P54線變組保護(hù)應(yīng)用說(shuō)明

1、P54x線變組保護(hù)應(yīng)用說(shuō)明使用P54x線變組保護(hù)的優(yōu)勢(shì)減少一次設(shè)備線變組保護(hù)一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是將原來(lái)線路保護(hù)和變壓器保護(hù)合二為一，從一次 設(shè)備來(lái)看，可以節(jié)省原來(lái)需要在線路和變壓器之間需要架設(shè)的斷路器、隔離開(kāi) 關(guān)、互感器等，減少投資成本。由于武鋼有較多大型的同步電機(jī)，往往一臺(tái)電 動(dòng)機(jī)需要單獨(dú)配置一臺(tái)變壓器供電，為線變組的應(yīng)用提供了合適的場(chǎng)所。 方便線變組兩側(cè)的數(shù)字信息傳送由于P541使用光纖通道，除了傳輸電流模擬量外，還可傳輸8個(gè)由用戶定義的數(shù)字量。除了傳輸保護(hù)所需的信號(hào)外，還可以傳送一些開(kāi)關(guān)信號(hào)，比如開(kāi)關(guān)或刀閘位置。在武鋼的項(xiàng)目中，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)使用來(lái)PLC控制，它需要高壓側(cè)的開(kāi) 關(guān)位置信號(hào)就是通過(guò)

2、P541來(lái)傳送的。差動(dòng)保護(hù)P54x有關(guān)參數(shù)的設(shè)置與線路的光纖差動(dòng)保護(hù)有所不同的是，線變組的光纖差動(dòng)還需要考慮變壓器差動(dòng)保 護(hù)的一些特點(diǎn)，如矢量補(bǔ)償，CT變比補(bǔ)償，二次諧波制動(dòng)。Vectorial Comp矢量補(bǔ)償常見(jiàn)的變壓器繞組接線方式為Y/D-11 （D/Y-1）方式。這樣P541的矢量補(bǔ)償設(shè)定 為：變壓器星形側(cè)的P541的Vectorial Comp的設(shè)置為Y/D-11，變壓器三角形側(cè) P541 的 Vectorial Comp 的設(shè)置為 Y/Y-0。也有地方使用D/Y-11（Y/D-1）的接線方式，這樣變壓器星形側(cè)P541的Vectorial Comp的設(shè)置為Y/D-1，變壓器三角形側(cè)P

3、541的Vectorial Comp的設(shè)置為Y/Y-0。以下的分析和舉例都假設(shè)變壓器接線方式為/D-11，高壓側(cè)為星形。Ph CT CorrtionCT 變比補(bǔ)償變壓器的額定電流計(jì)算公式如下SbIref =-3Vnom其中Iref為變壓器一側(cè)的額定電流，Sb為變壓器額定容量。Vnom為這側(cè)的電壓額 定值。對(duì)應(yīng)這一側(cè)P541的CT補(bǔ)償系數(shù)（或者稱為匹配系數(shù)）為Kam，那么有KamInomKamIref 其中Inom為CT的額定值。注意如果Inom使用CT一次值，則Iref也使用一次 值；如果Inom使用CT二次值，即1A或5A,那么Iref需要折算到CT二次側(cè)， 即由Iref 一次值除以CT的變

4、比得到。為了方便用戶繼電保護(hù)的整定，往往將補(bǔ)償系數(shù)較小的一端的補(bǔ)償系數(shù)調(diào)整為 1 那么另外一端的補(bǔ)償系數(shù)也需要調(diào)整。假設(shè)兩端的補(bǔ)償系數(shù)為Kam,a和Kam,b, 其中Kam,aKam,b?？梢詫am,b調(diào)整為1,那么Kam,a這一側(cè)的系數(shù)變?yōu)镵am , aKam , a=Kam , b二次諧波制動(dòng)當(dāng)用于線變組保護(hù)時(shí)， P541 的二次諧波制動(dòng)功能需要投入。它的制動(dòng)系數(shù)固定為 16.8%，無(wú)需整定。但要注意高低壓側(cè) P541 的諧波制動(dòng)要同時(shí)投入，才能起到制 動(dòng)的作用。P54x 差流的運(yùn)算P541將采樣到的電流先按補(bǔ)償系數(shù)Kam進(jìn)行變比補(bǔ)償，然后進(jìn)行矢量換算。如果 矢量補(bǔ)償設(shè)置為Y/Y-0，則

