220kv变电站继电保护向量检查技术的试验研究

220kv变电站继电保护向量检查技术的试验研究

1投运前继电保护向量检查技术应用必要性向量检验是继电保护技术的一个非常重要的项目之一。如果向量错误，则会导致正常或不足的电气保护误动或拒绝。在正式运营之前，应严格确保向量的准确性。在新设备投运前即已验证了二次设备向量的正确性,避免设备投运过程中可能发生的继电保护误动或拒动,同时解决了投运后短期内无法组织负荷而无法及时进行向量检查的问题。投运前继电保护向量检查试验技术将变电站带电后进行的继电保护向量检查工作在带电之前进行,可以降低投运过程中因一次系统倒闸操作带来的安全风险,可以减少投运过程中的操作工作量,缩短电网处于过渡方式下的时间。使用该项技术,可提高工程投运的工作效率、有效降低投运过程中电网运行方式调整带来的不安全运行风险、有效降低继电保护等二次设备向量不确定性带来的不安全运行风险,杜绝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不安全风险。投运前继电保护向量检查技术2011年在河北省南部电网(简称“河北南网”)18个变电站(其中包括2个电厂升压站、5个110kV变电站、3个智能变电站)进行了现场的试验研究,试验数据表明该项技术达到继电保护向量检查的要求。已进行试验的220kV变电站有负荷变电站、也有枢纽潮流变电站,既有传统敞开式AIS变电站、也有封闭式GIS变电站及敞开封闭式MTS变电站,试验均取得了成功。下面探讨某220kV变电站开展试验的试验过程及结果。2现场试验2.1变压器试验方案某220kV变电站设备参数为:电压等级有220kV、110kV、35kV3个,220kV输电线路2条、110kV输电线路4条、35kV输电线路若干;变压器1台,其参数为额定容量180/180/60MVA、额定电压230/121/38.5kV、短路电压Uh-m%=14%、Uh-l%=23%、Um-l%=8%;220kV、110kV系统均为双母线接线,35kV系统按变电站终期3台主变压器考虑为3个段带分段联络开关;220kV系统各间隔(或称“支路”,下同)TA为1600/1、110kV系统TA变比为1600/1(主进)和800/1(线路、母联)、35kV系统TA变比为1600/1(主进)和800/1(部分线路)及400/1(部分线路)。变压器各电压侧看进的短路阻抗值:XTR=U2r−testSr×Ud%XΤR=Ur-test2Sr×Ud%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。因此:Xh-m=41Ω、Xh-l=67.6Ω、Xm-l=6.5Ω、Xm-h=11.4Ω。试验设备参数:试验设备主要由三相调压变压器、三相升压变压器组成,变压器容量均为100kVA,三相调压变压器接入三相交流380V电源,调压器输出接三相升压变压器输入侧,升压变压器输出额定电压为1.25kV、额定电流为48A,试验辅助电抗器为15Ω。试验前需确定试验方案,即需确定试验设备、辅助电抗器的接入位置,接入原则以接入点可检测的保护装置越多为宜、并应尽量降低大型较重试验设备的移动次数;根据辅助电抗器参数、变压器短路阻抗的计算数据、间隔的设备电流互感器变比数据,确定试验过程中试验设备的实际输出参数。2.2变压器差动保护制动电流以示例变电站220kV系统为例,试验设备的接入位置选择在变压器220kV侧套管引线处、220kV线路侧接入试验电抗器,变压器运行在双母线中的一条母线上,线路运行于另一母线,这样可以对变压器高压侧后备保护、母线保护、线路保护(本侧)进行试验,技术原理见图1。忽略被试回路中的电阻分量,因为模拟负载的试验电抗器为15Ω,因此试验时施加的电流只要大于32A即可,32A按1600/1的TA变折算到二次为0.02A。为了增加试验效果,试验输出取45A,则试验输出电压为:Uoutput=IoutputXload=675V(相电压、对应线电压为1.17kV),理论计算继电保护装置反应到的二次电压电流为相电压0.307V、相电流0.028A、角度90°。进行变压器试验时,变压器一侧短路,于另一侧加入试验量,变换短路侧则可做三圈变压器的差动保护。试验设备接入侧宜选择中压侧为接入侧,分别于高压侧、低压侧短路进行试验;试验时不需接入试验电抗器,使用变压器自身短路阻抗既可;试验时使用接地开关来进行短路侧的三相短路;试验设备接入位置和短路位置均需位于变压器差动保护的外侧,技术原理见图2。取输出电流40A进行中高压侧试验,则中压侧电压为:Uoutput=IoutputXload=456V(相电压、对应线电压为789.8V),理论计算继电保护装置反映到的二次电压电流为中压110kV侧相电压0.414V、相电流0.025A、角度90°,反映的高压220kV侧相电压0.0V、相电流0.012A,由此理论计算的变压器差动保护制动电流Ires=0.042Ie=0.012A(以差动保护按变压器高压侧为基本侧考虑)。取输出电流30A进行中低侧试验,则中压侧电压为:Uoutput=IoutputXload=195V(相电压、对应线电压为337.7V),理论计算继电保护装置反映到的二次电压电流为中压110kV侧相电压0.177V、相电流0.019A、角度90°,反应的低压35kV侧相电压0.0V、相电流0.062A,由此理论计算的变压器差动保护制动电流Ires=0.031Ie=0.01A。试验时取电流值的大小取决于试验负载的大小、试验设备的能力,以可稳定显示向量为准。3试验数据的主要参数,2.2试验情况下变压器保护中高压侧试验采用从零起开始升高电流、电压的方式,既可以发现问题,也不致于损坏被试设备和试验设备。根据预先理论计算的数据进行试验,实际结果的数据从继电保护装置显示界面上取得,以装置反应采样的数据为准,保护装置应尽量不使用卡钳表进行卡数,但对于装置显示数据不全的情况、备用TA绕组、计量测量装置等处仍需使用卡钳表测数。变电站现场试验本侧站内线路试验数据见表1(部分数据,TA变比1600/1A,TV变比220/0.1kV)。264线路保护Ⅱ为许继WXH803A,试验时向量截图见图3。示例变电站现场试验变压器中高压侧试验数据,见表2(数据为部分数据,TA变比1600/1A,TV变比220/0.1kV)。变压器保护Ⅰ中高压侧向量试验截图,见图4。从表1、表2和图3、图4的试验数据中可以看出,试验检查的保护向量正确,试验数据满足向量检查的要求。试验也发现有的保护装置在电压较低的情况下,电压之间的角度不显示,原因是装置对电压间的角度向量显示设置了10V的门槛,此门槛的设置是没有必要的。4试验过程中的问题投运前继电保护向量检查试验技术不仅对电网、变电站投运操作及保护装置的同步投运有着重要意义,对变电站来说也可使缺陷、隐患早发现早解决,从已开展试验的多个变电站情况看,试验发现了多起电流回路开路、电压回路短路的缺陷。一般此项试验安排在安装、单体分系统试验之后,变电站投运之前进行,此项试验后变电站很快就会投运,交流电压、电流二次回路发现的这些问题避免了设备投运后再停电进行处理的被动。在试验过程中,需要对一次设备的多次合分操作,从而也有助于发现操作、控制回路中隐藏的问题。220kV系统的试验思路同样适用于110kV系统。试验完成后设备投运前,尽管工期安排已紧密衔接,但仍然有一短的时间间隔,试验过程中发现