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判断差动保护电流回路正确接线的方法

2020-09-08 来源:客趣旅游网
判断差动保护电流回路正确接线帕方法 中国石化集团华东管道设计研究院董龙涛李玮 [摘要]差动保护是大型变压器的主保护,主要用来保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障, 同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。在绕组变压器的两侧均装设电流互感器,继电器线圈中流过的电流是两侧电流互 感器的二次电流之差。理论上讲,正常运行及外部故障时,差动回路电流为零。由于两侧电流互感器的特性不可能完全一致。互感 器的二次接线正确与否将直接影响到设备的安全运行。差动保护电流回路接线是否正确,可通过相量分析法和带负荷检验法进行 判断。本文将简要介绍这两种方法,并举出计算实例。 [关键词]变压器 差动保护 二次接线 差动保护作为变压器的主保护,对于保护区内发生故障的保护灵 敏度非常高,但如果电流互感器二次接线不正确,会造成差动保护正确 动作率偏低。那么应该怎样判断差动保护电流互感器二次接线是否正 确呢? 1.相量分析法 以Y0,△一11型变压器为例(如图1)。它的极性端为u,v,w和u, v,W,并假设我们已测得电流互感器一、二次极性(以符号“・”表示)。判 断差动保护二次接线是否正确的一个重要依据是:保护区内故障时差 时,并没有考虑变压器和两侧电流互感器的实际变比(各一、二次侧绕 组匝数之比视为1:1),而只注意各电流的相位关系,这样分析起来就非 常简单明了,而且分析结果也完全能判断差动保护电流互感器二次接 线是否正确。 动保护动作,保护区外故障时差动保护不误动。下面我们对图l所示 的差动保护在区内、区外故障时的动作行为进行分析。 一 琳“,,,==譬袋毋2“/3 羞蔫森 图1差动保护电流互感器二次接线图 1.1区外短路故障 以u.V两相短路故障为例(如图2)。假设流过短路点的短路电流 为id,在节点v有两个回路v—u和v一一+w—u,分别经过一个绕组阻抗和 两个绕组阻抗。流经v相绕组的电流为2 ig3,流经u相和w相绕组的 电流为i,/3。根据减极性标注原则,我们将一次电流相量和电流互感器 二次电流相量标注在图2。可以看到,流经差动继电器KD1,KD2,KD3 的变压器两侧的电流互感器二次电流大小相等、方向相反,电流相量和 为零,差动继电器不会误动作。同理,在保护区外发生其它类型的短路 故障时,流过差动继电器KD1,KD2,KD3的电流相量和也是零。所以 在保护区外发生短路故障时,差动保护不会误动作。 图3区内短路故障示意图 2.带负荷检验法 当一套差动保护新投入运行时,需要对其进行带负荷检验,通常进 行六角图测试。当电压回路接线正确时,我们有一个更加简单明了的 检验方法: 在负荷状态下,以某一电压相量为参考相量,分别对接在差动保护 上的变压器两侧电流互感器二次电流回路进行测量,记下各电流的大 小和相位。只要流进同一差动继电器的变压器两侧的电流互感器二次 电流方向相反,它们在差动继电器上产生的电流链大小相等,就能证明 差动保护的二次接线正确,否则接线就是错误的。 2.1计算实例的参数及接线图 某变压器的铭牌参数为: 型号SFZL7—31500/110;额定电压高压110kV,低压6.3kV;接线组 别为Y0,△一11。 差动保护选用DCD--5型,其整定值1lOkV ̄l各绕组匝数为: 平衡绕组I,N =3;制动绕组,N =4;512作绕组,N =10。 差动保护电流互感器二次接线如图4。 : 图4实例中差动保护电流互感器二次接线图 一 求 = 挺水:・ ,3 落&珥; 图2区外短路故障示意图 1.2区内短路故障 以u,vN相短路故障为例(如图3),分析方法同上。流过差动继电 器KDI和KD2的电流均为i ,流过KD3的电流相量和为零。在保护整 定正确时,差动继电器KD1,KD2将正确动作。 综上所述,图1所示的差动保护二次接线是正确的。 1.3说明 实际上,在判断变压器差动保护电流互感器二次接线是否正确时, 并不需要对区内、区外各种类型故障一一进行分析,只需对区外两相短 路故障进行分析,就可以判断其接线正确与否。在进行上述各项分析 图5实测数值向量图 (下转第389 ̄) --——387。_—— 技 3 4 5 6 lOkV铠装移开式高压开关柜 lOkV铠装移开式高压开关柜 高压自动补偿电容器柜4000kVAr 免维护直流电源MK IOOAH 面 1O 面 30 套 套 2 1 7 8 9 lO ll 微机继电保护装置RCS一9700 电力电缆ZR—YJV 一10/10 3 X 120 电力电缆ZR—YJV :一10/10 3 X 50 电力电缆ZR—YJV: 一10/10 3×35 35kV变电所建筑 套 km 1 3 其中R——每相线路电阻,n,R=rl; x——每相电抗,n,R=xl; I—一线路计算长度,km; I ——计算电流,A; r、x——线路单位长度的交流电阻及电抗,km/Q。 线路损耗计算详见表6: 表5方案二部分固定投资表 设备名称 35kV出线间隔 数量 单价(万元) 合计(万元) 2 40 80 km 0.1 km 1-8 m2 1200 35kV架空线路 电力变压器SZ1—2500/35/10 35kV高压开关柜 施工费用 合计(万兀J 46 2 10 60 l8O l2 2760 360 12O 66.4 3386.4 三、经济分析 本输水工程是煤化工工程的配套工程,不直接产生收益,投资过程 无贷款,在经济分析是指考虑固定性投资和运行成本,不考虑利息。