变压器保护原理和iPCAS5941保护装置介绍.ppt
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1、简 介,2003年8月 公司获得了ISO9001:2000质量认证体系认证证书。2006年通过了CMMI 3级认证,简 介,国家规划布局内重点软件企业国家电力自动化产业基地骨干企业国家级火炬计划高新技术企业国家计算机信息系统集成一级资质国家信息安全服务资质企业(安全工程类一级)AAA 级信用企业江苏省高科技企业CISCO公司金牌认证合作伙伴博士后科研工作站,变电站自动化系统iPACS5000,包含程序化操作功能,适用于110KV500KV的变电站.ePACS5000调度自动化系统,适用于地调以及网省调系统.220KV光纤纵差成套保护,支持IEC61850220KV变压器成套保护,支持IEC61
2、850110KV高压线路成套保护,支持IEC61850全系列低压保护测控装置,支持IEC61850,简 介,简 介,2002-2006 年中国软件产业最大规模前100家企业2007年江苏省软件企业业务收入前十强2007年江苏省软件企业纳税前十强国家电力公司电力科学技术进步奖三等奖华东电力集团公司电力科学技术进步二等奖江苏省优秀软件产品奖(金慧奖)江苏省科技进步三等奖江苏省电力公司科技进步二等奖江苏省电力公司科技进步三等奖,iPACS-5941 变压器成套保护装置,金智科技,iPACS-5941变压器成套保护装置,概述总体方案与关键技术试验与运行,变压器简介,根据用途分类:A电力变压器(降压变/
3、升压变/配电变/联络变)B电炉变压器(二次电压低,电流大)C整流变压器(工作电流波形为不规则的非正弦波)D工频试验变压器E电抗器F调压器G矿用变压器H其它特种变压器(电磁式PT、CT),变压器简介,电力变压器的性能参数:A额定容量(包括各侧容量)B相数(单相或三相)C频率 D额定电压E绕组接线方式和联结组 F变压器冷却方式G绝缘水平 H负载特点I安装特点(户内/户外)J短路阻抗K负载损耗基本损耗(直流电阻)和附加损耗(涡流和漏磁)L空载损耗M空载电流,变压器简介,变压器的数学模型电路:A)两卷单相变压器数学模型电路,变压器简介,变压器的数学模型电路:B)三相变压器绕组联结方式,A B C,A1
4、 B1 C1,Y接线,接线,Z接线,A2 B2 C2,A B C,变压器简介,变压器的数学模型电路:自耦变压器,概 述,电力变压器保护:电量保护差动保护相间保护接地保护非电量保护瓦斯保护,概 述,电力变压器是电力系统中重要的电器设备,它的安全运行,直接关系到电力系统能否连续稳定地工作,其故障会给供电的可靠性和系统的正常运行带来严重后果,同时大容量变压器也是非常贵重的元件,因此,必须根据变压器的容量和重要程度装设性能良好的、动作可靠的保护元件和装置。,概 述,电力变压器主保护:电量保护差动保护非电量保护瓦斯保护,针对国内外变压器保护系统发展现状及存在的问题,对变压器保护原理的几个关键问题(包括励
5、磁涌流、TA饱和等)需要进行研究和改进。为了满足变压器保护装置的快速性和可靠性的要求,和目前主变保护要求双套配置,逐渐完全过渡到主备一体化的趋势,金智科技股份有限公基于全新研发的iPACS-59xx系列高压保护的硬件平台进行iPACS-5941变压器成套保护装置研究和开发。,概 述,概 述,应用范围:iPACS-5941变压器成套保护装置适用于220kV及以下电压等级需要提供双套主保护、双套后备保护的各种接线方式的变压器。,iPACS-5941变压器成套保护装置,概述总体方案与关键技术试验与运行,总体方案及关键技术,简洁、可靠的硬件方案保护配置、原理和特点辅助功能,天津地区220kV-1版本背
6、部端子图,简洁、可靠的硬件方案,采用了大容量内存的高速DSP,硬件设计更加精细、简洁、可靠,冗余度高。装置采用整体面板、全封闭机箱,取消传统背板配线方式,强弱电完全分开,电磁兼容能力强;,功能模块图,硬件特点,电压、电流信号经TV、TA转换成电压小信号,经两路独立的低通滤波、AD转换,分别提供给起动DSP和保护DSP。保护DSP进行保护相关的所有计算、逻辑判别和出口跳闸。启动DSP判断保护启动后,只是开放出口正电源,同时完成事件记录、录波等功能。两片DSP的数据采样系统完全独立,出口正电源和保护动作继电器构成与门输出,能防止器件损坏引起的保护误动。,硬件特点,两片DSP之间直接通过高速同步串口
