石化企业110／35kV电力变压器微机继电保护.pdf

谶 渡米 石 油 化 工 设 计 P e t r o c he mi c a l Des i g n 石化企业 1 1 0 3 5 k V 电力变压器微机继电保护 黄 佳 ( 中国石化 工程 建设公 司 ， 北京 1 0 0 1 0 1 ) 摘要 ： 针对 高压 1 1 0 k V电力 系统 ， 介 绍 了先进 的继 电保护装 置在 石油- x - 企业 中的应 用。根据 1 1 0 k V电力变压 器微机型 继电保护 的基本原理 ， 以国内某石化企业的 1 1 0 k V变电站 为参考 ， 对各种 继电保 护 参数的设 置进行 了详 细论述和计 算整定。 关键词 ： 电力变压器 ； 微机继 电保护 ；比率制动的差动保护 ；复合电压起 动过电流保 护 继电保护装置就是能灵敏地反应 电力系统 中 某个 电气元件发生故 障或不正 常运行状态 ， 并快 速动作于断路器跳 闸或发 出信号 的 自动装置 ， 基 本要求 ： 选择性、 速动性 、 灵敏性和可靠性。 目前 ， 微机继电保护装 置已普及应用。 继 电保护和安 全 自动装置技术规程 G B T 1 4 2 8 5 -2 0 0 6 ( 以下 简称 G B T 1 4 2 8 5 2 0 0 6 ) 、 电力装置 的继电保护 和 自动装置设计 规范 G B T 5 0 0 6 2 -2 0 0 8 E 2 等标 准规范是T程设计的依据， 可满足现代工业企业 的要 求 1 I 1 0 k V变 电站 实例 本文结合工程设计经验， 以某石化企业 1 1 0 3 5 k V变 电站的模型为例研讨 1 1 0 k V系统继 电保 护的应 用 和整定 计算 ( 3 5 k V系 统部 分从 略) 。 1 1 0 k V系统包含两路电源进线 、 单母线母联分段、 7个 1 1 0 k V全封闭 s 气体绝缘组合电器 ( G I S ) 间隔 、 2台 1 1 0 3 5 k V 9 0 MV A电力变 压 器、 2套 1 1 0 k V中性点 接地保护 装置 等设备 ， 详见 图 1 。 基本电力参数 ： 上级变电站至本 1 1 0 k V总变电站 的电缆长度约 3 k m， 三相单芯 6 3 0 m m 电力电缆 沿桥架敷设， 1 1 0 k V变电站 正常按单母线分段运 行。短路计算数据见表 1 ( “ 短路计算” 过程从略) 。 表 1 短路数据 1 1 0 3 7 5 k V 三相 双 绕 组 有 载调 压 油 浸 式 电 力变压器 ， 容量 9 0 MV A， 阻抗 电压百分 比 = 1 0 5 ， 联结 组 别 Y n d一1 1 。高压 侧 C T变 比 1 2 5 0 1 A， 低压侧 C T变 比 2 0 0 0 1 A。高压侧 C T ： 5 P 3 01 5 V A； 高压侧 P T ：( 1 1 0 3 ) ( 0 1 3 ) ( 0 1 3 ) 0 1 k V； 1 1 0 k V C T一 次侧额定 电流 I = S n ( 3 U 1 )= 4 7 2 4 A； 1 l 0 k V C T二次侧额 定 电流 1 2 =1 1 n =0 3 8 A。就此系统而言 ， 1 1 0 k V继 电保护 包括 ： 电力 变压 器 、 线 路 和母 联 。 2变压器 继 电保护 基础说 明 2 1 变压 器保 护类 型和 配置 电力变压器可能发生 的故 障有 ： 各相绕组 之 间的相间短路 、 单相 绕组部分线匝之问的匝间短 路、 单相绕组和铁 心问绝缘损坏而引起的接地短 路、 引出线 的相 间短路及其接地短路 等。