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电气运行培训资料
陕西新元洁能有限公司电石厂电气运行培训资料
(一)电石厂110KV变电站继电保护配置
一、1423石元线线路保护采用北京四方CSC-163A装置,保护配置:
1、光纤差动保护
2、相间距离保护
3、零序过流保护
电流比为1600/5A,线路最大负荷为240000KVA;差动保护采样点:
#3主变低压侧(1103)开关CT、110KV进线(1423)开关CT。
二、110KV高压动力变保护采用许继电气,保护配置:
1、WBH-812A差动保护
2、WBH-818A/H高后备保护
3、WBH-818A/L低后备保护
电流比为300/5A,线路最大负荷为31500KVA;
差动保护采样点:
110KV高压动力变高压侧(1121、1122)开关CT、110KV高压动力变低压侧(601、602)开关CT;
高后备保护采样点:
110KV高压动力变高压侧(1121、1122)开关CT、110KV母线PT;低后备保护样点:
110KV高压动力变低压侧(601、602)开关CT、6KV母线PT。
三、110KV母线采用许继WMH-800A装置,保护配置:
1、母线差动保护
2、母线失灵保护
3、母线充电保护
4、母线非全相保护
5、断路器失灵保护
6、母联过流保护
母线额定电流为1145.16A,线路最大负荷为240000KVA;
差动保护采样点:
110KV进线(1423)开关CT、110KV母联(1100)开关CT、110KV高压动力变高压侧(1121、1122)开关CT、电石炉变(1131、1132、1133、1134)开关CT。
母联过流保护采样点:
110KV母联(1100)开关CT、110KV母线PT。
四、110KV电石炉变保护采用许继电气,保护配置:
1、WLB-813A电炉变差动保护
2、WBH-818A/H高后备保护
电流比为400/5A,线路最大负荷为48000KVA;
差动保护采样点:
石炉变(1131、1132、1133、1134)开关CT、中压补偿(101、102、103、104)开关CT、电石炉变低压侧(短网)CT。
高后备保护采样点:
石炉变(1131、1132、1133、1134)开关CT、110KV母线PT。
五、6KV母联保护为珠海托普,保护配置:
1、电流速断保护
2、过电流保护
电流比为4000/5A,线路最大负荷为20000KVA
过电流、电流速断保护采样点:
6KV母联(600)开关CT。
六、石灰窑供电保护为珠海托普,保护配置:
1、电流速断保护
2、过电流保护
3、过负荷保护
电流比为800/5A,线路最大负荷为4565KVA
过电流、电流速断、过负荷保护采样点:
石灰窑(600)开关CT。
七、干式动力变保护为珠海托普,保护配置:
1、电流速断保护
2、过电流保护
3、过负荷保护
(1)电流比为400/5A,线路最大负荷为2500KVA
(2)电流比为300/5A,线路最大负荷为2000KVA
(3)电流比为300/5A,线路最大负荷为1600KVA
(4)电流比为300/5A,线路最大负荷为1000KVA(烧穿变)
(5)电流比为150/5A,线路最大负荷为1000KVA
(二)光纤分相电流差动保护原理介绍
光纤分相电流差动保护借助于线路光纤通道,实时地向对侧传递采样数据,同时接收对侧的采样数据,各侧保护利用本地和对侧电流数据按相进行差动电流计算。
根据电流差动保护的制动特性方程进行判别,判为区内故障时动作跳闸,判为区外故障时保护不动作。
光纤电流差动保护系统的典型构成如图1所示。
当线路在正常运行或发生区外故障时,线路两侧电流相位是反向的。
如图所示,假设M侧为送电端,N侧为受电端,则,M侧电流为母线流向线路,N侧电流为线路流向母线,两侧电流大小相等方向相反,此时线路两侧的差电流为零;当线路发生区内故障时,故障电流都是由母线流向线路,方向相同,线路两侧电流的差电流不再为零,当其满足电流差动保护的动作特性方程时,保护装置发出跳闸令快速将故障相切除。
