变压器相间短路

变压器相间短路（精选7篇）

变压器相间短路 第1篇

变压器相间短路是电力系统非常典型、后果比较严重的故障,因此在生产运行中准确掌握此类故障特征、快速处理此类故障是一线人员亟需掌握的一项重要技能。本文以一起500kV变压器相间短路故障为例,从理论联系实际的角度分析变压器相间短路故障特征、起因,为分析、预防此类故障提供技术指导。

1 事故描述

某年1月,某500kV变电站#1主变(Y/YN/Δ11接线方式)在三侧正常运行的情况下,两套RCS-978电气量保护中工频变化量、比例差动保护动作,跳开三侧开关。现场检查发现,#1主变低压侧B相接至35kV母线A相的主变套管引流夹件断裂,该处与相邻接至35kV母线B相的主变套管引流夹件处有明显放电痕迹;#1主变低压侧A相接至35kV母线C相的主变套管引流夹件有裂痕;其它未见异常。

2 电气量特征分析

根据故障录波图可知,故障发展经历了两个阶段。

第一阶段,主变低压侧发生A、B相相间短路故障。这一阶段,故障录波图中各电气量的主要特征如下。

(1)主变低压侧电压、电流特征。

主变低压侧故障录波图如图1所示,电流为角形内侧电流。从图2可知第一阶段未出现零序电压。

(2)主变220kV及500kV侧电压、电流特征。220kV侧及500kV侧故障录波图如图2所示。主变低压侧故障时,220kV及500kV侧电压均未发生明显突变;500kV侧电流;220kV侧电流;三侧电流幅值比较,低压侧最大,中压侧其次,高压侧最小。

第二阶段,主变低压侧发生A、B相相间接地短路故障。这一阶段,故障录波图中各电气量的主要特征如下。

(1)主变低压侧电压、电流特征。由图2可知,第二阶段低压侧A、B相电压跌落至较低水平,接近于零,同时零序电压出现;由于为不接地系统,因此发生接地故障后,三相电流与第一阶段相比无明显突变;中性点位置发生偏移,导致健全相电压升至正常电压的1.5倍左右,即

(2)主变220kV及500kV侧电压、电流特征。由图2可知,第二阶段主变220kV及500kV侧电压、电流与第一阶段相比无明显突变。

3 变压器两相短路故障特征原理分析

3.1 两相短路原理分析

以图3为例,分析YN/Δ11接线变压器Δ侧A、B相相间短路故障时各特征量的变化。

A、B相相间短路时短路处的边界条件为:

将式(3)中所有量用C相序分量表示:

由式(4)可得A、B相相间短路序分量边界条件为:

由式(5)可知,两相短路时,正序网络与负序网络在故障点并联,零序网络断开,没有零序分量。用对称分量法转换,得到短路处电流、电压相量为:

短路处电流、电压相量图如图4所示。

经过YN/△11接法的变压器,电流、电压相量由星形侧到三角形侧时,正序系统逆时针转过30°,负序系统顺时针转过30°;反之,由三角形侧到星形侧时,正序系统顺时针转过30°,负序系统逆时针转过30°。根据这一原则以及以上分析的三角形外侧的故障电流、电压特征,由对称分量法可得星形侧(高压侧及中压侧)故障电流的相量关系为:

由式(8)可知星形侧(高压侧及中压侧)绕组相电流的关系,即高压侧满足,中压侧满足

低压侧故障电流的大小与相位关系与变压器高、中压侧相同,即:

三角形内侧故障电流相量图如图5所示。

根据以上理论推导,低压侧是角形接线,在角形外发生A、B相相间短路故障时,低压侧角内的故障特征如下。

(1)发生短路故障的两相,电压相位相同、幅值相近;健全相电压幅值约等于故障相电压的2倍,健全相电压相位与故障相相反。

(2)滞后相(B相)故障电流幅值约为其它两相的2倍,其它两相相位相同、幅值相等。

对比图1中的低压侧电流、电压波形可知,现场两相短路故障波形特征与上述理论推导结果完全一致。

3.2 变压器两相短路接地原理分析

由于是不接地系统,因此在发生两相相间接地短路故障后,第二阶段的三相电流与第一阶段相比无明显突变;但是中性点电压发生偏移,健全相,如图6所示。

4 一次设备故障过程分析

4.1 弧光短路机理介绍

带负荷断开或闭合开关时,会产生火花。如果产生的火花超出了灭弧装置的灭弧能力,那么相邻两相产生的火花就会碰在一起。由于火花的主要物质是开关上的金属,因此会导致不同相间出现短路现象并使电弧持续,即弧光短路。

4.2 一次设备故障过程分析

第一阶段:与套管相连的引流夹件断裂,形成对相邻相套管的弧光短路。第二阶段:引流夹件掉落至绝缘瓷柱上,由于弧光短路一直存在,因此最终发展成为相间对地弧光短路,直至主变保护动作切除故障,短路现象才消失。正常与断裂的引流夹件如图7、图8所示。

该事故发生的根本原因是主变低压侧套管引流夹件断裂。现场检查发现,该主变所有低压套管引流夹件均存在质量问题;引出线安装不合理,致使应力集中,导致引流夹件承担较大的负荷拉力。

4.3 事故整改及预防措施

针对该事故,提出以下整改措施。

(1)设计时,必须考虑引流夹件载流面积及金具强度应满足变压器正常长期安全运行要求。

(2)改进套管引流夹件的结构及其引出线的安装方式。

(3)为减轻低压侧引线对低压套管引流夹件的载荷拉力,适当升高支柱绝缘子高度。

5 结束语

本文以变压器相间短路故障发展过程为脉络,从事故现象、电气量特征分析入手,采用序分量法、星角变换等原理推导了故障过程,最后结合一次设备弧光短路原理再现了整个故障过程。本文分析结合了理论与实际,希望能对类似的故障分析起到一定的借鉴作用。

摘要：针对一起500kV变压器相间短路故障,从电气量特征入手,采用序分量法、星角变换原理重现变压器相间短路故障发展过程;同时,以一次设备弧光短路机理为切入点,阐述事故成因以及暴露的问题,并提出整改、预防措施,为变压器相间短路故障处理提供实用的技术指导。

关键词：相间短路,序分量法,星角转换,弧光短路

参考文献

[1]何仰赞.温增银.电力系统分析[M].第3版.武汉:华中科技大学出版社,2002

[2]贺家李.宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社.2004

[3]陈化钢.电力设备异常运行及事故处理手册[M].北京:中国水利水电出版社,2009

三相变压器空载和短路实验 第2篇

电力工程学院

/

学年

第二

学期

实

验

报

告

课程名称

电机实验

实验名称

三相变压器空载、短路实验

班级名称

建筑电气

学生姓名

学

号

同组同学

实验时间

2011

实验地点

实验报告成绩：

评阅教师签字：

****年**月**日

电力工程学院二〇〇七年制

一、实验目的1、通过空载和短路实验，测定三相变压器的变比和参数。

2、通过负载实验，測取三项变压器的运行特性。

二、实验项目

1、测定变比

2、空载实验

测取空载特性U0=f(I0)，P0=f(U0),cosφ0=f(U0)。

3、短路实验

测取短路特性UK=f(IK)，PK=f(IK)，cosφK=f(IK)。

4、纯电阻负载实验：保持U1=U1

n,cosφ=1的条件下，測取U2=f(I2)。

三、实验方法

1、实验设备

1、BMEL系列电机系统教学实验台2、交流电压表，电流表，功率因数表3、三相可调电阻器4、三相变压器5、开关板

2、短路实验

1)

