電流互感器飽和引起的保護拒動分析及應對措施

1、2010年第28期(總第163期NO.28.2010 (CumulativetyNO.163值。不過溫度傳感器的安裝是一大難題。溫度信號由傳感器到處理機的傳送要求溫度傳感器直接安裝在10kV電壓的接頭上,這樣就限制了體積,同時還要做到不能影響開關的絕緣與正常運行。再加上使用有線方式傳送信號是絕對不容許的,一般都是通過無線發(fā)射實現(xiàn)的,但是無線發(fā)射又存在強電場磁場干擾與發(fā)射裝置電源不易解決的問題,所以這一方案最終沒有試驗成功。第二方案是間接監(jiān)測。通過研究與試驗發(fā)現(xiàn)這個方案是在接頭位置涂一種涂料,這種涂料在達到一定溫度的時候會發(fā)出特定氣體,同時我們會在柜頂安裝特定氣體的傳感器,當氣體濃度達一定值時發(fā)

2、出報警信號。這方案在理論上是可行的,但問題在于涂料的選擇,該涂料發(fā)出的氣體要求在空氣中含量少,不受被測物溫升后揮發(fā)氣體干擾。除此之外我們對涂料的穩(wěn)定性要求也是比較嚴格的,要保證在室溫中長期存放不揮發(fā)。此方案雖然有所突破,但由于其成本太高,不易在生產(chǎn)中推廣應用而最終被否定。第三個方案是監(jiān)視開關柜內空氣溫度。這個方案主要還是受手摸感知法的啟發(fā),主要原理是通過監(jiān)視開關柜內空氣溫度的方法來判斷有無接頭發(fā)熱故障。一般安裝一個溫度傳感器在開關柜頂?shù)呐艢饪咨?如果空氣溫度達到規(guī)定值或是柜內空氣溫度與環(huán)境溫度差值到規(guī)定值就會發(fā)出報警信號。我們分別將傳感器的溫度信號及開關的負荷數(shù)據(jù)經(jīng)過模數(shù)轉換后輸入計算機,然后

3、通過對比分析,做出了開關負荷與溫度的關系曲線,根據(jù)溫度曲線從而確定其報警溫度值。我們可以通過計算機隨時查詢開關柜內的實時溫度值。當溫度信號發(fā)出的時候我們也可以直接從計算機上得知。這個方案不論是從理論還是實踐中均是可行的。此外這一測溫方法溫度傳感器安裝方便簡單,運行可靠,投入較小。4結語封閉式高壓柜作為電力設備在運行時會出現(xiàn)發(fā)熱的現(xiàn)象,不及時發(fā)現(xiàn)并處理就會導致嚴重的生產(chǎn)事故。然而溫度測試設備使得封閉式高壓柜內接頭的溫度得到了有效監(jiān)視,很大程度上減少了接頭發(fā)熱現(xiàn)象,從而避免了一些生產(chǎn)事故。但是解決密封高壓開關柜內的接頭發(fā)熱是生產(chǎn)中的難題,通過采取各種措施及方案分析我們發(fā)現(xiàn),實時監(jiān)視開關柜內接頭溫度

4、從目前的生產(chǎn)形勢來看還是必要的。通過監(jiān)視柜內空氣溫度來間接監(jiān)視柜內接頭的運行狀況是可行的,完全可以起到預防接頭事故的目的。參考文獻1 戶內高壓開關柜訂貨技術條件(DL404-91S.中華人民共和國行業(yè)標準.2 陳振生.高壓開關柜手車觸頭溫升超標在線監(jiān)測裝置J.電氣制造,2007,(6.3 董杰.淺談封閉式高壓柜內接頭發(fā)熱事故的預防J.中國新技術新產(chǎn)品,2008,(24.4 陳軍,李永麗.應用于高壓電纜的光纖分布式溫度傳感新技術J.電力系統(tǒng)及其自動化學報,2005,17(3.作者簡介:吳文勇(1978-,男,江蘇張家港人,江蘇華昌化工股份有限公司工程師,研究方向:電氣自動化及電氣運行;陳康(19

5、74-,男,江蘇張家港人,張家港市常陰沙電控廠有限公司工程師,研究方向:高低壓開關柜制作。摘要:文章結合一起10kV線路因電流互感器飽和引起的越級跳閘事故,分析了電流互感器飽和對微機保護裝置的影響,并結合事故情況提出了防止CT飽和的應對措施。關鍵詞:電流互感器;飽和;設備檢查;故障分析中圖分類號:TM771文獻標識碼:A文章編號:1009-2374 (201028-0073-030引言繼電保護科學和技術是隨電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展起來的。電力系統(tǒng)發(fā)生短路是不可避免的,伴隨著短路,電流增大,對配電設備和用電設備都將產(chǎn)生較大影響,嚴重時甚至燒毀一次設備。動作于跳閘的繼電保護,是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重