不正 常 工作情况有 ： 有外部短路或过负荷引起 的过电流 、 不正常电压过高引起的过励磁等。 电压等级不 同 高压 ( 2 2 0 k V及 以上) 和 中低 压 ( 1 1 0 k V及以下) 的变压器其保护配置也不 同， 按 照 G B T 1 4 2 8 52 0 0 6 l j ， 1 1 0 k V电力 变 压器 应 装设 ： 纵差 动保护或 电流速 断保护 ； 气体 保 护 ； 过电流保护 ； 零序 电流保 护； 过负荷 保 护 ； 过励磁保护( 用于超高压变压器 ) 。见图 1 。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 51 7 。 作者简介 ： 黄佳 ， 男， 天 津人 ， 2 o 0 1年 毕业于 四川大 学 电力 系统及其 自动 化专业 ， 工 学学士 ， 辅修 计算机应 用专业 ， 工程 师 ， 现从 事 电气设 计 工 作。联 系电话 ： 0 1 0 8 4 8 7 6 6 5 6 ； E m a i l l ： h u a n i a s e i s i n o p e c e o m 第 2 7卷 黄佳 石化企业 1 1 0 3 5 k V 电力变压 器微 机继 电保护 5 图 l 1 1 0 k V单母线 分段系统单线 图示意 Q 0 一断电器 ；Q 1 、 Q 9 、 Q 6、 Q 1 1 、 Q1 2、 Q 6 1 一 隔离开关 ；Q 5 1 、 Q 5 3 、 Q 5 4、 Q 5 5、 Q 5 6、 Q 5 7 一接地开关 ； Q 8、 Q1 5 、 Q 1 6 一 快速接地开关 ； T1 、 T 1 1 一 电流互感器 ； T 5 、 T 1 5 一 电压互感器 ； F 1 一 避雷器 ； Q M一伸缩节 ； V D1 一带电指示器 ； l 、 2号新主变参数 ： S F Z 9 9 0 0 0 0 1 1 0： 1 1 08 X 1 2 5 3 7 5 k V； Y n d一1 1 U k=1 0 5 2 2 纵 差 动保 护基 本原 理 变压器纵差动保护和电流速断保护可以快速 切断变压器绕组和引 出线 的各种相 问短路 故 障、 大 电流接 地 系统侧绕 组和 引 出线 的单 相 接地 短 路 、 绕组的匝间短路故障。 差动保护基本 原理源 自基 尔霍夫 电流定律 ， 把变压器当作是 一个节点 ， 用输入 电流与输 出电 流的差 作 为动 作量 的保 护就 是 差 动保 护 ( 见 图 2 ) 。变压器 高、 低压侧 分别装设 电流互感器 C T 1 和 C T 2 ， 变 比分别为 7 , c T l 和 n c T 2 ： ， 1 =I i n c n，1 2 = I c T 2 ， T：Z C T I n c T 2 ， 为变 压器 额 定 电流变 比。由此 ， 可保证 ： ( 1 ) 变压器 正常运行时 ， ( 1 1 = )=( ， n ：I H n 亿) ， 此时差动继 电器 中无 电 流 、 不动作 。( 2 ) 变压器外部故障时 图 2一a ， 同 正常情况 ， =， 2 ， 差 动电流 ， “ 。 =， 一， 2 0 ， 不动 作。( 3 ) 变压器发生内部短路故障时 ， 两侧 电流接 近同相 ， 差动电流 I a 。 =， 。 +， 2 ， 差动继电器通过较 大电流 ， 将动作 。无论采用差动继 电器 ， 还是微机 继电保护等 ， 差动保 护的原理是 基本一样 的。仅 探讨先进的微机继电保护。 