投运前继电保护向量检查技术研究

2012-11-14 02:03张兵海曹树江李铁成王江涛郝晓光赵春雷
河北电力技术 2012年2期
关键词:投运互感器继电保护

张兵海,曹树江 ,李铁成,王江涛,孟 强,郝晓光,赵春雷

(1.河北省电力研究院,石家庄 050021;2.河北省电力调度通信中心,石家庄 050021;3.保定供电公司,河北 保定 071051;4.邯郸供电公司,河北 邯郸 056002)

1 概述

向量检查是继电保护工作中重要的项目之一。向量错误将导致正常运行状态或故障状态的继电保护误动或拒动,继电保护正式投运前必须严格保证向量的正确性。传统继电保护向量检查,由于采用一次系统实际的工作电压和负荷电流,在新设备投入运行之前其正确性无法全面验证。在新设备投运过程中需要通过倒闸操作,采用母联断路器和临时保护串带方式,对新设备充电。传统继电保护向量检查,通常由于一次系统负荷电流难以组织,达不到向量检查所需要的数值而不得不专门调整、变更系统的运行方式,大大延长了系统过渡方式的时间。在智能化变电站中,采用电子式或光学互感器后,来自互感器的电气量由光纤直接接入继电保护装置,常规二次加压、通流试验等将无法进行。这些问题制约了新设备投运工作的工作效率,增加了电网和主设备安全运行的风险。

利用微机型继电保护装置灵敏度高的特点,采用源自实际一次系统的电流和电压,以设备穿越短路的方法进行变电站的负荷模拟,进行继电保护等二次系统的向量检查,达到确认继电保护等二次系统向量正确性的目的,可有效降低设备投运时继电保护等二次系统不正确动作的风险,降低电网运行隐患。

2 原理分析

继电保护向量检查包括保护装置采样的二次电压值、二次电流值、二次电压间角度、二次电流间角度,以及电压、电流间角度值与一次侧电压、电流的对应性等。保护装置显示的二次电压、电流应等于按电压互感器、电流互感器变比折算后的二次电压、电流数值,电压间、电流间及电压与电流间角度应等于一次侧电压间、电流间角度。向量检查主要检查电流互感器变比档位和极性选取的正确性、电压与电流二次回路接线的正确性。对于互感器角差和比差过大、保护装置读取数值误差偏大、智能站数据丢帧等问题,应通过专项试验或长期监测来判断,当偏差较大时通过向量检查可以查出。

投运前继电保护向量检查技术指在变电站投运前,即在变电站设备不带实际负荷的情况下,检查确认继电保护向量的正确性。试验的基本方法是在变电站设备一次侧模拟实际负荷,当模拟负荷量达到继电保护向量检查要求的条件时,进行二次继电保护的向量检查。

试验设备为三相调压器、三相升压变压器的组合,模拟负载采用感性负载。计算研究表明,15 Ω的模拟负载是较为理想的数值,110 kV、220 kV变电站的模拟负荷达到100 kVA时可满足二次侧继电保护向量检查的要求,此时试验设备的输出电压为1 250 V(线电压)、输出电流不小于50 A;对于500 kV及以上电压等级变电站,试验设备的输出电压应不小于2 500 V(线电压),输出电流应不小于80 A。技术原理示意见图1。

图1 投运前继电保护向量检查技术原理示意

如图1中所示的被试设备为输电线路、母线间隔,当被试设备为变压器时,则不用模拟负载,直接将被试变压器的另一侧三相短路,变压器零序电流回路向量试验时应加入不对称模拟负荷;当试验电压互感器零序电压回路向量时,应将被试变电站变压器隔离。

此项试验技术的前提是当前的继电保护均已实现了数字化,保护装置均设置有数字面板或人机对话窗口,通过保护装置的人机界面可监测到装置采样的二次电压、电流,通过分析二次电压、电流的采样值确定向量的正确与否。当前各种微机保护装置的数字显示有效数字普遍已达到小数点后第2位,有的装置已达到小数点后第3位或更多,小数点后位数越多越有利于此项试验技术的完成。对当前已运行微机保护精确工作电压、电流的调研及对保护装置实际可显示的最小二次电压、电流数值的测试表明,当投运前继电保护向量检查试验设备容量大于100 kVA、输出电压大于1.2 kV、输出电流不小于50 A时,可满足当前110 kV、220 kV变电站投运前即检查确认继电保护向量正确性的要求,允许的电流互感器变比最高为2 500/1。当变电站电压等级更高,如500 kV电压等级、电流互感器变比为4 000/1时,可采取改进技术提高试验设备的输出电流,使之适用于直至特高压1 000 kV电压等级的交流系统。

试验系统的电源取自变电站配电电源,电源电压经试验系统接入被试变电站一次设备,如相序错误将直接导致数据的判断错误。因此,试验开始前必须首先确定试验设备的相序。试验过程中,应保证试验设备输出的三相电压电流平衡、正相序。

进行线路间隔(或称支路)试验时,可在线路间隔的电流互感器外侧接入模拟负载(即试验电抗器),在另一间隔加入试验量,两间隔运行于不同母线,如图2所示(图中设备编号不特指某个变电站)。这种方法可以检查线路保护、母线差动保护、变压器高压侧后备保护、母联保护等保护的向量。

