变电站继电保护调试内容之相量篇(审核完稿王学山版)

变电站继电保护相量分析及调试方法为了确保继电保护装置接线正确，我们需要将电流、电压相量的检查工作贯穿到整个调试工作的始终，也就是说，一套保护的调试，从电流互感器和电压互感器的调试检查开始，到二次回路的检查，再到装置的调试，始终按照我们设计好的相量方式去调整接线，整个过程就会保证我们交流采样回路接线的正确性，装置投入运行后，再将带负荷测量的结果与之比较，就能判断我们接线是否正确，下面，我们就分别从变压器差动保护、110kV线路保护、35kV线路保护、10kV线路保护、10kV电容器保护等几个方面来分析相量的接线及检测方法。总则：相量的起因大家知道，我们的发电机原理是导体切割磁力线产生电动势，而发电机定子绕组的三相排列是按照三相平均分360度排列的，随着发电机转子的转动，感应出三相电动势。发电机顺时针转动，就产生了A相超前B相1200的相位，B相超前C相1200的相位，C相超前A相1200的相位，发电机每分钟转动3000转，那么每秒转数就是3000/60秒=50周，这个就是我们说的50HZ的来由，反过来，每转一周的时间（T=1/f）就是1/50=0.02秒就是20毫秒，也就是说完成一个360度的变化需要20毫秒。下面我们可以形象的从相量图和波形图看出相位关系。当电动势作用在负载上时，由于负载的性质由电阻、电感、电容组成的阻抗决定，使得电流与电压之间表现出不同的相位：下面我们就沿着这个主线进一步分析相量在保护中的应用一、电流、电压互感器极性的规定意义及检测方法1、电流、电压互感器减极性标记的含义及意义1.1电压互感器的接线及极性是保证全站所有保护相量正确的最基本的因素，所有需要判断方向的保护都必须首先要求电压极性正确，为了统一标准，我们现在规定：所有电压互感器不论是新投，还是因某种原因检修更换二次线，都必须保证电压互感器二次从极性端正出，也就是说电压互感器正极性。请看如下示意图1-1：保证了电压互感器的正极性，就为我们在考虑变电站内各个保护装置的方向以及在带负荷测相量的时候，提供了一个基础，因为就算有的保护装置不需要判别方向，也需要通过电流、电压之间的相位关系来确定电流互感器极性是否正确，当做这个工作的时候，我们需要关注的是流经保护安装处的负荷性质、潮流流向、电压互感器极性，只有采集好全部信息，才能确定保护二次回路的接线的正确性。因此，我们规定：要求电压互感器的正极性。图1-1从上图中可以看出电压互感器一次电流从一次线圈的极性端流入，这个不是刻意做的，而是一次必须要这么接线，这是一次安装的工艺所必须的，那么二次线圈的引出线就必须从极性端引出，非极性端结成N线在主控室一点接地，这样就能保证电压互感器UA、UB、UC的正极性。对于开口三角形接线应该以上图中的a1作为L630（L640）而X1作为N600向外接线，这样才能保证零序电压的方向正确（之所以提出这个问题，是因为在目前有个别站的图纸中将X1作为了L630，这样的话如果不使用零序电压判别方向，运行还可以，但是将会给以后的工作带来麻烦，因此进行规定，望大家遵守）。从下面图中可以看出电压互感器正极性接线的一次电压及二次电压的相量关系。图1-21.2电流互感器减极性标注法示意图下面图中简单示意了电流互感器减极性标注的方法，其定义是：当同时从电流互感器的一、二绕组的同极性端子通入相同方向的电流时，他们在铁芯中产生的磁通的方向相同。当一次绕组从标“·”号端子通入交流电流时，则在二次绕组回路中感应的电流应从非标“·”号端子流向标“·”号的端子，如果我们从两侧同极性端（两侧标“·”号端子或两侧非标“·”号端子）观察时，则一、二次电流的方向相反，所以，我们称这种标记为减极性标记。简单说就是：电流互感器一次电流从极性端流入，电流互感器二次电流从极性端流出。图1-3二、110kV变压器保护配置情况及相量分析1.110kV变压器保护配置情况110kV变电所变压器保护配置一般分为电气量保护和非电量保护两个大类，因为非电量保护不牵涉相量的问题，在此暂时不予以讨论，该保护将在变压器保护章节中再行讨论。