对发电厂低压厂用变压器速断保护范围的探讨_丁元生

·水电站运行·对发电厂低压厂用变压器速断保护范围的探讨丁元生(贵州乌江水电开发有限责任公司构皮滩发电厂,贵州　余庆　564408)摘要:相电流速断保护作为发电厂低压厂用变压器的主保护,其保护范围整定时原则为按躲过厂用低压母线三相短路电流和空载励磁涌流计算,即保护范围为:当变压器高压侧发生两相金属性短路时可靠动作;当变压器低压侧发生三相金属性短路时不动作。

本文通过对一起400V 开关烧坏案例进行分析,讨论延伸相过流速断保护范围的可行性,从而提出对高压侧过电流保护将采用为不完全星形的两电流元件改为三电流元件的原理。

关键词:发电厂;低压厂用变压器;速断保护;保护范围中图分类号:T M 642+.2 文献标志码:B 文章编号:1007-0133(2010)02-0056-030　引言中国南方电网继电保护反事故措施汇编中规定:并网电厂应重视和加强厂用电系统继电保护装置定值的整定计算与管理工作,防止系统故障时辅机保护等厂用电系统的不正确动作造成机组跳闸,使事故范围扩大。

现行发电厂低压厂用变压器继电保护一般配置为:电流速断保护和定时限过电流保护。

本文通过对一起因低压厂用变压器低压母排相间短路而烧坏400V 开关事例的分析,提出对电流速断保护范围延伸至400V 母排,当发生两相金属性短路可靠动作的可行性,这样可有效防止当400V 母排发生两相金属性短路烧坏400V 开关事故的发生,从而防止由于低压厂用变压器保护不正确动作引起高压厂用变压器保护越级跳闸切机,扩大事故范围事件的发生。

1　某发电厂10k V 系统保护配置情况和400V 开关烧坏事故过程 某发电厂10k V 系统接线如图1所示,厂用低压变压器高压侧保护接线采用两相星形接法,B 相无电流互感器,保护装置采用某制造厂生产的N A S -921装置,保护配置采用相电流速断保护、定时限过流保护。

图1　某发电厂10k V 系统接线图收稿日期:2010-02-09作者简介:丁元生(1959—),男,江西省临川市人,电气工程师,从事发电厂安全管理工作。

据不同情况共采用了5套方案,具体实施时可针对机组可能发生的几种过速现象分别采取不同的方案分别应对。

构皮滩水电站根据实际情况对水机保护回路进行上述几种功能改进后,使机组过速保护功能得到了更加完善,避免了水机过速保护误动的各种可能,提高了机组过速保护的准确性,且不受线路单回运行事故跳闸的影响,继而提高了过速保护的可靠性。

目前该更改方案正准备沿用在1号、2号、3号、5号机组上。

参考文献:[1]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,2002.·56·第24卷第2期 贵州水力发电G U I Z H O UWA T E RP O W E R 2010年4月 2009年12月12日10时59分17秒,该发电厂400V 某开关合闸时施耐德开关柜内发生起火,10k V 开关保护定时限过流正确动作跳开10k V 开关切除故障点,保护装置动作报文为:I a =27.94A ;I b =0;I c =23.5A 。

因10k V 开关B 相无电流互感器,故B 相电流为0。

对该故障进行分析可知,此次故障应为400V 母线发生A B 两相短路演变成三相对称短路,即400V 母线短路时,因不属于速断保保护范围,故速断保护不动作,属于定时限过流保护范围,保护动作;但定时限过流段经过了0.5s 的延时,强大的短路电流导致400V 开关及柜体烧坏。

为了防止此类恶劣事故的再次发生,笔者经过反复比较、分析与计算,建议将速断的保护范围延伸到400V 母排,这样当400V 母排发生两相短路时速断保护能够可靠动作切除故障点。

