ODFSZ——100000/500型500kV变压器的继电保护方案设计.doc
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1、 南 京 理 工 大 学毕业设计说明书(论文)作 者:杨建伟学 号: 541110120406学院(系):自动化学院专 业:电气工程及其自动化专业题 目:ODFSZ.100000/500kV变压器继电保护的设计副教授都洪基指导者: (姓 名) (专业技术职务)评阅者: (姓 名) (专业技术职务) 2014 年 06 月 毕业设计说明书(论文)中文摘要研究并解决5O0kV变压器保护在实际工程中存在的问题,具有重要的理论和现实意义。本文首先指出了500kV变压器保护配置存在的问题,提出了基于不同动作逻辑而非闭锁逻辑的双重化主保护配置方案,通过改变主保护配置方案提高保护灵敏性和速动性的方法。计算了
2、500kV变压器热稳定极限时间,探讨后备保护与变压器热稳定性能间的配合问题。结合工程实践,提出一种有效的试验方案,能够对变 压器二次电流回路正确性进行全面的检验。分析了自耦变压器公共绕组过负荷的原因,提出解决方法。最后,对变压器保护与母线保护的各种接口配合方案做对比研究,提出最优的解决方案。关键词 变压器差动保护 保护配置 热稳定 电流回路 过负荷毕业设计说明书(论文)外文摘要Title Design of Transformer ODFSZ.100000/500kV Protection AbstractIt is important necessary and practical sign
3、ificant to research and resolve 500kv transformer protection in practical engineering problems.The paper first points out the problems of the 500kv transformer protection configuration.It makes a program of double main protection configuration,which is based on operation logic rather than on the loc
4、k logic,a method for promoting the sensitivity and the speed by changing the main protaction configuration.It calculated the time limit of the 500kv transformer thermal stability the transforme.With the eombination of engineering Praetiee.An effeetive Pilot Program which is used for comprehernsively
5、 testing the current secondary circuit of transformer is suggested in the paper.It analyses the reason for the autotransformer public winding overload and make a solution.Finally,the paper compares to study the programs for interface of transformer protection and busbar protection,and select the opt
6、imal solution.Keywords Transformer Differential Protection Protection Configuration Heat.stable Current.loop Overload 本科毕业设计说明书(论文) 第 页 共 页 目录1 绪论11.1课题背景及意义11.2本课题研究的现状12 50OkV系统联络变压器保护的配置问题72.1目前5OOkV联络变压器保护的配置情况72.2目前的保护配置方案存在的问题82.3 5OOkV变压器保护配置原则的探讨83 变压器保护配置方案的研究93.1 差动保护的灵敏性问题93.2 差动保护的速动性问题1
7、43.3提高保护躲过励磁涌流的能力153.4 主保护配置方案183.5 后备保护配制方案183.6小结194 继电保护与变压器的热稳定204.1 变压器热稳定指标214.2 5O0kV变压器热稳定时间的计算214.3 变压器热稳定与继电保护的关系245 自耦变压器公共绕组过负荷问题255.1自耦变压器各侧电量关系255.2自耦变压器电流流向及过负荷分析265.3 小结306 变压器CT二次回路检验方案的研究306.1对检验方案的基本要求316.2变压器模拟短路试验317 变压器保护与母线保护的接口问题367.1断路器失灵保护动作行为分析367.2双母接线母线故障变压器断路器失灵连跳各侧的实现方