电气量保护一般配置：主变差动保护，110kV侧（高压侧）复合电压闭锁过流保护，35kV侧（中压侧）复合电压闭锁过流保护，10kV侧（低压侧）复合电压闭锁过流保护，反映变压器过负荷的过负荷保护（一般来说只作用于信号），中性点零序电流保护，间隙保护，至于其他与通风回路、调压回路配合的回路由于不牵涉相量暂时也不予以讨论。那么我们在这主要来讨论变压器差动保护及后备过流保护的相量。2.110kV变压器差动保护相量分析2.1保证变压器差动保护相量正确的极性检测方法。2.1.1我地区变压器差动保护目前使用的类型目前，承德地区变压器差动保护使用的类型的情况是：一些运行时间比较长，还没有进行改造的变电站的差动保护BCH-1、BCH-2、LCD-4、LCD-5、LCD-5A等型号的继电器仍然在使用，目前，我们综合自动化站使用的是微机型差动保护。不论是何种差动保护，其差动保护原理是没有什么大的区别，无非就是增加了间断角原理、波形对称原理等一些新特性而已。就我们现场实验班组而言，有些项目没有检验的手段，在现场也不要求做检验。例如：间断角原理、二次谐波制动等功能。2.1.2变压器差动保护调试工作需要的准备工作变压器差动保护调试工作在现在的调试水平来看，应该是很简单的，但是，要保证质量顺利的调试好一套变压器差动保护，也不是一件很容易的事情，为了搞好变压器差动保护的调试工作，在开始工作之前，需要进行一些准备工作，准备好必要的资料和工具、校验仪器，实验报告等等。以下是我们认为需要准备的工作项目：1、准备好校验保护装置的试验仪器2、准备好万用表（包括指针的和数字的万用表）3、准备好一号电池2节4、准备好电流互感器实验仪或者升流器和大小量程的电流表5、如果不具备电流互感器实验仪器，那么还要准备最小不低于5KVA的调压器，和大小量程的电流表6、准备好要验收调试的差动保护二次设计图纸，提前审查保证没有错误，与现场一致。7、准备好实验报告记录纸其中包括：互感器试验报告、差动保护继电器试验报告（根据现场实际情况准备微机式的微机差动保护报告或者常规差动继电器试验报告、带负荷测相量报告）、保护定值。8、准备好合适的工具9、准备好相关的工作票和安全措施票及装置校验作业指导书2.1.3各种变压器绕组接线方式与各种变压器差动保护互感器接线配合以110KV变压器为例，目前我地区使用的110KV变压器基本都是Y0/Y0/△-12-12-11接线。因为变压器110KV侧绕组Y0接线与10KV侧绕组△接线，高低压两侧同相电流出现了30度的相角差，就使得变压器差动回路中出现了很大的不平衡电流。解决的方法是，将变压器110KV侧及35KV侧的差动保护用电流互感器的二次绕组接成△，将10KV侧差动保护用的电流互感器二次接成Y形，这样来弥补由于变压器高、中、低压侧之间相角的30度差。那么究竟在现场怎么配合呢：A、对常规变电站的Y0/Y0/△-12-12-11变压器接线的差动保护，我们主要是要把电流互感器二次接线进行星角变换变化为：△/△/Y-11-11-12接线。B、对于微机差动保护，由于星角变换可以在保护装置内部来完成，所以在互感器接线上就不再考虑星角变化的问题，而是直接将变压器各侧的电流互感器二次绕组都接成Y形直接进入装置。2.1.4变压器差动保护调试总则及总体概念对于变压器差动保护的整体调试验收工作着手，在作好相应的准备工作后，实验工作的主要项目和顺序如下：第一、做变压器各侧差动保护使用的电流互感器变比，变比检查应该在端子箱和电流互感器之间进行，其中的含义有检查从电流互感器到端子箱之间的接线是否正确，我们把回路分段，有利于问题的查找。第二、作变压器各侧差动保护使用的电流互感器极性，一般都是一次侧以母线侧为正。因为变压器差动保护保护范围是变压器差动保护使用的各侧电流互感器之间的范围，当保护区内部发生故障时，故障电流是从各侧母线流向变压器。