是实验线路如图1所示，变压器高压线圈接电源，低压线圈直接短路

接通电源前，将交流电压跳到输出电压为零的位置，接通电源后，逐渐增大电源电压，达到20V左右，使变压器的短路电流Ik=1.1—0.5In的范围内，測取变压器的三箱输入电压、电流、功率共取几组数据，记录于表中，其中I

k=In点必测。实验时，记下周围环境温度，作为线圈的实际温度。

图1

三相变压器短路实验接线图

表2-1

室温

℃

序

号

实

验

数

据

计

算

数

据

UK(V)

IK(A)

PK(W)

UK

(V)

IK

(A)

PK

(W)

cosΦK

U1u1.1v1

U1v1.1w1

U1w1.1u1

I1u1

I1v1

I1w1

PK1

PK2

18.94

18.71

19.19

3.5

3.364

3.361

18.94666667

3.408333333

119

0.614258012

16.59

15.89

16.35

3.0

2.892

2.818

16.27666667

2.903333333

0.620724729

14.00

13.44

13.93

2.5

2.431

2.387

13.79

2.439333333

0.624286406

11.11

11.03

11.07

2.0

1.962.1.934

11.07

1.965333333

0.612850995

8.20

7.64

8.12

1.5

1.397

1.362

7.986666667

1.419666667

0.6173708163、空载实验

1)测定变比

1实验接线图如图，被试变压器选用三相变压器，1.在三湘交流电源断开的条件下，将调压器旋钮逆时针方向旋到底，并合理选择仪表量程

2.合上交流电源总开关，即按下绿色“闭合”开关，顺时针调节调压器旋钮，使变压器空载电压U0=0.5Un，測取高，低压线圈的线电压U1u1.1v1,U2u1.2v1

Uv

U1u1.1v1

U2u1.2v1

220.78

1.69

Kuv==1.69

三相变压器变比实验接线图

图2三相变压器空载实验接线图

2)空载实验

a)

空载实验接线图如图,变压器低压线圈接电源，高压线圈开路。

b)

v

/w分别为交流电压表，电流表，功率表。功率表接线时，需要注意电压线圈和电流线圈的同名端，避免接错线

c（接通电源前，先将交流电源跳到输出电压为零的位置。合上交流电源开关，即按下绿色“闭合”开关，顺时针调节调压器旋钮，使变压器空载电压U0=1.2Un

d（表2-3然后，逐次降低电源电压，在1.2—0.5U的范围内，測取变压器的三箱线电压，电流和功率，共取几组数据，记录于表中，其中U=U

n的点必测点，并在该点附近测的点密集一些

e(测量数据以后，断开三相电源，以便为下次的实验做好准备

序

号

实

验

数

据

计

算

数

据

U0(V)

I0(A)

P0(W)

U0

(V)

I0

(A)

P0

(W)

cosΦ0

U2u1

2v1

U2v1

2w1

U2w1

2u1

I2u10

I2v10

I2w10

P01

P02

450.1

445.2

447.5

0.169

0.122

0.174

130

447.6

0.155

-53

-0.441055728

420.2

416.4

417.3

0.137

0.098

0.141

417.9666667

0.125333333

0.110212571

400.0

397.3

397.8

0.121

0.086

0.125

398.3666667

0.110666667

0.536937095

380.4

376.6

377.2

0.109

0.077

0.111

0

378.0666667

0.099

0.678716592

360.2

358.2

358.3

0.098

0.071

0.101

358.9

0.09

0.714962718

330.1

328.6

328.0

0.085

0.059

0.086

328.9

0.076666667

0.755584182

300.1

299.6

298.6

0.076

0.055

0.076

299.4333333

0.069

0.782434818

260.2

259.9

258.3

0.066

0.046

0.065

259.4666667

0.059

0.791999821

220.2

220.6

219.2

0.059

0.042

0.060

220

0.053666667

0.782405785

190.5

190.2

189.0

0.054

0.037

0.053

189.9

0.048

0.823410731

4纯电阻负载实验

实验线路图如图所示，变压器低压线圈接电源，高压线圈经开关S接三相负载电阻Rl.1将负载电阻R

l调至最大，合上开关S1接通电源，调节交流电压，使变压器的输入电压U1=U1n

3.在保持U1=U1n的条件下，逐次增加负载电流，从空载到额定负载范围内，測取变压器三相输出线电压和相电流，共取几组数据，记录于表中，其中I=0和I2=In

两点必测

表1-4U

un=U1n

=220V，cosφ2==1

序号

U（V）

I(A)

U1u1.1v1

U1v1.1w1

U1w1.1u1

U2

I1u1

I1v1

I1w1

I2

373.9

381.6

377.75

220.5

0.816

0.613

0.410

1.0

357.6

370.0

363.8

217.6

1.334

0.865

0.396

2.0

351.3

370.4

360.85

215.3

1.855

1.122

0.389

3.0

347.9

370.5

359.2

214.7

2.111

1.248

0.385

3.5

344.2

370.2

357.2

213.3

2.388

1.386

0.384

4.0

三项变压器负载实验接线图

根据空载实验数据作出空载特性曲线并计算激参数:

U0=f(I0)

P0=f(U0)

cosΦ0

=f(u0)

计算激磁参数

从空载特性曲线查出对应于U0=U

n时的I0和P0的值，并由下面式子求取激磁参数

Rm=P0/(3I0*I0)=1960(欧)Zm=2505(欧)Xm=1560(欧)

绘出短路特性曲线和计算短路参数：

Uk=f(Ik)

Pk=f(Ik)

cosΦK

=f(Ik)

计算短路参数

从短路特性曲线查出对应于Ik=In时的Uk和Pk的值，并有计算出的实验环境温度时的短路参数

Rk‘

=4.169(欧)

Zk=3.918(欧)

Zk’=11.189(欧)

Xk‘=8.504（欧）

Uk=122.108%

Ukr=45.5%

Ukx=92.8%

变压器的电压变化率ΔU

根据试验数据,描绘出

cosφ2==1时的特性曲线U2=F(I2)，由特性曲线计算出I2=I2n时的电压变化率ΔU

ΔU=0.456％

绘出被试的效率特性曲线

变压器相间短路 第3篇

配置于变压器高(低)压侧的阻抗保护作为变压器低(高)压侧母线和相邻线路的相间短路的后备保护时,其动作范围稳定、动作时限短、易于和线路保护配合[1],应用价值广泛。应用于此的阻抗继电器有偏移圆特性阻抗继电器[2],但其受变压器Y,d接线影响较大,不能正确反映故障点到保护安装处的真实阻抗。本文提出负序阻抗继电器,其测量阻抗不受变压器Y,d接线影响,能可靠避开负荷阻抗,在电压互感器和电流互感器二次侧断线时不误动。

1 偏移圆特性阻抗继电器

用图1所示系统分析应用于变压器后备保护的偏移特性阻抗保护。图中,Zt为变压器阻抗(折算到高压侧);ZL为线路NK的等效阻抗。为简化分析,只考虑单侧电源,不计负荷电流,降压变压器为Y,d11接线,阻抗元件安装于变压器高压侧(M侧),采用0°接线方式,电压、电流和阻抗均折算到变压器高压侧。