对于光纤分相电流差动保护而言,其差动保护一般采用如图2所示的双斜率制动特性,以保证发生穿越故障时的稳定性。
图中,Id表示差动电流,Ir表示制动电流,K1、K2分别表示不同的制动斜率。
采用这样的制动特性曲线,可以保证在小电流时有较高的灵敏度,而在电流大时具有较高的可靠性,即当线路末端发生区外故障时,因电流互感器发生饱和产生传变误差,此时采用较高斜率的制动特性更为可靠。
由于线路两侧电流互感器的测量误差和超高压线路运行时产生的充电电容电流等因素,差动保护在利用本地和对侧电流数据按相进行实时差电流计算时,其值并不为零,也即存在一定的不平衡电流。
光差动保护必须按躲过此电流值进行整定,这也是在上面所示的图2中最小差电流整定值Isl不为零的原因所在。
如何躲过该不平衡电流对差动保护的影响,不同类型的保护装置其采用的整定方法也不尽相同,一般采用固定门坎法进行整定,即将在正常运行中保护装置测量到的差电流作为被保护线路的纯电容电流,并将该电流值乘以一系数(一般为2-3)作为差动电流的动作门坎。
当差动元件判为区内故障发出跳闸命令时,除跳开线路本侧断路器外,还借助于光纤通道向线路对侧发出联跳信号,使得对侧断路器快速跳闸。
(三)距离保护的基本工作原理
距离保护是通过测量被保护线路始端电压和线路电流的比值而动作的一种保护。
反应短路点到保护安装点间阻抗大小(距离的长短),称为距离保护,也称之为阻抗保护。
这个比值被称为测量阻抗Zm,用来完成这一测量任务的的元件称为阻抗继电器KI。
在线路正常运行时的测量阻抗称为负荷阻抗,其值较大;当系统发生短路时,测量阻抗等于保护安装处到短路点之间的线路阻抗,其值较小,而且故障点越靠近保护安装处,其值越小。
当测量阻抗小于预先规定的整定阻抗Zset时,保护动作。
组成:
(四)零序过流、过压
一、零序过压原理:
一如果变压器的中性点不接地运行,就用间隙零序过压保护:
1、由于中性点不接地,当一相发生接地故障时,接地相的对地电压为0,其它两相的对地电压升高根号3倍,即:
根号3乘以100V等于173.2V;整定值取180。
2、由于中性点不接地,当发生单相接地故障时产生的零序电压较高,直接危及变压器绝缘,所以要及时将故障切除。
间隙零序过压时间一般整定为0.5s,动作后跳各侧开关。
二、如果此变压器的中性点直接接地运行,就用零序过流及零序过压保护:
中性点直接接地,当发生单相接地故障时,故障量以零序电流为主,而零电压较小,理论上接近零,所以零序电压定值就不能取大,一般整定在15~30V范围内。
三、变压器的零序方向过电流保护是为防止电力变压器出现单项短路或负载严重不平衡而安装的保护电路,在变压器出现单项短路或负载严重不平衡切断高压输出柜,使变压器断电,达到保护变压器和线路安全的目的。
通常保护值设为额定电流的25%。
变压器的不平衡电流,Y型接线的变压器不平衡电流过大的影响
变压器不平衡电流系指三相变压器绕组之间的电流差而言。
当变压器三相负载不平衡时,会造成变压器三相电流不平衡,由于不平衡电流的存在,将使变压器阻抗不平衡,二次侧电压也不平衡,这对变压器和用电设备是不利的。
尤其是在Y型接线的变压器中,零线将出现零序电流,而零序电流将产生零序磁通,绕组中将感应出零序电动势,,使中性点位移。
其中电流大的一相电压下降,而其他两相电压上升,另外对充分利用变压器的出力也是很不利的。
四、当变压器的负荷接近额定值时,由于三相负载不平衡,将使电流大的一相过负荷,而电流小的一相负荷达不到额定值。
所以,一般规定变压器零线截面的也是根据这一原则决定的。
所以,当零线电流超过额定电流的25%时,要及时对变压器三相负荷进行调整。
零序、正序、负序是进行电路分析时人为的将要分析的量分解成三个分量。
一般同一个回路的导线全部穿过同一个电流互感器(也叫零序互感器)时,互感器的次级没有输出,也就是该回路零序电流为零。
