如果不用该功能,建议将IFJ整定为20In,TFJ整定为0。
三次谐波闭锁针对TA稳态饱和的情况,三次谐波制动比KXB3建议整定为10%-30%,如果不用该功能,建议整定为1)。
开放值24A
(二次谐波制动开放定值IKF设置的目的是为了防止变压器发生严重内部故障时,二次谐波制动可能延缓保护的动作。
抗CT饱和退
(如果抗TA饱和控制字设置为退出,附加制动功能和三次谐波闭锁功能自动退出。
CT断线检测投
3)差流越限:
告警值:
1A延时值:
10S差流越限投
4)过负荷:
高侧过负荷定值4.14A延时值:
10S
中侧过负荷定值4.74A延时值:
10S
低侧过负荷定值7.20A延时值:
高侧过负荷退中侧过负荷退低侧过负荷退
闭锁调压定值:
4A延时值:
1S闭锁调压:
退
5)启动通风:
高压侧通风启动值:
3.3A延时值:
10S启动通风:
中压侧通风启动值:
B.装置“系统信息”项目中:
变压器参数:
31MVA
接线方式:
Y/Y/△-11
(系统参数中变压器接线型式的设置,当变压器各侧TA二次回路均Y接时,按照变压器的实际绕组接线型式整定该值〈此例中为Y/Y/△-11〉,软件可以实现差流的相位自动校正。
对于“常规”接线的情况,即“TA接线采用星侧角接,角侧星接”的情况,应选择“无校正”)
C.装置“控制操作”项目中:
压板投退:
差动速断投比例差动投
差流越限投高侧过负荷退
中侧过负荷退低侧过负荷退
高侧启动通风退中侧启动通风退
高侧闭锁调压退
(建议过负荷和启动通风定值整定在配套的后备保护装置中)
3.5.2采样分析举例:
额定容量Se=10MVA;
变比110/10kV;
接线Y/△-11点;
100/5,KH=20;
600/5,KL=120;
IHe=10000KVA/(√3×
20)=2.62A
ILe=10000KVA/(√3×
10KV×
120)=4.81A
故在“系统信息”——“变压器参数”项目下,选择主变的实际组别“Y/△-11”
在“保护定值”——“公用定值”项目下,填入平衡系数 低压侧:
IHe/ILe=0.55
投运后在GCT-100装置上二次电流采样值为:
高侧电流:
Iha=0.45∠0.00°
Ihb=0.45∠242°
Ihc=0.44∠118°
低侧电流:
Ila=0.79∠212°
Ilb=0.78∠93°
Ilc=0.78∠329°
差流:
Ida=0.00
Idb=0.01
Idc=0.01
4调试方法
4.1装置整定
4.1.1按以下定值整定装置:
突变量定值:
0.5A低侧平衡系数:
1
差动速断电流:
10A差流门槛值:
1.0A
拐点制动值:
1.0A附加制动拐点值:
3.5A延时1S
折线斜率:
0.4二次谐波制动比:
0.18 三次谐波制动比:
0.20
开放值:
9.5A差流越限值:
0.5A延时0.2S
高压侧过负荷1A延时5S低压侧过负荷3A延时5S
高压侧启动通风1A延时5S高压侧闭锁调压1.5A延时5S
4.1.2按以下控制字整定装置:
差动速断
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