1、砍茨釉菌推孵述横庞簧山呀谜滦向肝鹊观读洞隋巢锦倦瑞曼髓骚卷涌瞅夫躲凰瘦挪咯析篙肿高峪栏像前毫溜挫诺败弱迭脊勤揍忆铱慈锥瞒陨倚勘陀柞尽删志坯券时荫家铆提呀惟滩佰钱摩丧攫秤眷应杉虹洽否粟屑处乖汝击酵韶旗奶龙西虚送宣取铃脉估占扔兆柠摊枢逢逆厘氧寐胯洼坊泌板敬哟仰安鲤币协晤冕煎怖抑择霞蓝芦跌箭泳酉剔幂拣召衣响患剩窘箕翠媳绝眶须詹许扒训酣猿隶吝叙杭韶滨傀揖耗力惜邻巴还樊贝橱诲豌丛纫独饿粒乓蒸绅缆娠世啤次祁刑水钦乎粮冤漏惫踢樊欠鸣歹遍鬃泪侠袋计漳慑腊劣恐唤皇磺拐骤编南皂讯棘拽站添酿芽弥耐锣近棵秤子竞噎胸蕉腹嵌奎臀悠洼禾-精品word文档 值得下载 值得拥有-精品word文档 值得下载 值得拥有-顶岸抿样彼
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7、系统接地方式的分析8第部分保护原理探讨92.1复合电压闭锁方向过流92.2断线告警功能分析102.3电动机磁平衡保护112.4零序方向元件122.5 变压器差动原理分析152.6 转子接地保护的原理分析162.7 纵向零序电压保护和基波零序电压保护的区别18第部分产品功能拓展193.1线路保护的遥控和手动同期合闸193.2电动机的正/反转控制193.3电动机的软启动功能193.4电动机启动电流记录203.5GPS硬对时功能203.6103规约双RS485通讯,104规约以太网通讯213.7AD的动态自检测功能21第部分常见问题分析234.1测量电流或电压反相序对功率的影响234.2电动机比率差
8、动保护问题分析254.3反时限过流保护问题254.4保护装置出口继电器的容量问题254.5交流电源经过整流桥进入开入问题264.6保护计量精度问题264.7 功率显示不正确的问题264.8 各PT二次接地不一致导致产生零序电压的问题274.9 变压器差动因接线形式整定不当导致差动误动的问题274.10 区外故障、同期合闸或雷击使CT饱和而导致差动误动的问题。274.11 发电机电压小于5%或大于90%专用出口的应用注意事项。284.12单相弧光接地对频率测量和频率保护的影响294.13电源的滤波电容不稳定发电导致的问题294.14基准滤波电容发生不稳定放电导致的问题29第部分技术答疑30第部分
9、附录31附录基于采样点计算频率原理在电压变化时的误差分析31附录中原燃气MTPR-620Hb差动速断保护误动作分析35附录AD774正电源放电引起的采样变化图43前言该培训手册的编写,目的是为了公司工程技术人员、售后人员整体了解我公司的综合保护测控装置的一般原理、应用以及常见问题的处理而编写的。作为编写人员,由于技术水平的限制,难免有所偏颇和错误之处。同时,有一部分原理和问题上的分析,是完全属于编写者本人的一般性见解,如果有异议或者其他意见,本人将非常欢迎进行探讨,并能一起进步。第部分基础理论知识1.1序电流分量提取序分量法,在保护原理和应用上非常重要的意义。通常,我们可以把不对称分量分解为正
10、序分量、负序分量和零序分量。不对称短路时,电源一侧提供了正序电流,而故障点处提供了负序电流和零序电流。所以,对于负序方向元件和零序方向元件与相间方向元件的动作区,是有很大区别的。对于三相接线: 保护装置通过FFT(傅立叶运算),分别采样并计算得到Ia、Ib、Ic向量的实部,虚部,通过对上面三个应用和通道,可以很方便的计算出正序电流、负序电流和零序电流。对于不接地系统,由于有时为了节省投资,采用两相互感器。因此,计算序分量的计算就不能直接应用上面的三个公式。对于零序,就不能用该公式了。但考虑到,不接地系统,在运行和发生单相接地时零序电流都很小,可认为值为。Ia +Ib + Ic =3I0 = 0