也就是将电池的正极性连电流互感器的母线侧，负极性连电流互感器的变压器侧（如示意图中所示的连线）。母线指的是主变三侧的母线，110KV侧电流互感器以110KV母线侧为正，35KV侧电流互感器以35KV母线侧为正，10KV侧电流互感器以10KV母线侧为正，点出的电流互感器二次极性为正，要求三侧的极性都为正。点极性时候需要注意的是电池的极性要对，同时指针万用表的表笔极性也要对，不可弄错，点极性使用万用表的直流毫安档。对于电流互感器二次绕组Y形接线的表笔使用如下：IA点A相时，红表笔接A411（或者A421等根据具体回路编号）IB点B相时，红表笔接B411（或者B421等根据具体回路编号）IC点C相时，红表笔接C411（或者C421等根据具体回路编号）IN黑表笔一直接N411（或者N421等根据具体回路编号）指针在闭合电池回路时，表的指针正偏转，在断开电池回路时候，表的指针反偏转这说明是正极性；指针在闭合电池回路时，表的指针反偏转，在断开电池回路时候，表的指针正偏转这说明是负极性。点完极性后，如果有不符和要求的极性，就在电流互感器二次接线柱上进行改线，把极性调成自己需要的极性，使三侧的极性一致。第三、极性检查应该在端子箱和电流互感器之间进行，不要直接点极性进主控制室？（建议此项工作做两次，先点到端子箱，然后再重复此项工作点到保护屏；点差动时，在端子箱将其它绕组全部断开，防止设计或施工阶段错误，靠查线有局限性），同时要确定使用的绕组具体是哪个绕组，准确度等级是否保护要求的准确度等级：保护使用的等级过去叫D级，现在很多都标注为10P5、20P5什么的，要弄准确。按定值要求核对好变比、准确度等级、极性以后把线对到主控制室端子排上，注意相序，然后测量盘下的直阻，检查接线的稳固情况。第四、为了检验使用的电流互感器的特性和带负载能力，需要做二次绕组的伏安特性，一般来讲，做完伏安特性还得做电流互感器的实际负载，然后根据母线的短路电流进行计算，看互感器是否符合需要，但是现在做为我们实验班组很少做这个工作，我们做实验的目的简单化了，就是通过伏安特性实验来检查使用的绕组是否为保护需要的准确度等级，有没有绕组发生匝间短路的情况。如果现场发现伏安特性异常，就应该和电流互感器标注的其他准确度等级的绕组进行比较，因为不同电压等级，不同厂家，不同形式的电流互感器的伏安特性有时候会差很多，同时，最好的伏安特性实验方法是在电流互感器基线柱上做，这样可以不受二次电缆线的影响。做伏安特性接线图如图2-1：伏安特性实验，一般来说，我们过去由于没有综合互感器实验仪器，经常使用的是用常规设备搭接回路来进行，现在综合互感器实验仪器的使用，工作得以大大简化。5KVA调压器电压表电流表图2-1使用升压器，缓慢将电压升起，读电流表的数值，读取电压值，按照下表中的表格做实验，记录实验数值，具体实验报告见附件。伏安特性实验表格：开关编号：回路编号：变比：I（A）0.10.20.511.5257.510U（V）ABC第五、对继电保护装置进行整组调试，分不同原理的装置，分别进行调试，在端子排上加上模拟量，分别从高压、中压和低压侧加入实验电流，根据装置原理和设计接线原则进行检验，特别要注意的是制动绕组的接线检查，以及制动绕组接在那一侧，一定要明白，做实验的时候要重点检查，与实验数据是否一致。2.1.5变压器差动保护二次接线的检验方法（有兴趣的可以通过练习一些特殊的变压器连接组别来学习如何通过电流互感器极性确定接线正确，并举例说明11点、12点、1点、5点等接线的检查方法，进而学习错误接线的判别方法）。1S1电流互感器二次绕组的头和尾。1S2A2.1.6下面我们分别举例分析各种常见的变压器的差动保护原理接线图并进行简要分析：例1：下面举例画出YO/Δ­11两卷变压器的差动保护原理接线图，并标出电流互感器极性。图2-2通过上图分析区内故障时候差动继电器工作绕组流如的电流情况图2-3通过上图分析区外故障时候差动继电器工作绕组流如的电流情况例2-1：下面画出Y0/Y0/△-12—11三卷变压器的差动保护