阿海珐1580线变组保护技术方案

110KV馈出至1580轧机线变组保护

3.8.1线变组保护测控的选型及功能介绍

(1)线变组主保护选用Micom P541

主要功能:光纤电流差动保护等功能。

(2)线变组高低压侧后备保护测控均选用Micom P143

主要功能:复合电压闭锁过电流保护、零序电压电流保护、零序过流保护、过负荷保护,非电量保护等功能。

(3)针对2#线变组回路,由于35KV侧有两条分支,所以需加配一台Micom

P127实现相应的保护测控功能。

Micom P541装置简介

MiCOM P541全数字式电流差动保护是用于处理电力系统故障的一种快速而有选择性的保护。它适用于超高压系统两端或三端线路、电缆或变压器馈线的全线保护。多功能的组合使得它在电力系统中有着广泛的应用,既可提供近端保护,也可提供远端后备保护。

A. 保护功能

光纤差动保护

二次谐波制动的比率差动保护

过流保护

接地保护

非电量保护

CT二次回路断线检查告警或闭锁差动保护

CT饱和鉴别,保证穿越故障时装置的可靠性

B. 测量功能

相电流IA,IB,IC ;

零序电流I0 ;

C. 监控功能

断路器可远方、就地控制

断路器、接地刀闸、隔离刀闸等位置监视

各种事故,预告信号报警和闭锁功能

跳闸回路监视

故障录波

D. MiCOM P541具有8个光隔输入、7个输出继电器。

随着两端与三端长距离、重负荷线路的广泛采用,要求保护装置适应多分线路产生的有关问题,考虑充电电流及高抗故障的影响。MiCOM P541系列保护装置提供一整套分相电流差动保护,以满足这些需要。其测量算法非常可靠,能快速判断区内故障,并在区外故障时保持稳定。适用于所有具有保护通信信道的场合。

分相电流差动保护

1. 分相电流差动保护动作特性

P541继电保护装置的主要保护功能是分相电流差动保护。这项技术涉及到线路各端电流的比较。因而这样的方案需要考虑通信路径的问题。针对本项目,

P541继电保护装置利用通过光纤直接通道实现保护数据传输。

差动保护的基本动作原理是计算进入一个保护段的电流和离开的电流之间的差值。当差值超过某一整定值时,保护启动。

在外部故障的情况下,CT饱和也有可能产生差动电流。为保证在穿越故障条件下的稳定性,P541继电器采用了制动技术。该方法按故障电流的比例提高继电器的设定值,以避免误动作。下图显示了P541相差动保护功能的动作特性。

阿海珐1580线变组保护技术方案

I diff

I1+I2+I3

=

I s1

P541制动特性

差动电流等于出入保护区电流的向量和。制动电流等于每个线端电流的平均值。它等于各个终端电流的标量之和除以2。这些都是分相计算的。每个元件所用的制动量选择三个计算值中最高的一个,以获得最佳稳定性。

该特性由4个保护整定值决定:

I s1 基本差动电流整定值,它决定保护装置的最小启动值。

k1 低制动比率整定值,当电流制动量低于I s2时采用。这个低斜率在CT 变比有些许不相同时可以保证稳定性,同时在重负荷下的电阻性故障时保证有很好的选择性。

I s2 制动电流门槛整定值,制动电流超过这一门槛时采用高制动比率

k2。

k2 高制动比率整定值,用于提高严重穿越故障电流情况下的保护稳定性。

跳闸判据用下列公式表示:

1. 当|I bias| < I s2时,

|I diff| > k1.|I bias| + I s1

2. 当|I bias| > I s2时,

|I diff| > k2.|I bias| - (k2 - k1).I s2 + I s1

P541的差动元件动作时,不仅发跳闸命令给就地断路器,也向远端发送差动联跳信号。这样可以保证即使在边缘故障条件下,受保护线路的所有线端也能同时跳闸。

P541差动保护可以整定为定时限延时或反时限延时。

2、电流向量按时间排序

电流向量时间同步

为了计算线路各端的差动电流,必须保证从线路各端得到的电流采样值是同步的。这可以通过采样的时间同步来实现,或者通过连续地计算线路两端的传播延时来实现。P541系列采用的是第二种技术。

如下图所示的两端系统。

A和B是两个相同的继电器,位於线路的两端。继电器A在时刻tA1, tA2,…进行电流采样,继电器B的采样时刻为tB1, tB2,…。可以注意到,这两端的采样时刻一般来说是不同步的,也没有一个固定的对应关系,原因是采样频率的轻微漂移。

假设在时刻tA1,继电器A向继电器B发出一个数据桢。该数据桢包括一个时标tA1,以及其他的时间和状态信息,还有在tA1时刻计算得到的电流向量。这个数据桢在经过一个传输延时tp1后到达B端。继电器B把这个到达的时刻标注为tB*。