当线路出现漏电时(漏电发生在互感器以下),穿过互感器的电流矢量和不再为零,互感器次级就会有输出电流,利用这个原理可以进行漏电保护
(五)失灵保护原理
失灵保护由启动元件、时间元件和出口回路组成。
所有连接到一组(或一段)母线上的元件的保护装置,当其出口继电器动作于跳开本身断路器的同时,也启动失灵保护中的公用时间继电器KT,此时,并不妨碍正常的切除故障。
如果故障线路的断路器拒动时,则时间继电器KT延时动作,启动失灵保护的出口继电器,使连接到该组母线上的所有其他由电源的断路器跳闸,从而切除故障,起到了断路器据动时的后备作用。
由于断路器失灵保护要动作于跳开一组母线上的所有断路器,而且在保护的接线上将所有断路器的操作回路都要连接在一起,因此,应注意提高失灵保护的可靠性,以防止误动而造成严重的事故。
为提高断路器失灵保护动作的可靠性,要求起动元件必须同时具备以下两个条件才能启动。
(1)故障元件的保护出口继电器动作后不返回。
(2)在故障保护元件的保护范围内故障依然存在,即失灵判别元件启动。
当母线上连接元件较多时,失灵判别元件一般采用检查母线电压的低电压继电器,以确定故障仍未切除,其动作电压按最大运行方式下线路末端短路时保护应有足够的灵敏性来整定,当母线上连接元件较少或一套保护动作于几个断路器(如采用多角形接线时)以及采用单相合闸时,一般采用检查通过每个或每相断路器的故障电流的方式,作为判别拒动断路器之用,其动作电流在满足灵敏性的情况下,应尽可能大于负荷电流。
由于断路器失灵保护的返回时间之和来整定即可,通常取0.3-0.5s。
当采用单母线分段或双母线时,延时可分两段,第一段以短时限动作于分段断路器或母联断路器,第二段再经一时限动作跳开有电源的出线断路器
(六)充电保护作用
母联断路器的充电保护属于断路器保护,专为用母联断路器向备用母线充电用。
充电保护整定值很小,动作时间也很短,通过母联给备用母线充电时,假如备用母线有故障,则充电保护瞬时动作,断开母联断路器,防止扩大事故,它也是只切了故障母线,而非故障母线正常运行。
当充电完毕后,母联充电保护需自动退出,因为其定值较小,时限很短,过于灵敏,很容易误动。
此时,只需母差保护和母联过流保护投入进行配合就可以满足要求了!
注意,充电之前,要短时退出母差保护,充电完成后,再投入母线差动保护。
母线充电保护一般在新母线或检修后的母线在投入运行前,要投入母线充电保护压板。
用母联断路器对其中一组母线充电,检查新投运的母线或检修后的母线是否有故障。
充电正常后,此压板应退出。
在充电过程中,充电保护是作为线路或母线的主保护而存在
(七)母线大差和小差
大差电流指两段母线上所有出线单元电流的相量和(不包括母联开关电流),小差电流指其中某段母线上的出线单元电流的相量和(包括母联开关电流)。
一般大差电流用于判断母线故障,小差电流用于选择故障母线。
1、母线大差是指除母联开关和分段开关外所有支路电流所构成的差动回路。
某段母线的小差是指该段母 线上所连接的所有支路(包括母联和分段开关)电流所构成的差动回路。
母线大差比率差动用于判别 母线区内和区外故障,小差比率差动用于故障母线的选择。
2、双母保护用的比较多,大差做为启动元件,判断区内故障;小差做为选择元件,判断故障在那一条母线上。
3、母差保护中大差和小差动作的区别在于,小差动作,第一时限跳开母联开关,再跳开与故障设备挂同一母线的所有开关。
大差动作,是同一时限跳开所有 开关,不区分设备挂在哪一母线。
正常双母运行情况下,投的是小差,能有选择性。
在倒母线的过程中,才把母差设为大差(防止操作并列刀闸时的环流引起保护误 动)。
4、大差更多的是作为一个起动元件起作用的,关键还要是小差来选择故障母线,进而动作。
如果仅有大差动作而小差没动,保护本身就不选择,经延时跳开 所有母线尚的链接元件。
微机母线保护小差和大差总是一起的,在一条母线内部故障时总是大差和该条母线的小差保护都动作才构成跳闸的必要和充分条件。