装设于变压器高压侧的偏移圆特性阻抗元件与低压侧相邻线路NK相配合,作为变压器低压侧母线和相邻线路NK的后备保护。假设NK线路保护范围的末端K处发生BC相间短路,用对称分量法取A相为特殊相,设变压器低压侧正、负序电流和电压分量为$\dot{{\rm I}}{}_{\text{l}1},\dot{{\rm I}}{}_{\text{l}2},\dot{U}{}_{\text{l}1},\dot{U}{}_{\text{l}2}$。序分量间的关系为:

$\{\begin{array}{l}\dot{{\rm I}}{}_{\text{l}1}+\dot{{\rm I}}{}_{\text{l}2}=0\\ \dot{U}{}_{\text{l}1}-\dot{U}{}_{\text{l}2}=0\end{array}(1)$

将d侧的电压、电流序分量折算到Y侧,推导出保护安装处各相的电压、电流,计算出保护安装处相间的测量阻抗为:

$\begin{array}{l}{\rm Z}{}_{\text{A}\text{B}}=\infty (2)\\ {\rm Z}{}_{\text{B}\text{C}}={\rm Z}{}_{\text{t}}+{\rm Z}{}_{\text{L}}-\text{j}\frac{1}{\sqrt{3}}\frac{\dot{U}{}_{\text{l}1}}{\dot{{\rm I}}{}_{\text{l}1}}(3)\\ {\rm Z}{}_{\text{C}\text{A}}={\rm Z}{}_{\text{t}}+{\rm Z}{}_{\text{L}}+\text{j}\frac{1}{\sqrt{3}}\frac{\dot{U}{}_{\text{l}1}}{\dot{{\rm I}}{}_{\text{l}1}}(4)\end{array}$

式中:$\dot{U}{}_{\text{l}1}/\dot{{\rm I}}{}_{\text{l}1}=\text{Ζ}{}_{1\text{Σ}}$为故障点综合正序阻抗。

根据式(2)～式(4),绘出高压侧阻抗继电器的测量阻抗示意图如图2所示。图中,Zset为整定阻抗,取为1.3(ZL+Zt)。

由图2可知,变压器d侧线路发生相间短路时,装设于Y侧的偏移特性阻抗继电器没有一个能正确测量出故障点到保护安装处的真实阻抗。

2 负序阻抗继电器

负序阻抗继电器反应于不同相别的两相短路,以负序电压和负序电流为动作量[3],不受Y,d转角和负荷影响,正常负荷状态下不会误动。

2.1 负序阻抗继电器整定方法

负序阻抗继电器以正序分量作为制动判据,负序分量作为动作判据,整定判据如下所示:

$\begin{array}{l}{\rm Z}{}_{\text{s}\text{e}\text{t}}={\rm K}{}_{\text{r}\text{e}\text{l}}({\rm Z}{}_{\text{t}}+{\rm Z}{}_{\text{l}})(5)\\ a=|\dot{U}{}_2-{\rm Z}{}_{\text{s}\text{e}\text{t}}\dot{{\rm I}}{}_2|-|\dot{U}{}_1-{\rm Z}{}_{\text{s}\text{e}\text{t}}\dot{{\rm I}}{}_1|(6)\end{array}$

式中:Krel为可靠系数;a为负序阻抗判据计算值,a>0表示负序阻抗继电器动作,a<0表示负序阻抗继电器不动作;$\dot{U}{}_1$和$\dot{U}{}_2$分别为高压母线的正序、负序电压;$\stackrel{\cdot }{{\displaystyle {\rm I}}}{}_1$和$\stackrel{\cdot }{{\displaystyle {\rm I}}}{}_2$分别为变压器高压引线的正序、负序电流;Zl为线路阻抗,考虑到Zt和Zl有偏差将影响负序阻抗继电器的实际效果,两者的值通过实验正确测量。

2.2 电压互感器或电流互感器断线闭锁时负序阻抗继电器情况

负序阻抗继电器以负序分量为动作量,为防止电压互感器、电流互感器断线时不正确动作,可增设负序电压$\dot{U}{}_2$和负序电流$\dot{{\rm I}}{}_2$启动元件[4],两者构成与门启动逻辑。

电压互感器断线时,出现$\dot{U}{}_2$但$\dot{{\rm I}}{}_2=0$;电流互感器断线时,出现$\dot{{\rm I}}{}_2$但$\dot{U}{}_2=0$。因而,在电压互感器、电流互感器断线时,负序阻抗继电器不启动。

2.3 仿真验证

在MATLAB/Simulink中建立了电源变压器输电线路负荷模型对负序阻抗继电器的性能仿真分析,降压变压器为Y,d11接线,仿真模型如图3所示。图中,变压器和线路AB,BC的参数见附录A。

负序阻抗继电器装设在变压器高压侧,高压侧采集的ABC三相电压、电流测量值分别通过图4所示的数据处理过程计算出负序阻抗判据计算值a,实现式(5)和式(6)判据。

在图3中1,2,3,4处分别设置相间短路故障。Zset与线路AB的距离Ⅰ段相配合,整定到线路AB的末端,Krel取0.8,Zset取1 241.13 Ω。仿真结果如表1所示。

由以上仿真结果可知,负序阻抗继电器对于保护范围内不同类型的相间短路故障都能够准确动作,不受变压器Y,d转角的影响,可以准确地区分出区内故障和区外故障。

3 实践应用探讨

以某330 kV变电站为例探讨负序阻抗继电器的工程应用,变电站接线如图5所示。图中,330 kV为高压侧,220 kV为中压侧,10 kV为低压侧。主变压器(简称主变)参数见附录B。

图5中,10 kV侧出线配置了三段式过流保护(非阻抗保护),主变330 kV侧配置的负序阻抗继电器不作为10 kV线路的后备保护,仅作为1号主变10 kV侧母线相间短路的后备保护。

1号主变10 kV侧母线发生相间短路时,变压器和系统等值阻抗如图6所示。图中,Xg,Xz,Xd分别为1号主变高、中、低压侧阻抗;Xs1和Xs2分别为高、中压侧系统阻抗。阻抗均折算至高压侧;i1和i2为低压侧母线发生相间短路时1号主变高、低压侧绕组流过的短路电流。

高压侧配置的负序阻抗继电器的动作判据为:

$|\dot{U}{}_4-{\rm Z}{}_{\text{s}\text{e}\text{t}}\dot{{\rm I}}{}_4|>|\dot{U}{}_3-{\rm Z}{}_{\text{s}\text{e}\text{t}}\dot{{\rm I}}{}_3|(7)$

式中:$\dot{U}{}_4$和$\dot{{\rm I}}{}_4$分别为高压侧负序电压和电流;$\dot{U}{}_3$和$\dot{{\rm I}}{}_3$分别为低压侧负序电压和电流。

式(7)中,Zset的整定过程如下所示:

${\rm Z}{}_{\text{s}\text{e}\text{t}}={\rm K}{}_{\text{r}\text{e}\text{l}}({\rm Z}{}_{\text{g}}+{\rm Z}{}_{\text{d}}+{\rm K}{}_{\text{b},\min }{\rm Z}{}_{\text{d}})(8)$

式中:Krel=0.8;Kb,min为受220 kV侧助增电流影响,330 kV侧配置的负序阻抗保护的最小分支系数。

${\rm K}{}_{\text{b}}=\frac{i{}_2}{i{}_1}=\frac{X{}_{\text{s}1}+X{}_{\text{g}}+X{}_{\text{s}2}+X{}_{\text{z}}}{X{}_{\text{s}2}+X{}_{\text{z}}}=1+\frac{X{}_{\text{s}1}+X{}_{\text{g}}}{X{}_{\text{s}2}+X{}_{\text{z}}}(9)$