11、,将Ib-(Ia + Ic)带入到正序和负序电流的计算公式中,则可以推导出下面的两个公式:两相接线时,正、负序电流算法:对于零序电流,不接地系统一般用穿芯互感器从外部取得。即使三相接线,也不采用上面的零序计算公式进行计算。主要的原因是,由于不接地系统的零序电流很小,一般为几百个mA左右,而采用保护电流计算,由于保护电流的误差比较大,同时通道的不平衡,都导致计算出的零序电流和实际零序电流有很大区别。因此不接地系统零序电流都是外采的。如果为接地系统,则可以用零序计算公式来合成,因为接地系统的零序电流很大,通道的误差不会带来多大的影响。上面所推导的两相计算正、负序分量,理论的前提是,Ia + Ic
12、+ Ic = 3I0 = 0,如果是电阻接地系统,接地电流比较大时,序分量的误差将比较可观。因此,应该理解两相计算负序电流的应用条件。1.2序电压分量提取当发生不对称短路时,可以认为只有电源处提供了正序电源。而在故障点提供了负序或零序电源。因此,从电源处到故障点处,正序电压是降低的。负序电压,是从故障点处到电源处是降低的。零序电压,由于零序网络分布与接地点和变压器连接组别有关,因此与负序电压有所区别,但也是故障处零序电压最高,沿零序网络降低。 我们知道,把该公式带入到正序和负序电压计算公式中,可以得到下面两个公式:我公司的正序、负序电压,就是采用上面的两种算法。采用该算法的优点是,对于YY接线
13、和VV接线,该算法都适合。对于零序电压,我们装置可以直接采集外部的开口三角电压。在零序方向判别时,用计算零序电压进行方向判别 对于不接地系统,当发生单相接地时,一次侧 ;而对于直接接地系统,当发生单相接地时,。对于不接地系统,变比为,对于接地系统变比为:。其中采用计算零序电压,在不接地系统中,发生接地时,零序电压为 3U0 = 173V,在接地系统中为57V。1.3两表法功率计算功率的计算可分为两表法和三表法。三表法在不对称负荷和各种情况都适用,因此精度相对两表法高。但在不接地系统中,测量互感器有时为两相,三表法则无法应用。因此,我公司采用的是两表法来计算功率。两表法的理论前提是 Ib = -
14、(Ia + Ic),然后带入到三表法中,得到的功率计算公式是:其中,是Uab和Ia的夹角,是Ucb和Ic的夹角。功率因数为:1.4积分电度的实现积分电度,实际就是我们所说的电度表功能。电度是单位时间内对有功P和无功Q进行累计。并转化成KWh和KVarh两个电度单位。我公司的积分电度是按照二次侧有功和无功进行累计的,因此都是二次值。如果想转化成一次侧值,需要在显示值上乘以变比和变比。我公司的积分电度是每1s累加一次。假设在一段时间(s)内,有功功率为P0,在时间以前有功率为,则电度累积公式为: 例如:假设表底为,Psum=0,T=10s,P0=866w,则在10s后,Psum = 5Ws=0.0
15、05KWh一般来说,我公司的积分电度功能,只用来参考,而不适合用于计算功率消耗等情况。累计的间隔为1s左右,对负荷变化比较剧烈的场合,累计误差随着时间的增加而增大。同时,由于功率的测量误差,有功为0.5,无功为1.0,长时间累计所造成的累加误差也不小。1.5相角显示实现原理对于电压和电流两个向量:Ur+jUx和Ir+jIx。如果要计算两者之间的相角差,首先要选取一个基准向量。假设选取向量U为基准向量。按照定义,经过推导有:电压、电流的实部和虚部很容易从FFT计算后获得,通过取反正切后,得到了两个矢量的相角差。由于arctan的取值范围是在-Pai/2到+Pai/2之间,因此通过一定的变换(包括
