第五章电抗器保护.doc

贵州金赤化工有限责任公司 电仪部资料第五章 电抗器保护目前,国内生产及应用的微机型并联电抗器保护装置，主要是WDK600型微机电抗器保护装置。该装置适用于220kV500 kV各种电压等级的各类型的并联电抗器。该装置主要提供的保护功能有分相差动保护、零差保护、匝间保护、零序过流保护和过流及过负荷保护。第一节 分相纵差保护一、 基本概念电抗器纵差保护不需要考虑涌流问题。另外，为了使在区内严重故障时能快速而可靠的切除故障，装置提供有差动保护及差动速断保护。1 动作方程电抗器差动保护的差流为：。式中：I1及I2分别为电抗器两侧的电流（TA二次值）。而保护的制动电流为：差动保护和差动速断的动作方程为：式中：Idzh差动速断定值；Idzo差动保护的初始动作电流；Izdo拐点电流；Izd制动电流；Id差动电流；Kz比率制动系数。2 逻辑框图在WDK600电抗器保护装置中，差动保护和差动速断保护的逻辑框图如图51所示。图51 电抗器分相差动保护逻辑框图在图51中：Idz差动定值（是个变数，为动作特性的边界线）。3 动作特性与其它主设备保护相同，电抗器差动保护的动作特性，为具有二段折线式的比率制动特性。动作特性曲线如图52所示。图52 差动元件的比率制动特性曲线二 调整试验1 通道平衡状况检查（1） 试验接线检查电抗器差动元件两侧通道平衡状况的试验接线如图53所示。图53 通道平衡检查试验接线在图53中：a1、b1 、c1、N及 a2、 b2、c2、n分别为电抗器两侧TA二次三相电流的接入端子。（2） 试验操作步骤操作界面键盘，调出“幅值测试”菜单。通过用“”、“”、“”和“”键的操作，调出差动保护差流显示界面。操作试验仪，使输出电流分别为Ie及5Ie（IeTA二次标称额定电流：5A或1A）时，观察并记录界面上显示的A相差流。然后，将图53中接在端子a1及 a2的线分别改接在b1 及b2、c1及c2端子上，重复上述试验操作、观察并记录B相差流及C相差流。将上述数据列入表51表51 差动保护两侧通道平衡检查记录通入电流及相别Ie5IeABCABC显示差流不平衡度要求：当Ie为5A时最大不平衡电流（即差流）应小于0.1A，最大不平衡度（差流/通入电流*100%）应小于3%。2 初始动作电流的校验将图53接a2端子的线固定接在n端子上。操作界面键盘，调出“基波测试”菜单，并点击“确认”键，然后再选择差动保护通道显示菜单。将差流越限启动定值暂调到较小值。操作试验仪，缓慢增加电流至差动保护动作，观察并记录保护刚刚动作时外加电流及界面显示的差流。将图53中接a1端子的线分别改接在b1 、c1、 a2、 b2及c2端子上，重复上述试验操作、观察及记录。并将试验结果列于表52中。表52 差动保护初始动作电流侧及相别高压侧低压侧ABCABC整定值测量值（外加电流值）界面显示值要求：通入的各电流值应等于显示的差流值，并等于整定值。最大误差应小于5%。3 比率制动特性的录制（1） 试验接线录制电抗器差动保护比率制动特性曲线的试验接线如图54所示。图54 录制比率制动特性试验接线在图5-4中： A电流表；a1、b1 、c1、n1及 a2、 b2 、c2 、n2分别为电抗器两侧TA二次三相电流的接入端子。（2） 试验操作操作界面键盘，调出各相差流显示通道。暂将差流越限启动定值调至较小值。操作试验仪，使I1和I2之间的相位相差180。（）操作试验仪，使I1等于零，由零缓慢升高I2至差动保护刚刚动作，记录保护动作时外加电流I2(0)及屏幕显示的差流。