8、案367.3 3/2接线的母线保护与变压器保护的接口问题387.4 小结38结 论39致 谢40参考文献41 本科毕业设计说明书(论文) 第 105 页 共 41 页 1 绪论1.1课题背景及意义电力变压器是电力系统中十分重要的供电组件。作为电力系统的转换枢纽,变压器的安全运行直接关系着整个电力系统的稳定,它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重影响。同时,大容量的电力变压器也是十分贵重的组件,因此,必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好且工作可靠的继电保护装置。随着电力工业整体的快速发展,继电保护的原理和制造工艺也在日益改进和完善,基于新原理的继电保护装置不断出现。由于在系统安
9、全稳定方面的重要性,变压器保护的研究始终受到高度重视。在科研、生产、设计、维护等各方面的共同努力下,目前国内主变保护的基本配置已经相对比较成形和固定,这一点对于保证变压器的安全稳定运行起到了至关重要的作用。变压器保护的原理和技术性能一直在不断地得到提高和完善。文献l对我国22OkV系统继电保护统计显示,1997至2006的十年间,我国继电保护正确动作率虽然呈逐年上升的趋势,但变压器保护的正确动作率仍然偏低。1997年变压器保护正确动作率(62.91%)与线路保护(97.26%)相比有很大差距,虽然近几年变压器保护的正确动作率也有了大幅度提高,从1997年的62.91%提高到2006年的93.4
10、6%,提高了超过30个百分点,但是与线路保护正确动作率相比仍然低6.46个百分点。可见提高变压器继电保护正确动作率仍将是各级继电保护工作者今后工作的重点。造成变压器保护正确动作率偏低的原因是多方面的,其中一直令人们比较关注的是变压器保护所面临的一些尚未很好解决的技术难题,比如:纵差保护鉴别励磁涌流的问题,保护相位补偿后的灵敏度问题等。正是由于这些让人感到棘手的技术难题吸引了大多数的目光,很多其它关于变压器保护的问题被逐渐边缘化。实际上,从目前现场的情况看,很多保护不正确动作的事故并不是由于装置本身的原理问题造成的,而是由于现场的管理不善或一些技术问题被忽视所引起的。因此,变压器保护在实际工程中
11、面临的具体问题同样应当引起各级继电保护专业人士的关注和重视,比如优化变压器保护配置、变压器CT回路正确性检验、后备保护与变压器热稳定性能的配合、变压器保护与母线保护的接口问题等都是关系到变压器保护正确动作和变压器稳定运行的重要因素,并且是值得继电保护人员深入研究和解决的实际问题。1.2本课题研究的现状变压器发生短路故障时,会产生很大的短路电流,使变压器严重过热甚至烧坏变压器绕组或铁心。特别是变压器油箱内的短路故障,伴随很大的短路电流可能引起变压器着火。另外,变压器内外部的故障短路电流会产生电动力,也可能造成变压器本体和绕组变形而损坏。异常运行也会危及变压器的安全,如果不能及时发现处理,也会造成
12、变压器故障及损坏。因此,为确保变压器的安全经济运行,应对变压器配备完整的主保护和后备保护,在变压器发生故障或处于异常运行状态时,及时切除故障或发出报警信号。1.2.1 变压器主保护的现状变压器短路故障的主保护主要有瓦斯保护(本文不作研究)和差动保护,作用于瞬时切除保护范围内的各种短路故障23,。差动保护一般包括纵联差动保护、分侧差动保护和零序差动保护。1.2.1.1 纵联差动保护无论是传统的模拟式保护,还是目前普遍采用的微机式保护,比率制动纵联差动保护(以下简称纵差保护)一直是电力变压器内部故障的主保护。纵差保护是指由变压器各侧外附CT构成的差动保护,该保护能反映变压器各侧的各类故障。差动保护
13、的理论基础是基尔霍夫电流定律(KCL)4。变压器正常运行或外部故障时,若忽略励磁电流损耗及其它损耗,则流入变压器的电流等于流出变压器的电流。此时,差动保护不应动作。当变压器内部故障时,若忽略负荷电流不计,则只有流进变压器的电流而没有流出变压器的电流,差流增大,其纵差保护动作,切除变压器56。差动保护因其原理简单,保护范围明确,动作速度快,目前得到了广泛应用。在线路、发电机和母线的应用比较成功,但是当应用于变压器时,却遇到了许多问题:(1)变压器各侧电流的大小和相位不同;变压器与线路、发电机、母线等设备存在明显的不同,各侧除了有电的联系外还有磁的联系。变压器各侧的电压不同,电流也不相同。超高压、
14、大容量变压器均采用YNd接线,因此流入和流出变压器的电流的相位不可能相同。(2)高压侧高阻接地,保护灵敏度低;(3)少数绕组匝间短路,保护灵敏度低;(4)稳态不平衡电流大;由于变压器励磁电流只流过电源侧,在构成差动保护后将产生不平衡电流。为满足系统对电压的要求,变压器在运行中要不断改变调压分接头,这相当于变压器的变比发生了变化,将使各侧间电流的差值也随之发生变化,从而增大纵差保护的不平衡电流。差动保护各侧CT型号及变比不一致,变比存在误差,也将使差动保护的不平衡电流增大。(5)暂态不平衡电流大;构成变压器差动保护的各侧CT变比和型号不同,其暂态特性就不同。在系统发生故障的暂态过程中,各侧CT二
15、次电流中的自由分量相差很大,因此会在差动保护中产生很大的不平衡电流。变压器过励磁时,其励磁电流大大增加,使差动保护不平衡电流增大。大电流系统侧接地故障时,流入变压器的零序电流因低压侧为小电流系统而不流出变压器。因此,也会产生不平衡电流。(6)励磁涌流实际上,励磁涌流也是变压器差动保护暂态不平衡电流之一,但由于励磁涌流在变压器差动保护中的特殊地位,因此,将其单独列出。前面五点关于变压器差动保护面临的问题,都已通过改善保护的性能得到有效地解决。但励磁涌流却始终是困扰继电保护工作者的一大难题,并且直到现在也没能得到理想的解决办法。继电保护工作者在鉴别励磁涌流方面进行了大量的研究和探索,也取得显著的成