5、換算前后的電流矢量相同；如果矢量補(bǔ)償設(shè)置為Y/D- 11， P541 會(huì)作星三角矢量變換，即將星型側(cè)電流矢量變換為三角側(cè)電流矢量， Y/D-11 星三角矢量變換電流向量圖如下；高壓側(cè) Iref , aSb 3 高壓側(cè) Iref , aSb 3 Vnom , a換算到CT的二次側(cè)I呵，a251800 / 5=1.57 (A)低壓側(cè) IrefSb廠 v 3 Vnom , b50000=2749 .4( A )v3 * 10 .5P541 在光纖傳送的電流向量即為上面的補(bǔ)償換算后的電流向量。差動(dòng)電流和制動(dòng) 電流的運(yùn)算，也以這種補(bǔ)償換算后的電流為依據(jù)。以武鋼7#鼓風(fēng)機(jī)線變組保護(hù)為例，來(lái)具體說(shuō)明P541

6、這種運(yùn)算。變壓器的有關(guān)參數(shù)為 S：50000KVA；115KV/10.5KV； Y/D-11CT變比：高壓側(cè)800/5；低壓側(cè)3150/5。根據(jù)Vectorial Comp設(shè)置原則，變壓器高壓側(cè)P541設(shè)置為Y/D-11，低壓側(cè)P541 設(shè)置為 Y/Y-0。Ph CT Corrtion 的整定（計(jì)算導(dǎo)出）：50000=251 (A)3 * 1152749 .4換算到CT二次側(cè)Iref , b3150 / 54.36 ( A )高壓側(cè)補(bǔ)償系數(shù)：Kam , aInom5= 3.18=Iref , a1.57低壓側(cè)補(bǔ)償系數(shù)：Kam , bInom51.147Iref , b4.36為了便于繼電保護(hù)的

7、整定，將低壓側(cè)的Kam,b調(diào)整為1，那么高壓側(cè)Kam,a就變?yōu)镵am , a3.18Kam , a = 2.77Kam , b 1.147如果不考慮變壓器的勵(lì)磁電流及互感器的誤差，那么變壓器高壓側(cè)1倍的Iref,a的 電流感應(yīng)到低壓側(cè)的電流應(yīng)為1倍的Iref,b；也就是說(shuō)變壓器的流入與流出的功率 相等。實(shí)際的情況與此接近。假設(shè)一個(gè)正常負(fù)荷的情況，并以母線流向變壓器為電 流正方向。如果變壓器高壓側(cè)CT二次側(cè)三相負(fù)荷電流為1AZ0。，1AZ-120。，1AZ120。（從母線流向變壓器）；根據(jù)功率相等的原則，感應(yīng)到變壓器低壓側(cè)CT二次側(cè)的電流就應(yīng)該為2.78Z210。，2.78Z90。，2.78Z-

8、30。（從變壓器流向母線）。高壓側(cè)P541采樣到的電流1AZ0。, 1AZ-120。，1AZ120。，作CT補(bǔ)償后為 2.77Z0。，2.77AZ-120。，2.77AZ120。再作星三角變換，得到的電流矢量為 2.77Z30。，2.77AZ-90。，2.77AZ150。低壓側(cè)P541感應(yīng)到的電流為2.78Z210。, 2.78Z90。, 2.78厶30。由于CT補(bǔ)償為1 且矢量設(shè)置為Y/Y-0,補(bǔ)償換算后的電流沒(méi)有變化，即2.78Z210。, 2.78Z90。, 2.78Z-30。可以看到，通過(guò)高低壓側(cè) P541 的補(bǔ)償變換運(yùn)算，兩側(cè)的電流幅值接近，相位相差 180度。這與純線路的光纖差動(dòng)保

9、護(hù)情況相似。武鋼現(xiàn)場(chǎng)四組線變組保護(hù)都已投入實(shí)際運(yùn)行，所有的 P541 測(cè)量 3 中顯示的電流值 數(shù)據(jù)與上述情況類似，即幅值相等，相位相反。這也證明了這種運(yùn)算的正確性。P54x定值整定的轉(zhuǎn)換線變組保護(hù)的整定沿用變壓器保護(hù)整定的習(xí)慣，即使用變壓器標(biāo)么值倍數(shù)來(lái)整定， 標(biāo)么值通常選用的是變壓器某一側(cè)的額定電流Iref，無(wú)論選用的是哪一側(cè)，整定的 結(jié)果（標(biāo)么值倍數(shù)）是相同的。P541 的整定值是有名值而非標(biāo)么值，所以會(huì)有定值整定轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。從 P541 差電流的運(yùn)算來(lái)看，實(shí)際進(jìn)行比較的電流向量是補(bǔ)償換算后的電流向量， 根據(jù)P541的說(shuō)明書，我們?cè)诙ㄖ缔D(zhuǎn)換時(shí)要考慮CT的補(bǔ)償系數(shù)，對(duì)于矢量補(bǔ)償則 不考慮。下