大差动 作,母联没有跳开,大差比率差动元件仍然动作没有返回,加上小差比率差动元件动作出口跳故障母线。
5、对于保护范围来说,大差是无选择性的,保护范围是两条母线 小差是有选择性的,即可以判断是哪条母线故障。
保护动作跳开故障母线上的所有开关和母联开关。
保护范围是一条母线和母联开关CT之间的区域。
原理上来说,大差采的是所有母线上线路开关的电流,不包括母联开关,小差采的是所在母线上所有开关的电流,包括母联开关
(八)变压器差动保护
一:
这里讲的是差动保护的一种,即变压器比例制动式完全纵差保护(以下简称差动);
二:
差动保护的定义:
当区内发生某些短路性故障的时候,在变压器各侧电流互感器CT的二次回路中将产生大小相同,相位不同的短路电流,当这些短路电流的向量和即差流达到一定值时,跳开变压器各侧断路器的保护,就是变压器差动保护
三:
下面以两圈变变压器为例,针对以上所述变压器差动保护的定义,对差动保护进行阐述:
1、图一所示:
为一两圈变变压器,降压变,具体参数如下:
主变高压侧电压U高=110KV,主变低压侧电压U低=10KV,变压器容量Sn=240000KVA,高压侧CT变比1000/5,低压侧的CT变比是1500/5.计算平衡系数。
I1’:
流过变压器高压侧的一次电流;
I”:
流过变压器低压侧的一次电流;
I2’:
流过变压器高压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流;
I2”:
流过变压器低压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流;
nh:
高压侧电流互感器CT1变比;
nl:
低压侧电流互感器CT2变比;
nB:
变压器的变比;
各参数之间的关系:
I1’/I2’=nhI”/I2”=nlI2’=I2”I1’/I”=nh/nl=1/nB
2、区内:
CT1到CT2的范围之内;
3、反映故障类型:
高压侧内部相间短路故障,高压侧(中性点直接接地)单相接地故障以及匝间、层间短路故障;
四:
差动的特性
1、比率制动:
如图二所示,为差动保护比率特性的曲线图:
下面就以上图讲一下差动保护的比率特性:
o:
图二的坐标原点;
f:
差动保护的最小制动电流;
d:
差动保护的最小动作电流;
p:
比率制动斜线上的任一点;
e:
p点的纵坐标;
b:
p点的横坐标;
动作区:
在of范围内,由于电流小于最小制动电流,因此在此范围内,只要电流大于最小动作电流Iopo,差动保护动作;当电流大于f点时,由于电流大于最小制动电流,此时保护开始进行比率制动运算,曲线抬高,此时只有当电流在比率制动曲线以上时保护动作;因此,图中阴影部分,即差动保护的动作区;
制动区:
当电流在落在曲线以下而大于最小动作电流的时候,由于受比率制动系数的制约,保护部动作,这个区域就是差动保护的制动区;
比率制动系数K:
实际上比率制动系数,就是图二中斜线的斜率,因此我们只计算出此斜线的斜率,就等于算出了比率制动系数。
以p点为例:
计算出斜线pc的斜率K=pa/ac=(pb-ab)/(ob-of);举例说明一下:
差动保护有关定值整定如下:
最小动作电流Iopo=2,最小制动电流Iopo=5,比率制动系数k=0.5;按照做差动保护比率制动系数的方法,施加高压侧电流I1=6A,180度,低压侧电流I2=6A,0度,固定I1升I2,当I2升到9.4A的时候保护动作,计算一下此时的比率制动系数。
由于两圈变差动的制动电流为(I1+I2)/2,因此,Izd=(9.4+6)/2=7.7,所以K=(9.4-6-2)/(7.7-5)=1.4/2.7=0.52;
2、谐波制动:
当差动电流中的谐波含量达到一定值的时候,我们的装置就判此电流为非故障电流,进行谐波闭锁。
500kv一下等级的变压器之进行二次谐波判别,500kv及以上变压器,则还需进行5次谐波判别。
以二次谐波为例:
二次谐波系数=差电流中的二次谐波分量与基波分量的比值。
