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110 kV变电站的主变压器纵差保护存在的问题及解决方案

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2009/6/2 13:39:16   

 关键词:  变压器 差动保护 纵差

摘要:针对处于电力系统末端山区电网的短路电抗大小差别大,从一座110 kV变电站的主变压器纵差保护的整定和灵敏度校验,探讨整定存在的问题及解决方案。

关键词:主变压器;纵差;整定;校验

  作为变压器主保护之一的纵联差动保护,是按循环电流原理,以比较变压器各侧电流的幅值和相位原理构成的;其在正常运行及保护范围外部故障时,因保护装置内没有动作电流流过,所以保护装置不会动作;而在变压器绕组和引出线发生多相短路故障,大电流接地系统侧绕组和引出线发生单相接地短路,及绕组匝间发生短路故障时,能快速无选择地动作跳开变压器各侧断路器,从而达到快速切除故障,保护变压器的目的。

  蕉岭电网作为山区县级电网,处于电力系统的末端,不仅受电力系统运行方式变化影响较大,而且受电网内小水电等地方电源的装机容量影响大,其90%以上装机为无水库调节径流式小水电站,导致系统(含地方电源)提供至县级电网变电站短路电抗差别大(大运行方式时提供至110kV变电站110kV母线的短路电流是小运行方式的3倍以上),这就给县级电网变电站,主变压器纵差保护的整定和灵敏度校验带来一定的困难。

  现在就以蕉岭电网110kV新铺变电站2# 主变压器,SSZ9-40000/115/38.5/11,整定计算为例,说明纵差保护整定和校验应注意的问题。
1 相关参数

  电力系统(含地方电源)提供至110kV新铺变电站110kV母线的大运行方式和小运行方式正序短路电抗分别为:

X大方式=0.0710 和X小方式=0.2156;以上数值均为标么值,其基准容量SB=100MVA,基准电压U B=115kV,则其基准电抗X B=U B2/S B=132.25Ω。

  2# 主变压器参数:型号SSZ9-40000/115/38.5/11,额定分接时短路电压百分数为:高对中压UT(1-2)%=9.6,中对低压为UT(2-3)%=6.8,高对低压UT(1-3)%=17.8;高压侧额定电流IE=200.8A。

2 数据计算

  为了计算过程的直观显示,其平均额定电压UC=115kV。

  110kV、35kV和10kV母线短路点名称编号分别为d1、d2和d3,短路电流分别为Id1、Id2和Id3;该变电站正常运行方式为2#主变压器单独运行。

  该变电站以供建材用电为主;接入该站35kV和10kV母线的地方小水电电源容量小,它们提供至该变电站母线短路电流小,因此可以忽略不计;此外,因为电网内R<0.3X,依据三相交流系统短路电流计算GB/T 15544的规定,计算可忽略电阻。

  电力系统提供至该站110kV母线短路电流,经计算:

  大运行方式正序三相短路电流I(3)d1大=7.08kA;小运行方式正序三相短路电流I(3)dI小=2.33 kA;则其小运行方式正序两相短路电流为I(2)d1小= 2.02kA。

  仅2#主变压器运行时系统最大方式下提供至该站35kV和10kV母线短路电流计算。

  各绕组短路电压百分数计算:

  高压侧绕组短路电压经计算为V1%=10.3;中压侧绕组短路电压经计算为V2%=-0.7;低压侧绕组短路电压经计算为V3%=7.5。

  各绕组等值电抗计算:

  高压侧绕组电抗为X1=34.05Ω;中压侧绕组电抗为X2=0Ω;低压侧绕组电抗为X3=24.80Ω。
  
  系统最大运行方式下,提供至110kV新铺变电站35kV母线三相短路电流为:I(3)d2大=1.53kA;系统最大方式下提供至110kV新铺变电站10kV母线三相短路电流为:I(3)d3大=0.97kA。

3 差动动作电流的整定和灵敏度校验

  该台主变压器纵差保护差动动作电流整定应考虑如下方面。

  依据运行经验,等容量变压器的励磁涌流按照5倍高压侧额定电流整定,因此躲过励磁涌流按照5IE=1004A(一次值)整定。

  依据有关技术规程规定,继电保护和安全自动装置应符合可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。同时依据该规程的规定:灵敏度是指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时,保护装置应具有必要的灵敏系数。灵敏系数应根据正常(含正常检修)运行方式和故障类型计算。该规定变压器纵差保护的差电流元件短路保护的最小灵敏系数不宜小于“2.0”,也就是说KLM≥2,其中I(2)d1小=2.02kA,则IDZ≤I(2)d1小/2=1.01kA,才能满足最小灵敏系数不小于2.0的要求。

  现在问题就出现了,差动动作电流整定值能躲过励磁涌流,但如果按照躲过外部短路产生的最大不平衡电流整定,则差动动作电流整定值应大于I(3)d2大,即1.53kA;如果要满足灵敏度要求的话,差电流元件的整定值应小于1.01kA。对于该主变压器纵差保护而言,是应该按照躲过外部短路产生的最大不平衡电流整定,还是以满足灵敏度要求。以笔者的观点,满足灵敏度要求是首要的。满足灵敏度要求是确保可靠动作的前提,也就是确保差动保护在保护范围内发生短路故障时能快速切除故障,才能做到该动作的时候就动作,从而最终达到保护主变压器、保护电网的目的。

  因此,在整定方案中将110kV新铺变电站2#主变压器的差动动作电流整定为1.01kA,其能躲过励磁涌流,且能满足灵敏度的要求;对于不能躲过外部短路产生的最大不平衡电流的问题,结合该主变压器微机保护装置的特点,不但投入差动速断保护,也投入比率差动保护,以提高保护躲过外部短路时产生的最大不平衡电流的能力。该保护方案作为继电保护方案特殊处理方式,经过主管安全生产领导审批后,至今运行已超过一年时间,未发生拒动或者误动事故,确保了电网和设备的安全、稳定运行。

  将110kV 新铺变电站2#主变压器的整定经验,应用到蕉岭电网内,同样存在整定难题的其余6个110kV和35kV变电站,共11台主变压器的纵联差动保护动作电流的整定上,以上所有保护方案已运行一年以上,均未发生保护的拒动或者误动事故,保护正确动作率为100%,从而为确保电网的安全运行作出了努力。

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