变电站继电保护二次极性的分析_胡金玉

Dec.2010湖　北　电　力　　　　　　　

第34卷第6期

2010年12月

变电站继电保护二次极性的分析

胡金玉,曹际华

(湖北省输变电工程公司,湖北武汉　430063)

　　[摘　要]　目前变电站继电保护装置普遍采用差动保护作为主保护,差动保护的工作原理是利用

基尔霍夫电流定理流入和流出被保护设备的二次电流之和来判断设备的工作状态(正常状态、故障状态)。文中主要探讨接入线路保护、母线保护及主变保护装置的电流互感器二次极性,确保保护装置正确可靠的动作。　　[关键词]　电流互感器;差动保护;极性;判断方法

　　[中图分类号]TM774　　[文献标识码]B　　[文章编号]1006-3986(2010)06-0015-03

AnalysisontheSecondaryTAPolarityDetermination

ofSubstationProtection

HUJin-yu,CAOJi-hua

(HubeiElectricTransmission＆DistributionEngineeringCompanyWuhan430063,China)

[Abstract]Generally,themainprotectionofasubstationatpresentisdifferentialprotection.Theprincipleofdifferentialprotectionisthattheconditionoftheequipmentbeingprotectedcanbedeterminedaccordingtothe

sumofcurrentflowinginandoutoftheequipment.Inthisarticle,thesecondaryTApolaritydeterminationforlineprotection,busbarprotectionandtransformerprotectionwasdiscussed.[Keywords]TA;differentialprotection;polarity;determinationmethod

1　电流互感器

1.1　电流互感器的作用

将一次回路的大电流变为二次回路的标准的小电流(1A或5A),使测量仪表和保护装置标准化、小型化,并将二次设备与高电压部分隔离,且互感器二次侧均接地,从而保证设备和人员的人身安全。1.2　电流互感器的一次极性

电流互感器的一次极性是设备出厂时固定的,设备到现场安装前应进行试验验证电流互感器一次极性。通常,把P1定义为电流互感器的一次极性端,P2定义为电流互感器的一次非极性端。1.3　电流互感器的二次极性

电流互感器的二次接线引入继电保护装置,作为设备运行时判断故障的重要依据,故电流互感器的二次极性对于继电保护装置的正确运行非常重要。通常,把S1定义为电流互感器的二次极性端,S2定义为电流互感器的二次非极性端。　　　　　　　　　　[收稿日期]　2010-10-15

[作者简介]　胡金玉(1983-),女,湖北武汉人,助理工程师。

　　电流互感器的二次极性是依据一次极性、电流

的流向和保护装置内部计算电流的方式来确定的。如图1所示。

图1　电流互感器二次极性与一次极性的关系

　　当一次电流从P1(一次极性端)流向P2(一次非极性端)时,二次电流从S1(二次极性端)引出;反之,当一次电流从P2(一次非极性端)流向P1(一次极性端)时,二次电流从S2(二次非极性端)引出。1.4　电流的流向

电力系统中,电流的流向是根据系统的变化而变化的,为了电流互感器二次极性考虑的统一,通常假定输电线路的电流流向是从母线流向线路;母线的电流流向是从线路流向母线。在考虑继电保护中电流互感器二次极性时,电流的流向可以按正常态和故障态两种方式分析。分别从正常运行和故障时两种情况进行分析,以下相同。

当电力设备故障时,电流均流向故障点。因此,

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湖　北　电　力　　　　　　　　　　　　　　VDec.2010依据故障状态时电流的流向来判断继电保护中电流

互感器二次极性。

(1)输电线路上发生故障时,电流从线路两端同时流向故障点。

采用双母线或单母线接线方式的交流场线路的二次保护极性考虑如图2所示。

路同时流向故障点。母线保护的二次保护极性考虑如图4所示。

图4　母线故障时的二次极性

　　母线上发生故障时,如果该母线上所用出线的电流互感器一次极性端P1靠近母线,用于母线保护的二次绕组S2引出。注意母线上所有出线的二次极性必须保持一致。

图2　双母线或单母线交流场线路故障时的二次极性

(3)变压器发生故障时,故障电流从变压器三侧同时流向故障点。变压器保护的二次保护极性考虑如图5所示,变压器发生故障时,如果电流互感器一次极性端P1靠近母线,用于变压器保护的二次绕组均S1引出。

　　线路上发生故障时,如果电流互感器一次极性端P1靠近母线,用于线路保护的二次绕组S1引出;反之,如果电流互感器一次极性端P1远离母线,用

于线路保护的二次绕组S2引出。

采用3/2接线方式的交流场线路的二次保护极性考虑如图3所示,3/2接线方式的交流场线路保护二次电流取该线路两侧开关TA的电流之和。出线1保护取T1、T2的电流之和;出线2保护取T2、T3的合电流。

出线1上发生故障时,如果T1的一次极性端P1靠近Ⅰ母线,T2的一次极性端P1靠近Ⅱ母线,则用于出线1保护的T1、T2二次绕组均S1引出;出线2上发生故障时,如果T2的一次极性端P1靠近Ⅱ母线,T3的一次极性端P1靠近Ⅱ母线,则用于出线2保护的T2二次绕组S2引出,T3二次绕组S1引出。

图5　变压器故障时的二次极性

2　差动保护

　　差动保护是线路保护、母线保护及主变保护装置的主保护,它利用接入保护装置的电流矢量和来判断设备的运行状态,保证设备的安全可靠运行。

电流互感器的二次极性除了依据其一次极性、电流的流向以外,还依据保护装置内部差动保护计算电流的方式,即保护装置内部差动保护计算的差电流是矢量和还是矢量差。2.1　线路保护装置的差动保护