由於继电器A和B是完全一样的,继电器B也会向A发出一个数据帧。假设继电器B在时刻tB3发出数据帧。这个数据桢因此包含时标tB3。它也返回从继电器A收到的最后一个时标(即tA1) 和延时td。这个延时是指在到达桢的时刻tB*和采样时刻tB3之间的延时,即td = (tB3 - tB*)。

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tA1tA2tA3tA4

tA5

tB3*

tA*_ _tB1tB2tB3

tB4tB5

tB*

td

tp2tp1

t d t A 1t

B 3t A 1

P 1002E Na

测量的采样时刻tB3* = (tA - tp2)

传输延时

tp1 = tp2 = 1/2 (tA* - tA1 - td)

C u r r e n

t v e c t o r

s

tA1, tA2

-装置A 的采样时刻tB1, tB2-装置B 的采样时刻tp1-从A 到B 的传输延时tp2-从B 到A 的传输延时

td -tA1时刻的数据到达B 和B 发出tB3时刻数据的时间差tA*-tB3时刻的数据到达A 的时刻tB*-tA1时刻的数据到达B 的时刻tB3*-

装置A 测量到的tB3的采样时刻

C u

r r e n t v e c t o r s

传播延时的测量

继电器B 发出的数据帧在经过一个信道传输延时tp2后到达继电器A 。它到达的时刻被继电器A 标注为tA*。从被返回的时标tA1,继电器A 可测量到总的延时(tA* - tA1)。这个总的延时等于传输延时tp1,tp2和在B 端的延时td 之和。

因此,

(tA* - tA1) = (td + tp1 + tp2)

继电器假定发出和接收使用的是同一通道,因此传输延时是一样的。这个传输延时可以计算如下:

tp1 = tp2 = ? (tA* - tA1 - td)

现在传输延时已经被推导出来了,从继电器B 来的数据的采样时刻可计算得到了。如图所示,继电器A 测量到的采样时间tB3*为:

tB3* = (tA* - tp2)

如图所示,tB3*是在tA3和tA4之间。为了计算差动电流和制动电流,线路每一端的电流向量必须对应到同一时刻。因此有必要把收到的tB3*数据从时间上与tA3和tA4对应起来。这一点可以通过把收到的电流向量旋转一个角度来实现。这个旋转角度对应于tB3*和tA3(和tA4) 之间的时间差。举例来说,1ms 的时间差需要向量旋转的角度是:1/20*360?=18? (对於50Hz 系统) 。

由于两个采样数据可以跟每一个数据帧进行比较,对於任何带宽,这个过程可以提高动作速度。三相的电流向量则分别按时间排序。

3、变压器馈线保护

在P541中,提供了软件中间CTs(ICTs),用于满足补偿的要求,既可以适用于星形或三角形连接的CTs,也能对系统的各种接地方式进行补偿。P541保护装置还具有励磁涌流制动功能。

变压器励磁涌流

励磁涌流包含很大比例的二次谐波。P541和P542型保护装置滤除了这个二次分量,并把它作为一个附加制动量。因此继电器使用的总制动量是线路上的平均负荷电流和一定倍数的电流二次谐波的叠加。该倍数是生产商的预设值,用于保证稳定性。

变比校正(所有型号)

P541提供可调整的变比校正系数,从1到8,步幅0.01。

相位校正(矢量补偿)和零序电流滤波

P541通过软件中间CTs,提供相位修正。P541保护装置可用的相位修正整定值参见“P541定值清单及说明.doc”。

传统上零序电流的滤波是通过主CT二次侧绕组的三角形连接完成的。对于

P541型保护装置,当三角连接设置为软件中间CT时,零序电流滤波将自动由软件完成。在变压器线圈可能传导零序电流到外部接地故障的地方,必须采用某种形式的零序电流滤波。这也适用于使用接地变压器的保护区。

4、联跳功能

允许式联跳

P541可以通过保护通信的通道来发送允许式联跳命令,如图所示。

可以安排一个光隔输入来实现这个目的。当光隔输入置“1”的时候,PIT标记被设置在通信报文中。当继电器收到这个报文后远端的继电器启动计时器。如果本侧的电流保持在基本电流门槛整定值( s1)之上,计时时间到,继电器的三相差动跳闸接点闭合。远端的继电器发出允许联跳的指示。

允许联跳时间可以在0 到 200ms之间整定。这个时间整定值应该与其他保护相区别。

阿海珐1580线变组保护技术方案

用户定义的联跳/继电器之间的命令

P541可以通过每个保护通信的通道发送8个用户定义的命令。

这些命令可以用于直接联跳或者距离和DEF辅助通道方案,对上游断路器CBF的后备跳闸,为了本地重合闸成功强制远方重合闸或者从远方变电站提供SCADA信息。

直接联跳

用户定义的直接联跳实现方式,通过保护通信的通道发送直接联跳命令,如图所示。

为了这个目的可以利用一个光隔输入。当置“1”的时候,在通信报文中设置DTT标记。当收到这个信息后,远方保护装置将启动一个用户指定的输出节点。远方保护装置还提供直接联跳的指示。本地保护装置发出本地指示。

