采用数字技术保护电厂变压器.doc

桂林电子科技大学毕业设计英文翻译 第 19 页 共 19 页 采用数字技术保护电厂变压器Charles J. MozinaBeckwith Electric Company6190-118th Avenue North Largo, FL 33773-3724 U.S.A.Phone (727) 544-2326 Fax (727) 546-0121引言传统上，电源变压器的保护已退居到变压器差动的应用和在过流继电器的备份中提供短路保护。随着现代多功能变压器包的到来，差和过流保护是许多保护和逻辑功能可分为变压器保护包内以提高用户的价值中只有的两个。其他保护功能包括过励磁保护（24），中性点过电压（59G），地面差（87GD）和低频（81U）/欠压（27）甩负荷。目前，因为经济上的考虑，其中的许多功能是通过单独的分立继电器处理或不能适用于所有的。变压器保护的要求取决于变压器在电 力系统的位置而各不相同。本文讨论了在不同地点的变压器保护：发电厂，工业厂房，传输变电站和配电站。由于变压器保护的要求相对应用程序上的不同而有所不同，用户通常只希望有那些为特定应用所需的功能。为了适应这种定制的功能，变压器保护功能的选择应由用户确定，而不是制造商相同于分立继电器的应用。本文讨论了使继电器的具体应用适合用户可选择的功能。此外，使用可编程逻辑扩展数字多功能变压器保护的好处，特别是对配电变压器的应用。提供配电母线故障保护的逻辑方案已经制定，数字支线继电器后备保护和卸载在双重配电变电站。本文针对这些计划的类型和他们的利益。本文解决在以下具体领域的变压器保护。1电厂变压器保护励磁和差克制发电机升压单位（GSU）变压器接地故障辅助/启动和工业变压器保护2输电变电站变压器保护励磁（V / HZ）保护快速压力继电器（SPR）阻塞3配电变电站变压器保护低频/欠压甩负荷4配电变电站逻辑计划总线故 障逻辑馈线后备逻辑双重变电站甩负荷变压器差动保护（87T）的应用已经在许多其他文件中有详细讨论，因此将不会在这里讨论。相反，本文集中在数字多功能变压器继电器的其他保护功能，以及这项技术可以应用的逻辑。用户可选择的功能由于变压器保护与应用程序的要求不尽相同，用户可选择的功能是一个重要特征。多功能数字继电器的具体配置是由用户控制的而不是制造商。成本与功能要求的水平是成正比的。用户购买昂贵的多功能变压器包，只会使许多功能失去作用，因为它们不适合此应用程序，冲淡了多功能保护的经济优势。通过在大多数应用中使用继电器所需的基本功能，然后从库中选择可选功能，为用户配置以最低的成本的具体应用的保护。图1显示了这种方法在一个双绕组中的典型应用。图1典型的双绕组一行功能框图电厂变压器保护励磁和微分约束大部分讨论变压器保护中心在差动保护检测到内部故障中的应用。然而，由于在其设计极限之外的过压和低频中运行，变压器也可以被损坏。变压器运行接近饱和曲线的弯管，因此即使一个电压的少量增加也会增加大的励磁电流，如在图2a所示图2a典型的变压器饱和曲线变压器C57.12连续V/Hz的能力1.05p.u.（变压器次级基地）在额定负载，0.8PF或更大1.1p.u.（变压器基地）在无负载2b V/Hz 持续能力在变压器铁芯的磁通是与电压成正比的和频率成反比的。因此，V / Hz（24）的继电器用于提供过励磁保护。当超出的V / Hz比值，变压器磁芯出现饱和。这会导致过量磁通而出现高的层间的核心电压，反过来，导致铁烧。此外，在这个高通量水平，正常的铁磁性路径藤磁通饱进行设计和在通量泄漏路径开始流动而无法进行设计，再次造成损害的。图3显示了一个典型的时间短的V / Hz电源变压器能力曲线。调制解调器过度激发V / Hz保护使用逆的V / Hz曲线，可以密切配合变压器能力。