（）使I1 =0.5 Ie（Ie差动TA二次标称额定电流，等于5A或1A），此时屏幕上的差流应等于0.5 Ie。差动保护动作。由零缓慢升高I2至差动保护返回，然后再降低I2至差动保护刚刚动作。记录保护动作时外加电流I2(1)及屏幕显示差流。（）使I1 =Ie，由零缓慢升高I2至差动保护动作返回，再降低I2至差动保护刚刚动作。记录保护动作时外加电流I2(2)及屏幕显示差流。（）使I1= 2Ie，由升高I2至差动保护动作返回，再降低I2至差动保护刚刚动作。记录保护动作时外加电流I2(3)及屏幕显示差流。（）使I1 =4Ie，由升高I2至差动保护动作返回，再降低I2至差动保护刚刚动作。记录保护动作时外加电流I2(4)及屏幕显示差流。将接在a1、a2端子的线分别接在b1 、b2及c1、 c2端子上，重复上述（）（V）试验操作、观察并记录外加各电流及屏幕显示的差流。将以上试验所得数据列于表53。表53 各相差动保护比率制动特性A相I1电流00.5IeIe2Ie4Ie动作电流外加电流I2(0)I2(1)I2(2)I2(3)I2(4)显示差流B相I1电流00.5IeIe2Ie4Ie动作电流外加电流I2(0)I2(1)I2(2)I2(3)I2(4)显示差流C相I1电流00.5IeIe2Ie4Ie动作电流外加电流I2(0)I2(1)I2(2)I2(3)I2(4)显示差流要求：（1） 在上表中，各动作点的外加电流I1与外加电流I2之差，应等于此时屏幕上显示的差流；（2） 各相的比率制动系数 应等于整定值，最大误差小于5%。（3） 各特性曲线的拐点电流应等于整定值，最大误差小于5%。 （4） 表中各相的I2(0)应等于各相差动保护的初始动作电流Idzo，与整定值只差应小于5%4 差动速断定值的整定（1） 试验条件用控制字暂将差动保护退出运行。也可通过改变整定值将差动退出运行。由改变定值退出差动保护的方法是：将制动系数KZ整定为1，将初始动作电流Idzo的整定值暂提高到大于拐点电流。（2） 试验操作试验接线如图54所示。操作试验仪，使I1=0升高I2至差动保护刚刚动作，记录A相差动速断动作电流。再将图54中接在a1端子的线分别改接在b1和c1端子上，重复上述试验操作，记录B相差动速断及C相差动速断的动作电流。将试验数据列于表54中。表54 差动速断保护动作值相别A相B相C相整定电流动作电流要求：各动作电流等于整定电流。最大误差小于5%。5 校验汇综表将对差动保护校验结果汇综于表55。表55 差动保护校验汇综表项目初始动作电流拐点电流制动系数速断电流整定值实测值第二节 零序差动保护在电抗器内部或低端出线发生接地故障时，其零序差动保护具有较高的动作灵敏度。零序差动元件两侧的零序电流均系装置自产，即。一 基本概念1 动作方程 零序差动保护的动作方程为 零序差流：（56） 零序制动电流：（57）以上各式中：Ido零序电流； Iozd零序制动电流；Iodzo零序初始动作电流；Iozdo零序拐点电流；I1a、I1b 、I1c为电抗器高压端TA二次三相电流；I2a、I2b 、I2c为电抗器低压端TA二次三相电流。2 逻辑框图电抗器零序差动保护逻辑框图如图55所示。图 5-5 零差保护的逻辑框图3 动作特性在WDK-600型电抗器保护装置中，电抗器零差保护的动作特性，为具有二段折线式比率制动特性的曲线。动作特性曲线，如图56所示。图56零差保护动作特性在图56及图5-5中：Iodzo零差初始动作电流；Iohdz零差速断电流整定值；Iozdo零差拐点电流；Kz=tg2比率制动系数。二 调整试验1 通道平衡状况的检查。