16、角度弧度变换),就可以得到从0-360的角度值。1.6电力系统接地方式的分析电力系统的接地方式,可以分为:直接接地、电阻接地(小电阻、中阻、高阻)、消弧线圈接地和不接地几种。对于110KV及其以上电压等级(输电线路),一般考虑到设备的绝缘很难提高,或者提高后造价是不可容忍的,该电压等级一般都为直接接地方式。对于3KV35KV电压等级(配电线路),设备的绝缘造价不高,同时,为了提高供电的可靠性,一般选择不直接接地方式。对于220V/380V等民用线路,一般采用直接接地方式,主要是考虑人身安全。对于直接接地方式,当发生单相接地时,零序电流很大,保护直接动作于跳闸。对于不接地系统,按照规范要求,10
17、KV35KV当接地电流小于10A时,一般选择告警,并可继续运行12h。在这期间可以查找故障,保证供电的连续性。当接地电流大于10A,应采取限制接地电流的措施,因为接地电流大于10A 以后,电流本身已经不能自熄弧。采取的方式有,加消弧线圈或电阻。消弧线圈一般都是过补偿方式。电阻接地一般分三种,小电阻、中阻和高阻。小电阻接地和直接接地性质相差不多,一般直接出口跳闸。高阻接地和中阻接地都是为了限制接地电流。但高阻接地方式接地电流很小,和不接地相似。中阻接地方式接地电流比较大,一般直接出口跳闸。表中性点不接地系统电网允许的最大接地电流额定电压(KV)361035最大接地电流(A)301010第部分保护
18、逻辑与功能2.1复合电压闭锁方向过流复合电压闭锁方向过流保护,是中压系统中应用较多的保护。该功能可分三部分:复合电压元件、相间方向元件、过电流元件。当复合电压闭锁、方向元件、过流功能都投入时,三个元件是“与”逻辑。但需注意,实际上,复合电压元件、相间方向元件还受PT断线影响。因为发生断线,复合电压元件和方向元件是无法保证其动作的正确性的。图复合电压闭锁方向过流保护逻辑框图minU = minUab,Ubc,UcaU2的计算同第部分的序电压提取里的负序电压提取公式。需要注意的是,断线信号只有在投入了断线告警功能,并且发生了断线时才产生。复合电压功能是保证保护的灵敏性而增加的。方向元件是满足双侧电
19、源系统中,保证保护的择性而增加的。2.2断线告警功能分析根据接线方式不同,PT断线的判据也不同。PT断线闭锁功能投入时,如果PT断线,则闭锁低电压保护和复合电压元件、电流方向元件。PT断线判据如下:V-V方式接线电流最大的一相,其电流值小于最大负荷电流(取过负荷电流定值)。 最大相间电压小于30V,且任意一相电流大于0.1In; 负序电压大于8V。满足以上任一条件延时(可整定)报PT断线,断线消失后返回。Y-Y方式接线电流最大的一相,其电流值小于最大负荷电流(取过负荷电流定值)。 |Ua+Ub+Uc|7V时,且最大线电压和最小线电压的模差大于18V时,认为一相或两相PT断线; |Ua+Ub+U
20、c 7V,最小线电压小于18V;用于检测两相断线。 MAXUab,Ubc,Uca7V且任意一相电流大于0.1In 时,认为PT三相断线。满足以上任一条件延时(可整定)报PT断线,断线消失后返回。以上是600Hb保护,断线告警判断逻辑。对上面的判断逻辑进行几点说明:,对于-方式接线中的,主要是防止不接地系统在单相接地时误判断断线,同时在断线时能准确的将断线区分出来时。在单相接地时,线电压依然是对称的,因此最大线电压和最小线电压肯定小于18V。发生单相断线时,最大线电压为100V,最小线电压为57.7。当发生两相断线时,最小线电压为0,最大线电压为57.7。因此,在单相断线、两相断线时都可以准确判
21、断。2,对于-方式接线中的,只所以有这条判断,是因为在电压互感器的二次侧如有其它表计接入,当发生两相断线时,受表计电阻的影响,导致断线的两相电压不为,而是非断线相电压的一部分。下面对该问题进行一下详细的分析:下图是接有表计情况下,发生、相两相断线情况的示意图,其中r1为表计电阻,r2为保护装置内置电阻。图2发生、断线带有表计的示意图对上面的示意图进行简化,有下图:图3简化后的发生、断线的示意图通过对图3进行电路的角-星变换,有下图:图4角-星变换后的电路图r1= r1/3 图4就可以方便的计算出Ub和Uc了.Ub = Uc = r2*Ua/(3r1+r2) = K*UaK = r2/(3r1+
