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谈差动保护试验

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2009/6/1 10:32:59   

    差动保护在电力系统中被广泛采用在变压器、母线、短线路保护中。差动保护模拟试验起来比较难,主要有以下原因:第一,差动保护的电流回路比较多,两卷变压器需要高、低压两侧电流,三卷变压器需要高、中、低压三侧电流,母线保护需要更多;第二、差动保护的核心是提供给差动继电器或自动化系统差动保护单元差电流, 要求各电流回路的极性一定要正确,否则极性接错即变成和电流; 第三,差动保护的特性测试比较难。
  传统的检验极性的方法是做六角图,但新投运的变压器负荷一般较小,做六角图有难度,还有,即便是六角图对也不能保证保护屏内接就正确(笔者曾发现过屏内配线错误,做六角图时,保护动作不正确)。曾经看到用人为加大变压器负荷的方法来准确地做出六角图的文章.如用投电容器来人为加大主变负荷,还有用两台变比不同的主变并列后产生环流来人为加大主变负荷。笔者认为以上方法与有关运行规程有矛盾:变压器并列变比相同,负载轻时不许投电容器都是运行规程明确规定的,就是试验没问题,在与运行人员的工作协调中也有难度。因此,以上方法不便采用。下面介绍我们的经验,我们只在二次回路上试验,不必人为加大主变负荷即可全面、系统地验证差动保护的正确性。

一、用试验箱从保护屏端子排加电流,检查保护屏内及保护单元的接线正确性
  变压器的差动保护电流互感器接线,传统上都是和变压器绕组接线相对应的,即变压器绕组接成星形,相应电流互感器接成角形; 变压器绕组接成角形,相应电流互感器接成星形。这样,变压器各侧电流回路正好反相。现在的自动化系统差动保护单元有的继承了原来的接法,有的为了简化接线则要求各侧均为星形,这样对一般Y,D-11接线的变压器高压侧电流超前低压侧150°,接线系数为√3,这些差异由计算机来处理,最后差电流为零。
  上面讨论了电流互感器接线类型,下面就做对保护屏加模拟电流来验证其接线是否正确的试验。如果为传统的接线方式,可以加反相的两路模拟电流(从一侧头进尾出后从另一侧尾进头出即可实现), 如果各侧均是星接,则加高压侧超前低压侧150°的电流来模拟。现在的自动化系统差动保护单元都有差动电流显示,根据显示数据即可判定其接线正确性——若为两电流有效值之差则接线正确,若为两电流有效值之和电流则有极性接反,若为两电流和与差之间的数值则相位处理有错误。如果无差电流显示则只能靠动作与否来判断接线正确与否了,即不动作为正确,动作为不正确,试验时一定要吃透图纸,注意接线极性,可规定从某相(头)流入保护屏,从地(尾)流出保护屏为正方向。这样A、B、C三相逐相试验,如果差动电流回路较多,则以一个回路为基准,其余回路逐个与基准回路组合试验。

二、用极性试验法判断互感器及电缆接线是否正确
  用极性试验法在电流互感器的一次接线端依次施加瞬间电池电流,在保护屏相应电流端子上依次观察电流表偏转方向即可判断电流互感器及从电流互感器至保护屏的电缆接线是否正确。
  首先,把被保护设备(变压器、母线或线路等)看作节点,然后,打开保护屏的电流端子,按如下方法操作:
  如果电流互感器是星形接线则道理很简单,在保护屏该侧电流回路某相电流端子上接直流毫安表的正极表笔,在地端子上接负极表笔,如果用电池形成一个流入节点的电流(正极接电流互感器远离节点的端子,负极接电流互感器靠近节点的端子)瞬间,表针正偏则说明接线正确。以上操作逐相试验。
  如果是Y,D-11型接线变压器的角形电流互感器接线回路,则在保护屏上该侧电流回路的A相电流端子上接直流毫安表的正极表笔,C相电流端子上接负极表笔,用电池在A相电流互感器中构成一个流入节点的电流瞬间,表针正转则说明A相接线正确。同理,在保护屏上该侧电流回路的B相电流端子上接直流毫安表的正极表笔,A相电流端子上接负极表笔,用电池在B相电流互感器中构成一个流入节点的电流瞬间,表针正转则说明B相接线正确; 在保护屏上该侧电流回路的C相电流端子上接直流毫安表的正极表笔,B相电流端子上接负极表笔,用电池在C相电流互感器中构成一个流入节点的电流瞬间,表针正转则说明C相接线正确。在保护屏上该侧电流回路的C相电流端子上接直流毫安表的正极表笔,B相电流端子上接负极表笔,用电池在C相电流互感器中构成一个流入节点的电流瞬间,表针正转则说明C相接线正确。
  以上操作逐侧回路进行试验。当然,如果以上试验中所有侧电流回路的所有相都反偏也正确。
  把保护的所有电流回路极性检查完后,即能保证电流互感器至保护屏间的接线正确,再加上第一部分能证明保护屏内接线正确,就能保证整个差动保护的接线正确了。