试验接线如图57所示。在图5-7中：a1、b1 、c1、n1及 a2、 b2 、c2 、n2分别为零差保护两侧TA二次三相电流的接入端子。操作界面键盘，调出零序差流显示通道。将a1、b1 、c1端子及 a2、 b2 、c2 端子分别短接起来（如图57所示）。图57 通道平衡检查试验操作试验仪，使输出电流分别为Ie及5Ie（IeTA二次标称额定电流：5A或1A）时，观察并记录相应屏幕上显示的差流值。要求：差流值应很小，其与输入电流之比应小于5%。若零序差流值较大，应着重检查两侧通道的幅值及相位是否已调平衡。2 初始动作电流及零差速断电流的测量（）初始动作电流测量及零序电流计算正确性检查试验接线如图58所示。图58 动作电流试验接线在图5-8中：端子a1、b1 、c1、n1及 a2、 b2 、c2 、n2的物理意义同图57；1、 2为零差保护出口继电器的一对接点的输出端子；X、Y为试验仪停止记时返回接点的接入端子。操作界面键盘，暂将零序电流越限启动值调到最小，调出零序差流显示界面。操作试验仪，缓慢升高电流至零差保护动作，记录保护刚刚动作时的外加电流及界面显示的零序差流。再将图中接a1端子上的线，分别改接在b1 、c1端子上。重复上述试验并记录。（）零差速断电流的测量用控制字或改变整定值（将比率制动系数整定为1，将初始动作电流的整定值暂提高到大于拐点电流）退出零差保护。试验接线同图58所示。操作试验仪，缓慢增大输出电流至保护动作。记录动作电流及界面显示的零序差流。然后，再将图中接a1端子的线，分别改接在b1 、c1 、a2、 b2 、c2端子上。重复上述试验及记录。将各测量数据列于表56。表56 零差保护初始动作电流及速断定值的测量值侧及相别高压端侧低压端侧ABCABC动作电流零差外加电流界面显示差流零差速断外加电流界面显示差流整定电流零差零差速断要求：相应各动作电流（即外加电流）的1/3应等于相应界面显示的零序差流，并且等于相应的整定值，最大误差小于5%。3 动作时间的测量将图58中的1、2端子与试验仪的X、Y端子连接起来。暂将零差保护退出运行，只投零差速断保护。操作试验仪，使其输出电流为1.5倍速断的定值。突加电流测时间。记录动作时间，该时间应不大于25ms。投入零差保护，操作试验仪，使其输出电流为1.5倍零差初始动作电流值。突加电流测时间。记录动作时间，该时间应不大于40ms。4 比率制动特性的录制试验接线如图54所示。操作界面键盘，调出零差电流显示界面。退出TA断线闭锁。操作试验仪，使电流I1与I2相位相反（即相位差180 ）。使I1=0。由零缓慢升高I2至保护刚刚动作，记录动作电流I2（0）及屏幕显示差流I0（0）。增大I1电流至I1（1），I1（1）=Ie。此时，保护动作。增大I2至保护返回。然后，缓慢降低I2至保护刚刚动作，记录动作电流I2（1）及屏幕显示差流I0（1）。增大I1电流至I1（2），I1（2）=2Ie。此时，保护动作。增大I2至保护返回。然后，缓慢降低I2至保护刚刚动作，记录动作电流I2（2）及屏幕显示差流I0（2）。再增大I1电流至I1（3），I1（3）=4Ie。此时，保护动作。增大I2至保护返回。然后，缓慢降低I2至保护刚刚动作，记录动作电流I2（3）及屏幕显示差流I0（3）。将上述试验数据列于表57表57 零差保护的比率制动特性电流I10I1（1）=IeI1（2）=2IeI1（3）=4Ie电流I2I2（0）I2（1）I2（2）I2（3）制动电流I1+ I2动作电流I2- I1显示电流I0（0）I0（1）I0（2）I0（3）要求：上表中I2（0）的1/3应等于界面显示电流I0（0），同时也等于零差保护的初始动作电流定值Iodzo。