继电保护测试仪的保护方法

      

继电保护测试仪的保护方法介绍
继电保护测试仪的保护方法
 随着电力系统的不断发展,发电机的单机容量也越来越大。在国内,单机600MW以上的发电机组已不再少见。发电机单机容量的提高,相应地对完成发电机定子短路主保护的差动保护也提出了更高的要求。
  微机在继电保护上应用以后,由于微机保护的智能的特点及高速运算的能力,微机发电机差动保护的新原理大量涌现,给继电保护带来了一片生机。差动保护的性能也得到了前所未有的提高。但是我们也应看到,在差动保护的认识上长期存在许多值得进一步探讨的问题,这些问题还显得很迫切,现归纳如下:
  (1) 发电机可能发生的短路故障
  发电机定子可能发生哪些短路故障,故障发生的形式怎样?
  (2) 比率制动原理
  比率制动原理出现后,制动系数和斜率的概念有什么差别,对制动曲线的拐点如何整定计算?
  (3) 标积制动原理[1,2]
  标积制动原理和比率制动原理在数学上有相互转换关系,那么如何理解标积制动原理的先进性?
  (4) 故障分量差动保护原理
  故障分量原理先进,但却引发了原理能否应用的讨论[3,4,5],其根本原因何在?
  (5) 不完全差动保护[6]
  不完全差动保护需要解决的根本问题是什么?
  (6) 差动保护灵敏度问题
  传统的差动保护灵敏度分析方法完全不能满足发电机灵敏度分析的要求。如何分析才能合理呢?同样在分析差动保护的短路故障时,如果忽略过渡电阻会否走向谬误?
  (7) 保护原理的先进性和保护装置性能的不完善性
  先进的保护原理不能等同于先进的保护装置。在继电保护的发展过程中,许许多多的保护新原理没有得到推广,个中原因值得思考。事实上,同样的保护原理(如比率差动原理),不同的保护装置,其性能也不会完全相同。那么如何评价保护的性能更合理?
  (8) CT断线的处理方法
  CT断线究竟是闭锁差动还是允许差动直接跳闸?
  (9) 发电机的安全性和可靠性问题
  电力系统在不断发展,继电保护的观念也必须能跟上形势,有许多观念可能已过时或值得进一步商讨。那么在电力系统发展的今天,对机组保护的安全性和可靠性应如何看待?
  以上这些问题是发电机差动保护中长期争论的焦点,也是值得进一步思考的问题。本文一并提出来讨论,供继电保护人员参考。
1 发电机的定子短路故障
 

2 比率制动式微机差动保护
  比率制动式微机差动保护的原理众所共知,其动作方程是:

res.0 为曲线的拐点电流,图1中B点;Ipickup 为曲线的启动电流,图1中A点;Ks为曲线的斜率,图1中BC直线;Kz为制动系数。
  事实上,除了曲线①以外,微机比率制动特性还存在其他两种应用的主要形式。其一是简单化的比率制动特性,如图1的特性曲线③,该特性曲线显然是曲线①的简化,它实现起来方便,但灵敏度会受到一些影响。其二是带折线的比率制动特性,如图1的特性曲线②,该特性曲线对拟合不平衡电流更精确,它的灵敏度会高一些,但现在也有一种看法。由于电流互感器误差特性的不确定性和离散性,因此,折线应凹进去多少比较难确定,会存在冒进的可能,所以使用应比较慎重,至少必须作一些理论分析。目前国内用得蕞多的特性依然是如图1所示的曲线①。
  在比率制动原理差动保护上值得商讨以下问题:

  应用时,应具体问题具体分析,不可简单地取Ks=Kz。
  根据式(10),如取Ires.0=1,Ipickup=0.1~0.3,Imax=5~8,则当Kz=0.2~0.3时有Ks=0.25~0.35。

3 标积制动式微机差动保护
3.1 原理
  为了提高差动保护的灵敏度,提出了标积制动式微机差动保护原理,即将比率制动原理中和制动量改进成标积制动量(INITcosθ)。这一方案的蕞大优点就是在不降低差动保护可靠性的前提下,大大地提高差动保护的灵敏度。

TxIN
  而

 

 

 

Ty2+(IN-ITx)2-[ITy2+(IN+ITx)2]=
-4INITx=-4INITcosθ

 

 

 

 

θ  0°  20°  40°  60°  80° 
IN+IT2/4  1.000  0.970  0.833  0.750 0.587 
INITcosθ  1.000  0.940  0.766  0.500 0.174 
θ  100°  120°  140°  160°  180° 
IN+IT2/4  0.413  0.250  0.117  0.030 0.000 
INITcosθ  -0.174  -0.500  -0.766  -0.940 -1.000

