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利用冲击性电流进行电流差动保护相量分析新方法探讨

时间:2016-11-28来源: 作者: 点击: 41次


曹升来    

(山东鲁电调试运行技术有限公司  山东 济南  250100

摘要:电流差动保护相量分析一般需要一定的稳态电流,在没有稳态负荷或负荷太小的情况下,需要其他方法获得差动保护相量数据。利用常见的冲击性电流,如变压器的励磁涌流或者电动机的启动电流进行相量分析验证差动保护的方法是一种简单简单易行的新方法,文中结合工程实例探讨了这种方法的可行性。

关键词:差动保护;冲击性电流;相量分析;励磁涌流;启动电流


一、引言

电流差动保护原理简单,所使用的电气量又很单纯,保护动作的范围明确,动作无延时,一般作为电气设备的主保护。

对新安装的或回路变更后的差动保护在投运前,必须通过带负荷试验对差动回路接线进行确认。差动保护不经过相量测试校核不允许投入运行。确定差动保护正确性一般要求a、差流、制动电流要正确;b、各侧电流幅值和相位关系要正确;3、潮流分析正确。

差动保护带负荷测试所得数据进行的相量分析内容主要包括:a、看电流相序;b、看差动保护各侧电流的对称性;c、看电流幅值;d看两侧或三侧电流相位关系。

为了保证差动保护相量测试的正确性,这就要求有稳定的负荷进行相量测试;一般要求变压器各侧二次电流在15mA以上,某些仪器甚至要求20mA;但由于新建变电站或新建发电厂厂用负荷还在调试中,没有稳定的负荷或者负荷不够,不能达到测试相量的要求。这时就需要一些新的相量测试方法。工程实践中,工程专家及前辈们提出了一些很好的测试方法,如改变电网运行方式或利用长线路的容性无功电流获得相量,但需要调度配合,较难执行,且有一定危险性;还有利用改变变压器分接头进行短时并联运行以获取环流测试保护相量的方法,工作量大,有一定危险性;还有利用大电流源对变压器及线路模拟进行短路试验确定相量的方法,但工作量大,需要设备多等等。这些都在工程实践中得到了一定的使用,方便了工程人员的相量测试工作。

下面探讨一种工程上可用的更简单可行的方法。从上述相量分析内容看,其中最重要的就是看两侧电流的相量对应关系比如极性关系,若是极性接反,投运后负荷增大时必然有差流。所以差动保护最重要的就是通过大电流验证差动保护的极性关系。获取较大的稳态电流不容易,那是否可以通过大的暂态电流来进行相量分析呢。于是可以利用一些冲击性电流来分析相量关系。我们知道其中两个重要的冲击性电流就是变压器励磁涌流和电动机空载启动电流。目前利用冲击性电流进行相量分析验证差动保护正确性的方法在工程实践中使用不多,尚处于试验验证阶段。以下结合实例具体分析这种相量分析的方法,探讨这种方法的可行性。

二、利用冲击性电流进行差动保护相量分析实例探讨

利用变压器冲击合闸瞬间的励磁涌流或者电动机启动时的短时电流比较大的特性,通过录波分析电流相量以校核差动保护。由于是短时间的电流,非稳定电流,无法利用相位表手动测得,只能通过录波进行分析。一般为便于分析,宜两侧电流进行对比分析比较方便,三侧及以上若没有合流,不便于波形对比。

变压器冲击合闸的励磁涌流很大,但含有较大的直流暂态成分,造成电流畸变很大,电流波形不再是正弦波,三相也不再正序对称,只能分析两侧同相电流之间的关系如幅值及对称性关系等。变压器励磁涌流一般持续时间较短约1s左右,最多几秒,但也足够进行相量分析了。

电机空载启动电流持续时间较长一般10s左右,电流大小可达额定电流的6~8倍甚至10倍以上;只在启动瞬间的一两个周波有些畸变,其他大部分时间三相电流还是正弦波且之间还是正序对称的。可以进行多重分析如幅值、正序对称性、两侧相量比对等。

下面以某电厂厂用电受电过程为例,利用变压器励磁涌流和电动机启动电流进行录波,通过对录波进行相量分析以确定各差动保护的正确性。

1是厂用电受电范围的一次系统示意图。电源通过1KM的地下电缆取自老厂220kV母线;保护配置有220kV电缆差动保护(TA-1和T2-2两个CT组成)、起备变差动保护(T2-1和T3、T4三个CT组成)。其中起备变为Yyy0接线,变比220/10.5kV,差动保护配置均为180º接线。