图3典型变压器V/Hz短期能力曲线在系统正常工作条件下，发电机电压调节器和其他控制设备在电力系统保持电压在变压器连续定额。然而，这在异常情况下是不会发生的，如以下： 1. 一个孤岛电力系统运行状况导致突然失去负载造成电压上升。如果系统在减少在这样的干扰电压的控制措施不成功的，长期过压可能发生。2.一台发电机的电压调节器“失控”状态导致的GSU（发电机升压单位）和辅助 变压器遇到高电压。虽然此事件频繁发生脱线，励磁可以与发电机和GSU连接到电力系统发生。对于此类事件的V/Hz水平超过1.25标幺值已被记录。电厂变压器，尤其是GSU和辅助变压器，过压易感为上述原因。差分电路由于励磁将产生一个重大的不平衡电流。如果进行检查线的情况，如下所示，不平衡电流可以使变压器定额超过30。实际在职情况说明“在图4a离线稳压器”失控“。图4b显示了目前这样的建设条件。4a激磁状态离线单线图图4 b示波器离线过励磁状态在这些情况下，发电机变压器差动继电器（87T）应限制和V / Hz（24）保护应工作。机电和静态差继电器被称为操作不当表示变压器内部故障 。一些继电器工程师接受其作为一个“良好的误操作”，因为它使变压器在损害事件跳闸。对于脱线事件，这可能是可以接受的，即使它指出错误的变压器故障。但对于上线事件，尤其是那些孤岛系统触发的重大干扰，这种错误动作是不能接受的。在现代数字和静态继电器，第五次谐波通常是用来提供励磁约束的条件。在这种情况下，一个V/ Hz的继电器（24）需要安装励磁检测，因为这些新的数字式变压器差动继电器将抑制甚至严重影响V/Hz条件。在某些应用中，如典型的燃气涡轮机的单线图如图5所示，当发电机是脱线的，这种保护提供在变压器差动区提供的V / Hz保护。图5典型燃气轮机单线图图的V/Hz 保护GSU接地变压器故障保护图6显示了一个典型的燃气轮机一行。这种安排也被用来在一些水电站图6典型燃气轮机单线图，使用59G的接地故障保护GSU的低压侧的系统接地通过发电机中性点接地变压器提供。由64G 继电器提供接地故障保护。然而，当发电机退出服务，GSU仍然为辅助变压器提供服务，这种技术在现在作为工厂的启动电源。对于这种情况，接地故障保护需要在图6所示的区域提供。这种保护是通过一个破三角洲的VT连接到59G的过压继电器提供。当发电机运行服务三次谐波电压将会在当前跨越整个破三角洲。出于这个原因，59G继电器应调整到基本频率（60Hz）。辅助/启动 和工业变压器保护在发电厂辅助和启动变压器以及工业设施的变压器，一般都是在变压器中性点通过接地电阻接地。这种明显的原因是为了减少接地故障电流水平，以尽量减少故障点的伤害。 这些系统几乎完全由电缆和一般提供一个显着的电机负载组成。最常见的故障类型，是一个单一的线对接地故障。电阻接地的第二个很重要的原因是它减少了由线到接地故障引起的电压扰动。这种类型的接地，负载必须相相连接。当这些A级典型系统电流的减少到100-600在接地故障时相相电压有非常小的减少。因此，由于线对接地故障引起的电压骤降时电机不“动摇”。这种类型的接地降低了在二次绕组变压器差动区的接地故障电流。这种电流可以低于传统87T变压器差动继电器操作的门槛。图7说明了87T继电器可能无法检测到接地故障的作业区。在许多情况下，51G的中立时间过流继电器提供此区域内的故障延时保护。图7电厂地面差动继电器的辅助或工业应用输电变电站变压器保护激磁（V/H）保护电厂变压器，如本文的上一节中所述，使变压器励磁的条件不是唯一的。自耦变压器超的高压线路已维持长时间的过电压。图8说明了这样一个行配置。图8自耦变压器高压系统产品类型地面差动继电器的使用可以提供高速的保护。这个概念是机电技术中总结的和现已在数字式变压器保护包使用。使用的产品继电器作为其操作的数量。对于保护区的外部故障，净营运量为负，继电器将抑制经营。对于低值的，继电器使用平衡的，Kt是一个比例匹配辅助的CT，以确定内部故障。