图2 投运前线路和母线继电保护向量检查技术原理示意

进行变压器间隔试验时,在被试变压器一侧的电流互感器的非变压器侧加入试验量,被试变压器另一侧的电流互感器非变压器侧三相短路(可使用接地开关来完成,三相短路变为三相短路接地),可检查变压器差动保护向量,如图3所示(图中设备编号不特指某个变电站)。

图3 投运前变压器继电保护向量检查技术原理示意

此外,还可进行线路保护纵联差动保护试验和变电站各侧电压核相试验,试验过程中考虑被试对象的不同,可尽量使试验范围扩大,这样可使一次试验涵盖更多的一次间隔和更多的继电保护装置。

在进行变压器间隔试验时,需要进行参数计算,即计算出试验量加入侧的变压器阻抗,计算式为

(1)

式中:XTR为试验量加入侧的被试变压器阻抗;Ur-test为试验量加入侧的被试变压器额定电压,Sr为试验量加入侧的被试变压器额定容量,Ud%为试验量加入侧到试验时三相短路侧的短路电压。试验过程中的参数关系Utest=ItestXload,其中,Utest为试验设备的实际输出电压;Itest为试验设备的实际输出电流;Xload为模拟负载(线路、母线试验时为15 Ω,变压器试验时为变压器短路阻抗,电阻分量R均忽略不计)。

使用常规的向量判别方法判断Utest、Itest经电压互感器、电流互感器变换进入保护装置后的向量正确性。

3 可行性分析

3.1 与现行标准规程的符合性分析

向量检查模拟试验是在一次系统施加电压和电流,电气量经电压和电流互感器及其二次回路后接入继电保护装置,互感器、二次回路和保护装置处于正常的工作状态。与规程要求的采用“工作电压和负荷电流”本质上完全一致,区别只是在于一次系统的电气量是直接源自发电机产生的还是中间经过试验装置产生的,由于试验装置能够完全正确的转变,因此试验结论可信,符合规程要求。

3.2 对常规向量检查技术的替代性分析

传统向量检查技术是在变电站带电后有负荷穿越情况下进行的,电压为额定电压,电流为负荷电流,进行保护向量判别时,误差较小易于判别。投运前的向量检查试验为模拟负荷,尽管试验设备无法达到额定电压,但试验时的试验电压已高于保护装置的精确工作电压,故模拟试验的电压能够满足要求,保护装置的精确工作电流一般为额定二次标称电流的10%,模拟试验的电流一般达不到这么大,但只要装置的静态调试正常,电流通道采样飘移在允许范围内,小电流仍然可以在装置上正常反应,只是影响相位的判别误差偏大。现场试验表明,模拟负载为感性负载,理论上电流应滞后电压约90°,实际数据在80°~87°,考虑忽略的电阻分量的影响,相位的试验数据完全能够满足对结论正确性的验证。

模拟负荷的小电压、小电流虽然满足继电保护向量的判别要求,但对于常规向量检查工作中不限于向量检查的项目方面可能略有欠缺,如根据电压数值判断变电站变压器的抽头位置的三相统一性、铁磁谐振的可能性、长线路电容电流对差动保护差流的影响、互感器误差、差动电流回路是否存在多点接地等问题,仍然需要在变电站投运后使用实际的工作电压、较大的负荷电流来判断。

2011年,河北省南部电网共应用投运前继电保护向量检查技术对18个变电站进行试验(包括2个电厂升压站、5个110 kV变电站、3个智能变电站),试验数据表明此项技术完全满足继电保护向量检查的要求。

3.3 与传统向量模拟试验技术的分析比较

使用大电流发生设备或使用380 V电压接入一次设备,也可在变电站投运前进行继电保护的向量试验,达到投运前检查确认某些继电保护向量的目的,但是因其受试验设备限制(主要原因是不能同时发生大电流、高电压),不能做到有效检查变电站内所有继电保护向量的目的。使用投运前继电保护向量检查技术,在检查确认继电保护向量的同时,可一并完成测量、计量、录波、PMU等二次系统的向量检查。投运前继电保护向量检查技术适用于各种接线形式的变电站,包括GIS、AIS、双母接线、桥接线等及智能变电站,适用于交流各电压等级的新建变电站,试验能够涵盖变电站内所有继电保护。投运前继电保护向量检查技术与传统向量模拟试验技术的优缺点对比,见表1。

表1 投运前继电保护向量检查试验与传统向量模拟试验的对比

4 结论

a. 投运前继电保护向量检查试验技术是继电保护试验技术的创新,将原来在变电站带电后进行的继电保护向量检查工作放在了带电之前做,降低了投运过程中因继电保护向量不确定而引发的大量一次系统倒闸操作带来的安全风险,减少了投运过程中的操作工作量,缩短了电网处于过渡方式下的时间。该项技术的应用,提高了工程投运的工作效率,有效降低了投运过程中电网运行方式调整带来的安全风险和继电保护等二次设备向量不确定带来的安全风险,杜绝了工程投运后可能长期没有负荷而带来的主设备和电网运行的安全风险。

b. 投运前继电保护向量检查试验技术使传统继电保护二次专业的工作性质延伸到电气一次专业,因此试验时需要了解掌握电气一次专业的有关问题,并熟悉设备的运行方式和短路计算。

参考文献:

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