由式(9)可知,若Kb取最小值,Xs1应该取最小值,Xs2应取最大值,因此

$\begin{array}{l}{\rm K}{}_{\text{b},\min }=1+\frac{5.522\text{Ω}+24.79\text{Ω}}{17.211\text{Ω}+0.661\text{Ω}}=2.696\\ {\rm Z}{}_{\text{s}\text{e}\text{t}}=0.8(24.79\text{Ω}+225.816\text{Ω}+\\ 2.696225.816\text{Ω})=687.5247\text{Ω}\end{array}$

灵敏度校验[5]:负序阻抗保护应能在1号主变10 kV侧母线处发生相间短路时,有足够的灵敏度。

根据DL/T 6841999《大型发电机变压器整定计算导则》要求,灵敏度应能满足:

${\rm K}{}_{\text{s}\text{e}\text{n}}=\frac{{\rm Z}{}_{\text{s}\text{e}\text{t}}}{{\rm Z}{}_{\text{g}}+{\rm Z}{}_{\text{d}}}>1.3(10)$

代入数据得:

${\rm K}{}_{\text{s}\text{e}\text{n}}=\frac{687.5247\text{Ω}}{24.79\text{Ω}+225.816\text{Ω}}=2.7434>1.3$

可见,灵敏度满足要求。

4 结语

本文指出了应用于变压器后备保护的偏移特性阻抗继电器存在的问题[6,7],提出了应用于变压器相间短路后备保护的负序阻抗保护,验证了其不受变压器Y,d变换的影响,且能可靠地闭锁电压互感器、电流互感器断线,可以很好地避开负荷阻抗,并且通过实践工程应用,证明其是既灵敏又安全的变压器相间短路后备保护。

然而,负序阻抗继电器虽然对于相间短路有很高的灵敏度,但对于三相短路和接地短路无能为力,在实际工程应用中,还需要继续研究高灵敏度的变压器三相短路和接地短路后备保护,与负序阻抗保护共同构成完备的变压器后备保护。

附录见本刊网络版(http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx)。

摘要：偏移特性阻抗继电器应用于变压器相间短路后备保护时,其灵敏性和可靠性往往不能满足要求。文中提出负序阻抗继电器,其测量阻抗不受变压器Y,d接线的影响,能避开负荷阻抗,且在电压互感器和电流互感器断线时能有效地闭锁。应用Simulink建立仿真模型验证负序阻抗继电器的性能,仿真结果表明:负序阻抗继电器在各种情况下的相间短路时均能够正确动作。通过工程实例应用,证明其是灵敏可靠的相间短路后备保护。

关键词：负序阻抗继电器,变压器后备保护,偏移特性阻抗继电器

参考文献

[1]王维俭.主设备后备阻抗保护反应绕组短路的灵敏度分析[J].电力自动化设备,2003,23(9):1-4.WANG Weijian.Backup impedance protection sensitivityanalysis for internal winding faults of main equipment[J].Electric Power Automation Equipment,2003,23(9):1-4.

[2]赵斌,郭宝甫.Y0/d-11变压器低阻抗保护方案及接线方式的分析[J].继电器,2004,35(4):6-10.ZHAO Bin,GUO Baofu.Analysis of Y0/d-11transformer lowimpedance protection scheme and connection mode[J].Relay,2004,35(4):6-10.

[3]朱声石.论微机负序距离继电器[J].电力自动化设备,2002,22(3):1-4.ZHU Shengshi.On microprocessor-based negative sequencedistance relay[J].Electric Power Automation Equipment,2002,22(3):1-4.

[4]周旭,包玉胜,尤旦峰,等.变压器相间后备保护的改进[J].电力系统自动化,2002,26(7):59-61.ZHOU Xu,BAO Yusheng,YOU Danfeng,et al.Improvementof transformer back up protection for phase-to-phase faults[J].Automation of Electric Power Systems,2002,26(7):59-61.

[5]DL/T 684—1999大型发电机变压器整定计算导则[S].1999.

[6]王维俭.变压器保护运行不良的反思[J].电力自动化设备,2001,21(10):1-3.WANG Weijian.Consideration on the improper operation oftransformer protection[J].Electric Power AutomationEquipment,2001,21(10):1-3.

变压器相间短路 第4篇

1 输电线路相间距离保护的相关概述

1.1 输电线路距离保护的运用

在输电线路的保护过程中, 主要就是通过阻抗元件来进行反应短路故障的保护装置, 在具体的输电线路的控制中, 抗阻元件中就是直接接入元件的电压与电流的比值, 通过对电流电压比值的计算, 可以对短路点以及到保护安装处的阻抗值计算。其中, 在线路的阻抗值与距离形成正比的运行中, 就会产生距离保护。在输电系统的正常运行中, 也就会减少总工作最大运行方式, 在运行方式的变化中, 就会形成电流保护的保护范围变化, 在最大运行方式的作用下, 就会形成电流保护范围的缩小, 形成灵敏度的降低。在距离保护测量的运行中, 就是对短路点到安装处的距离控制, 在系统运行正常的情况下, 就会形成保护范围的稳定性。因此, 在整个电力系统的稳定运行中, 主要是包括符合要求的电网结构、系统运行方式以及继电保护的效果运用。在选择性与灵敏度的控制中, 主要是通过相间接地故障后被保护延时段来进行有效的保证。在距离保护的过程中, 就是通过距离测量元件的方式, 形成基础构成的保护装置, 也就是阻抗保护的模式。在整个系统的运行中, 保护装置安装处的电压系统为额定电压的时候, 电流负载电流就会增加。在线路阻抗与距离成正比的时候, 保护安装处的电压与电流之间就形成一定的运用效果, 也就能计算出保护装置与短路点的距离, 能形成有效的故障控制方式。

1.2 距离保护原理说明

在输电线路的相间距离的保护运行中, 主要就是形成对整个距离保护的综合模式, 其中, 在不同段的测量元件中, 要形成对抗阻元件的整体控制, 这样, 可以对测量故障点以及保护安装距离形成有效的计算。在进行整体值的计算过程中, 就要形成对测量元件的综合控制, 并在具体的保护过程中, 形成对输出线路的系统控制。在进行比较的过程中, 可以对计算值定义为Zset, 这样, 在计算的过程中, 可以形成相应的比较, 其中, 在Zm<Zset的过程中, 就会出现测量元件的输出模式, 反之, 就不会出现输出的现象。其中, 在2KT与3KT的距离保护过程中, 就要实现对第2、3段的延时元件控制, 在作为时序逻辑的判断元件中, 就形成形成相应的保护效果。在延时元件2KT的判别故障处理中, 就要形成故障判断中是否处于一定范围内的技术控制, 这样, 可以形成综合性的控制与管理。因此, 在整个系统的控制与管理中, 要形成对整套保护的距离保护模式, 形成启动元件的结构管理, 在整定值中, 可以实现在一个阻抗原件用接点进行切换的方式实现, 这样, 就能实现对整个输电线路相间距离保护的有效性。同时, 在具体运行的过程中, 可以测量出阻抗原件, 而不是电流元件, 也可以增加两个闭锁元件, 整个闭锁元件中, 都形成启动元件, 这样, 能增强整个保护的可靠性。