16、绩。目前,已应用于工程实践的识别励磁涌流的方法主要都是利用励磁涌流的波形特征,包括二次谐波原理,间断角原理,波形对称原理,波形比较原理等等。为确保变压器差动保护不误动,人为地增加了诸如二次和五次谐波制动等闭锁措施。多种闭锁原理迫使非常简单的变压器差动保护复杂化,影响了其原有的选择性好、动作迅速等优点。究其原因是变压器在实际运行中,各侧电流不满足式(1.1)。构成差动保护的前提是所保护的设备为纯线性电路,而变压器不仅包含线性电路,还包含非线性的铁芯磁路。实际上,变压器差动保护从理论上就违反了其应遵循的理论基础一一基尔霍夫电流定律。1.2.1.2 分侧差动保护分侧差动保护是指将变压器的各侧绕组分别
17、作为被保护对象,由各侧绕组的首末端CT按相构成的差动保护,如图1.1所示。该保护不能反映变压器各侧绕组的全部故障。图1.1双绕组变压器分侧差动保护原理接线图这种保护的优点是:(l)原理简单,装置可靠,调试方便;(2)电流互感器二次侧三相可接成星型,不存在因相位补偿而造成的滤除零序电流问题,因此单相接地故障灵敏度高;(3)不受分接头调压的影响;(4)不受励磁涌流、过励磁电流的影响。分侧差动保护的缺点是:(1)不能保护常见的绕组匝间短路;(2)只能用于每个绕组有两个引出端子的单相变压器组。1.2.1.3 零序差动保护零序差动保护是指将变压器星形绕组作为被保护对象,由各星形绕组零序CT构成差动保护,
18、如图1.2所示。图1.2 零序差动保护接线图零序差动保护的优点是:(l)对星形侧绕组单相接地故障有较高的灵敏度;(2)不受分接头调压的影响;(3)不受励磁涌流、过励磁电流的影响。零序差动保护的缺点是:(1)不反应相间故障,更不能保护低压侧故障;(2)在常规保护中,二次接线比较繁琐,CT接线正确性难于保证.1.2.1.4 分相差动保护分相差动保护是指将变压器的各相绕组分别作为被保护对象,由每相绕组的各侧CT构成的差动保护,该保护能反映变压器某一相各侧全部故障。分相差动保护可以看作是纵差保护的一种,也受励磁涌流的影响。由于低压侧只能取套管CT,该侧套管与母线之间的引出线就没有了快速保护。因此,就要
19、另外增加保护低压侧引出线的快速主保护。1.2.1.5 其它主保护每种差动保护都有自身的优点和难以避免的缺陷。鉴于差动保护应用于变压器所暴露出的问题,基于新原理的变压器主保护不断涌现,主要有:磁通特性原理序阻抗原理、回路方程原理、电感倒数等效电路原理等。但这些新原理基本还仅仅停留在理论研究阶段,尚未应用于工程实践中。1.2.2 变压器后备保护的现状500kV系统主变压器后备保护一般主要配置低阻抗保护和零序方向电流保护。主要作为变压器、母线及引出线的后备保护,作用于延时切除保护范围内的各种短路故障.低阻抗保护作为主变压器及相邻组件的相间故障后备保护,大多采用O接线。装设在变压器电源侧的后备阻抗保护
20、,对于变压器内部绕组的短路故障往往灵敏度不高,但可以作为对侧母线和馈线故障的后备保护。接地故障采用零序电流保护。设两段零序电流保护,第一段零序方向电流保护,方向指向本侧母线,切本侧断路器;第二段零序电流保护无方向,动作后跳各侧断路器。1.2.3 继电保护与变压器的热稳定问题电力变压器的故障分为内部和外部两种故障。内部故障指变压器油箱里面发生的各种故障,主要靠瓦斯和差动保护动作切除变压器;外部故障指油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障,一般情况下由差动保护动作切除变压器。速动保护(瓦斯和差动)无延时动作切除故障变压器,设备是否损坏主要取决于变压器的动稳定性。而在变压器各侧母线及其相连间隔的
21、引出设备故障时,若故障设备未配保护(如低压侧母线保护)或保护拒动时,则只能靠变压器后备保护动作跳开相应开关使变压器脱离故障。因后备保护带延时动作,所以变压器必然要承受一定时间段内的区外故障造成的过电流,在此时间段内变压器是否损坏主要取决于变压器的热稳定性。因此,变压器后备保护的定值整定与变压器自身 的热稳定要求之间存在着必然的联系。目前,在没有特殊要求的情况下,变压器的热稳定时间按2s计算。1.2.4 变压器电流回路正确性的检验对于500kV主变压器,电流回路特别多,往往由于没有一种准确、有效的方法,使得在送电时带负荷测相位才能发现电流回路存在错误,经常要停电修改或带电冒险作业。目前,在现场尚
22、无有效的检验变压器二次电流回路正确性的方法。在以往的工程实践中,大多采用分段校验的方法,通过查线来检验其正确性。这种方法非常繁琐,准确性也无法保证。1.2.5 自耦变压器公共绕组过负荷问题三绕组自耦变压器以其节省材料、损耗较低等优点在电力系统中广泛应用,但在运行中,存在普通变压器所没有的特殊问题一一公共绕组过载问题。即这种变压器在某些运行方式下,高压侧和中压侧的负载都没有超过额定容量,低压绕组也没有超过其额定容量,但公共绕组的视在功率却有可能超过它的额定容量。1.2.6 变压器保护与母线保护的接口问题 “22OkV及以上电压等级变压器的断路器失灵时,除应跳开失灵断路器相邻的全部断路器外,还应跳
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