110KV变电站TV断线对保护及自动装置的影响.pdf

专版I 笺挚 110 K V 变电站T V 断线对保护及自动装置的 前言 摘要电压互感器为变电站内的保护厦自动装置、表计等二次设备提供电压潭，用于测量、监视高压母线的 实际运行电压。一旦电压互感器二次侧回路断线，二次设备对高压母线的实际运行电压就会误测量，在这种情 况，各种保护及自动装置会作出各自的反应，本文针对这个事件作一些简单的探讨。 关键词电压断线误动；闭锁 在变电站里，不论任何电压等及的高压母线，都需要安装 电压互感器{ 简称T v ，提供给保护及自动装置．表计等二次设 备。用于测量、监视母线上的电压。由于电压互感器是一个电 源．其二次侧不能短路，为了防止T V 二次侧短路引发电压互感 器的损坏，需要在其二次侧装设熔断器或是自动空气开关，当 电压二次回路发生短路时，要求熔断器快速熔断，或要求自动 空气开关快速脱扣，来达到保护电压互感器及防止保护误动作 的目的。那么T V 断线后会对运行中的保护及自动装置产生什 么样的影响，我们要采取什么相应的措施以保证保护厦自动装 置在这种特殊环境下继续运行々以下我们来作一些探讨。 11 0 K V 母线T V 断线 1 ．1 断线与单相接地的区别 1 0 K V 系统现在常见的有两种对地运行方式。第一种是不 接地方式，即变压器的1 0 K V 侧的三相绕组是三角形接线的， 没有看得见的实体中性点，它有看不见的电气上的中性点O ， 当然不能在这个看不见的电气中性点上接东西．故这种方式是 不接地方式。第二种是接地方式，在1 0 K V 母线上接一个星形 接线的三相变压器，人为建立一个中性点．在它的中性点串接 一个与大地相连通的消弧线圈或电阻，以实现接地。 影响 口戴运清 圉2 中性点接地方式 我们先讨论不接地方式T V 断线与单相接地的区别。当 1 0 K V 电压互感器高压熔断器熔断，熔断相电压降低，但不为 零。由于T V 还会有一定的感应电压，所以其电压并不为零，而 其余两相为正常电压，其向量角为1 2 0 。，同时由于断相造成三 相电压不平衡，故开口三角形处也会产生不平衡电压，即有零 序电压，例如C 相高压熔断器熔断，矢量合成结果见图三，零序 电压大约为3 3 V 左右，故能起动接地告警装置，发出接地信号。 但其正常相A 、B 相的电压是正常，不增大也不减小。变电站低 ⋯0 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯●⋯⋯o o 我们对采样数据逐一进行描点后，把各相电流、电压的点 对应地连起来就可以得到如图6 所示的效果，C 因为电流值太 小，所以为方便观察，我们对其放大了1 0 倍 。图中我们可以清 楚地看到三相电压与三相电流均呈正弦渡变化，从各相波形对 时间轴之间的位移，我们就可以估计出各相电压与各相电流之 间的相角关系了。 围6 为了进一步方便观察，我们只对A 相的电流及A 相的电压 进行描点后得到如图7 。在时间坐标轴上一个周期共有1 2 个 刻度 即有1 2 个采样点 ，所以一个刻度间为3 0 。角 即每一 个采样点之间相差为3 0 。角】，从图7 中的两条黑色线之间为 约为1 9 5 度角，这就是该线路保护装置内部计算所得的A 相电 流滞后于A 相电压的角度。同理，我们可以根据此方法来得到 各相电流、电压之间的相位关系。 1 2 4 广乐科撞2 0 0 7 ∞总第1 7 2 期 宙7 5 四种方法的比较 方法一、二能准确地测量出各相电压与各相电流的相位等 关系。对分析二次回路是否正确接线有充足的数据．如果发现 二次回路接错线时，分析起来比较容易，易于找出问题所在，以 更正接线的错误．