当谐波系数大于整定值时,保护被闭锁;小于整定值时,保护被开放;根据经验,二次谐波制动比可整定为0.15~0.2;
五、不平衡电流
实际上,差动保护比率制动也好,谐波制动也好,归根结底都是要躲过变压器的不平衡电流,而不平衡电流,也正是可能引起差动保护误动的最重要因素之一。
产生变压器不平衡电流有以下几个重要的原因:
由变压器励磁涌流Ily所产生的不平衡电流;
励磁涌流主要是由于在变压器空投时产生的含有大量高次谐波含量的电流,其中以2次谐波为主。
我们的800变压器差动保护中有“二次谐波制动系数”一项定值,用来防止此原因造成的差动误动。
二次谐波制动系数:
差电流中的二次谐波分量与基波分量的比值;
根据经验,此系数可整定为15%~25%
由于变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流;
由于变压器常采用Y,d11的接线方式,因此,如果两侧的电流互感器仍采用通常的接线方式,则二次侧电流由于相位不同,也会有一个差电流流入我们的保护装置。
为了消除这种不平衡电流的影响,通常都是将变压器星星侧的三个电流互感器接成三角形,而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形,并适当考虑联结方式后即可把二次电流的相位校正过来。
保护要求现场二次侧电流互感器的接线都接为星形接线,因此,一次侧为Y,d11的接线方式的变压器将产生差流,差动保护靠程序将此不平衡电流补偿掉,具体方法如下:
如图所示为Y,d11两卷变压器两侧绕组及电流互感器接线方式及其中通过的一次、二次电流流向:
(各电流均为向量值)
其中:
IA,IB,IC表示流过变压器高压侧一次绕组的电流;
Ia,Ib,Ic表示流过变压器低压侧一次绕组的电流;
IAY’,IBY’,ICY’表示流过变压器高压侧电流互感器二次侧的电流;
Ia△,Ib△,Ic△表示流过变压器低压侧电流互感器的一次侧电流;
各电流关系如下:
Ia=Ia△+Ib<=>Ia△=Ia-Ib
Ib=Ib△+Ic<=>Ib△=Ib-Ic
Ic=Ic△+Ia<=>Ic△=Ic-Ia
向量图:
为了消除相位上带来的差异:
Iah’=IAY-IBY
Ibh’=IBY-ICY
Ich’=ICY-IAY
为了消除幅值上带来的差异:
Iah=Iah’/1.732=(IAY-IBY)
Ibh=Ibh’/1.732=(IBY-ICY)
Ich=Ich’/1.732=(ICY-IAY)
而低压侧电流保持不变
Ial=Ia△
Ibl=Ib△
Icl=Ic△
其中:
Iah,Ibh,Ich表示保护装置中实际采到的高压侧电流;
Ial,Ibl,Icl表示保护装置中实际采到的高压侧电流;
向量图
因此,差动保护的高、低压侧电流相位一致,高压侧电流幅值不变。
3、由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流
由于两侧的电流互感器都是根据产品目录选取标准的变比,而变压器的变比也是一致的,因此,三者的关系很难满足nl2/nl1=nB的要求,此时差动回路中将有电流流过。
当采用具有速饱和铁心的差动继电器时,通常都是利用它的平衡线圈Wph、来消除此茶电流的影响。
4、由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流
由于两侧电流互感器型号不同,他们的饱和特性、励磁电流(归算置同一侧)也就不同,因此,在差动回路中所产生的不平衡电流也就较大。
此时应采用电流互感器的通行系数。
5、由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流
带负荷调整变压器的分接头,是电力系统中采用带负荷调压的变压器来调整电压的方法,实际上改变分接头就是改变变压器的变比nB。
如果差动保护已按照某一变比调整好,则当分接头改换时,就会产生一个新的不平衡电流流入差动回路。
对由此而产生的不平衡电流,应在总差动保护的整定值中予以考虑。