22、r2) Ub=Uc=KUa如果没有条件而只有条件,最大线电压为(1-K)Ua,最小线电压为0,要满足断线条件,则为(1-K)Ua18V,假设Ua=57.7V,那么KR+jL 所以对于中性点N到K之间的正序阻抗、负序阻抗、零序阻抗.全为。图不接地系统单相接地示意图对于故障相零序电流I03 = -(I01 + I02) = -j(C1+C2)U0非故障相零序电流I01 = jC1U0, I02 = jC2U0因此,对于故障相的不接地系统,I03滞后U0 电压90,而对于非故障相,I01,I02超前U0 电压90。不接地系统的动作区域为 0arg(U0/I0)180对于直接接地系统,如下图所示:图7
23、直接接地系统单相接地示意图Z1,Z2分别是系统S1和S2的短路阻抗。ZL1,ZL2分别为短路点将线路分开的阻抗。M1,M2为两母线保护按装处。将该系统的零序阻抗图为:图直接接地系统单相接地序阻抗示意图U0M1 = -I01*Z01 U0M2 = -I02*Z02由上面公式,I01是超前U0一个角度,角度为180-0, 0为Z01或Z02的零序阻抗角(7085)。因此直接接地系统的零序方向动作区,一般为 -20arg(U0/I0)Icd 且 |Ic| K1 |Ic|-|Ii|i=1动作判据:譬如两圈变,差流Ic = I1+I2,待进公式:可以分析出此制动判据,无论单侧电源或双侧电源,正常运行及区
24、外故障时均有强烈的制动作用,保护不会误动作;而在区内故障时制动作用非常小,具有很高的灵敏度,保证了保护的可靠性与选择性。2.6 转子接地保护的原理分析本装置采用乒乓式开关切换原理,通过求解两个不同的接地回路方程,实时计算转子接地电阻值和接地位置。原理如图所示。其中:S1、S2为由微机控制的电子开关,Rg为接地电阻,a为接地点位置,E为转子电压。两个降压电阻R,一个测量电阻R1。转子接地保护回路原理图通过求解两个回路方程,可以推导Rg和a的计算公式:回路1(S2闭合,S1断开): (1)回路2(S1闭合,S2断开): (2) 相对而言,装置测得的是负值,则(2)式中其实也是正值,也可在软件内部对
25、R1上的压降U1或U2求绝对值。所以公式等效为: (3)求接地阻值: (1) 式 + (3) 得:解方程得: (4)求接地位置:(1) 式 (3) 得: 解方程得: (5)转子一点接地为Rg小于定值;转子两点接地为值大于定值。2.7 纵向零序电压保护和基波零序电压保护的区别这两个保护虽然都判的是发电机的零序电压,但作用各不同。前者为保护匝间短路用,后者为保护定子接地用。纵向零序电压保护采自PT1,PT1为纵向PT,当定子接地时,PT1的开口PT是没有零序电压的,因而保证了选择性。PT1跟PT2的区别在于PT一次中性点联结的位置不同。第部分产品功能拓展3.1线路保护的遥控和手动同期合闸 手动和遥
26、控同期合闸,是在310Hb保护中已经增加的内容在新的以太网版本程序中,准备增加上去。同期合闸采用的是脉冲启动,准同期方式合闸。但为了简化处理,只针对线路同期设计,不增加越前角合闸功能。3.2电动机的正/反转控制电动机正、反转控制,是为了适应需要电机正转,也同时需要反转两种情况下保护和测量。为了能实现在反转时,功率的正确计算,正、负序分量提取正确。增加了一个反转开入。在电机反转合闸前,给出该信号。装置通过开入判断后,确认是反转。自动调整正、负序分量算法。同时根据反转选相中的反转相序(ABACBC),来调整功率算法。3.3电动机的软启动功能 电动机软启动功能,是针对一些需串电抗器或者电阻启动的电机