a 变压器外部故 障时 b 变压器内部短路故 障时 图 2 双绕组变压器纵 差动保护单相原理示 意 3 l 1 0 3 5 k V变压器的微机继 电保护 ( 表 2 ) 表 2 微机继 电保护 分项 保护类型名称 保 护重要性级别 差 动保 护 ： 比率 制动 的差 动保 护 、 差 动速 断保 护 、 二次谐 波制动等 主保 护 本体保护 ： 本体气体保 护 、 有 载调压气 体 主保护 保护 、 压力 释放保 护等 ) ( 非 电量保护 ) 复合 电压起动 的过 电流保 护 ： 过 电流 、 负 序过 电压 、 低电压 、 过 负载保护等 后备保护 零序 电流 、 电压接地保 护 过负荷保护 6 石油 化工 设 计 第 2 7卷 3 1 微 机差 动保 护注意事 项 ( 1 ) 相位校正 ： 变压器 Y n d一1 1接线 ， 两侧电 流相位差 3 0 。 ， 需要消除其引起 的不平衡电流。实 际在工程中很容易处理 ： 变压器两侧 C T二次接线 同为星形接法， 采用 “ 内转角” 方式利用微机保护 软件计算 的灵活性 ， 直接 由软件进行 相位校 正。 在正常运行 中显示差流值 ， 防止极性 、 变 比、 相位 等接错 ， 并具有差流超限报警功能。 ( 2 ) 幅值校正： 现代的微机继电保护装置具有 幅值校正能力 ， 以高压侧为基准 1 ， 低压侧取平衡 系数 =U l 以n r a L ( U l 棚n m )=( 3 7 72 0 0 0 ) ( 1 1 01 2 5 0 )=0 5 4 5 。低压侧各相 电流 与 相 乘 ， 得幅值补偿后 的各相 电流。引入平衡系数能 使高 、 低压侧 电流进行折算 ， 通过保护装置幅值校 正， 间接满足 了 n =? C T I n 他的原理要求 ， 因为通 常变压器两侧 电流互感器不成套。 ( 3 ) 变压器 Y n dl 1接线 ， 当 Y n侧保 护区 外接地故障时， 零序 电流 3 I o 仅在变压器一侧流 通 ， 即流过 C T 1 ， 为保证纵差 动保 护不 动作 ， 整定 时应扣除相应的零序电流分量。 ( 4 ) 两侧电流互感器的特性不 同产生的误差 ， 有载调压产生 的变 比变化等 ， 是微机差动保护装 置需要注意的问题。保护装置无法对变压器铁芯 饱和等进行识别和 自动补偿 ， 励磁电流无法无法 接入微机保护装置， 成为 了变压器差 动保 护的不 平衡电流， 继电保护整定时需躲过。 3 1 1 比率制动 的差 动保护整 定 ( 图 3 ) CT1 C T2 图 3 比率制动 的微机差动保 护的原理示意 H 为防区外 故障引起不 平衡差 电流造 成误 动 作 ， 微机纵差动保护采 取 了比率制动 特性 。双绕 组 变压 器 ， 以流 人 变 压 器 方 向为 正 方 向 ， 则 ： 动作 电流 l o t , = l ， +， ， 1 制动 电流 ， = 0 5 l 一 ， 2 J 。 区外故障时制动作用最大 ， 区内故 障时制动 作用最小。由于有不平衡 电流， 一般不为零 ， 保护的灵敏度仍然可 以很高。实际的微机差动保 护装置制动量 的选取 ， 关键是在灵敏度和可靠性 之间作最合适的选择。表示动作电流 l o p 与制动电 流 ， 的关系， 通常有两折线 、 三折线 、 变斜率( 5 0 0 k V) 以及工频变化量( 2 2 0 k V及 以上 ) 等各种 比率 制动特性 。见图 4 。 图 4 三折线 比率制动特性曲线不意 ( 1 ) 差动最小动作电流 ， 0 i 应躲过正常额定 负载最大不平衡 电流 。 l o p i K r e ( 2 n )+A U+ A M) I r N=1 3 ( 2 0 0 1 + 0 1+ 0 0 5 ) 0 3 8= 0 0 8 ( A) 。 。 