特高压有载调压变压器差动保护特性研究

特高压有载调压变压器差动保护特性研究

0有载压电保护变保护设置时,是造成了一些重要特高压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压。调压变差动保护及补偿变差动保护主要是为防止主变保护对调压补偿变匝间故障灵敏度不足而专门配置的。其中,调压变档位比较多,调档时引起的电压变化相对主变变化范围不大于±5%,而相对调压变变化范围达到±100%,其变比变化范围也达到100%,用固定变比计算调压变差流将造成很大误差。另外,在中间档位上下调档时原边电流极性转换,调压变差动保护必须处理调压变极性翻转。因此,调压变保护需要设置档位定值及变比定值来适应档位的变化,通过平衡系数、极性转换等方法进行差流补偿。但是有载调压模式下,调压补偿变保护如何设置档位、变比等定值,以保证调压补偿变保护可靠工作,尚未见有关文献报道。本文从差动保护整定方法、特高压调压变电气特性等几个方面展开研究,提出调压变保护和补偿变保护的整定和配置建议。1基本组成分析1.1压电变星侧调整装置内极量面由于各侧电压等级和调压变压器(TA)变比的不同,计算差流时需要对各侧电流进行折算,本装置各侧电流均折算至高压侧,即折算至调压变角侧。如图1所示,折算到高压侧后调压变差动各侧平衡系数为式中:Kh、Kl1、Kl2分别为调压变角侧平衡系数(高压侧)、调压变星侧公共绕组平衡系数(低压1侧)、调压变星侧补偿侧平衡系数(低压2侧);Ie.h、Ie.l1、Ie.l2分别为调压变角侧额定电流(高压侧)、调压变星侧公共绕组额定电流(低压1侧)、调压变星侧补偿侧额定电流。调压变各侧电流互感器均采用星形接线,二次电流直接接入本装置。电流互感器各侧的极性都以极性端在母线侧为正。若互感器极性端在变压器侧,则装置定值中相应的极性定值改为“负极性”,否则为“正极性”。以图1为例,调压变三侧中调压变星侧公共绕组电流(TA5),调压变星侧补偿侧电流(TA6)为负极性,调压变角侧电流(TA7)极性为正极性。下文为分析方便,将调压变星侧2组电流默认合成为1组电流。1.2变压器压变结果的变动由于调压变档位为多档(如1—9档或1—21档等),在不同档位下,调压变高、低压侧运行额定电流不同,调压变变比同时改变。每一档位对应一组不同的系统参数定值。档位小于中间档为正档,档位大于中间档为负档。以21档为例,第11档为中间档,则1—10档为正档(其中1档为正调压最大档),12—21档为负档(其中21档为负调压最大档)。当调压变处于中间档时,调压变差动计算差流时固定将低压侧电流置0。处于负档时,由于在负档情况下调压变一次的同名端改变了,所以计算差流时调压变角侧电流极性不变,调压变星侧极性改变,极性改变由保护软件内部自动调整。当变压器为无载调压方式,在变压器停电时通过切换定值区来适应档位和极性的变化。当变压器为有载调压时,随着档位的变化调压变差动保护的平衡关系已经发生变化,差回路将产生不平衡电流,不平衡电流的大小和匝比的变化、极性的变化、电流的大小相关,必须采取措施,否则存在误动的可能性。2不平衡特征分析2.1有载压电增压变误差的确定有载调压变压器能在带负荷的状态下调节分接抽头的位置以控制变压器变比的变化,由此产生了不平衡电流。再考虑TA转变等误差影响,差动保护最小启动电流值(即差动门槛),其整定应按躲过正常变压器额定负载时的最大不平衡电流整定,即式中:K1为可靠系数,一般取1.3~1.5;K2是电流互感器比误差,10P型取0.06,5P型和TP型取0.02;ΔU是变压器调压引起的误差,取调压范围中偏离额定值的最大值(百分值);Δm是电流互感器不完全匹配误差,初设时取0.05。