2 输电线路相间距离保护的短路电流的计算

2.1 保护1距离保护第Ⅰ段整定计算

在输电线路相间距离保护的短路电流的计算中, 为了更好的实现计算方式, 可以先对1、3、4QF的短路器处保护形成第I段的计算值运用, 也就是:

断路器1、3、4QF处距离保护第Ⅰ段的动作时间和灵敏度分别为:

2.2 保护1距离保护第Ⅱ段整定计算

1QF处保护的相邻元件为BC线和并联运行的变压器T。当1QF处距离保护第Ⅱ段与BC线段第Ⅰ段配合时, 有

和变压器配合时, 因为, 按《技术规程》2.3.3.2条, 应装纵差保护, 故变压器第Ⅰ段保护范围应至低压母线E上,

2.3 距离保护MATLAB建模

在当前的极端及运行技术中, 可以结合计算机的运用方式, 尤其是在电力系统的技术控制中, 可以采用MATLAB的交互式使用方式, 在语言程序的设计中, 形成在学术界、技术方面的运用, 尤其是在矩阵计算的运用方面, 最主要的是突出在数值分析、自动控制模拟以及数字信号处理等方面, 可以形成动态化的分析, 尤其是在绘图等方面的功能, 在程序设计上, 形成计算机语言结构的运用, 这样, 可以在不同基本数据的定义数组中, 形成高效率的控制模式, 形成直接的控制效果, 尤其是在原始数据的输入格式设计中, 最主要的是强调在技术角度的运用。最为一个大型的计算机平台, 在MATLAB在集数值的计算中, 形成强大的符号运算以及图像处理的功能, 这样, 可以实现对整个技术控制的运用。一般而言, 在用户使用的过程中, 主要是在使用工具箱、应用与评估学习等模型代码的运行中, 形成高性能的技术控制。在课程设计的过程中, 要形成对断路器保护处安装保护及启动原件, 保护模块经封装成子系统, 其输入信号为电压电流测量值和由启动元件发出的投切信号, 输入信号送至断路器的控制端, 以控制断路器的开合状态。断路器的初始状态为合闸。气动元件是通过负序电流来判别系统是否发生故障, 只有当故障发生时才能将整套保护模块迅速投入工作。使用元件库中的故障模块进行故障点的设置, 可以方便的设置故障类型以及故障点起始时刻。为了简化系统, 线路只有电感, 总长为120km。可以将三个整定值不同的距离保护模块以及延时模块组成三段式距离保护, 实现本线路的主保护和下级线路的后备保护。模块充当了由Sim Power System系统到Simulink系统的接口, 相当于实际的电流和电压互感器。

3 结语

在输电线路相间距离保护的短路电流计算中, 形成科学有效的技术公式与模型运用, 尤其是结合现代化的计算机运用水平, 突出在输电线路相间距离保护中短路电流的综合效益, 这样, 就能实现电流与电压互感器的综合原理与技术控制, 起到更好的效果。

参考文献

[1]陈堂等编著.配电系统及其自动化技术[M].北京:中国电力出版社, 2004 (08) .

[2]赵晶主编.Prote199高级应用[M].北京:人民邮电出版社, 2000:18-25.

变压器相间短路 第5篇

1 事件经过

2011年4月11日16时42分, 该电厂运行人员在中央控制室启动4号发电机发电流程, 16时43分进行空载升压, 发电机出口断路器在分闸位置。当发电机的机端电压升至12.7k V时, 发电机出口断路器本体靠发电机端发生A、C相间短路。事故20ms后, 发电机启动紧急停机流程、变压器差动保护动作, 切除故障, A相电流测值2900A, B相电流测值0A, C相电流测值2930A, 发电机出断路器SF6密度降低报警动作、SF6密度降低闭锁分合闸动作;事故原因不清, 据了解, 4号机组是在事件发生的两个小时前由运行转为热备用的, 在之前的运行中机组的各项运行参数正常, 无异常报警信号出现, 当天的巡检人员检查也未发现设备有异常情况, 断路器SF6压力也在正常范围, 最近的一次预防性试验的时间为2011年1月, 试验结果合格;在试验前曾对该台断路器进行过清扫工作。

2 事件原因分析

2.1 事件记录信息分析

该台断路器采用的是ABB (意大利) 公司1998年产品, 1999年9月15日投入运行, 主要技术参数如下:

型号:HG12

额定电压:17.5k V (使用电压12.7kV)

额定电流:6300A

额定开断短路电流:50k A

由事件发生时电厂监控系统记录的信息如下:

2011年4月11日16∶42时, 运行人员在中央控制室启动4号机组发电流程;

16∶43∶43.876时4号机机端变有压继电器动作;

16∶43∶44.917时4号机组保护事故停机动作;

16∶43∶44.919时4号机组保护跳闸动作;

16∶43∶44.931时4号主变保护I保护动作;

16∶43∶44.968时2204开关跳闸;

16∶43∶45.699时启动4号机组紧急停机流程;

16∶43∶48时, 4号发电机A相电流测值2900A, B相电流测值0A, C相电流测值2930A。

16∶43∶52.137时804SF6密度降低报警动作;

16∶43∶54.054时804SF6密度降低闭锁分合闸动作;

16∶47时4号机组紧急停机流程退出, 机组停稳。

机组停定后运行人员到现场检查情况, 发现804开关房门被热浪冲开, 804开关A、C两相击穿。现场4号主变保护I柜“比率差动”保护动作及发电机保护柜“比率差动”保护动作。

由以上信息可知:当时发电机还处于建压过程中, 尚未启动同期合闸流程, 发电机出口断路器是在分闸状态下发生相间短路的。

2.2 现场勘查情况

事故现场发现4号机组出口开关A、C两相击穿, 开关损坏;开关室门受热气浪冲击受损;在4号机组出口开关室内未发现有小动物尸体及其它杂物, 因此可排除因动物进入攀爬而引起短路的因素, 也可排除因杂物掉落引起短路的因素;由于在当天的设备巡检中SF6压力正常, 且从监控系统记录的信息来看, SF6密度降低报警是在发生短路后动作的, SF6密度降低报警动作是因气室烧穿, SF6气体泄漏引起的, 所以也可排除因SF6密度降低导致气室内绝缘强度不够引起短路的情况;在断路器的A、C相事故短路点发现有一条浅浅的痕迹, 沿着表示相别的标示纸贯穿相对地之间, 在断路器B相发现表示相别的标示纸有些透明的窟窿, 这些窟窿有可能是电腐蚀造成的, 这些表示相别的标示纸材质为塑料薄膜, 按照材质的分类, 塑料薄膜为绝缘材质, 电厂人员认为这些标示纸都是薄膜, 应该是绝缘的, 而且该台断路器在粘贴标示纸后, 已正常运行三个月;但任何一种绝缘材质在各种情况下都有其耐压的极限值, 电厂在使用这些表示相别的标示纸前, 没有对这类标示纸进行相关试验, 对标示纸的耐压水平进行测试, 为了鉴定这些标示纸的绝缘水平, 试验人员拿了一张新的标示纸进行绝缘耐压。当电压加到3k V时标示纸开始爬电, 7.6kV时开始着火, 发电机的运行相电压为7.96k V, 已高于7.6k V, 但断路器在粘贴标示纸后, 却能正常运行三个月;由于该台断路器的B相本体还未遭到破坏, 且还贴着原来的标示纸, 为了得到更为接近实际情况的数据, 试验人员又在断路器的B相进行耐压试验, 当电压升到8k V时标示纸开始爬电。实验结果表明贴由于在断路器的标示纸的上部和下部有一点绝缘距离, 所以爬电电压比较高, 高出了了正常运行时的相电压值, 因此断路器在粘贴标示纸后, 仍能暂时正常运行。