  (4) 差动保护启动电流
  差动保护的实现公式并不象(1)和(11)那样简单,而是公式(2)(3)和式(18)。即必须要克服一启动电流。标积原理在θ>90°时可将这一固定门坎抵消,从这一点看,对保护动作有利。
  (5) 制动量性质
  比率原理的制动量总是正,而标积原理制动量可正可负,在制动量为负时,表明保护动作点离开边界条件远,也表明灵敏度高。
  总而言之,要分析标积制动原理具有的高灵敏度和可靠性,应基于继电保护的“四性”来综合分析。由此可见,标积制动原理从各方面来评价都比较优越,至少不比比率制动原理逊色。
3.2 保护特性
  标积制动式微机差动保护的动作方程有两种动作方式。
  其一是:
|IN+IT

(18)

其中 I

  设:I

 

  则有当Ires/I

I

(19)

I

(20)

  式(19)和式(20)同时满足。
    当I

I

(21)

I

(22)

  式(21),式(22)同时满足。
  以上K

 

图3 标积制动原理特性之二

  这两种方式本质是一样的。因为当cosθ<0时,将制动量置为0,不影响标积原理的任何性能。
3.3 在保护整定计算时应注意的问题
  标积整定原理的Kbz可以按照公式(16)来确定。
  如选择Kz=0.25时,Kbz=0.063,相应Kv=0.251。
  但为提高可靠性,有些文献建议采用Kbz=0.8~1.2,Kv=0.89~1.1。其目的仅是由于标积原理的灵敏度较高,如果选择更高的Kbz则可以更大地提高区外故障防止误动的能力。v为制动系数,显然,保护特性如图3。dif≥KvIresN/Ie<b或IT/Ie<bres/Ie>b时dif≥Kpickupdif≥KvIrese≤b时dif=|IN-IT|op.0为曲线的启动电流。
  微机差动保护当满足(18)式时,保护动作。
  其二是如图3所示。KbzINITcosθ+Iop.0
 
 发电机是电力系统中非常贵重和重要的电气设备,发电机定子绕组可能由于老化绝缘降低、或者过电压冲击、或者机械震动等原因发生相间或匝间短路。一旦发生短路,给发电机造成的危害十分严重,修复的费用非常高。
  发电机定子的短路性故障形成比较复杂,大体归纳起来主要有4种。
  (1) 发生单相接地,然后由于电弧引发故障点处相间短路
  发电机内部短路故障绝大部分是这样发生的:首先发生单相接地故障(由于发电机中性点不直接接地,因此单相接地故障不属短路性故障),在故障点,由于电弧的作用,将故障点位置处其他健全的绝缘也烧损或由于过热使故障部位绝缘下降从而引起短路性故障。显然这种故障只能发生在同一槽内的各绕组之间。对于不同的发电机组,由于绕组分布不相同,短路的情况也不同。
  (2) 直接发生相间绝缘击穿构成相间短路
  发电机绕组与绕组之间的直接绝缘击穿也形成短路。但这种故障的可能性和绕组与定子铁芯之间的绝缘破坏的可能性相比要小得多,因为发电机绕组采用的都是全绝缘,因此绕组与绕组之间的绝缘强度是绕组和定子铁芯之间的绝缘强度的两倍;另外在同一槽中上下绕组之间的电压差也不太高,所以这种直接发生短路的可能性是较小的。
  (3) 发生单相接地,由于电位的变化引发其他非故障点处发生另一点的接地构成两点接地短路
  当发生单相接地故障后,由于发电机中性点的电压发生偏移,产生了相电压的不平衡,会引起发电机定子其他位置电位发生变化。正常情况下这种变化对发电机定子绕组而言是能够承受的,因为发电机是全绝缘。但发电机由于长期运行,绝缘可能老化或磨损,有些部位就可能出现绝缘薄弱的现象。在发电机没有发生单相接地时,这些部位勉强能够正常运行,但当发生单相接地后,由于这些部位承受不了电位的提高而发生绝缘击穿,形成两点接地短路。
  (4) 发电机端部放电构成相间短路
  发电机的定子绕组的端部,有时会由于接头松动等原因形成放电从而引起端部的短路。这种故障在发电机中发生的可能性也是非常之小。
  由此可见,发电机定子短路故障,简单地认为只可能发生在同槽内是不够全面的。但由于绝大部分的短路故障是由定子单相接地未及时处理引发的。因此在实现完善的差动保护原理的同时,完善和强化定子接地保护尤其重要。如果定子接地保护比较完善,就可以将大部分短路故障隐患消除在定子接地状态。

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