当ΔU取0.05时Icd计算选取(0.15~0.20)Ie,常规工程实用整定计算中Icd选取(0.3~0.5)Ie,Ie为调压变设计最大容量对应额定电流。对于特高压变压器调压补偿变差动保护,式(2)中ΔU的计算和选择对差动保护启动定值的整定尤其重要。当无载调压时,每个抽头位置是可预知的,因此可在定值中增加调压变原副边(角侧/星侧)额定电流定值,以匹配档位变比,进而调整差动保护平衡系数,消除由于抽头改变所带来的不平衡电流。此时可忽略ΔU的影响,Icd仍可选取(0.3~0.5)Ie。而在有载调压模式下,调档过程中装置对每个抽头位置是不可预知的,调压变ΔU的极端变化范围在0~100%,造成当前装置运行档位和调压变实际运行档位不一致。用固定变比计算调压变差流,很容易导致差流产生。此时必须计及ΔU的影响,当以100%调压档位为基准变比时,ΔU变化范围在0~100%,由式(2)计算Icd选取(1.4~1.6)Ie;当以50%调压档位为基准变比时,ΔU变化范围在0~50%,由式(2)计算Icd选取(0.75~0.85)Ie。2.2调档差流分析调压变每一档位对应一组系统参数定值,每档下变压器运行额定电流不同,对应的平衡系数Kn不同。有载调压过程中,整定的定值与实际档位可能不相同,造成差动保护差流越限。设当前整定档位为n,运行档位为n+1档为例,归算到高压侧差流及比率制动系数为式中:Id为差流电流;Ine为调压变当前档位运行额定电流;Ie为调压变设计最大容量对应额定电流;kr为比率制动系数;Kn为调压变不同档位下低压平衡系数。调压变铭牌参数如表1和表2所示,正负调压各10档,n=±(1—10);中间档位11,K11固定为零。由式(3)可见,按照不同额定电流基准值整定差动保护动作门槛,调档产生的差流将带来不同的影响。当以Ine为基准值整定,在正负最大档附近,由于邻近档变比变化小,调档后引起相对差流较小,如,差流约为0.1Ine,不会引起差动保护误动。但是在中间档11档附近档位向其他档位调档时,由于变比变化大,调档后引起的相对差流比较大。以10档到9档为例,计算差流和对应比率制动系数大致为按常规整定取Icd=0.4Ine,以三折线比率制动曲线为例,如图3所示。在满负荷运行或者区外故障时,易落入动作区内。以Ie为基准值整定,不同位置的相邻档调档后引起的差流大致都为0.1Ie,按常规整定取Icd=0.4Ie,不会引起差动保护误动。同理,上述差流分析同样适用于任意档调档引起的差流分析。当实际档位与整定档位偏差大时,差流也相应增大。极端情况下,如整定档位为10,实际档位为1时,差流达到9.0I10e(或1.0Ie),对应比率制动系数达到1.6。由此可见,以Ine为基准值整定,不易躲过调档引起的差流,推荐以Ie为基准值整定。2.3调档对补偿变的影响由于有载调档过程中,主变中压侧电压的调压范围为5%,按照主变差动定值整定原则整定,调压误差对主体变保护影响较小。另外,有载调档过程中补偿变的变比不变,调档过程不会引起补偿变差流。若不切换定值区,仅影响差动保护灵敏度,由低档调往高档时灵敏度增加,高档调往低档时灵敏度降低,但补偿变各档位下的额定电流变化不大,之间最大相差仅130A,约0.2Ie,对灵敏度的影响较小。即调档对补偿变影响可以忽略。下面重点在有载调压模式下对调压变差动保护的适应性进行仿真分析。3模拟测试3.1电流进行调档设计利用皖电东送特高压交流工程皖南站有载调压特高压变压器工程实际参数为依据建立动模试验系统模型,对主变保护、调压补偿变保护进行考核。其中,调压系统示意图如图4所示,正常调压档位有11档,通过极性切换模拟现场1—21档。皖南站1000kV主变的参数如表1所示。调压变及补偿变参数如表2所示。