也应躲过外部短路故障切除时差动回路 的不平衡电流 ， ， 这难以准确检测 出来 。较理 想的取得最大不平衡 电流值 的方法是 ： 在变压器 满负荷 运行 时 ， 实 测差 动 回路 中 的不平 衡 电流 l 。在满足灵 敏度条件下 可适 当增 大动作 电流 t h 整 ， 0 i 的定值 ， 可取 l o p = ( 1 5 2 )， 册。同时 建议检察一次设备 、 线路情况 ， 排除隐患。 根据近年来变压器微机保护的实际运行情况 的经验总结， 在工程实用整定计算 中通常取 i ： ( 0 51 )I r A , ， 本装置取 l o p =0 3 A。 基本参 数 有 ， K r e ： 可靠 系数 ， 取 1 31 5 ； ：变压器计算侧电流互感器二次额定计算电流 ； ( n1：电流互感器 的比误差 ， 取 0 0 1 ( 5 P 3 0 ) ；AU： 变压器分接头调压误差 ， 取偏离额定值 的最大 比 例 ， 取 0 1 ； A M： 电流互感器的变 比未完全匹配而 产 生 的误 差 ， 取 0 0 5 。 ( 2 ) 区外短路时差动 回路 中最大不平衡 电流 ， ： ， ( +A U+A M) ， n T A= ( 1 X 2 0 1 + 0 1 + 0 0 5 ) ( 5 4 3 6 1 2 5 0 )=1 5 2 ( A) 当变压器 区外断路故障时 ， 差动 回路流过 的 不平衡 电流最大 ， 为保证差动保护不误动作 ， 要求 此时的动作电流大于 L 。 基本参数有 ， ： 电流互感器的同型系数， 取 1 0；K p 电 流 互 感 器 非 周 期 系 数 ， 取 2 0 第 2 7卷 黄佳 石化企业 1 1 0 3 5 k V 电力 变压 器微机 继 电保护 ( 5 P 3 0 ) ； ： 电流互 感 器 的 比值 ( 综 合 ) 误 差 ， 取 0 1 ；U： 变压器分接头调节 引起 的误差 ， 取 0 1 ； ： 电流 互 感 器 的 变 比 未 完 全 匹 配 而 产 生 的 误 差 ， 取 0 0 5 。 ( 3 ) 最大制 动系数 K 和 比率制 动特性斜 率 K。最大制动系数 K r 。 =K f ， n I re 。 因 ， 一 I K =5 4 3 6 A， 故 K = K r e f ( K + +A M)=1 3 X 0 3 5= 0 4 6 。 比率制动特性斜率 K=( K 一， o ) ( I r e , 一 ) = ( 一， 0 ) ( 一 I k 。 。 ) ； 因 ， n L ；， ， ， 。 ， 故 K (K ， ) I r e s = K =0 4 6 。 本装置输入综保时 ， 取 K= 0 5 。 ( 4 ) 拐点电流 。综保装置通常有约定取值 ， 比 如 ： = 0 6 I e = 0 2 2 7 A； ， 2 = 5 =1 8 9 A( 本文 案例的高压二次侧额定 电流 ， =0 3 8 A) 。比率制 动特性 曲线 中对应 的 1 ， 3段综保 固定 比例制动系 数取 K 6 1 = 0 2 ， K 6 3 = 0 7 。 ( 5 ) 总结得到制动特性 曲线的动作判据 ： I o p Kb l l m+I m ； I z d I ， 叩K( d 一， 1 )+ 1 ， 1 + ， ； I r e , L0 5 ( d 一 0 2 3 )+ 0 2 x 0 2 3+ 0 3 ； 0 2 3l z d 1 8 9 ， 。p O 7 ( ， z 一 1 8 9 ) + 0 5 ( 1 8 9 0 2 3 ) + 0 2 X 0 2 3+0 3； 1 8 9 ( 6 ) 内部短路 时差 动保护灵敏 度校验。