27、。下面是电动机软启动控制一个一次接线图。其中,QF1在启动柜内,QF2在运行柜内。启动的模式是,首先先合启动柜,QF1先合闸。当电机的启动时间到或者启动电流下降到一定值。则合运行柜,合QF2。这样相当于把串入的电抗器短接掉,完成了整个的启动过程。当保护跳闸时,一般只需要跳启动柜,而运行柜通过启动柜的跳闸而启动运行柜的跳闸。一般保护不去跳运行柜。图12电动机软启动一次接线图合QF2的时机,有两种模式,一个是启动时间和启动电流“与”逻辑,另一种是“或”逻辑。“与”对系统的冲击更小些,但启动耗能比较大;“或”逻辑对系统冲击相对“与”逻辑要大一些,但启动耗能小一些。因此,这两个条件都有应用,在软件设计
28、时充分的考虑了这个问题,作成了选择项,适应不同的应用要求。下面给出310Hb中软启动的逻辑框图。图13 电动机软启动控制逻辑框图3.4电动机启动电流记录 电动机启动电流的记录,是为方便用户分析电动启动时的最大电流,启动时间等增加的新功能。启动电流记录的是Ia电流的有效值,记录间隔为200ms,记录150个点,记录时间为30s。用户可以从菜单中查询到这150个点,然后可以画出电机启动曲线,找到最大启动电流。3.5GPS硬对时功能GPS硬对时是最近一段时间新增加的功能,以前是按照GPS的硬脉冲方式作为对时方式。但采用脉冲对时存在着带载容量小,传输距离短等问题。最新的GPS对时是采用RS422电平,
29、通过双绞线对时。这种对时方式的优点是,带载容量大,传输距离远,和RS485通讯模式相同。RS422电平和RS485电平是兼容的,RS422是全双工,RS485是半双工。但应用在GPS对时,只是GPS装置发,而保护装置收,因此和RS485是相同的。下图是GPS对时的接线示意图:图1 GPS对时接线示意图当装置收到GPS的脉冲,通过脉冲沿来统一的设置时间时刻(对时脉冲有秒、分,秒脉冲豪秒清,分脉冲秒和豪秒清),而通讯下发的对时,只下发到秒级。当装置发现有GPS脉冲对时,装置自动读取硬件时钟,作为软件时钟的基准。软件时钟开始运行。当装置经过一段时间发现没有了GPS脉冲后,则自动停止软件时钟,切换到硬
30、件时钟。由于管理机下发的时间有网络延时,有可能管理机刚刚下了对时时间,而对时脉冲马上就到来了,导致装置比管理机快了一对时间隔。为了防止这种现象的发生,软件上进行了舍入处理。比如对于GPS秒脉冲对时,当管理机下了时间后,GPS对时脉冲到来,装置将判断豪秒是否已经大于500ms,如果大于500ms则,秒加,毫秒清,否则忽略对时脉冲。3.6103规约双RS485通讯,104规约以太网通讯 600Hb最新的硬件和程序,开始支持103规约和104规约。其中103规约通讯的介质是双RS485接口,而104的通讯介质是双以太网接口。这点在以后的应用中,需要注意。3.7AD的动态自检测功能600Hb最新的硬件
31、和程序,开始支持的动态自检测功能。防止由于的电压异常和本身的损坏以及外部回路损坏引起保护的误动作。图1 自检测硬件回路自检测程序,每个采样周期都时刻检测直流采样值。如果该值在2.5(110%)V以内时,则认为正常,如果超过这个电压范围,经过一段时间后,报异常。如果自检测通道出现了电压突变,经过连续的3点变化值大于一个门槛,则认为元件上出现了异常,短时闭锁保护一段时间后再开放保护。第部分常见问题分析4.1测量电流或电压反相序对功率的影响 在现场实验或者现场服务中,经常出现测量电压或电流反相序或者极性接反导致功率的计算错误。而一般现场又很难校对相角,因此应该在两表法计算功率的前提下,能对上述的一些