此辅助CT提供的这个中继功能，而不是作为一个实际的CT，因为它在机电技术的软件算法的一部分。这些电路的电压控制与并联电抗器。这些反应堆控制过压，由于分布线并联电容时，该行正在交换和服务。并联电抗器行不正确的开关摒服务可能会导致在抽头变压器位置的V/ Hz的条件。因此，这种类型的应用需要考虑的V/Hz保护。突然压力继电器（SPR）封锁SPR的设计原则如下。继电器的开发以应对突然增加一个变压器，由变压器内部故障电弧产生的气体或油压力。变压器油的击穿是由于电弧在可燃气体的动作所致。作为发展天然气，石油被压缩，流离失所的向上压缩气体在气垫，从而造成的压力变化率。这种压力的变化率是电弧电流的大小和时间的功能。战略石油储备是足够的敏感回应轮流转故障和将非常迅速地回应严重的内部故障造成的压力增加。西屋战略石油储备继电器的剖视图如图9所示。它安装在变压器油箱顶部的气体空间。在装货或环境温度的变化所造成的变化是正常的压力由小港口之间的变压器和继电器室扳平。一个压力变化率超过正常的速度（每秒0.29至0.44磅）创建一个跨波纹管的压力差。波纹管驱动微动开关，如图10所示，拿起一个高速的辅助继电器（63X），引发变压器跳闸。超高压变压器的物理尺寸和体积，再加上今天的超高压系统的高故障电流水平，在穿越故障过程中创建内部力量变压器。这些力量可能会导致绕组运动或罐壁偏转足以引起驱油。反过来，压缩气体的气垫，对气或油型战略石油储备继电器引起足够的压力变化率。SPR无法区分穿越故障或一个合法的内部故障引起的压力变化率。许多事业的经验证明，战略石油储备的虚假操作可以由穿越故障发生。SPR操作的速度与变压器内发生压力变化率成正比。图11a表示压力变化率的函数的运行时间。据认为，大部分穿越故障是在每秒10到20磅范围内的发展压力变化。一旦启动，战略石油储备将不会立即复位，因为压力振荡变压器内继电器将继续保持回升。复位时间显示在图11b。参考文献3提供了一个更详细的讨论了SPR操作系统/复位时间，包括石油战略石油储备的压力继电器的响应信息。图9战略石油储备突然压力继电器）图10战略石油储备的辅助控制图图 11a战略石油储备的运行时间气式） 图11b战略石油储备的复位时间（式）面对上述情况，最初只有两个选择继电器工程师： 消除战略石油储备继电器跳闸; 保留跳闸，并接受了误操作的风险。目前的监管计划的发展提供了第三个选项就是保留敏感的变压器保护，同时增加穿越故障安全。这种监督计划，现在可以整合成一个数字式变压器继电器包。图12显示了这样一个应用程序的逻辑。图12a战略石油储备阻断单线图图12b 战略闭锁逻辑图在这个计划类型的应用程序的主要缺点是，SPR继电器跳闸后在穿越故障发生的时间来使继电器复位封锁。在此期间，变压器的独特提供变压器的唯一保障。在许多公用事业加强战略石油储备的穿越故障安全后这种折中平衡已被认为是可以接受的。配电变电所变压器保护低频/欠压甩负荷（见图13）低频减载被广泛实施在配电变电站。与大多数数字式变压器保护包提供多个输出接点，这是没有理由不纳入这些继电器内的负载脱落。欠压负载脱落，然而，已在美国境内的几个地点实施，只是由于美国电力系统经历更多的电压崩溃事件，这种做法可能会变得更加普遍。正如低频是衡量兆瓦电力系统过载的程度，欠压是缺乏增值程度的估量。如果增值不是有效的，电压下降，甚至可以下降到电力系统的崩溃点。在在一个全系统的低电压事件，LTC的分配和二次输电发挥作用。在系统欠压条件下，在LTC开始运作，辅助变压器电压将趋于上升，但不利于高端系统电压。这使大电力系统靠近一个不稳定点变得更容易崩溃。当系统电压跌落到如此低的点，LTC的目的是提高二级变压器的电压，事实上，造成变压器，高，低侧电压下降。