10、面是轉(zhuǎn)換的計(jì)算公式Iset = K * Iref * Kam其中Iset為整定啟動(dòng)值或拐點(diǎn)電流值，K為標(biāo)么值的倍數(shù)，Iref為P541所在變壓器 這一側(cè)的額定電流，Kam為CT的補(bǔ)償系數(shù)。以武鋼的定值為例：?jiǎn)?dòng)值0.5PU，拐點(diǎn)值2.8PU，斜率K1： 40%，斜率K2： 66%依據(jù)轉(zhuǎn)換公式高壓側(cè)啟動(dòng)值 Is 1, a = K * Iref , a * Kam , a = 0.5 * 1.57 * 2.77 = 2.17高壓側(cè)拐點(diǎn)電流值Is2,a = K*Iref,a*Kam,a = 2.8*1.57 *2.77 =12.17低壓側(cè)啟動(dòng)值 Is 1, b = K * Iref , b * Ka

11、m , b = 0.5 * 4.36 * 1 = 2.18低壓側(cè)拐點(diǎn)電流值 Is 2,b = K * Iref ,b * Kam ,b = 2.8 * 4.36 * 1 = 12 .2由于整定的步長(zhǎng)限定，實(shí)際線變組保護(hù)兩端的 P541 的定值整定是相同的。這也符 合AREVA光纖差動(dòng)保護(hù)的整定原則，即線路兩端的P54x使用相同的差動(dòng)定值。CT斷線檢測(cè)P541的CT斷線檢測(cè)邏輯如下:CTS blockremote Inremote In 此方法適用于等&效于雙端電源網(wǎng)remote Inremote In 此方法適用于等&效于雙端電源網(wǎng)CTS Fail alarm絡(luò)的線路，但不能直接用于線變組保護(hù)

12、中以武鋼的 110KV 線變組為例，其系統(tǒng)等效圖如下P541保護(hù)的范圍是110KV母線至10KV母線之間的線變組。110KV母線其它部分 可以看為一個(gè)電源系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以接地或不接地；變壓器的星形側(cè)可接地或不接 地。變壓器三角側(cè)為不接地系統(tǒng)。我們先對(duì)星形側(cè)分情況討論：K1合上，K2打開(kāi)，當(dāng)線路上F1發(fā)生單相接地故障，故障電流由故障點(diǎn)流 向110KV母線，由K1經(jīng)大地流回故障點(diǎn)。高壓側(cè)P541感應(yīng)到的不平衡電流IN=3I0；低壓側(cè)P541感應(yīng)到的不平衡電 流為 0，這是因?yàn)槿莻?cè)的零序阻抗可視為無(wú)窮大，零序電流無(wú)法從變壓器 流向母線。這時(shí)會(huì)出現(xiàn)滿足CT斷線的邏輯條件的情況，P541會(huì)誤判CT斷線

13、。K1打開(kāi)，K2合上，區(qū)外如F2發(fā)生單相接地故障，故障電流會(huì)經(jīng)K2流向 大地。高壓側(cè)P541會(huì)感應(yīng)到不平衡電流，而低壓側(cè)P541感應(yīng)的不平衡電 流為0,所以會(huì)誤判為CT斷線。當(dāng) K1 和 K2 都合上時(shí)，區(qū)內(nèi)區(qū)外單相接地故障時(shí)，高壓側(cè)的 P541 都會(huì)感應(yīng) 到不平衡電流，而低壓側(cè)P541感應(yīng)到不平衡電流始終為0。同樣會(huì)誤判CT 斷線。通常的情況，K1和K2至少有一個(gè)是合上的，通過(guò)上面的分析，當(dāng)線變組的高壓 側(cè)區(qū)內(nèi)或區(qū)外發(fā)生接地故障時(shí)，P541都會(huì)發(fā)CT斷線信號(hào)。我們?cè)賹?duì)三角形側(cè)CT斷線作一個(gè)討論：三角形側(cè)往往是不接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地故障（不考慮兩點(diǎn)接地）時(shí)，流過(guò)故 障點(diǎn)的電流僅僅為系統(tǒng)電容