2.3 事件原因及发展过程分析

经现场现察和试验分析确定事故原因是由于粘贴在开关绝缘支柱上的标识材料绝缘性能低, 开关导电体通过标识材料对地放电, 导致开关A、C相绝缘击穿。该标示纸不是绝缘物体, 却贴在主绝缘筒上, 造成主绝缘筒的爬电距离不足, 引起表面爬电闪络, 导致相间接地短路。据悉四号发电机出口断路器的标示纸是在1月分机组检修期间贴上去的, 刚贴标示纸时, 由于标示纸的上部和下部有一点绝缘距离, 且断路器刚经过检修清扫工作, 表面较为清洁, 所以爬电电压比较高, 断路器仍可以运行, 但随着运行时间的增长, 由于断路器表面清洁度下降及空气湿度的变化, 使主绝缘筒的绝缘水平下降, 最终引起表面爬电闪络, 导致相间接地短路。

3 对事件的总结

1) 生产人员对标识材料特性认识不足, 没有考虑到标识材料绝缘性能低, 对断路器结构不熟悉, 对在开关绝缘部位粘贴标识会导致开关绝缘降低认识不足, 因此要加强相关方面的培训, 提高生产人员的专业知识与业务水平。

2) 该型断路器绝缘表面距离较短。虽然该断路器已经运行10多年, 但该型断路器绝缘表面距离只有200mm, 现在电网公司规定的10k V开关柜的有机绝缘表面爬距大于230mm。所以在污秽和潮湿条件下该断路器表面爬距是不够的, 要加强该型断路器运行中的监视和加装驱湿器。

3) 增加故障录波器的测量。这次故障录波图没有发现发电机中性点的电压和电流波形, 要对发电机保护事故录波器接入信号进行专题研究, 评估发电机事故录波器接入的信号源充分的充分性, 考虑增加事故录波器数量, 为事故分析提供数据依据。

4 防止事件重复发生的措施

1) 生产部门应认真吸取教训, 举一反三, 组织开展生产设备标志标识普查, 对不符合安全要求的要立即整改, 防止不安全事件发生。

2) 对开关室、设备室的防潮、防尘措施进行普查和评估, 必要的增设防潮设施, 防止潮湿天气导致设备绝缘降低。

3) 对生产人员举办一次电气设备安全知识培训以及绝缘监督有关制度培训。

4) 现场对接地线应使用比设备额定电压等级更高的绝缘手柄, 接电线截面应进行短路校核。

5) 开展主设备单相接地危害性专题分析, 应考虑发生单相接地时保护的动作后果及采取的其它措施。

变压器相间短路 第6篇

自并励发电机与他励发电机有着较大的不同[1],这主要反应在励磁电源取自发电机机端,经励磁变压器和由微机励磁调节器控制的可控硅整流元件,向发电机励磁绕组供给直流励磁电压、电流。由于采用了微机励磁调节器控制的可控硅整流技术,使得自并励发电机具有反应速度快、能快速灭磁和快速减励磁、无旋转部分、接线和结构简单、主机轴系长度短和日常维护工作量小;再加上微机励磁调节器所具有的系统稳定器,大大增强了电力系统暂态稳定,现已为各种容量的发电机所采用。但也带来了新的问题,即当发电机外部发生对称或不对称短路时,机端电压下降,励磁电流随之减小,使得短路电流随时间的增长而逐渐衰减,有可能衰减到额定(负荷)电流以下,过流保护不能正确反应故障,为此需额外配置相应的后备保护-自并励机组后备保护。设计院、发电厂和保护制造厂家相关人员在配置自并励机组后备保护上有不同的作法,更有甚者还在励磁变压器上装设低压(复合电压)记忆过流保护。在搞清这些问题之前,需知道在不同处发生故障时短路电流的大小和性质。

1 自并励发电机相间短路电流的计算

根据文献[1]所介绍计算方法,归纳总结出经外接电抗三相短路和两相短路时短路电流随时间的衰减变化值,计算步骤如下:

(1)若空载电控角和强励电控角未知,可根据已知的空载励磁电压和强励励磁电压及三相全控整流直流电压平均值方程,反推求出空载电控角和强励电控角:

三相全控整流直流电压平均值为:

式中:Ufd是整流后直流电压,Up-p是励磁变压器二次相间电压,α是三相全控整流电控制角。

对应空载励磁电压Ufd.0,空载电控角

对应强励励磁电压Ufd.k,强励电控角

(2)计算出短路点的外接电抗xs,求出外接电抗临界值xs.cr,比较二者大小,若xs小于xs.cr则短路电流必然会随时间衰减到零。

外接电抗临界值:xs.cr=xd/(Cα-1)

当发电机机端发生短路时,其外接电抗等于零,即sx=0。

(3)根据已知的求出短路次暂态电流分量和短路暂态电流分量

1)三相短路的次暂态电流分量:

两相短路的次暂态电流分量:

式中:x2Σ=xf.2+xs.2,xf.2、xs.2分别是发电机负序电抗和外接电抗的负序值。

2)三相短路的暂态电流分量:

两相短路的暂态电流分量:

(4)根据已知的和其它已知,求出定子纵轴次暂态时间常数Td'和自并励系统励磁回路的等效时间常数Td.k。

1)三相短路定子纵轴次暂态时间常数:

2)两相短路暂态时间常数可按Td'(2)≈Td'(3)来计算;

3)三相短路自并励系统励磁回路的等效时间常数:

4)两相短路自并励系统励磁回路的等效时间常数:

(5)写出经外接电抗短路的短路电流方程

1)三相短路电流方程:

由式(1)可计算出不同时间的三相短路电流。

2)两相短路电流方程:

由式(2)可计算出不同时间的两相短路电流。

2 自并励发电机的几个实例

现列出300 MW、600 MW汽轮机组和水轮机组700 MW三个实例,供大家有个初步的认识。短路点分为机端处d1点、主变高压母线处d2点和单出线30 km处d3点,分别计算三相和两相短路电流。

2.1 实例一

型号为QFSN-300-2-20B的300 MW汽轮机组,各参数是:Sn=353 MVA,Un=20 k V,cosφ=0.85,xd=1.85,'xd=0.226,'xd'=0.1555,xf.2=0.1718,空载励磁电压Ufd.0=135 V,额定励磁电压Ufd.n=455 V,强励励磁电压倍数2.7,转子励磁回路的次暂态时间常数Td0'=0.035 s,暂态时间常数Td'0=9.223 s,励磁变压器高低压侧变比是20/0.983 k V,主变额定电压220/20 k V,主变电抗xt=0.143,单出线30 km处d3点的线路电抗xl=0.0875,以上各电抗值都是以基准容量353MVA的标幺值。求机端d1点、高压母线处d2点和距母线30 km处d3点的三相和两相短路电流。