比率制动系数应等于其整定值。误差小于5%。拐点电流应等于整定值，误差不大于10%。5 校验结果汇综表将对零差保护的校验结果汇综于表58。表58 零差保护校验汇综表项目IodzoKzIozdoIodzh动作时间整定值实测值第三节 电抗器匝间保护一 基本概念大型电抗器多采用分相式结构，匝间短路只能出现在单相之内。因此，当电抗器发生匝间短路时，在系统内将出现零序电流和零序电压。从电抗器高压端看，当电抗器匝间短路时，零序电流要超前于零序电压，故零序功率为负值。在WDK600型电抗器保护装置中，采用电抗器高压端零序电流和零序电压构成的零序方向阻抗继电器作为电抗器的匝间保护。1 动作方程 电抗器匝间保护的动作方程为：式中：Zo电抗器高压端测量阻抗；ZY()阻抗动作区边界；Io零序电流；IodZ零序启动电流整定值。2 逻辑框图电抗器匝间保护逻辑框图如图59所示。图59电抗器匝间保护逻辑框图在图59中：Zo为保护的测量零序阻抗。二 调整试验1 试验接线电抗器匝间保护的试验接线如图510所示。图 510 匝间保护试验接线在图510中：端子a1、b1 、c1、n1及A、B、C、N分别为电抗器高压端TA二次三相电流及TV二次三相电压的接入端子。2 试验条件退出TV断线闭锁。用软件控制字投入匝间保护。投入控制字KG=0004，暂将零序启动电流定值改至最小。3 动作阻抗的校验（1） 最大灵敏角的校验操作试验仪，使输出电压为60V，输出电流值应这样确定：使其去除60V后得出的阻抗，应为最大测量阻抗的0.8倍。缓慢移动电流与电压之间的夹角至保护动作。记录保护刚刚动作时电流滞后电压的相角1。继续向同一方向移动相角直到保护返回。然后，向相反方向移动相角至保护刚刚动作。记录动作时电流滞后电压的相角2。则最大灵敏角要求：该最大灵敏角应为2705（2） 最大灵敏角处的动作阻抗操作试验仪，使其输出电流为0.5Ie（Ie TA二次标称额定电流）；使试验仪的输出电压为这样的值，其除以0.5Ie得到的阻抗，大于保护的整定阻抗；使电流与电压的夹角为最大灵敏角。缓慢降低电压至保护动作，记录保护刚刚动作时的电压Udz。则阻抗按上式计算出的阻抗应等于整定阻抗Zy。误差不应大于10%。（3） 动作阻抗园的录制如图510所示，使输出电流等于0.5Ie，输出电压应为这样的值，其与0.5Ie之比，落在阻抗园之外。操作试验仪，使电压滞后电流的角度分别为0、30、60、90、120、150、180、240、300时，分别缓慢降低外加电压至保护刚刚动作，记录对应的动作电流，并按式（511）算出各动作阻抗。将试验及计算数据列于表59。表59 匝间保护的动作阻抗相角0306090120150180240270300动作电压动作阻抗4 电抗器匝间保护阻抗整定及校验举例（1） 已知：主电抗器的一次阻抗ZS=2016，小电抗器的一次阻抗ZG=500；高压端TV变比nV=5000及TA变比na=300。（2） 二次零序阻抗ZOL= na (ZS+3ZG)/nV=3516x300/5000=211（3） 整定阻抗园圆心坐标（0, -j52.7），半径r=52.7（4） 最大灵敏角1=190，2=350，mark=270（5） 最大灵敏角处动作阻抗Z=102（6） 动作阻抗园将按上述（3）项方法试验得到的动作电压及按式（511）计算得到的阻抗值列入表510。