六、整定计算
差动电流的定值整定比较复杂,需要考虑的各种因素很多,这里只对一些定值做一个简单的介绍,仅作参考:
1、最小动作电流的整定
差动最小动作电流应大于变压器额定负载时的不平衡电流,即
Iop.min=Krel(Ker+ΔU+Δm)IN/na(87)
式中:
IN——变压器额定电流;
na——电流互感器的变比;
Krel——可靠系数,取1.3~1.5;
Ker——电流互感器的比误差,10P型取0.03×2,5P型和TP型取0.01×2;
ΔU——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);
Δm——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可选取Iop.min=(0.2~0.5)IN/na。
一般工程宜采用不小于0.3IN/na的整定值。
根据实际情况(现场实测不平衡电流)确有必要时也可大于0.5IN/na。
2、最小制动电流Ires.0的整定
最小制动电流宜取
Ires.0=(0.8~1.0)IN/na。
3、不平衡系数的整定
平衡系数通常是以高压侧为基准尽心计算的。
Kph=1Kpm=Ih/ImKpl=Ih/Il
式中:
Kph——高压侧平衡系数
Kpm——中压侧平衡系数
Kpl——低压侧平衡系数
Ih——高压侧二次额定电流
Im——中压侧二次额定电流
Il——低压侧二次额定电流
下面以一实例计算一下变压器的平衡系数:
一电厂主变各侧参数如下:
高压侧电压等级110KV,变比600/5,电抗器侧电压等级6.3KV,变比1000/5,机尾侧电压等级6.3KV,变比4000/5,则各侧平衡系数计算如下:
高压侧二次电流i1=Sn/(1.732×110×600/5)A
电抗器侧二次电流i2=Sn/(1.732×6.3×1000/5)A
机尾侧二次电流i3=Sn/(1.732×6.3×4000/5)A
高压侧平衡系数k1定为1,则
电抗器侧平衡系数k2为:
i1/i2=0.095
机尾侧平衡系数k3为:
i1/i3=0.38
由于我们差动保护定值平衡系数的整定范围为0.1——4,电抗器侧的平衡系数超范围,因此三侧平衡系数可同时乘以3,得出k1=3,k2=0.285,k3=1.14,
(九)后备保护
一、高低后备保护定义:
高后备保护和低后备保护是相对变压器而言的,变压器高压侧的后备保护称为高后备,变压器低压侧的后备保护称为低后备。
高后备是指在110kV线路断路器拒动的情况下,由变压器高压侧断路器通过保护装置来断开故障电流,即作为110kV线路的后备保护;低后备是指在10kV线路断路器拒动的情况下,由变压器低压侧断路器通过保护装置来断开故障电流,即作为10kV线路的后备保护。
二、高低后备保护种类:
变压器相间短路的后备保护有:
过电流保护、低压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护及负序过电流保护等。
变压器接地短路的后备保护有:
零序电流保护、零序电压保护(零序电压保护只有在中性点失去、系统中没有零序电流的情况下才能够动作,不需要与其他元件的接地保护相配合)。
后备保护用于在主保护故障拒动情况下,保护变压器。
一般包含:
(1)高压侧复合电压启动的过电流保护;
(2)低压侧复合电压启动的过电流保护;
(3)防御外部接地短路的零序电流、零序电压保护;
(4)防止对称过负荷的过负荷保护;
(5)和高压侧母线相联的保护:
高压侧母线差动保护、断路器失灵保护;
(6)和低压侧母线相联的相关保护:
低压侧母线差动保护等。
低后备的作用:
变压器低压母线、变压器低压线圈的保护以及低压出线的后备(远后备)保护。
三、高低后备保护范围:
问题一:
高后备保护自高压侧CT以下的部分,作为主变差动保护的后备保护
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