在最 小运行方式下 ， 计算 保护 区 内( 即变压器 引 出线 上) 两相金属性短路故 障归算到 1 1 0 k V侧 的最小 短路 电流 i 和相对应的制动 电流 ， 。令 ， 2 O ( 将使灵敏度计算值比实际值偏小 ) ： I K i =( ， 1 + I 2 )=(， 2 i 3 7 5 1 1 0+0 )= 0 8 6 65 7 3 6 3 7 5 1 1 0=1 6 9 3( k a) 。 ， =( ， l I 2 ) 2=(， 2 i 3 7 5 1 1 0 0 ) 2 =0 8 6 65 7 3 63 7 5 1 1 0 2=0 8 4 7 ( k A)。 = ， 1 2 5 0=0 6 7 7 A， 在 0 2 3 1 - K A 2 f J 图5 复合电压起动的过电流保护原理示意 当发生电压互感器二次 回路断线失压时 ， 复 合电压元件也可能发生误动作。对此 ， 现在 的综 保基本均具有“ P I 1 断线闭锁 ” 功能。综保判断 出 断线后 ， 可根据整定 的控制字可退 出复合电压 闭锁的各段过流保护 ， 也可取消复合 电压的闭锁。 本装置不采用“ 二次回路断线闭锁功能” 。 ( 1 ) 过电流保护定值 ： 动作电流应躲过变压器 的额定电流。本装置 高、 低压均装设一段过 电流 保护。其定值和时限注意与过负荷保护区别 。 高压侧定值 ： ， 0 = z I i = 1 21 4 7 2 3 8 ( 0 9 51 2 5 0 )= 0 5 A， 取 0 7 5 A。 取可靠系数 =i 2 ， 接线系数 =1 ， 微 机继电返 回系数 = 0 9 5 。动作 时限应与低压 侧过流保护动作时限相配合 ， 取 t = t +A t =2 5 + 0 3=2 8 S 。灵敏度校验 ： 按 最小运行方式 下， 低压侧两相短路时流过高压侧的短路电流校 验。 = I z 2 i n m= 5 7 3 7( 3 7 5 1 1 0 ) 0 8 6 6 ( 0 7 51 2 5 0 )=1 8 11 2， 满足灵敏 度要求 。 ( 2 ) 负序过电压定值 ： 应躲过正常运行时出现 的不平衡电压整定 ， 不平衡电压可通过实测确定。 整定值取 U 。 。 =0 0 8 =8 V； 灵敏度要求 ： = U o p 1 5 。 ： 为低压侧 两相时保护安 装处的最小负序电压 。 ( 3 ) 低电压定值应低于运行 中可能出现 的最 低工作电压 。电压取 自变压器高压侧 ， 故取 。 =0 7 Us=7 0 V。 3 4 零序 电流 和 电压 【 接地 ) 保 护整定 在电力系统 中， 接地故障是主要 的故障形式 ， 对于中性点直接接地 电网中的变压器 ， 都 要装设 接地保护( 零序保护) 作为变压器主保护与相邻元 件接地短路 的后备保护。本文 的双绕组变压器 ， 不考虑零序方向保护。变压器为分级绝缘且中性 点保护装置装有放电间隙( 图 6 ) 。正常运行情况 下中性点保护装置的隔离开关断开 ， 采用 “ 间隙零 序过电流保护” ， 间隙零序 C T变比 I O 0 1 A。同时 在隔离开关后串联零序 C T， 变 比2 0 0 1 A， 使得工况 在隔离开关闭合时使用“ 零序过电流保护” 的功能。 Q 母联解列 ( 跳 Q F ) 解列灭磁 f 跳 Q F 1 ) 图 6 中性点有放 电间隙 的分级绝缘 变压器零序保护原理 变压器接地保护要在时间和灵敏度上与线路 的接地保护配合。还应设置反应零序电压和间隙 放电电流的零序电压电流保护 ， 用于保护“ 中性点 接地保护装置等设备” 出现故障而失去接地 中性 点的情况。一般 U 。 =1 8 0 V， 动作时间0 2 s 。 