但是这种方法通常是在端子排的回路上进行 测量工作，只能分析二次回路上接线的正确性，如果保护装置 内部的配线出了问题，这种测量方法是很难检查出来的，所以 对保护出厂前的检验工作要求很严格。方法三、四能直接读出 装置自身计算出来的电流、电压、相位关系等。不存在方法一、 二的弊端，但是由于保护装置本身能提供给我们参考的数据实 在是很有限，不便于我们去分析，所以方法三、四通常只用于辅 助性质。■ 作者单位广东电网惠州博罗供电局 一 万方数据 压熔断器熔断时，与高压熔断器之不同在于一次三相电压仍 平衡，故开口三角形没有电压，因而不会发出接地信号，其它现 象均同高压熔断器熔断的情况。 协 u 4 3 U O 图3C 相高压熔断嚣熔断矢量图 当线路或带电设备上某点发生金属性接地时 如A 相 ，接 地相与大地同电位，接地相电压为零，两正常相的对地电压数 值上升为线电压，产生严重的中性点位移。中性点位移电压的 方向与接地相电压在同一直线上，与接地相电压方向相反．大 小相等。 中性点接地方式与不接地方式在情况基本相同，最大区别 主要在于单相接地时，正常相对地电压不会上升为线电压而 会比线电压小，接地相，即使是金属性接地，其电压也不会降为 零。这是由于1 0 K V 母线是通过接地变压器串接消弧线圈 或电 阻】的原因。 1 ．2 对线路保护的影响 1 0 K V 线路保护使用电压的元件主要有④方向元件，②低 电压件，③低频低压元件。T v 断线后，微机保护都能检测出T v 断线而不认为是系统故障，装置可根据控制字的整定情况，或 者自动退出带方向元件或低电压元件的各段保护，或者退出方 向及电压元件。由于微机保护自动化程度很高。可麒不用人为 干预。大部分1 0 K V 线路保护装设有低频低压元件。该元件对 T v 断线有良好的防误性能，主要因为有一个滑差闭锁元件． d f ／d t 和d u ／d t 。由于T V 断线后，引起的电压下降是非常快的， 很容易满足d u ／d t 的滑差闭锁要求，并且T V 断线也不会带来 频率下降的问题，所以低频低压元件可靠不误动。 檀正方目 B 相正方向 0 峒正j 自 田4R C S 9 6 1 2 低电压厦方向过电流逻辑 1 ．3 对元件保护的影响 1 ．3 ．1 主变保护 差动保护和非电量保护由于不需要电压参与，所以T v 断 线后，对这两个主保护是没有影响的。当作为两圈变压器保护 时，后备过电流保护一般都会取本侧电压及对侧电压都作为复 合电压的判据，所以1 0 K V 侧的T v 断线后，不论是单相断线、 两相断线所产生的正序低电压、负序过电压，还是三相断线后 产生的正序低电压，均会同时影响高、低后备保护。此时，大部 份微机保护都会根据整定控制字选择是退出经方向或复合电 压闭锁的某段过电流保护还是暂时取消方向和复合电压闭锁 元件。或者可以人为地通过压板的控制，只取”0 侧的电压．取 消1 0 K V 侧的电压作为复合电压的判据。 围5R C S 9 6 8 2 复旮电压过电流I 段逻辑 立徽I 专工艺与设备I 、 13 ．2 电容器保护 电容器的电压保护设有过电压保护防止电压过高使电容 器的功耗和发热增加．影响电容器使用寿命。低电压保护当电 容器组所接母线突然失压时，一旦电压恢复 如备自投动作 ， 变压器与电容器同时投入．可能造戚电容器的过电压损坏，母 线失压后，电容器的积聚电荷未释放前，若电压立即恢复而电 容器再次充电，也能造成过压损坏。 T V 断线对过电压保护是不会有影响，只会对低电压保护 造成影响。