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基于人工接地的零序差动电流极性校验方法

更新时间:2009-03-28

0 引言

变压器零序差动保护作为接地侧绕组的后备保护,具有较高灵敏度,但由于变压器正常运行时零序电流极小,中性点零序TA 极性难以判断,而极性错误会导致误动事故[1-3]。因此,对于配置零序差动保护的变压器,需要在投运前校验极性是否正确。

首先,河北省上市公司对于债务融资的总体利用程度最高,其中短期债务融资利用程度最高但是长期债务融资利用程度却最小,说明其债务结构中短期债务份额过重。其次,天津市上市公司对于债务融资的总体利用程度处于中间水平,长短期债务融资利用程度也都位居第二且与北京市不相上下,说明其债务结构相较其他两个地区而言不优不劣。最后,北京市上市公司对于债务融资的总体利用程度最低,短期债务融资利用程度同样最低,但是其长期债务融资的利用程度却为最高,说明相较而言其在长期负债方面具有很大优势。

针对发变组的变压器零序差动电流极性校验,工程实例多采用变压器空载合闸方法[4-7],但该方法在不具备试验条件时失效。本文以某电厂新建机组的启动调试为例,介绍一种利用变压器单相接地短路,进行零序差动TA 极性校验的方法。该方法不受空载合闸试验条件的限制,同时也无需额外增加试验设备,可在机组启动过程中完成校验。通过试验记录的零序电流波形,验证了零序差动TA 极性的正确性,以及该方法对于发变组主变零序差动校验的有效性。

1 零序差动保护原理及构成

1.1 零序差动保护原理

以Yn/Δ接线变压器为例,分析区内、区外单相接地短路时零序差动的工作原理。

区内单相接地短路如图1(a)中故障点K1 所示。规定绕组回路电流正方向为绕组流向系统,中性点回路正方向为接地点流向绕组,并且忽略负荷电流。此时有Y 侧自产零序电流方向流向故障点;中性点处电流,即外接零序电流 方向流向故障点。因此,在区内故障时,故障点接地短路电流为,且自产零序电流与外接零序电流成180°;假设差流动作方程采用两侧电流相量差,即此时零序差流,保护应正确动作。

  

图1 零序差动保护工作原理Fig.1 Principle of zero-sequence differential protection

区外单相接地短路如图1(b)所示故障点K2,同理可知,此时自产零序电流 和外接零序电流方向均流向故障点,且接地短路电流即区外故障时自产零序电流与外接零序电流成0°,零序差流,保护不应动作。

由上分析可知,在TA 极性为图1 所示情况下,利用区内、区外单相接地短路时零序电流的特性,即可通过零序电流的相量关系对TA 极性进行校验。

1.2 零序差动保护构成与配置

某电厂机组采用“发-变-线”的单元接线方式,系统主接线及零序差动配置简化图如图2 所示,该主变的联结组标号为Yn/d11,额定容量为1220 MVA,额定电压为525/27 kV。图2 中TA1 和TA0 为构成双套零序差动的TA,其中TA1 为主变高压侧TA,准确级为TPY 级、变比2000/1,TA0 为零序TA,准确级为5P40 级、变比600/1。

  

图2 系统结构及零序差动配置简化图Fig.2 Construction of system and configuration of zero-sequence differential protection

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由试验记录的波形与数据可得:

2 零序差动TA 极性校验

利用机组启动过程中进行的发变组短路试验,采用主变高压侧区外单相接地短路试验的方法进行校验。具体试验方法如下:

变压器单相接地短路的校验原理如图3 所示,该方法是直接模拟变压器接地侧的单相接地故障。由于自产零序电流来自主变高压侧TA,与主变差动使用TA 为同一组,则可以在变压器短路试验时对主变高压侧TA 进行校验。因此在零序差动校验时,以主变高压侧TA 为基准,通过记录分析短路试验时的自产零序电流和中性点零序电流的相量关系,确定中性点零序TA 极性是否正确。

  