3 5 过负荷保护整定 变压器长期 过负荷运行会加速绝缘 老化 ， 影 响寿命 ， 还应装设 过负荷保护。变压器过负荷 电 流大多数情况是三相 对称的， 故只装设对称过负 荷保护。本装置根据控制字投退 ， 只检测 B相 电 流 。 降压变压器 高压侧应 装设 过负荷保护 ， 低压 ( 下转 第 1 1页) 第 2 7卷 张伟 C F G桩在 临淄高层建筑地基 处理 中的应 用 在湿陷性黄土场地采用 C F G桩 ， 桩 问土一旦 产生湿陷 ， 桩问土将失去承载作用 ， 其分担荷载全 部转移至 C F G桩 ， 使 C F G桩变为无 筋桩基础 ， 当 荷载超过其承受能力时 ， 容易产生事故。 4结语 ( 1 )C F G桩复合地 基技术成熟 ， 能大 幅提 高 地基承载力 ， 减 少沉降 ， 而且 由于桩体不 配筋 ， 大 量节约钢材 ， 可利用工业废料粉煤灰 ， 水泥掺量 明 显 比相应标号混凝土桩少 ， 大大降低了工程费用。 ( 2 )从检测和实 际运行 结果来看 ， 临淄城 区 高层建筑在元湿陷性地层采用 C F G桩复合地基进 行处理 ， 其强度和沉降均满足设计要求。 ( 3 )由于 C F G桩在处理湿陷性黄土场地地基 方面还存在诸 多问题 ， 因此 在具有湿 陷性 的黄 土 地层采用 C F G桩要慎重。 参考文献 ： 1 林宗元主编 岩 土工程 治理 手册 M 北 京 ： 中国建筑 工业 出版社 ， 2 0 0 5 2 建筑地基基础设计 规范 G B 5 0 0 0 7 -2 0 0 2 S 北京 ： 中国建 筑工业出版社 ， 2 0 0 2 3 建筑地基处理技术规范 J G J 7 9 _ 2 O 0 2 s 北京： 中国建筑工 业 出版社 ， 2 0 0 2 藩 缄 中国石化 工程建设公 司 ( S E I ) 荣获 全 国工程勘设计企 业百 强第一 住房和城乡建设部公布了“ 2 0 0 9年全国工程勘察设计百强企业” 名单 ， S E 1 名列榜首。该项 目排名是国家主管部门 自 古 以来 2 0世纪要 9 0年代 中期 开始进行的 ， 具 有很强 的权威 性 ， 在业界 有较 大影 响。S E I 重组 1 O年 来 ， 稳 居前 两位 ， 并多 次名列榜首， 标志着 S E I 近几年的发展速度更快， 综合实力更强， 保持并扩大 S E I 在我国勘察设计行业的领先地位 ! 此外 ， 在住房与城 乡建设部 公布的统计材料 中 ， S E I 还荣 获 “ 境外 收入 5 0强排 名第 一” 和 “ 上交 税金百 强排名 第一 ” ， 这充分证 明 S E I 实施 的国际化 战略已经取得实效 ， 在海外市场 开拓上走在 了设计行业 的前 列。 2 0 1 0 0 8 3 0 中海油投 资 8 3亿 元精 细化工项 目开 工 中国海洋石油总公司精细化工项 目2 0 1 0年 1 1 月 1 4日在海南东方市工业园区开工建设 ， 项 目总投资 8 3亿元。报道 称， 该项目分两期工程、 分步实施， 同步建设与投产。一期投资 4 3 4 1元， 主要产品为液化气、 M T B E 、 石脑油和柴油调和组 分等 ， 工程预计 2 0 1 2年 1 2月投产 ； 二期工 程投资 3 9 9 3亿元 ， 主要产品为丙 烯腈 、 苯 乙烯 、 MMA和 乙腈 等 ， 工 程预计 2 0 1 3 年 4月投产 。 该项 目是 海南省“ 十一五 ” 发展规划重点 项 目， 依 托海南周边丰 富海洋 石油资源 ， 按 照清洁生产和绿 色化工发展原 则 ， 采用催化 裂解 ( D C C) 技术 。 2 0 1 01 11 5