三、试验差动保护的动作特性
母线及线路保护的动作特性比较简单,在此不再赘述。变压器差动保护的动作特性比较复杂,传统的差动继电器通常采用直流制动,三相变压器合闸时涌流中的直流分量有时不大,只依靠直流闭锁不很可靠,现在的自动化系统差动保护单元大多采用二次谐波制动的比率差动和差动速断,其动作特性如图所示。下面以自动化系统差动保护单元为例,讨论其实验方法,其它设备可以参照执行。
  为了方便起见,三圈变压器在高压侧电流Ih、中压侧电流I1、低压侧电流Im中选择两侧回路逐相相加电流。试验箱电流的“头”对应保护单元电流回路的“头”,试验箱电流的“尾”对应保护单元电流回路的“尾”,则差动电流(Ic)等于两侧电流矢量和,制动电流(Izd)等于两侧电流矢量差(注意试验箱电流值应经接线系数和平衡系数校正)。
  首先试验比率差动。第一,加Ic<Imk的工频电流保护不应动作,逐渐调整试验箱电流值使Ic至Imk定值时应可靠动作。第二,加工频电流,逐渐调整电流值使Izd稍大于Isd1,Ic小于Imk+Kb*(Izd-Isd1)时不应动作(Kb为比率制动系数,以下同),Ic至Imk+Kb*(Izd-Isd1)时应可靠动作,逐渐调整电流值使Izd为Isd1和Isd1的中间值,Ic小于Imk+Kb*(Izd-Isd1)时不应动作,Ic至Imk+Kb*(Izd-Isd1)时应可靠动作; 逐渐调整电流值使Izd稍小于Isd2,Ic小于Imk+Kb*(Izd-Isd1)时不应动作,Ic至Imk+Kb*(Izd-Isd1)时应可靠动作。接下来投入二次谐波闭锁,试验二次谐波闭锁比率差动。重复以上试验并且在变压器的电源侧同时加二次谐波电流,当I(2)≥Kxb*I(1)且Ic<Isd时比率差动不应动作(其中,I(2)为二次谐波的有效值,I(1)为基波的有效值,Kxb为谐波制动系数)。
  最后试验差动速断。为了方便起见,只在变压器一侧回路逐相加电流,所加电流即为Ic。加IcI〈sd的工频电流保护不应动作,逐渐调整试验箱电流值使Ic至Isd定值时应可靠动作。
  以上试验依次在A、B、C三相上分别做,三相都正确动作,说明差动保护的动作特性正确。
  如果以上试验完毕,基本上可以保证差动的正确性,设备投运后做六角图再次验证。通常做六角图用功率表法,要求主变负荷不能太小,如果用高精度相位表则可以对负荷要求较低,且快速而简便。

四、结束语
  笔者用上述方法检验了数十个差动保护,其中既有差动继电器式的也有自动化系统差动保护单元型的,既有变压器(包括两圈的和三圈的)差动保护,也有短线路差动保护,均取得了成功。如果经过以上试验仍然有误动和拒动则应重点做如下检查: 第一,核对定值,看定值是否适合实际工程。第二,检查电流互感器及电缆,看电流互感器的伏安特性是否适合实际工程及电流回路实际负荷是否超过电流互感器的额定负荷。第三,检查硬连接及软设置,看差动、制动、平衡线圈的连接位置是否正确,软卡参数如: 变比、平衡系数、定值等设置是否正确。总之,该方法是一种简便易行,无任何负作用即可对各种差动保护做出系统、全面、准确评价的试验方法。

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