 

1、 启备变全压冲击录波分析电缆光纤差动保护相量,如图2。

2为220kV电缆光纤差动保护装置在启备变合闸冲击时的录波图形,显示的电流为二次值, “通道一对侧同步电流”为光纤远传的对侧电流,且是经装置内部用CT系数修正后的电流。从波形图看出,电流已经不是正弦波,同侧三相电流幅值相位不再有正弦对应关系,但仍然可以得出以下相量关系。a、各个电流仍然是周期性的,且周期仍为20ms;b、两侧同相电流之间基本是反向对称关系。图中以A相电流为例,两侧电流不是完全180 º反向对称,而是有大约1.6s的时间差,这是由于光纤传输延时造成的,与通道传输试验测得的延时时间是对应的,装置内部进行补偿后两侧同相电流角差基本为180º;c、两侧同相电流幅值基本相等。

从上述相量关系中,只能定性分析两侧同相CT的极性关系、幅值关系,其他如正序、三相电流的对称性是无法确定的。不过结合CT的变比及伏安特性校验、CT回路调试等工作,基本可以保证电缆差动保护的正确性。

 

2、 干式变全压冲击电流录波分析起备变差动保护相量,如图3。

3为干式变闸冲击时起备变差动保护装置的录波图形显示的电流为一次值,图中电流为装置内部用CT系数修正后的电流,冲击时只有起备变高压侧和10kV A段两侧有电流。图3的相量分析与步骤1图2的分析相同,所不同的是步骤b中,两侧同相电流之间没有时间差(因为没有光纤传输),而是基本180º反向对称。图3分析出的结果同样要结合其他辅助工作才能保证起备变差动保护高压侧和低压A分支之间差动保护的正确性。

 

3、中压电动机空载启动电流录波分析起备变差动保护相量,如图4。

4为10kV中压电动机启动时故障录波装置的录波,图形显示的电压电流为一次值,图中电流为未经修正的电流,冲击时只有起备变高压侧和10kV A段两侧有电流。从波形图看出,电流基本是正弦波,同侧三相电流幅值相位为正弦对应关系,具体如下。a、各侧电流三相电流相序为正序;b、各侧电流三相幅值基本一致;b、两侧电流幅值之比与变压器变比对应,以A相左侧光标点的幅值为例,298.032A/14.698A≈220kV/10.5kV;d、两侧同相电流相位角差为180º,极性关系正确;e、电压与电流相位关系,分析A相电压Ua与10kV A段A相电流Ia的相位关系为Ia滞后Ua大概为14.5ms,换算为角度为261 º;由于起备变差动保护为180 º 接线,10kV侧电流极性指向起备变,极性倒了180 º ,因此潮流应该为261-180=81º,电动机空载启动为感性负载,电流滞后电压81 º为感性负载,潮流正确。

从上述分析中,不仅能定性分析两侧同相CT的相量关系、幅值关系,而且可以定量分析各CT相量关系,引言中进行各种带负荷相量分析的内容均验证正确。因此从图4的相量分析基本可以确定起备变差动保护高压侧和低压A分支之间差动保护的正确性。

 

三、结语

利用变压器冲击励磁涌流录波进行相量分析,由于波形畸变严重,进行的相量分析不够全面,不能完全确定差动保护的正确性,还需结合其他辅助手段才能确定差动保护正确性;电机启动电流得到的录波分析完全满足相量测试的要求,可以确定差动保护的正确性。可见,利用电动机空载启动进行录波分析完全可行,且启动的电动机越大得到的数据越可靠。利用冲击性电流尤其是电动机启动电流进行相量分析这种方法工作量小,不需要改动运行方式,不需要进行临时接线,不增加工作危险性,不增加施工量,简单易行,值得在工程中灵活探讨使用。

 

参考文献

 [1]杨经超,尹项根,陈德树,张哲,胡玉峰;采样值差动保护动作特性的研究[J];中国电机工程学报;2003年09期。

[2]陈德树  陈卫 ;差动保护运行动作特性的相量分析[J];继电器;2002年04期。

[3]刘学军 主编;继电保护原理(第二版)[M];中国电力出版社;2007.03.01。

[4]陈永波 ;变压器差动保护的带负荷试验方法及分析[J];湖北电力;2005年4月第2期

[作者简介]

曹升来(1980),男,2004年毕业于西安石油大学电气工程及其自动化专业,从事发电厂电气专业调试及技术服务工作,工程师。

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