7、实时进行采样数据交换。将对方的采用数据和本DSP的采样数据进行实时比较,以监视采样回路是否异常;,硬件特点,ARM负责调试、通信、打印等功能。后台调试软件通过网络或串口同ARM通信,对两片DSP的所有调试命令,包括数据区的读写,程序下载,均通过ARM转发完成。ARM属于通信板,只是通过两个高速串口分别和启动、保护DSP相连。,装置的总体方案及关键技术,设计简洁、可靠的硬件方案保护配置、原理和特点辅助功能,一台iPACS-5941变压器保护包括一台主变所需的全部电量保护,主保护和后备保护共用一组TA。这些保护包括:主保护:比例差动差动速断后备保护:复合电压闭锁方向过流零序方向过流零序过压间隙零序
8、过流接地变保护后备保护可以根据需要灵活定制。,保护配置,1)起动DSP在有起动元件起动后开放跳闸回路正电源 2)保护DSP只有在相应的起动元件起动后,才进入相应的故障处理程序,装置起动元件,相应的保护有相应的起动元件 差流起动 相电流起动 零序电流起动 零序电压起动 间隙零序电流起动,起动元件,过负荷报警起动冷却器过载闭锁有载调压零序电压报警差流异常报警TA异常报警和TV异常报警,异常告警功能,变压器保护原理,TA 接线方法变压器各侧电流互感器采用星形接线,二次电流直接接入本装置,均以母线侧为极性端。以母线指向变压器为正方向指向。,变压器保护原理,变压器主保护变压器后备保护,变压器主保护,差动
9、速断保护比例差动保护,相位补偿方法,对Y/-1或Y/-11接线变压器相位补偿方法采用Y的补偿方法。其原理是Y/接线变压器由于侧接线作了一个顺相序或逆相序的两相电流相减导致两侧电流产生相位差。因此设法把Y侧电流也作一个相应的两相电流之差,就可实现相位补偿。在模拟型保护中是将Y侧TA接成接线实现电流相减的。而在微机保护中是在软件中实现电流相减,相位补偿方法,由Y 相位补偿方法:在软件中将Y侧电流做一个相应的的两相电流之差。Y/-11 Y侧 Y/-1 Y侧,平衡系数的计算,1.计算变压器各侧一次额定电流:式中:Sn为变压器高压额定容量,U1n为变压器计算侧额定电压(应以变压器铭牌电压为准)。,平衡系
10、数的计算,2.计算变压器各侧二次额定电流:,式中 I1n为变压器计算侧一次额定电流 nLH为变压器计算侧TA变比,平衡系数的计算,3.计算变压器各侧平衡系数:,式中 I1n为变压器计算侧一次额定电流 nLH 为变压器计算侧TA变比,平衡系数的计算,装置平衡系数计算方法,差动速断保护,当任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作跳开变压器各侧开关。IdIset T0使用半波积分算法加快动作速度,同时防止在故障电流很大,互感器严重饱和时,傅里叶积分计算幅值的不准确造成的影响。,比例差动保护需要解决的主要问题,为提高小匝间短路时差动保护的灵敏度比率制动特性中的起动电流整定得较小时(例如整定为0.30
11、.5倍的额定电流),区外故障可能导致的差动误动作。变压器的励磁涌流将可能导致差动保护的误动。和应涌流的影响。在区外短路或短路切除的恢复过程中由于恢复性涌流和TA饱和的叠加而造成保护的误动。,变压器差动保护需要解决的主要问题,起动电流 整定较小,如(0.30.5)倍的额定电流。动作特性的初始部份无制动特性 运行实践证明这样的差动保护往往在区外短路或短路切除的恢复过程中由于各侧电流互感器暂态或稳态特性不一致或者二次回路时间常数的差异或者电流互感器饱和造成保护的误动。,比例差动保护,iPACS-5941变压器保护比率差动继电器的动作特性,变压器保护用TA及对差动保护的影响,差动保护动作速度快(203
12、0ms),变压器各侧电流互感器在传变电流时的暂态特性应尽可能的一致,以免出现过大的暂态不平衡电流,造成差动保护误动。目前,220Kv系统中大量使用P级电流互感器,500KV系统使用带暂态特性的TP型电流互感器(T暂态,P保护)。TP型电流互感器有四种型号:有闭路铁心的TPS和TPX,有气隙铁心的TPZ和TPY;TPS型为底漏磁,其误差由励磁特性和匝数比偏差来确定,剩磁不限;TPX型在规定条件下峰值误差不超过10%,剩磁不限。,铁心气隙对电流互感器的影响,1、铁心气隙对暂态性能的影响(1)加长电流互感器到达饱和的时间。(2)电流互感器励磁电抗显著减小,空载电流互感器的电流汲出效应严重,增大了差动
13、保护的不平衡电流,相应地降低了该保护的灵敏度;(3)铁芯气隙使剩磁大大减小,因此在切除短路后电流互感器铁芯磁通由短路状态的很高值逐渐下降到很低的剩磁值使二次电流继续存在(残余电流)较长时间,这容易引起灵保护误动作。,电流互感器的暂态饱和对差动保护的影响,保护用电流互感器要求在规定的一次电流范围内,二次电流的合误差不超出规定值。对于有铁芯的电流互感器,形成误差的最主要因数是铁芯的非线性励磁特性及饱和。电流互感器的饱和可分为:稳态饱和:大容量短路稳态对称电流引起的饱和;暂态饱和:短路电流中含有非周期分量和铁芯存在剩磁而引起的饱和。两类饱和的特性有很大不同,引起的误差也差别很大。,电流互感器的暂态饱