图3 极性校验试验原理图Fig.3 Principle of polarity check

试验时将交流试验电源接入主变低压侧,装设单相接地点于主变高压侧TA 系统侧。假设零序差动保护动作方程采用两侧零序电流差逻辑,如式(1)所示;在短路试验时TA1 的自产零序电流和TA0的中性点零序电流的幅值相位近似,则说明零序TA的极性正确,反之则不正确。

零序差动保护动作方程为:

2.1 单相接地短路试验

空载合闸校验原理是,中性点直接接地的变压器冲击合闸时会产生励磁涌流,由于励磁涌流的不对称性,产生了穿越性的零序电流。此时记录零序差动TA 中电流波形,通过分析变压器接地侧TA 自产零序电流与中性点零序TA 的电流波形是否一致且无差流,则可判断中性点零序TA 极性正确。本文中讨论的发变组系统由于容量较大,为避免空载合闸时的励磁涌流对电网产生较大冲击,调度部门未允许采用该方法。

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1)I0为主变高压侧自产零序电流,测量峰值为0.008 A,一次折算值为16.0 A;

 

表1 零序差动TA 极性校验试验参数Table 1 Experiment parameters of zero-sequence differential protection TA polarity check

  

序号12345678参数名称主变高压侧A 相电压主变高压侧B 相电压主变高压侧C 相电压主变高压侧自产零序电流主变外接零序电流主变零序差流主变高压侧TA 变比主变中性点TA 变比参数值1.08 kV 1.08 kV 1.08 kV 0 A 0 A 0IN 2000/1600/1

2)对主变高压侧接地开关QSE02 的A 相进行单相合闸操作,作为区外单相接地短路点,并保持其他开关设备分位状态;

3)对主变高压侧断路器QF 进行三相合闸操作,形成区外单相接地短路;

4)记录保护装置的自产零序电流和外接零序电流的暂态电流波形,其结果如图4 所示。

2.2 试验结论与分析

式(1)中, 分别为主变高压Ⅰ侧、Ⅱ侧自产零序电流、中性点外接零序电流,I0cdqd 为零序差动启动定值,I0d 为零序差动电流,I0r 为零序差动制动电流,K0bl 为零序差动比率制动系数整定值。

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1)在发变组短路试验完成后,拆除试验安装的短路点,恢复系统的正常接线方式。此时图2 中所示的所有开关设备均处于分位状态,将进行发变组短路试验产生的机端电压作为试验电源,记录极性校验前的主变试验参数如表1。

  

图4 TA 极性校验试验暂态电流波形Fig.4 Transient current waveform of TA polarity check experiment

2)I01nI02n分别为第一套和第二套保护的中性点外接零序电流,同时刻测量值分别为0.033 A、0.032 A,一次折算值为19.8 A、19.2 A;

3)自产零序电流I0超前外接零序电流I01n的角度为0.92°,超前I02n角度为0.81°。

需要说明的是,构成自产零序电流的主变高压侧TA,即TA1 的极性已通过发变组短路试验校验正确,因此本次试验中不同时对两套保护装置的自产零序电流进行记录测量,即只需对TA0 进行校验。

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从记录波形与测量数据可以直观反映出区外单相接地短路故障时,自产零序电流I0与外接零序电流I01nI02n的幅值相位基本相同。由式(1)可知,保护装置内零序差流为自产零序与外接零序的电流差,二者的幅值相位相同时保护不动作,与试验记录的电流趋势相同,从而验证了中性点零序TA 极性的正确性。

3 结语

本文论述了一种利用变压器单相接地短路试验,校验零序差动TA 极性的方法,并通过试验结果验证了极性的正确性。该校验方法针对发变组结构系统,利用机组启动时短路试验的机端电压作为试验电源,断路器、接地开关设备构成短路点,无需进行复杂的试验准备和步骤,可避免由于不能采用空载合闸方法而不能校验的情况。对于发变组的变压器零序差动保护的调试与应用具有参考价值。

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宋梦琼,黄娜,彭宇,张园园,廖自强
《湖北电力》 2018年第06期
《湖北电力》2018年第06期文献

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