低电压保护的电压判据为U 扑U 卧U ∞都要同时低 于整定值，可见，著单相、两相T V 断线是不能满足上述判据的， 所以保护不误动，然而一旦三相同时断线，则上述判据可以成 立，为防止误动，增设了有流闭锁元件，只有满足l A 、I B 、I C 同时 低于整定值时，保护才能动作跳闸了。 I33 站甩变保护 站用变保护不同的型号有不同的保护元件所组成，①有的 保护没有电压元件，此类保护T v 断线并没有影响。②带有复合 电压元件的过电流保护，此类保护T v 断线的影响可以参考线路 保护。③带有零序过电压保护，此类保护T V 断线的影响可以参 考线路保护，现在微机保护3 U 0 已不采用外接T V 开口角，而使 用自产3 U 0 。当单相或两相T V 断线时，磐然会有3 U 0 产生，零 序过压保护定整值较高，T V 断线后所产生的零序电压也不足以 达到动作门槛值，所以也不会发生零序过电压误动事件。 1 ．4 对自动装置的影响 14 1 备用电源自授 备自投装置是当工作电源因故障断开以后，引起母线失去 电压，能自动而迅速地将备用电源投 工作。从而使母线不至 于被长时间停电的一种装置。所以，备自投装置必须能引入母 线T V ，用于监视母线的电压，用于有压，无压判别。当母线Ⅳ 发生断线时，不论是单相，两相或是三相断线，备白投都不会动 作于出口。因为备自投还会检测工作电源有无电流．当检测到 的电流值大于整定值时，备自投认为发生母线T V 断线，从而闭 锁备自投。若是工作电源的电流太小。小于备自投装置的无流 判断定值，则视T v 断线后，备自投检测到的低电压水平，若能 低于整定值，则备自投还是不能被闭锁引发误动作。 14 ．2 故障录波 故障录波的启动有三种方式①开关量启动 蚕模拟量突 变启动； 3 模拟量越限启动。前两种方式的启动，会短时间的启 动录波，而后一种启动则能引起录波装置长时间录波。当母线 T V 断线后，只要电压足够低，就会引起电压低越限启动录波， 这种录波直到达到录波装置整定的最大录波时限，或T V 压恢 复后，录波才会停止。在这么长的一段录渡时间里，录波数据并 不是采用相同的采样频率进行纪录的，而是剐开始录波时数据 采样频率高，越往后，呆样频率越低。因此当T v 断线经过一段 时间后，系统发生故障，保护动作的录波数据可能会因为采样 频率低而无法进行有效的分析。 21 I O K V 母线T V 断线 2 1 对线路保护的影响 2 11 距离保护测量阻抗与整定阻抗比较，确定短路点在保 护范围内时，阻抗元件动作。为测量短路点到保护安装点之间 的阻抗Z k ，将变电站母线电压U k 和线路电流1 k 经电压和电流 互感器二次侧端子接入阻抗元件进行比值Z k U I ，} k 。因此，要 保证距离保护的正常工作，必须要有能反映母线真实情况的电 压量。著T V 发生断线则U k 下降，即使是在负荷电流的情况 下，由于U k 的下降，必然导致Z k 的下降。当Z k 低于整定值，距 广乐科撞2 0 0 7 ∞总第1 7 2 期 1 2 5 版 翥 萝 万方数据 专版l 笺擎 高保护在没有其它闭锁措施的情况下是要误动作的。当保护装 置检测到T V 断线后，首先要闭锁距离保护，以防止距离保护误 动，此时，微机保护自动将距离保护退出。 2 ．12 章序保护 T V 断线是不会对不带方向的零序保护造成影响的，然而． 为了保证零序保护的选择性，通常零序功率方向都投 。零序 功率P 0 由3 U O 和3 1 0 所得到的，现在的微机保护3 U O 已不采 用外接T V 开口角，而使用自产3 U O 。当单相或两相T V 断线 时，必然会有3 U O 产生，而三相断线后则无电压输入，不论是任 何一种断线，都会对零序功率元件产生影响，使其不能正确工 作，若零序功率方向元件不能正确工作，当线路有外部故障时． 