表510 动作阻抗园测量（外加电流I=0.1a）相角0306090120150180240270300动作电压15.310.85.60.45.610.815.320.921.620.9动作阻抗5 校验结果汇综表 将对电抗器匝间保护校验结果汇综于表511。表511 电抗器匝间保护校验汇综表项目动作阻抗最大灵敏角整定值测量值第四节 电抗器零序过流保护零序过流保护，是电抗器单相接地故障的后备保护。一 基本概念1 动作方程 电抗器零序过流保护的动作方程：（512）零序电流取装置自产。式中：Iodz零序电流的整定值。2 逻辑框图电抗器零序过流保护的逻辑框图如图511所示。图 511 零序过流保护逻辑框图二 调整试验1 试验条件用软件控制字投入零序过流保护。即KG=0020（D4位2IDC。0。S置于1）。2 试验接线试验接线如图512所示图 512 零序过流保护试验接线在图512中：a、b、c、n电抗器高压端TA二次三相电流的接入端子；1、2零序过流保护出口继电器一对接点输出端子；X、Y试验仪的停止计时返回接点接入端子。（1） 零序过流动作值的测量暂将保护的动作延时调到零。操作试验仪，缓慢增大输出电流至保护动作，记录保护刚刚动作时的电流；然后，缓慢降低电流至保护刚刚返回，记录返回电流。再将图512中接在a端子的试验线分别改接在b及c端子上，重复上述操作及记录。（2） 动作时间的测量将零序过流保护的动作时间恢复到整定值。将图512中1、2端子与试验仪的X、Y端子连接起来。操作试验仪，使输出电流等于其动作电流的2倍（即等于6倍的零序电流整定值）。突加电流，测量并记录动作时间。将以上（1）、（2）项测量数据列于表512表512电抗器零序过流保护校验记录加电流相别ABC动作电流（外加电流）返回电流（外加电流）零序电流定值动作时间动作时间定值要求：各相外加电流相等，等于零序电流定值的3倍；动作时间等于整定值。各项误差小于5%。返回系数不低于0.95。第五节 电抗器过流及过负荷保护电抗器过流保护是电抗器各种故障的后备保护之一。而过负荷保护属于电抗器异常运行的保护。一般，电抗器及中性点小电抗器均设置过负荷保护。一 基本概念1 动作方程 电抗器过负荷及过电流保护的动作方程为：式中：I（a.b.c）A、B、C三相中任一相电流；IdzL电流低定值，即电流过负荷定值；Idzh电流高定值，即过电流定值；2 逻辑框图电抗器过流及过负荷保护的构成框图如图513示。（a）电抗器过负荷保护（b）电抗器过流及过负荷保护图513电抗器过电流保护逻辑框图二 调整试验1 试验条件用软件控制字投入电抗器过流及过负荷保护。即设置过负荷保护控制字KG=0100，设置过流保护控制字KG=0010，（且D4位IOC。I。S置于1）2 试验接线 试验接线基本同图512。不同的是应有二对出口或信号继电器接点输出端子，一对是过流保护的，另一对是过负荷保护的。3 电抗器过流及过负荷保护动作值的校验暂将电抗器过流及过负荷保护的动作时间调到最小。操作试验仪，由零缓慢增加输出电流至过负荷保护动作，记录过负荷保护刚刚动作时的电流。继续增大电流至过流保护动作，记录过流保护刚刚动作时的电流。然后，缓慢降低电流分别至过电流保护及过负荷保护返回，分别记录过流保护及过负荷保护刚刚返回时的电流。将图512接a端子的试验接线分别改接到b及c端子上，重复上述试验操作及记录。4 电抗器过流及过负荷保护动作延时的校验（1）过负荷保护动作延时的测量将过负荷保护及过电流保护的动作延时恢复到整定值。将过负荷保护一对出口信号继电器接点端子与试验仪的X、Y端子连接起来。操作试验仪，使输出电流为1.2倍的过负荷定值。突加电流测量时间。记录动作时间。