因该发电厂低压厂用变压器联接组别为Y N D11,对当Y (低压)侧发生各种相间短路时,反映在D (高压)侧的电流计算如下。

2　Y N D11变压器Y 侧两相短路特点见图2,当B 、C 两相短路时,设变压器变比N=1,临界条件为I ·B =-I ·C ,I ·A =。

图2　Y N D 11变压器Y 侧B 、C 两相短路时的电流分布图　对变压器内部,I ·α=I ·A ;I ·β=I ·B ;I ·χ=I ·C 。

则: I ·(2)K a =13(I ·(2)K A -I ·(2)K B )=-13I ·(2)K B I ·(2)K b =13(I ·(2)K B -I ·(2)K C )=23I ·(2)K B I ·(2)K c =13(I ·(2)K C -I ·(2)K A )=-13I ·(2)K B若正序电抗等于负序电抗,即X 1∑=X 2∑I ·(2)K A 1=E ·A j (X 1∑+X 2∑)=E ·A j 2X 1∑=12I ·(3)KI ·(2)K A 2=-I ·(2)K A 1=12I ·(3)K 则有如下关系:I ·(2)K a =j 12I ·(3)K ;I ·(2)K b =-I ·(3)K ;I ·(2)K c=j 12I ·(3)K由上可知,当Y N D 11变压器Y 侧B 、C 两相短路时,变压器D 侧的b 相线电流为变压器Y 侧三相短路时的电流,而a 、c 相电流为变压器Y 侧三相短路电流的1/2。

Y N D 11变压器Y 侧B 、C 两相短路时变压器D 侧各序电流及各相电流相量如图3、图4所示。

图3　Y N D 11变压器Y 侧各序电流与各相电流相量图图3中,I ·(2)K A 1为Y 侧B 、C 两相短路时A 相正序电流;I ·(2)K A 2为Y 侧B 、C 两相短路时A 相负序电流;I ·(2)K B 1为Y侧B 、C 两相短路时B 相正序电流;I ·(2)K B 2为Y 侧B 、C 两相短路时B 相负序电流;I ·(2)K C 1为Y 侧B 、C 两相短路时C 相正序电流;I ·(2)K C 2为Y 侧B 、C 两相短路时C 相负序电流;I ·(3)K为三相短路时的电流。

图4　Y N D 11变压器D 侧各序电流和各相电流相量图图4中,I ·(2)K a 1为Y 侧B 、C 相短路时D 侧a 相正序电流;I ·(2)K a 2为Y 侧B 、C 相短路时D 侧a 相负序电流;I ·(2)K b 1为Y 侧B 、C 相短路时D 侧b 相正序电流;I ·(2)K a 2为Y 侧B 、C 相短路时D 侧b 相负序电流;I ·(2)K c 1为Y侧B 、C 相短路时D 侧c 相正序电流;I ·(2)K c 2为Y侧B 、C 相短路时D 侧c 相负序电流。

·57·丁元生:对发电厂低压厂用变压器速断保护范围的探讨2010年第2期同理可得:(1)400V 侧A 、B 相短路时,10k V 侧三相短路电流I A =I (3)K ,I B =1/2I (3)K ,I C =1/2I (3)K 。

(2)400V 侧C 、A 相短路时,10k V 侧三相短路电流I A =1/2I (3)K ,I B =1/2I (3)K ,I C =I (3)K 。

3　不完全星形接线与完全星形接线的特点及改进方法 由以上规律可知,当Y N D 11高压侧发生B 、C 两相短路时,若采用完全星形接法,则接于B 相上的继电器由于流有较其他两相大1倍的电流,因此灵敏系数增大1倍,这是十分有利的,但因本文所分析的过电流保护装置采用的是不完全星形接法两电流元件结构(见图5),即B 相上没有装设继电器,因此灵敏系数只能由A 相和C 相的电流决定,其数值要比采用三相星形接线时降低一半,为此改进为在两相星形中线上再接入一个继电器,见图6。