电压崩溃现象的缓解措施包括： 相邻器件工具的电压协调和无功调度以确保足够的无功支持; 在系统电压下降使LTC封锁被许多欧洲公用事业使用; 欠压甩负荷。 欠压继电器为这个应用程序必须设计为限制其运作窄的带宽或范围，然后到特定值的带宽内，以避免在故障条件下的虚假动作。在某些情况下，只有当电力系统在高应力条件下低压减载和LTC阻塞才会投入服务。这是通过一个中央调度中心的SCADA命令。图13低频率/电压切负荷配电变电站逻辑方案变压器和馈线的数字继电的器集成逻辑方案可用以提高数字化保护的好处。这些方案可以提供总线故障保护及馈线继电器故障的后备保护，并可以增加两个组合配电变电站的利用率。总线故障逻辑分配总线故障保护可以在馈线和变压器继电器包通过使用瞬时过流故障检测器。这项计划是如图14所示。一个变压器瞬时过流继电器（50）被用来作为故障检测。它被设置为超越巴士和阻止其运作任何接驳瞬时继电器。通常添加一个轻微的5至8个周期的时间延迟，以确保阻塞的发生。该计划提供没有独立的母线差动中继除了相对高速的总线故障保护。图14a母线故障保护功能图图14b总线故障保护逻辑图直属备份的逻辑故障自检数字馈线保护继电器输出触点可用于结合变压器保护包内的逻辑和可编程多种设置组来提供馈线继电器失败的备份。该计划的逻辑和使用备用设置组如图15所示。像这样的计划可以消除需要独立的备份每个馈线面板上的继电器。图15接驳数字中继故障备份功能图图15 b接驳数字继电器失效的备份逻辑图图15c馈线数字中继故障备份使用替代设定群组两组合变电站负荷削减增加了两个组合的配电变电站的利用率，可以提供一个实用的可观的经济利益。图16a显示了一个典型的组合变电站。常见的做法是，在正常条件下经营母线断路器打开，以减少馈线故障的责任。上线，打开断路器（A或C）受影响的组合和总线断路器（B）是封闭的同伴组合自动传输中断总线节。为了适应这种类型的自动恢复，两个组合变电站的负荷是有限的一个跨前的N-1评级。这是典型的一台变压器的铭牌额定值以上的值，是很短的时间评价。在建立这一评价所涉及的时间通常是事业的基础上估计的速度有多快（通常为一天）负载可以通过负荷转移到其他变电站或通过安装移动变电站变压器缓解。例如在图16b所示，装卸配电变电站的两个变压器的综合评分可以提供一个重要的承载能力增加。通常情况下，分销高峰负荷出现的时间，每年只在一个很小的百分比。因此，变压器或电源线在高峰负荷的同时损失是相当罕见的事件。参考文献4提供了一个这种类型的规划理念，对顾客的可靠性的影响评估分析方法。一个逻辑方案能够在数字式变压器内传递包实现，可以访问馈线摆脱负载保护剩余的变压器不暴露于负载超过其n 1短期评级。通过这种有计划的保护理念可以显着增加配送能力。图16a两组合配电变电站负荷脱落功能图图16b两组合配电变电站负荷脱落的逻辑图结 论随着更强大的基于微处理器的数字式变压器继电器的来临，这些继电器包内的变压器差动过流中继以外的附加功能的整合是可能的。，如V / Hz励磁的功能，中立过压、地面差和低频/欠压甩负荷变压器保护区范围内添加增强保护功能。用户可选择的功能允许这些继电器进行配置，以满足具体的保护应用程序的要求。集成变压器和数字支线继电器逻辑的计划，进一步提高了用户的利益。本文概述了具体应用和逻辑的计划可以造福用户的数量。参考1 ANSVIEEE (37.12 “Standard General Requirements for Liquid-Immersed Distribution, Power and Regulating Transformers.”2 “Survey of the Voltage Collapse Phenomenon,” North American Electric Reliability Council, August 199 1.3 “Current Supervision of Fault Pr