线路d3点外接电抗xs.d3=xt+xl=0.2305,外接电抗临界值xs.cr=0.2267,d3短路点外接电抗大于外接电抗临界值,短路电流不会衰减有可能要增大,因此d3点短路电流不再计算。由自并励发电机相间短路电流计算方法可写出各短路点的短路电流方程:d1点三相短路电流方程见式(3),d1点两相短路电流方程见式(4),d2点三相短路电流方程见式(5),d2点两相短路电流方程见式(6)。

计算出d1、d2点随时间变化的三相短路电流和两相短路电流见表1。

从表1可看出,自并励300 MW的汽轮机组在机端发生三相和两相短路故障时,其短路电流有很大的不同,三相短路电流衰减极快,影响过流保护的正确动作,但机端两相故障和在主变高压母线处三相短路故障时,短路电流衰减的较慢,主变高压母线处两相短路故障时,短路电流不衰减反而增大,都不影响过流保护的动作行为。从这个意义讲,在机端配置低压记忆过流保护作为后备保护即可,而不必配置复合电压记忆过流保护。

2.2 实例二

型号为QFSN-600-2YHG的600 MW汽轮机组,各参数是:励磁变压器高低压侧变比是20/0.89 k V,主变额定电压500/20 k V,主变电抗xt=0.1297,单出线30 km处d3点的线路电抗lx=0.024(3分裂输电线每公里0.3Ω计算),以上各电抗值都是以基准容量667MVA的标幺值。求d1、d2和d3点的三相和两相短路电流。

由d1、d2和d3三短路点的外接电抗小于外接电抗临界值可知短路电流是衰减的。

d1点三相短路电流方程见式(7),d1点两相短路电流方程见式(8),d2点三相短路电流方程见式(9),d2点两相短路电流方程见式(10),d3点三相短路电流方程见式(11),d3点两相短路电流方程见式(12)。计算出d1、d2、d3点随时间变化的三相短路电流和两相短路电流见表2。

从表2可看出,自并励600 MW汽轮机组在d1、d2和d3三处三相短路故障时,三相短路电流衰减的较快,3 s时短路电流都小于额定负荷电流,过流保护不能正确反应故障情况,此时需配置低压记忆过流保护,低电压元件满足1.3灵敏度的要求(d3点三相故障传变到机端电压标幺值是Ur.m ax=xs.d3/(x'd+xs.d3)=0.39,灵敏系数Ksen.U=0.6/0.39=1.54>1.3)。而d1处发生两相短路故障时,两相故障电流衰减的极慢,3 s时短路电流是额定负荷电流的1.79倍;d2和d3处两相短路时,两相短路电流都是增大的,配置过流保护即可正确反应故障情况。

2.3 实例三

某大型水电站水轮机组型号为SFS700-80/19310,各参数是:励磁变压器高低压侧变比是20/0.95 k V,主变额定电压500/20 k V,主变电抗xt=.0156,单出线30 km处d3点的线路电抗xl=0.024(3分裂输电线每公里0.3Ω计算),以上各电抗值都是以基准容量777.8 MVA的标幺值。求d1、d2和d3点的三相和两相短路电流。

d3短路点外接电抗大于外接电抗临界值,短路电流不会衰减反而要增大,因此d3点短路电流不再计算。

d1点三相短路电流方程见式(13),d1点两相短路电流方程见式(14),d2点三相短路电流方程见式(15),d2点两相短路电流方程见式(16)。

计算出d1、d2点随时间变化的三相短路电流和两相短路电流见表3。

由于水轮机组的纵向电抗、纵向暂态电抗、纵向次暂态电抗三值比较接近,特别是纵向电抗比汽轮机组的小一倍,使得自并励水轮机组的短路电流不同于汽轮机组的独特特点。从表3可看出,3 s时的机端三相短路电流最小也有1.5倍的额定电流,机端三相短路电流衰减的较慢,不会影响过流保护的动作行为;高压母线的三相短路电流衰减的极慢,机端两相短路和高压母线的两相短路电流不衰减反而增大,这些都不会影响过流保护的正确动作行为。单纯从这个意义上来看,配置过流保护即可,而不必配置低压记忆过流保护。

3 工程应用中的几个问题

3.1 工程应用中的保护配置

1)自并励发电机配置的后备保护

自并励机组可配置的后备保护有两种,一种是低压记忆过流保护,另一种是复压(负序电压+低电压)记忆过流保护。工程应用中应根据具体情况进行配置,低压记忆过流原理判据较复压记忆过流简单,调试维护相对简单方便;低电压元件只能反应三相短路故障,复合电压元件不仅反应三相故障也能反应两相故障;过流元件灵敏度相同,低电压元件灵敏度没有复合电压的高但在能满足灵敏度要求的前提下三相短路应首选低压记忆过流保护。

从上面三个实例可以看出,自并励600 MW汽轮机组在d1、d2和d3三点的三相短路电流和自并励300 MW汽轮机组机端三相短路电流衰减的较快,3 s时短路电流都小于额定负荷电流,过流保护不能正确反应故障情况,需配置自并励机组的后备保护;但其两相短路电流较大,都大于额定电流,不会影响过流保护的动作行为,不需要配置自并励机组的后备保护。从这里可以看出,只需配置低压记忆过流保护满足自并励机组三相故障的需要,而不必装设复压记忆过流保护。

再次,最不利的600 MW汽轮机组距出线30 km处d3点三相故障时,低电压元件也能满足灵敏度要求。由实例二可知,d3点三相故障传变到机端电压标幺值是0.39,低电压元件灵敏系数Ksen.U=Uop/Ur.max=0.6/0.39=1.54>1.3满足要求。

由上述分析得出结论:对于300 MW以上的自并励汽轮机组配置低压记忆过流保护能满足高压母线三相短路故障的要求;而对于特大型自并励水轮机组则可以不配置低压记忆过流保护。

2)励磁变压器高压侧后备保护

励磁变压器容量一般只是发电机容量的0.011倍,其低压侧最大故障电流不会超过发电机额定电流的0.15倍,此故障电流由发电机和系统经主变压器提供,故障电流不衰减(严格来说有所减小,既使发电机不提供短路电源,故障电流变化量很小不到故障电流的10%),因此励磁变压器后备保护不需要配置记忆过流保护。至于励磁变压器低压侧发生相间短路故障造成发电机励磁电流大大下降或完全失磁,则应由发电机失磁保护来反应。

3.2 低压记忆过流保护整定计算

低压记忆过流保护各元件动作值整定计算可按《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》来计算:

过流元件动作电流可按下式整定:

式中:Krel是可靠系数取1.3,Ign是发电机额定电流,na是电流互感器变比。

低电压元件的动作电压按下式整定:

式中:Krel是可靠系数取0.8,Umin是发电机端最低运行电压或躲过失磁时的最低电压,nv是电压互感器变比。

对于高压母线处三相短路故障来说,过流元件灵敏系数肯定能满足,可以不用计算。

低电压元件灵敏系数按:Ksen.U=Uop/(Ur.max/n v)计算,应大于1.3,Ur.max是主变高压侧三相金属性短路时,发电机端的最大残压。

3.3 低压记忆过流保护动作行为

由于不同电厂的主接线和所配置设备的不同,使得保护动作后的动作行为也有所不同。

1)高压双母线或双母线分段或单母分段主接线

低压记忆过流保护应设置一段定值两个时限,以较短时限动作跳母联断路器或分段断路器,用以缩小故障范围;较长时限动作于解列灭磁或程序跳闸或停机,这能有效克服误停非故障母线上的运行机组。