零序保护就可能误动作。为了防止保护误动，T V 断线后必须采 取必要的防止保护误动作的措施。现在的微机保护均可以通过 控制字来选择退出某段零序保护或是不经方向元件控制。 2 ．13 童合闸 微机保护的重合闸方式非常灵活，有检母线无压。检线路 无压。检同期方式。由于检母线无压和检同期方式都需要母线 电压的参与，当重合闸运行在检母线无压或者在检同期的方式 下，发生母线T v 断线，重合闸会检测到T v 断线，并且自动放 电，此时没有“充电。的重合闸相当于闭锁，在这种情况下，重合 闸不能启动，也不能完成重合功能。当重合闸运行在检线路无 压方式下。由于重合闸不用检测母线电压，只检测线路电压，所 以线线V T 断，对此方式不会构成影口向，重合闸依然能正常工 作。 2 ．2 对元件保护的影响 ”O K V 变电站1 1 0 K V 母线一般不装设母线保护和断路器 失灵保护等，所以元件保护只有变压器保护，正如在上述1 0 K V 母线T v 断线对变压器保护的影响一样，1 1 0 K V 测T V 断线对 后备保护的复合电压过电流影响是相同的。现在微机主变保护 3 U O 已不采用外接T V 开口角，而使用自产3 U O 。当单相或两相 T V 断线时，必然会有3 U O 产生，变压器的零序过压保护定整值 较高，T V 断线后所产生的零序电压也不足以达到动作门槛值． 所以也不会发生零序过电压误动事件。1 1 0 K V 变压器的中性点 一般都不接地运行。所以零序过电流保护一般不投入，这里也 不讨论变压器零序方向过电流保护。 2 ．3 对自动装置的影响 2 ．3 ．1 电承蕾白授 可参见1 0 K V 母线T V 断线。 ， 2 ．32 最障录波 可参见1 0 K V 母线T V 断线。 2 ．33 低频低压切女荷 可参见1 0 K V 母线T v 断线对线路保护的影响。 3 特殊讨论 不论是线路保护还是元件保护。当保护装置启动后，再发 生T V 断线时。这种情况比较特殊。一旦保护启动后立即进入故 障处理程序，再发生T V 断线，保护无法检测到T V 断线，而认为 是系统故障造成电压降低，那么保护可能会误动作。曾在 R C S 9 4 1 及C S C l 6 1 线路保护装置上做过试验，当有1 S A 负荷 电流的情况下 T A 额定电流为5 A ，保护装置处于启动状态而 未返回时，此刻发生三相T V 断线，当距离保护定值足够大时。 距离保护会误动作。 4 结束语 T V 断线在变电站的运行中是比较常遇见的事情．由于微 1 2 6 广东科撞2 0 0 76 9 ．总第1 7 2 期 机保护装置的自动、智能化的程度高，并且获得大量使用，所以 T V 断线后对保护及自动装置的影响虽然很大，但是保护及自 动装置依然能可靠运行。可是我们也不能对T V 断线掉以轻心， 对T V 断线不作足够的重视，毕竟当T v 断线后，保护及自动装 置所作的自适应措施是以牺牲性能，甚至是退出运行为代价 的。● 参考文献 1 1 】 电气主设备继电保护原理与应用 第二版主维俭中国电力出版社． 1 2 l 继电保护 孙成宝中国电力出版社 【3 l 继电保护自动装置厦二次回路 第二版熊为群陶然中国电力出版 社 1 4 l 消弧线圈自动调谐技术讲义 李福寿上海思源电气股份有限公司 f 5 1 R C S 一9 4 1 A B 、D 型高压精电线路成套保护装I 技术说明书 南京 南瑞继保电气有限公司 【6 I R C S 一9 0 0 0 变电站综合自动化系统技术使用说明书 南京南瑞继保 电气有限公司 作者单位广东电网惠州博罗供电局 万方数据