固 定投资包含磴口变电站电气设施及土建工程的建设费用和外电线路的 建设费用,包含固定资产投资及工程建设费用。运行成本主要为电费, 作为电能终端用户,电费计量点位于石泥沼变出线端,电费包含有功电 度和输电线路损耗电能。 在两种方案中,造成投资差额的主要因素在于外电线路和lOkV以 上的变配电装置,运行费用的差额主要是网络损耗和电费差。下面我 们就各项差额进行分项对比。 1.固定投资 固定投资包含外电线路以及上级变电站出线间隔(统称外线)、磴 口变电所高低压配电装置及变压器和土建等配套设施。外线为总包给 地方供电部门建设,投资包含设计施工及监理等全部费用,统一计人外 线投资。为简化计算,只对两种方案中不同的部分进行比较。 外电出线间隔外电线路以近年地方供电部门在其它项目中的成交 价格计算,1 lOkV GIS按照合资品牌近年招投标价格计算,35kV开关柜 按照国外品牌在国内独资企业产品近年招投标价格计算,变压器按照 国内知名品牌近年招投标价格计算,施工费用参考《石油建设安装工程 费用定额》计算。 详见表4、表5: 表4方案一部分固定投资表 设备名称 1lOkV出线间隔 1 lOkV架空线路 电力变压器SZ1—2500/1 10/10 1]okv(cis)进线单元 数量 单价(万元) 合计(万元) 2 46 2 2 90 80 245 80 180 3680 490 16O 表6线路损耗 导线规 长度 电阻率 导线 计算 方案 格 (K电抗 负荷 m) (f ̄/km) (n/k有功 损耗 3102 无功 损耗 6661 n)i (kW) (kW/日) (kW/日) 方案一 LGJ一185 23 O.17 0.365 2O00O 方案一 LCJ一185 23 0.17 0.365 2O00o 30657 65823 3.电费差额 按照内蒙地区大工业电网电费计算,年工作日按照设计的350日 计算。详见表7: 表7电费差额 方案 计算 年工作 电网 网损 有功电费 年电费 负荷 日 电价 (kW) (日) (元/度) (万元) (万元) (万元) 350 350 0.4270 46_36 713O.6 7l76.96 方案一 2o()00 方案二 2OHD00 四、综合分析 0.4390 471.04 7375.2 7846.24 固定一次性投资,方案一比方案二多1458.6万,在技术水平和稳定 性上基本保持一致。在运行费用上,第一方案比第二方案每年要节约 费用669.28万元。如果不计利息,可在2.18年收回超出第二方案的固 定投资。其中第一方案比第二方案网损每年节省425万元,电价差额 为每年245万元,可见网损的影响比电价差额更大。 五、结论 1]OkV(ClS)主变单元 1 IOkV(GIS)内桥单元 施工费用 合计(万元) 2 1 80 80 160 80 95 4845 通过综合分析,可以看出,第一方案虽然一次性投资较大,但是从 长远的运行来看,是更加经济和合理的,以工业工程20年使用期计算 的话,大约可以节约费用达l1926万元。此工程由于地理位置所限,外 电线路距离较长,所以影响比较大,对于一些外电线路较短且负荷较大 的工程,也应充分考虑网络损耗和地方不同电压等级供电电价的不同 对工程经济性的整体影响,就具体情况做出经济比选以确定最适合的 方案。 2.线路损耗 两种方案均按照选择LGJ一185型架空线路计算,由于出自同一变 电站,线路长度相等。线路损耗计算公式为: 有功损耗:AP =3Ic ̄R x 10。kW 无功损耗:A Q.=3Ic2X X 10 kvar 参考文献 [1]工业与民用电设计手册.中国电力出版社,2005ISBN 7-5083 3034-X (上接第387页) 2.2带负荷检验 以1lOkV侧母线电压互感器二次电压u 为参考相量,分别对接在 差动保护上的电流回路进行测量,所得数据如表1。 表1各回路测量值 位置 1lOkV侧 @。=Iu ,×(Nc+N )=1.1 X(10+3)=14.3A U411在差动继电器KD1上产生的电流链为: @2=II_41l X N(:=1.4 X 10=14A 01一@2。 电流回路 U49l 相位角/(。) 196 电流强度幅值,A 1.1 因此,V491与V411,W491与W411分别在差动继电器KD2和KD3 上产生的电流链也基本相等。流进差动继电器的电流互感器二次电流 方向相反,它们在差动继电器上产生的电流链大小相等,可以判断该差 动保护电流互感器二次接线是正确的。 3.结论 V491 W491 316 78 1.1 1.1 在检验差动保护电流互感器二次接线是否正确时,相量分析法是 U411 V411 18 137 1.4 1-4 , 保证接线正确的充分条件,而带负荷检验法则是必要条件,两者相辅相 成,缺一不可。在安装调试阶段,相量分析法给我们提供了理论依据; 安装调试结束后,带负荷检验法又可以让我们重新检验我们的分析判 断是否正确、安装调试阶段是否有错漏。只有当充分、必要条件都成立 时,才能确保差动保护电流互感器二次接线是正确的。 参考文献 1lOkV侧 W411 N411 258 O 11 .O 根据数据,作向量图如图5。 由图5可以看出I .与I ,,I 与I I 与1w.1,方向基本相反,大 小(幅值)基本相等,△I AI 、A1w皆在规范的允许范围内。 U491与U411,V491与V411,W491与W411的相位基本相差180。, [1]王维俭.《电气主设备继电保护原理与应用》.中国电力出版社 1996 [2]何仰赞.《电力系统分析》.华中科技大学出版社,2002 --—— ̄U491在差动继电器KD1上产生的电流链为: 389。_—— 

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