32、问题能够进行一些理论分析。对于一般的电动机而言,或一些系统而言。功率因数一般都在0.80.9之间,作为理论分析的前提假设,设功率因数为0.866,既功率因数角为30。并假设满负荷运行,Ua = Ub = Uc = 57.7V,Ia = Ib = Ic =5A(5A系统)。正常运行时系统的矢量图为:此时的功率为: 1 602 0P = Uab*Ia*cos1 + Ucb*Ic*cos2 = 500*(0.5+1) = 750w Q = Uab*Ia*sin1 + Ucb*Ic*sin2 = 500*(0+0.866) = 433w Cos = 0.866这个计算是和理论计算相符合的。下面对不同情
33、况的反相序和极性反接a)测量电流Ia和Ic反相序(两者对调)1 -602 120P = Uab*Ia*cos1 + Ucb*Ic*cos2 = 500*(0.5-0.5) = 0w Q = Uab*Ia*sin1 + Ucb*Ic*sin2 = 500*(0.866-0.866) = 0w Cos = 0 或 不固定(由于零飘的原因)b)测量电流Ia和Ib反相序(两者对调)1 1802 0P = Uab*Ia*cos1 + Ucb*Ic*cos2 = 500*(1-1) = 0w Q = Uab*Ia*sin1 + Ucb*Ic*sin2 = 500*(0+0) = 0w Cos = 0 或
34、不固定(由于零飘的原因)c)测量电流Ib和Ic反相序(两者对调)1 602 -120P = Uab*Ia*cos1 + Ucb*Ic*cos2 = 500*(0.5-0.5) = 0w Q = Uab*Ia*sin1 + Ucb*Ic*sin2 = 500*(0.866-0.866) = 0w Cos = 0 或 不固定(由于零飘的原因)根据上面的计算,我们写出下表:两表法功率计算:Ua=Ub=Uc=57.7V,Ia =Ib=Ic=5A ,1 = -60, 2 = -0,P = 750,Q =433 cos=0.866 电流相异常A,C换相A,B换相B,C换相A反向B反向C反向1-601806
35、0-120606021200-12000180cos1+cos20000.51.5-0.5sin1+sin2000-0.8660.8660.866P000250750-250Q000-433433433cos0或 不固定0或 不固定0或 不固定0.50.866-0.5由上面的分析,可以看出在反相序情况下,有功功率和无功功率都接近为0。功率因数为不固定。而反相的情况下,功率因数接近为0.5,相反向对计算功率没有影响。以上的计算是假设功率角为30的情况。实际上面的推论可以更广泛。我们假设功率因数角为,那么有:令 1 = + 2 = + cos1 + cos2 = cos(cos +cos ) si
36、n(sin +sin)sin1 + sin2 = sin(cos +cos ) + cos(sin +sin)AC换相: = -90, =90AB换相: =150, =-30BC换相: =30, =-150将,带入到公式中,发现cos1 + cos2=0, sin1 + sin2=0 可见此时,只要电流相序是反的,有功P,无功Q都是0。 相反向时: = -150, =-30cos1 + cos2 = sin sin1 + sin2 = -cos P = UI sin Q = -UI cos 功率因数:sin C相反向时: = 30, =150cos1 + cos2 = -sin sin1 + sin2 = cos P = -UI sin Q = UI cos 功率因数:-sin下面总结一下功率错误问题的分析方法:如果现场发现电压、电流都采集正常。当有功、无功都为零,那么存在的问题应该是存在相序反接的问题。如果有功和无功都存在,但不正确,那么,根据上面的