14、電流，所以電流較小，P541感應(yīng)到的不平衡電流也較 小。如果變壓器帶有負(fù)荷，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)發(fā)生CT斷線，此時(shí)低壓側(cè)P541感應(yīng)到的不平衡 電流較大，往往比低壓側(cè)發(fā)生單相接地所產(chǎn)生的不平衡電流要大的多?？梢岳?Local IN 這個(gè)條件可以區(qū)分CT斷線和單相接地故障。CT斷線的另一個(gè)條件Remote IN 是恒滿足的。這是因?yàn)镻541判斷對(duì)側(cè)零序電流 使用的是 Remote IA， Remote IB， Remote IC 三個(gè)電流相加得到的（而不是高壓側(cè) P541把零序電流直接傳輸給低壓側(cè)P541）。上面已經(jīng)提過(guò)，高壓側(cè)P541在光纖 中傳輸?shù)碾娏飨蛄恳呀?jīng)進(jìn)行了星三角變換，所以低壓側(cè)P541收到的

15、Remote IA, Remote IB， Remote IC 三相電流相加所得結(jié)果如下：IA - IB IB - IC IC - IAremotelN - remoteIA + remoteIB + remoteIC =+= 03、33可知P541的CT判斷邏輯適用于三角側(cè)CT斷線。如果需要檢測(cè)到高壓側(cè)的CT斷線，可以利用一個(gè)相過(guò)流元件來(lái)區(qū)分CT斷線和單 相接地故障。此相電流元件應(yīng)滿足的條件為當(dāng)正常負(fù)荷時(shí)，它不應(yīng)啟動(dòng)；區(qū)內(nèi)線路和變壓器充電時(shí)或者當(dāng)負(fù)荷突然增加時(shí)，如大功率電機(jī)啟機(jī)，它不 應(yīng)啟動(dòng)；當(dāng)區(qū)內(nèi)或區(qū)外發(fā)生故障時(shí)，它應(yīng)可靠啟動(dòng)；這些條件往往難以完全滿足。由于CT斷線產(chǎn)生的過(guò)電壓危急二次設(shè)備

16、和人身安 全，如果只考慮CT斷線僅在輕負(fù)荷下報(bào)警，不考慮閉鎖差動(dòng)，上面前2個(gè)條件可 以不予全部滿足。這也可以簡(jiǎn)化繼電器的整定，提高保護(hù)的可靠性。由于P54x對(duì)本側(cè)CT斷線和對(duì)側(cè)CT斷線的判斷是在各自的裝置里完成的，所以兩 側(cè)P54x對(duì)星形側(cè)的CT斷線判據(jù)的修正是不同的。對(duì)高壓側(cè)P541而言，星形側(cè)是 本側(cè)，需要修正的是本側(cè)的CT斷線判據(jù)。對(duì)低壓側(cè)P541而言，需要修正的是對(duì) 側(cè)的CT斷線判據(jù)。高壓側(cè) P541 的判據(jù)為此邏輯由PSL來(lái)完成。其中Chi intertrip是8個(gè)內(nèi)部直傳信號(hào)中的一個(gè)，用于將高 壓側(cè)的相電流啟動(dòng)信號(hào)傳送到低壓側(cè)。為了便于整定，相電流元件Istart整定值 按小于最小

17、故障電流來(lái)考慮。目前武鋼使用的線變組保護(hù)都沒(méi)有投入CT斷線檢測(cè)功能。變壓器常用保護(hù)的實(shí)現(xiàn)由于國(guó)內(nèi)線路變壓器組的應(yīng)用較少，所以關(guān)于它的保護(hù)研究也較少，武鋼所使用的 線變組保護(hù)主要參照了變壓器的一些保護(hù)。變壓器常用保護(hù)大概如下差動(dòng)保護(hù)復(fù)壓閉鎖過(guò)流保護(hù)（或低壓閉鎖過(guò)流）方向過(guò)流保護(hù)間隙接地保護(hù)（間隙過(guò)壓和間隙過(guò)流）中性點(diǎn)接地過(guò)流保護(hù)非電量保護(hù)由于P54x沒(méi)有電壓測(cè)量元件，所以僅僅能實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)或零序電流保護(hù)。對(duì)于后 備保護(hù)，需要配置后備保護(hù)裝置，如 Pi43。復(fù)壓閉鎖過(guò)流保護(hù) 國(guó)內(nèi)的常用的復(fù)壓過(guò)流保護(hù)邏輯如下，高低壓邏輯基本相同當(dāng)使用 P143 來(lái)作為線變組后備保護(hù)，復(fù)壓過(guò)流實(shí)現(xiàn)示意如下（注意這是單