线路保护装置的差动保护的动作原理是基于比较被保护线路始端和末端电流的大小和相位的原理,现在保护装置主要利用通道将线路两侧的电流量相互传送,每侧的装置差动保护计算两侧电流的矢量和,当差流值大于定值时差动保护动作。其保

护范围是线路两端电流互感器之间的距离,在保护范围外短路,保护不动作,故不需要与相邻元件的保

图3　3/2接线交流场线路故障时的二次极性

　　(2)母线上发生故障时,电流从该母线上各支·16·Vol.34№6

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护在动作值和动作时限上相互配合,因此可以实现全线路瞬时切除故障,但不能作为相邻线路的后备保护。

线路保护装置内部的差动保护计算电流的方式可以在通道对调时确定。在通道对调时,本侧和对侧同时加入大小相等且方向相同的电流,如果差流为2倍的所加电流,则保护装置内部差动保护计算的差电流是矢量和;反之,则为矢量差。线路保护装置内部的差动保护计算电流的方式一般为矢量和。

值得注意的是:线路两侧的TA极性应保持一致,以免造成保护误动作。以3/2接线方式的交流场为例:线路两侧TA的极性应保持一致,当线路正常运行时,电流从一站流向另一站(极性端流向非极性端),电流之和为0,保护可靠不动作;当线路故障时,电流同时从两站流向故障点,合电流为故障电流,保护可靠动作。

2.2　母线保护装置的差动保护

母线保护装置的差动保护是将母线上所有间隔的电流求矢量和,当差流值大于定值时差动保护动作。母线正常运行时,母线上合电流为0,保护可靠不动作;母线故障时,母线上合电流为故障电流,保护可靠动作。其保护范围是母线上所有间隔电流互感器至母线之间的距离。在保护范围外短路,保护不动作,故不需要与相邻元件的保护在动作值和动作时限上相互配合,因此可以实现瞬时切除故障。母线保护装置内部的差动保护计算电流的方式可以在母线保护装置内部的两个间隔同时加入大小相等且方向相同的电流,如果差流为2倍的所加电流,则保护装置内部差动保护计算的差电流是矢量和;反之,则为矢量差。母线保护装置内部的差动保护计算电流的方式一般为矢量和。

值得注意的是双母线接线方式下的母线保护装置同时计算大差电流(每条母线上所有间隔的电流求矢量和,不计母联间隔,大差作用于保护装置的启动)和小差电流(每条母线上所有间隔的电流求矢量合,计母联间隔,小差作用于保护装置的动作),当大差和小差电流同时大于定值时保护可靠动作。

母联间隔TA的极性除了要考虑一次极性和电流的流向外,母线保护装置内部母联间隔TA的极性也需考虑,即:母线保护装置内部母联间隔TA的极性端是靠近Ⅰ母还是靠近Ⅱ母。

在进行保护装置单机调试时可用试验来验证装置内部母联间隔TA的极性。

　　利用母线保护装置上刀闸试验按钮模拟将出线

1挂在I母上,出线2挂在Ⅱ母上。在母线保护装置

上出线1间隔、出线2间隔、母联间隔均加1∠0°A的电流,如果Ⅰ母小差电流为2A,Ⅱ母小差电流为0A,则可以判断母联间隔TA的极性靠近Ⅰ母;反之,如果Ⅰ母小差电流为0A,Ⅱ母小差电流为2A,则可以判断母联间隔TA的极性靠近Ⅱ母。2.3　变压器保护装置的差动保护

变压器保护装置的差动保护是计算变压器各侧的电流求矢量和,当差流值大于定值时,差动保护动作。变压器正常运行时,变压器各侧的电流和为0,保护可靠不动作;变压器故障时,变压器各侧的电流之和为故障电流,保护可靠动作。其保护范围是变压器各侧电流互感器至变压器之间的距离。在保护范围外短路,保护不动作,故不需要与相邻元件的保护在动作值和动作时限上相互配合,因此可以实现瞬时切除故障。

变压器保护装置内部的差动保护计算电流的方式可以在变压器保护装置内部的高、中、低间隔分别两两间隔同时加入大小相等且方向相同的电流,如果差流为2倍的所加电流,则保护装置内部差动保护计算的差电流是矢量和;反之,则为矢量差。变压器保护装置内部的差动保护计算电流的方式一般为矢量和。

值得注意的是变压器保护装置的差动保护一般取变压器三侧开关TA的电流作为差动保护的计算值,但现在有些保护装置还增加了变压器低压侧开关TA和低压侧套管TA之间的差动保护,如北京四方公司生产的CSC-326C装置。变压器低压侧有2个套管TA,它们的二次绕组分别用于变压器的2套保护装置,由于低压侧2个套管TA的一次极性是反的(一个极性端指向变压器,另一个极性端指向低压侧母线),故在考虑低压侧有2个套管TA的差动极性时,应考虑其一次极性,2套保护装置接入的低压侧2个套管TA的极性是相反的。

3　结束语

　　综上所述,变电站继电保护装置二次极性的正确与否关系到保护装置的正确可靠动作,是变电站安全稳定运行的重要保证。变电站继电保护装置二次极性的正确与否是依据电流互感器的一次极性、电流的流向和保护装置内部差动电流的计算方法判断,它需要高压试验员通过试验给出正确的一次极性和继保调试员依据一次极性和对保护装置的调试进行正确的分析。

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