2)对一个半断路器接线的低压记忆过流保护应设置一段定值一个时限,直接动作于解列灭磁或程序跳闸。

3)考虑到该保护动作是解列灭磁或程序跳闸或停机,尽管该保护动作后不能立即返回,也应以该“保护动作”去启动“失灵启动”,但失灵启动不会动作去启动断路器失灵保护。因失灵启动有三个判据,“保护动作”只是其中的一个判据,另两个判据“断路器辅助触点(合闸)”和“相电流(负序电流或零序电流)”不满足失灵启动动作条件,保护不会动作。

4 结论

1)300 MW及以上的自并励汽轮发电机组,在机端d1点三相短路3 s时故障电流都小于发电机的额定电流;600 MW自并励汽轮发电机组在主变高压侧d2点和距母线30 km处的d3点,3 s时的三相短路电流都小于发电机的额定电流。

2)由于水轮发电机组的自并励系统励磁回路的等效时间常数Td.k较大,机端d1点和主变高压侧d2点3 s时的三相短路电流衰减得较慢以及两相短路电流增大等特性,都不影响过流保护的动作行为,从这个意义讲可以不配置记忆过流保护。

3)由上可知,对于300 MW及以上的自并励汽轮发电机组,除了配置常规的对称过负荷(反时限)和不对称过负荷(反时限)保护外,还应增设低压记忆过流保护,作为自并励机组机端或主变高压侧三相短路的后备保护。

参考文献

变压器一侧相间故障电压变化分析 第7篇

某220 k V变电站进行倒母线操作, 操作合上某隔离开关, 由于该隔离开关垂直连杆与抱箍紧固方式不合理, 导致合闸不到位, 拉开隔离开关进行了第二次合闸, 第二次手动合闸后, 某隔离开关B相动静触头接触压力及接触面积均不足, 接触电阻较大。

B相动静触头接触不良导致的热效应逐渐累积, 使得动静触头产生热熔现, 产生间歇性的火花放电, 并伴随有大量烟雾。造成B、C相间短路。220 k V某变电站110 k V母差保护动作跳闸, 跳开110 k V I母上所有运行的断路器。

通过故障录波图, 从波形已经可以清楚地判断出保护装置正确动作, 故障发生在YN, d11的中压侧BC相故障, 低压 (d11侧) b相电压消失。

以下通过对YN, d11变压器相间故障进行公式计算、向量分析、仿真模型全面、深入的研究。总结出故障时电压的变化规律, 以便提高现场故障处理人员对故障的分析及处理能力, 保证了设备的安全稳定运行。

1 YN侧BC相短路

1.1 公式计算及向量分析

分析YN, d11接线组别变压器不对称故障时两侧电压的关系, 分析采用标幺值, 并省去标幺符号“*”。正序分量的电压可以从变压器的一侧传变到另一侧, 关于正序分量传变, 当YN侧短路故障时, 关系式

式中:I.A1为YN侧流出变压器正序电流标幺值, XT1为变压器正序阻抗标幺值。

关于负序分量传变, 当YN侧短路故障时, 关系式

式中:为YN侧流出变压器负序电流标幺值。XT2为变压器正序阻抗标幺值。[1,2,3,4,5]

1.1.1 BC相短路计算及分析

YN, d11接线变压器在YN侧BC相短路, 如图1所示。此时, A相电压.

当YN侧BC相短路时, YN侧电压向量关系, 如图2所示。[6,7,8,9,10]

当YN侧BC相短路时, YN侧三相电压计算公式为:

当YN侧BC相短路时, d侧电压向量关系, 如图3所示。

当YN侧BC相短路时, d侧三相电压计算公式为:

1.1.2 BC相短路仿真及分析

以某220 k V变电站某变压器中低压侧YN, d11进行PSCAD建模, 故障模型如图4所示, 在模型中电流互感器变比高压侧是1 200/5, 中压侧是2 400/5, 低压侧是7 500/5。220 k V侧为大电源, 系统侧阻抗相对于变压器而言, 忽略不计;110 k V侧区外两相故障, 由变压器供给短路点的电流不受110 k V侧系统的影响。

通过故障模型进行仿真, 在系统侧阻抗相对于变压器而言, 忽略不计的情况下, 在低压侧电压波形如图5所示:

在忽略图3中值不计时, 此波形与公式计算 (6) (7) (8) 、图3向量分析一致。

通过故障仿真模型进行仿真, 其中压侧电压波形如图6所示:

图6波形所示与计算公式 (3) (4) (5) 、图2向量图分析一致。

2 d侧bc相短路

2.1 公式计算及向量分析

分析YN, d11接线组别变压器不对称故障时两侧电压的关系, 分析采用标幺值, 并省去标幺符号“*”。正序分量的电压可以从变压器的一侧传变到另一侧, 关于正序分量传变, 当d侧短路故障时, 关系式

式中:为d侧流出变压器正序电流标幺值。

关于负序分量传变, 当d侧短路故障时, 关系式

式中:为d侧流出变压器负序电流标幺值。

2.1.1 bc相短路公式计算及分析

如图7所示YN, d11接线变压器在d侧bc相短路时, a相电压满足

d侧bc相短路时, d侧电压向量关系, 如图8所示。

当d侧bc相短路时, d侧三相电压计算公式为:

当d侧bc相短路时, YN侧电压向量关系, 如图9所示。

当d侧bc相短路时, YN侧三相电压计算公式为:

2.1.2 bc相短路仿真及分析

以某220 k V变电站某变压器中低压侧YN, d11进行建模, 故障模型如图10所示, 其中TA高压侧是1 200/5, 中压侧是2 400/5, 低压侧是7 500/5。110 k V侧为大电源, 系统侧阻抗相对于变压器而言, 忽略不计;35 k V侧区外两相故障, 由变压器供给短路点的电流不受35 k V侧系统的影响。

通过故障模型进行仿真, 在系统侧阻抗相对于变压器而言, 忽略不计的情况下, 在低压侧电压波形如图11所示:

在忽略图9中值不计时, 此波形与公式计算 (11) (12) (13) 、图8向量分析一致。

通过故障仿真模型进行仿真, 其中压侧电压波形如图12所示:

图12波形所示与计算公式 (14) (15) (16) 、图9向量图分析一致。

3 相间故障电压分析

以上对YN, d11变压器BC相间故障分析计算, 同理可以分析出AB、CA相间故障。以下对两侧相间故障进行分析总结。

3.1 d侧相间故障分析

如果考虑变压器内部电抗的压降, YN侧与d侧两故障相对应的两相中的滞后相电压最低, 等于一个较小的数值, 若不计及变压器内部电抗压降时, 该相电压为零, 如果计及内部电抗压降时, 其电压值为图9中的-2, 其它两相电压较高, 相角差接近180度 (不计内电抗压降为180度) 。

3.2 YN侧故障分析

如果考虑变压器内部电抗的压降, d侧与YN侧两故障相对应的两相中的超前相电压最低, 等于一个较小的数值, 若不计及变压器内部电抗压降时, 该相电压为零, 如果计及内部电抗压降时, 其电压值为图3中的-2, 其它两相电压较高, 相角差接近180度 (不计内电抗压降为180度) 。

4 结束语

本文对变电站YN, d11两侧相间故障进行了分析研究, 总结出两侧相间故障时, 电压的变化规律。全面提升了现场故障处理人员对变电站YN, d11两侧相间故障的分析处理能力, 使理论及实践更加紧密地结合在一起, 保障了设备的安全稳定运行。

参考文献