18、向的 實(shí)際應(yīng)用是雙向?qū)ΨQ的）復(fù)壓過(guò)流的功能最終在 P143 完成。利用 P541 的可編程直跳功能來(lái)傳輸對(duì)側(cè)復(fù)壓 啟動(dòng)信號(hào)。P143和P541為復(fù)壓?jiǎn)?dòng)信號(hào)預(yù)留的開(kāi)入開(kāi)出，在工程設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)予以 考慮。這里利用ITimer block而不是與電流元件相與，它的好處有：只有當(dāng)復(fù)壓和過(guò)流兩個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，時(shí)間元件才開(kāi)始計(jì)時(shí)。保證了復(fù)壓 過(guò)流保護(hù)的延時(shí)。 過(guò)流元件的時(shí)間延時(shí)可以通過(guò)菜單來(lái)整定，避免重復(fù)修改邏輯。如果延時(shí)定 值需要修改，可以由現(xiàn)場(chǎng)人員自己完成。方向過(guò)流保護(hù)可以通過(guò) P143 的方向過(guò)流保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。間隙過(guò)壓和間隙過(guò)流 由于線變組的特殊性，間隙過(guò)壓保護(hù)繼電器往往安裝在高壓側(cè)保護(hù)屏，間隙過(guò)流

19、保 護(hù)繼電器往往安裝在低壓側(cè)保護(hù)屏。可以利用 P541 可編程直跳信號(hào)來(lái)傳送這兩個(gè) 保護(hù)，達(dá)到跳兩側(cè)開(kāi)關(guān)的目的。間隙過(guò)壓保護(hù)電壓輸入使用的是高壓側(cè)PT的開(kāi)口三角電壓，繼電器整定值較大， 一般為 180V， P143 不能完成此保護(hù)，所以間隙過(guò)壓保護(hù)需單獨(dú)配備電壓型繼電 器。間隙過(guò)流則可以利用P143的靈敏接地過(guò)流保護(hù)功能來(lái)完成。中性點(diǎn)零序過(guò)流保護(hù)可以利用P143的零序過(guò)流保護(hù)來(lái)完成。非電量保護(hù)如果配有P143,可以利用P143的開(kāi)入作為非電量保護(hù)信號(hào)。并利用P541的直跳 信號(hào)來(lái)聯(lián)跳對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)。傳統(tǒng)的非電量保護(hù)采用電磁型繼電器，為了防止誤動(dòng)，需要 電磁型的繼電器有一定的動(dòng)作功率。當(dāng)使用數(shù)字型繼電

20、器的開(kāi)入作為非電量保護(hù)， 可以通過(guò)光隔濾波或延時(shí)啟動(dòng)的方法來(lái)防誤動(dòng)，一般防抖時(shí)間為20ms，雖然動(dòng)作 速度變慢，但大大提高了動(dòng)作的可靠性。P54x直跳信號(hào)的預(yù)算P541 有雙向 8個(gè)直跳信號(hào)，這些直跳信號(hào)的作用如下：1傳送后備的電量保護(hù)2傳送非電量保護(hù)3傳送開(kāi)關(guān)和刀閘位置4傳送 CT 斷線解鎖條件5傳送高低壓側(cè)復(fù)壓信號(hào)6傳送其它保護(hù)（如電動(dòng)機(jī)、母差保護(hù)）聯(lián)跳信號(hào) 7其它需要傳送的數(shù)字信號(hào)（如通過(guò)高壓側(cè)的監(jiān)控系統(tǒng)遙控低壓側(cè)的開(kāi)關(guān)和刀 閘）如果將每種保護(hù)單獨(dú)分開(kāi)傳送，直跳信號(hào)將不夠使用。通常的做法是將其中一些保 護(hù)量合并，使用同一個(gè)直跳信號(hào)；其它的信號(hào)可根據(jù)實(shí)際情況取舍。使用帶增強(qiáng)距離保護(hù)的P54X做線變組保護(hù)從前面