阿海珐1580线变组保护技术方案

通过联跳功能,使得在发生故障时,可快速跳开各侧断路器以切除故障点。避免了在传统线路差动+变压器差动保护配置情况下,设备之间的多余连线,简化系统配置。

至1580轧机线变组差动保护配置方案

现场情况分析

阿海珐1580线变组保护技术方案

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阿海珐1580线变组保护技术方案

阿海珐1580线变组保护技术方案

图#1至1580轧机线变组回路示意图

如上图所示,新二炼钢110KV I段母线至1580轧机35KV母线的线变组回路,由于变压器高压侧CT距离35KV侧较远(约800米左右),不适合采用普通的变压器保护, 因为CT距离较远,二次回路电阻较大, 使CT的负载加大,不利于长期运行; 同时双侧CT二次回路长度差别太大,电流会有一定的不同步性。这种情况也不太适合采用线路保护+变压器保护的组合保护模式,原因有以下几点::A.需要在变压器高压侧再增加两组CT, 增加了工程量和费用;

B.变压器差动保护装置在本侧,这时如发生故障需跳位于新二炼钢变电站侧的断路器,此时有三种方法去跳闸,第一种用导线将跳闸接点直接引至对侧; 第二

种是将此接点再经过光电模块以及光纤送至对侧后光电转换后跳闸; 第三种是将跳闸接点接至位于本侧的光纤差动保护装置, 通过其联跳对侧断路器。此三种方法接线复杂, 繁琐, 降低了可靠性和差动保护的快速性.

两套差动保护组合实现, 配置复杂, 总体可靠性不高, 维护不方便。

线路变压器组保护方案

由于这些原因, 我们推荐使用MiCOM P540系列中的P541光纤差动保护,该保护装置具有内部的变压器相位补偿,是特别为带变压器的线路保护设计的。

P541的整定值选项中包含一个变压器组别的设置,输入实际的变压器接线组别后,P541自动进行相位补偿的计算,因此不需要外部的接线改变,比如外接一个中间变压器。变压器两侧CT的不同变比也可以通过整定值来校正。P541还具有励磁涌流制动功能。

为了保证光纤差动和非电量保护的可靠性,本次投标所用的P541光纤差动保护装置带双光纤通道,相互冗余,一旦某一光纤通道意外中断,另外一条光纤通道瞬间切换为主通道,以保证保护功能的可靠性和完整性。

两台P541组成一个两端式线路变压组保护。两台P541之间用850nm多模光纤连接。

2#线路变压器组35KV侧保护的特殊情况

由于2#线路变压器组35KV侧有两个分支,所以实现变压器差动保护的方案有两种:一种是采用两台P541保护装置,形成两端式差动保护,只是两处35KV 处的CT需要并列在一起,然后接入一台P541保护装置;另一种是采用三台

P541,形成三端式差动保护,这时两处35KV侧的CT就可以不用并在一起;相对而言,第二种方式的差动保护更可靠,但价格要稍高一些,本次投标方案暂按第一种方案投,最终决定权在贵单位。

同时,由于35KV处有两个断路器,所以必须配两台后台保护装置,一台配

P143,一台P127,以实现相应的保护测控功能。

Micom P143装置简介

选用1台微机综合保护测控装置MiCOM P143实现,功能如下:保护功能:

带方向/不带方向过电流保护(可经复合电压闭锁)

带方向/不带方向零序过电流保护(可经零序电压闭锁)

跳闸曲线IEC型(短时反时限、标准反时限、非常反时限、极端反时限、长时反

时限)和IEEE/ANSI型(短时反时限、中等反时限、反时限、非常反时限、极端

反时限);

负序过流保护;

低电流保护;

热过负荷保护;

过电压/低电压保护

零序过电压

负序过电压

带检同期, 检无压的重合闸

非电量保护;

继电器输出闭锁;

一次回路断线检测;

4组整定值可适应不同保护和控制方案,并可互相切换;

B.监控功能:

断路器可远方、就地控制;

各种电动刀闸、接地刀闸的控制;

16路开入量,14路控制输出量;

电流(IA,IB,IC, 3I0);

电压:(VA,VB,VC,3V0);

功率:(P,Q);

有功电度、无功电度。

记录:

最后250个事件记录,1ms分辨率;

储存5个故障录波,每个录波时间10秒,可通过软件进行最优化故障录波分析;

各种事故,预告信号报警和闭锁功能;输出接点可设置成带自保持功能;

可编程发光二极管便于用户使用;

上电自检和连续自检。

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