然后，将过电流保护出口继电器一对接点端子，与试验仪的X、Y端子连接起来。操作试验仪，使输出电流为1.2倍的过流定值。突加电流测量时间。记录动作时间。将以上各项测量数据列于表513表513 电抗器过负荷及过流保护定值校验汇总表相别ABC动作电流过负荷保护过电流保护返回电流过负荷保护过电流保护动作整定值过负荷保护过电流保护动作时间测量值整定值要求：各保护的动作电流及动作时间应等于整定值，最大误差小于5%；各保护的返回系数不低于0.95。第六节 TA、TV断线闭锁的构成及闭锁功能的测量一 TA 断线电抗器正常运行时，如果出现某组TA二次回路的一相断线，可能致使差动保护、零差保护或匝间保护误动。1 TA断线判别条件当电抗器无故障而其某组TA断线时：以下各条件成立：（1） 式中： Ia、Ib、Ic断线TA二次三相电流；取最小值；（2）在断线的一组TA回路中 3IO0.3Ie；（3）差动或匝间保护另一侧TA回路，3IO0.1Ie；（4）差动回路中的差流，Id1.2Ie 。 以上各式中：Ie电抗器的额定电流（TA二次值）。2 TA断线回路正确性及闭锁功能的校验（1） 试验条件将控制字KG中的TAC及TAL设置为1。即使程序进行TA断线判别并具有闭锁功能。（2） 试验接线校验TA断线回路正确性及检查其闭锁功能的接线如图514所示。图514 TA断线回路及功能校验在图514中：a1、b1、c1、n1及 a2、b2、c2、n2分别为分相差动或零差保护两侧TA二次三相电流的接入端子。另外，两个三相电流可通过两台试验仪供给。（3） 试验操作操作试验仪，使两路电流源输出电流满足以下条件：（）输出的两路电流均为三相对称正序电流，且电流值均为电抗器的额定电流（TA二次值）；（）两路电流源各同名相之间的相位相差为180度。操作界面键盘，调出界面差流显示通道。此时，各相差流（包括零差）近似等于零。在保护端子排上断开任一端子上的试验仪输出电流线（例如图5-14中a1端子上的线），观察并记录界面差流显示值及差动保护的动作情况。再依次分别断开其他5个端子（b1 、c1、a2、 b2 、c2）上的电流输入线（每次只有一根线断开），观察并记录界面差流显示值及差动保护的动作情况。以上各差流均应等于Ie（大于差动保护的整定值），而差动保护均应可靠不动作。然后，将试验仪的各路输出电流值增大至1.3 Ie，重复上述试验。此时，界面显示的各差流均为1.3 Ie，且各次试验时差动保护均应可靠动作。再将控制字KG分别改为以下几种：TAC、TAL均置于0；TAC置于1、TAL置于0；TAC置于0、TAL置于1；在各种控制字下，重复上述试验。各次试验时差动保护均应可靠动作。二 TV断线1 TV断线判别条件当以下条件之一成立时，便判别为TV断线。（1） ，且各相电流无突变（2）式中：IeTA二次标称额定电流（5A或1A）； TV二次三相电压；Ia、Ib、IcTA二次三相电流；2 TV断线回路正确性及闭锁功能校验（1） 试验接线校验电抗器TV断线的试验如图515所示。图 515 TV断线试验接线在图515中：a、b、c、n电抗器高压端侧TA二次三相电流的接入端子；A、B、C、N电抗器高压端侧母线TV二次三相电压的接入端子。操作界面键盘，设置控制字，投入TV断线闭锁。（2） 试验操作操作试验仪，使其输出电流等于0.3 Ie，升高UA电压使其等于60V，此时，装置应发出TV断线信号。改变电流与电压的相角，使其电流滞后电压270左右，匝间保护不动作。然后改变设置控制字解除TV断线闭锁。重复上述试验，匝间保护应可靠动作。163