14、和对差动保护的影响,保护用电流互感器要求在规定的一次电流范围内,二次电流的合误差不超出规定值。对于有铁芯的电流互感器,形成误差的最主要因数是铁芯的非线性励磁特性及饱和。电流互感器的饱和可分为:稳态饱和:大容量短路稳态对称电流引起的饱和;暂态饱和:短路电流中含有非周期分量和铁芯存在剩磁而引起的饱和。两类饱和的特性有很大不同,引起的误差也差别很大。,TA稳态饱和,当电流互感器通过的稳态对称短路电流产生的二次电动势超过一定值时,互感器铁芯将开始出现饱和其特点是:畸变的二次电流呈脉冲形,正负半波大体对称,畸变开始时间小于5ms(1/4周波),二次电流有效值将低于未饱和的情况。对于反映电流值的保护,如过
15、电流保护和阻抗保护等,饱和将使灵敏度降低,对于差动保护差电流取决于两侧互感器饱和特性的差异。,TA稳态饱和特性,TA参数,1200/5的电流互感器,制造部门提供的规范为5P20,30VA,5P为准确等级,30VA为二次负荷额定值,20为准确限制系数(ALF),电流互感器在额定负荷下,二次极限电动势下,此时综合误差应不超过5%,综合误差也可适用10%(10P)当前工程中,经常遇到的问题是短路电流过大,ALF不满足要求,但实际负荷比额定负荷小得多。,TA暂态饱和,短路电流一般含有非周期分量,这将使电流互感器的变特性严重恶化,原因是电流互感器的励磁特性是按工频设计。在变单效频率很低的非周期分量时,铁
16、芯的磁通(励磁电流)需要大大增加。是否考虑短路电流的暂态过程,电流互感器分为P和TP类,P类电流互感器要求AC情况下不饱和(纯交流)而TP类电流互感器要求整个工作情况下的总磁通=AC+DC不饱和,因此要求TP类的铁芯远大于P类。,TA暂态饱和,为了减缓暂态饱和对保护的影响,需要采取必要的措施。这种措施有两类:一、保护装置具备减缓饱和影响的能力二、选择适当的电流互感器类型和参数。,TA暂态饱和,针对TA饱和问题,国内外提出一些判别TA饱和的方法:采用附加额外电路来检测TA饱和;提高定值,降低保护动作灵敏度;利用TA饱和时电流波型中谐波含量高、波形明显不对称等特征;异步法:TA饱和时,差动电流比制
17、动电流落后;利用电压与差电流的变化不同步;,TA饱和判别采用浮动门槛差动制动电流,有效保证差动保护的速动性和抗饱和能力。通过高值比率差动避免区内故障TA饱和时的误闭锁比例差动。,涌流判别,谐波判别励磁涌流(二次、三次谐波)波形识别判别励磁涌流(波形对称和谐波判别的综合),某侧电流同时满足下列条件认为是瞬时TA断线:只有一相电流为零;其它二相电流与起动前电流相等;可通过整定控制字“TA断线闭锁差动”选择瞬时TA断线判别动作后只发报警信号或发报警信号同时闭锁比例差动保护。,瞬时TA断线报警和闭锁差动功能,瞬时TA断线报警在故障测量程序中进行,本装置的TA断线判别是基于以下假设的:TA断线不是多相同
18、时发生的;TA断线与故障不是同时发生的;满足下述任一条件不进行瞬时TA断线判别:起动前某侧最大相电流小于0.2Ie,则不进行该侧TA断线判别;起动后任一侧最大相电流大于1.2Ie;起动后任一侧电流比起动前增加;任一侧负序相电压大于6V(在该侧TV不断线的情况下)。!为防止瞬时TA断线误闭锁比例差动保护元件,只有在比率差动元件进入动作区后才进行瞬时TA断线判别,瞬时TA断线报警和闭锁差动功能,当满足以下两个条件中的任一条件,且时间超过10秒时发出TA异常告警信号任一相差流大于Ibj整定值;di2+dimax;其中:di2为差流的负序电流 dimax为三相差流的最大值为固定门槛值 为比例系数带有比
19、率制动的TA异常判别,可以有效的提高变压器正常运行TA异常时的报警灵敏度,带比例制动特性的TA异常判别,差动保护的动作逻辑,变压器保护原理,变压器主保护变压器后备保护,后备保护复合电压闭锁方向过流(采用正序电压极化,带有记忆电压功能)零序方向过流保护(方向元件采用自产零序电压,零序电流可通过控制字选择自产或外接)间隙过流、零序过压保护Z变保护(过流和零序过流)各保护出口均采用跳闸矩阵的方式,可灵活配置。,复合电压闭锁方向过流:复压方向过流保护主要作为变压器相间故障的后备保护,过流元件受投x侧后备保护压板的投退控制。通过整定控制字可选择各段过流是否经过复合电压闭锁,是否经过方向闭锁,是否投入。,
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