图5　不完全星形接法两电流元件结构示意图(改进前) 见图6,将图5中的I ·A 的尾巴与I ·C 的尾巴短接后引入I ·B 通道,此时9C 4流过的电流为I ·A +I ·C ,因I ·A +I ·B +I ·C =0,故I ·A +I ·C =-I ·B ,故9C4通道中流过的即为B 相电流,由此提高了过电流保护装置的动作灵敏系数。

图6　不完全星形接法三电流元件结构示意图(改进后)4　相电流速断保护整定为了进一步提高速断保护的灵敏度,现场实测低压厂用变压器励磁涌流,按照能够躲过励磁涌流进行整定即可。

此整定方法有以下特点:(1)当400V 任两相短路时,速断保护能够可靠动作,可有效防止一次设备被烧坏。

(2)可有效防止事故范围的扩大,不因低压厂用变压器低压侧短路引起发电机组甩负荷。

(3)因速断保护的范围延伸至定时限保护范围内,当发生故障时,使保护动作失去选择性。

5　结束语某发电厂低压厂用变压器高压侧过电流保护采用了将不完全星形的两电流元件改为三电流元件的原理。

改进的办法是将两相星形中线上再接入一个继电器,即接于B 相上的继电器由于流有较其他两相大1倍的电流,因此灵敏系数增大1倍;当400V 任两相短路时,速断保护能够可靠运作,有效防止一次设备被烧坏;可有效防止事故范围的扩大,不因低压厂用变压器低压侧短路引起发电机组甩负荷。

经现场测试,改进后效果十分明显。

P r o b e i n t o Q u i c k -a c t i n g P r o t e c t i o n L i m i t f o r L o w-v o l t a g eS t a t i o n -s e r v i c e T r a n s f o r m e r o f P o w e r P l a n tD I N G Y u a n -s h e n g(G o u p i t a nH y d r o p o w e r P l a n t o f G u i z h o u Wu j i a n gH y d r o p o w e r D e v e l o p m e n t L t d ,Y u q i n g ,G u i z h o u ,564408,C h i n a )A b s t r a c t :A s t h e m a i n p r o t e c t i o n f o r l o w -v o l t a g e s t a t i o n -s e r v i c e t r a n s f o r m e r ,t h e p h a s e c u r r e n t q u i c k -a c t i n g p r o t e c -t i o n 's a d j u s t m e n t f o l l o w e d w i t h t h e r u l e o f l o w e r t h a n t h e t h r e e -p h a s e s h o r t -c i r c u i t c u r r e n t a n d n o -l o a d e x c i t i n g c u r -r e n t o f s t a t i o n -s e r v i c e l o w -v o l t a g e b u s b a r ,a s w e l l a s r e l i a b l y a c t e d j u s t a t m e t a l t w o -p h a s e s h o r t -c i r c u i t o f t h e t r a n s -f o r m e r h i g h -v o l t a g e s i d e a n dn o a c t e dj u s t a t m e t a l t h r e e -p h a s es h o r t -c i r c u i t o f t h e t r a n s f o r m e r l o w -v o l t a g e s i d e .T h r o u g h a n a l y z i n g a c a s e o f 400Vs w i t c h b e d a m a g e d ,t h e a r t i c l e d i s c u s s e d t h e f e a s i b i l i t y o f e x t e n d i n g t h e l i m i t o f p h a s e c u r r e n t q u i c k -a c t i n gp r o t e c t i o n ,t h u s p u t f o r w a r dt h e p r o p o s a l o f t r a n s f o r m i n gi n c o m p l e t e s t a r t w o c u r r e n t c o m p o n e n t i n t o t h r e e c u r r e n t f o r p h a s e c u r r e n t p r o t e c t i o n o f t r a n s f o r m e r h i g h -v o l t a g e s i d e .K e y w o r d s :h y d r o p o w e r p l a n t ;l o w -v o l t a g e s t a t i o n -s e r v i c e t r a n s f o r m e r ;q u i c k -a c t i n g p r o t e c t i o n ;p r o t e c t i o n l i m i t ·58·第24卷第2期 贵州水力发电 2010年4月。