主变压器电流互感器的配置情况为:高压侧配置变比为3000/1的TA27;中压侧配置变比为5000/1的TA14;低压侧配置变比为4000/1的TA61及变比为4000/1的套管TA29。公共绕组配置变比为2500/1的套管TA32。补偿变电流互感器的配置情况为:补偿变的励磁绕组侧配置1000/1的套管TA31。调压变TA的配置情况为:调压变的励磁绕组侧配置1000/1的套管TA30。表3是调压变由1档向11档调档过程中,分别取1—11档位作为运行档位时,测量计算得到的差流(折算至变压器设计容量额定电流倍数)。表4是调压变由11档向21档调档过程中,分别取11—21档位作为运行档位时,测量计算得到的差流(折算至变压器设计容量额定电流倍数)。由表3和表4可见,有载调压模式下,同极性调档引起的最大差流达到1.08Ie,出现在整定档位为11,运行档位为21档的情况下。当区外发生故障时,穿越电流远大于额定电流,不平衡电流将成倍增长,此时,对调压变差动保护影响较大。3.2有载调调档调值确定由于有载调压在调档状态下,保护装置无法获知当前档位信息,档位变化后由于调压变变比关系变化会引起差流。特别是在中间档位向其他档位调档或其他档位向中间档位调整时,由于中间档位调压变星侧(低压绕组)电流不计入差动保护,在调压变无法获知调档信息的情况下区外故障时容易导致调压变差动保护误动。建议抬高定值,并进行灵敏度校验,必要时退出易误动的调压变差动保护。参照表3—4,为防止有载调压调档状态下调压变差动保护误动,保护增加有载调档硬压板和调压变不灵敏段差动。正常情况下灵敏段差动保护通过定值区设定当前档位对应的运行额定电流比值消除差流不平衡分量,仍可按(0.3~0.5)Ie整定。在有载调档前投入有载调档压板,保护自动切换至不灵敏段差动。调档结束后,切换完定值区后需退出有载调档压板。为兼顾灵敏性与可靠性,调档过程中应尽量取50%附近档位为基准变比档位,此时可能出现的最大不平衡电流较小。选取比率制动系数应考虑开区外故障引起的不平衡电流。以正调压为例,当基准变比档位整定为5档,最小不平衡电流参见表3;忽略TA转变等误差,根据式(3)可计算得到各档位下区外故障最小比率制动系数,参见表5。负调压方式下相关参数可同样获得。为提高保护可靠性,实际整定时启动定值和比率制动系数参照常规整定可相应增大。3.3区外故障差动保护特性验证根据上节保护方案,测试有载调压模式下调压变差动保护比率制动特性。其中,启动定值暂按1.2Ie整定,比率制动斜率按1.3整定。区外故障时档位偏离越大对差动特性影响越大,因此重点取1、8、9、10档进行区外故障差动保护特性验证。图5和图6所示为有载调压模式下,分别调到1档、8档、9档、10档时发生区外故障测量得到比率制动特性曲线。由图5可见,当偏离基准档位越大时,区外故障不平衡电流越大,易造成差动保护误动,其比率制动系数与表5基本一致。图7所示为调压变9档下原边发生20%匝间短路,其中红线表示整定档位为5档时测量的差流,绿线表示整定档位为9档时测量的差流。从图7可见当整定档位与运行档位不一致时,将放大差流不平衡分量,同时还可看到,改变比率制动曲线拐点相比改变启动定值对差动保护特性影响更大。3.4调档过程中补偿变保护考虑到中间档调档或涉及调压变极性开关变位的调档时,由于差流计算方式发生改变(不计入调压变星侧电流),区外故障时易误动;而中间档附近调档时,比率制动不能完全可靠闭锁(见图7),建议此范围调档过程中退出调压变保护。有载调压对补偿变保护影响不大,调档过程中不会引起补偿变差流,补偿变保护不退出。虽然在中间档附近调档过程中退出调压变保护,但是仿真试验表明主体变仍然可以反映调压变高压绕组15%匝间和调压变低压绕组70%匝间(最大档位下)故障,对于主体变保护反映不到的调压变匝间短路由非电量保护完成,因此调