6、要手段,隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展,對繼電保護動作正確性的要求越來越高。通常情況下,對保護的“四性”及二次回路的完好性很重視,而對用于繼電保護的電流互感器(CT參數(shù)選擇及實際特性校核重視不夠。隨著主網(wǎng)及用電企業(yè)內部電網(wǎng)的改造,系統(tǒng)短路電流急劇增加和新型繼電保護裝置的大量采用,中低壓系統(tǒng)中電流互感器的飽和問題日益突出,已影響到繼電保護裝置動作的正確性。下面結合我公司近期發(fā)生的一起由于10kV線路出口故障后保護拒動而造成主變壓器后備保護越級跳閘的事故,分析CT飽和對繼電保護裝置的影響,并結合事故情況采取防止CT飽和的應對措施。電流互感器飽和引起的保護拒動分析及應對措施李軍德(寧波鋼鐵有限公司,浙江 寧

7、波 315807-73 - -741系統(tǒng)圖及開關動作情況圖1 燒結區(qū)域變及北侖料場開關站系統(tǒng)圖開關動作情況(如圖1:“燒結區(qū)域變2#主變”低后備過流段動作,主變二次開關112跳閘,段母線饋出開關均無跳閘,燒結區(qū)域變段母線失電?！氨眮隽蠄龆巫儔浩?TM2” 1212開關柜零序段動作,開關跳閘,北侖料場段母線失電。北侖料場2#線1108和北侖料場2#受電122開關未跳閘,也無任何故障信息,詳見表1。2設備檢查、試驗情況2.1外觀檢查現(xiàn)場檢查燒結區(qū)域變2#主變二次開關112在分位,燒結區(qū)域變II 段母線各饋出線開關均在合位(含北侖料場2#線1108;檢查北侖料場開關站2#受電122開關在合位,6TM

8、2變壓器1212開關在分位。同時,檢查北侖料場開關站6TM2變壓器間隔發(fā)現(xiàn)在變壓器10kV 高壓側有貓尸體,高壓側瓷瓶被擊穿,高壓側三相間有弧光短路現(xiàn)象。2.2設備檢查針對故障情況,對燒結區(qū)域變II 段母線各饋線開關及電纜回路進行絕緣檢查和電氣試驗,各項電氣試驗合格,未發(fā)現(xiàn)異常情況;對北侖料場開關站II段母線進行了檢查,也未發(fā)現(xiàn)異常情況。由此可以判斷故障點僅存在于6TM2變壓器高壓側,由三相短路引起此次事故。2.3保護及二次回路檢查針對開關拒動情況,對北侖料場2#線1108、北侖料場2#受電122、6TM2變壓器1212保護進行檢查,經(jīng)整定值校對、保護傳動及二次回路通電試驗檢查,保護動作正常、

9、信號正確,裝置與二次回路絕緣及直流電狀況良好。2.4電流互感器(CT檢查北侖料場2#線1108、北侖料場2#受電122和6TM2變壓器1212 線路CT 變比測試均合格;從電氣伏安特性測試情況看,北侖料場2#線1108和北侖料場2#受電122電流互感器二次電流大于6A 以上時, 電壓曲線呈平滑上升趨勢,有飽和的跡象,6TM2變壓器1212線路電流互感器二次電流大于6.5A 以上時開始進入飽和區(qū)。3故障分析很明顯,此次事故是北侖料場2#線1108、北侖料場2#受電122在(6TM2變壓器高壓側三相短路后微機保護未采集到任何故障信息而致拒動,從而引起燒結區(qū)域變后備保護越級跳閘造成的。從表1中不難算

10、出,燒結區(qū)域變2#主變低后備過流I 段動作采集到的一次短路電流為12000A 左右。3.1CT 的抗飽和能力的影響北侖料場2#線1108和北侖料場2#受電122微機保護在故障時未采集到故障量,判斷為CT 存在嚴重飽和現(xiàn)象致使二次傳變發(fā)生了問題。電流互感器的誤差主要是由勵磁電流Ie 引起的,正常運行時由于勵磁阻抗較大,因此Ie 很小,以至于這種誤差是可以忽略的。但當CT 飽和時,飽和程度越嚴重,勵磁阻抗越小,勵磁電流極大的增大,使互感器的誤差成倍的增大,影響保護的正確動作。最嚴重時會使一次電流全部變成勵磁電流,造成二次電流為零的情況。引起互感器飽和的原因一般為電流過大或電流中含有大量的非周期分量

11、,這兩種情況都是發(fā)生在事故情況下的,這時本來要求保護正確動作快速切除故障,但如果互感器飽和就很容易造成誤差過大引起保護的不正確動作,進一步影響系統(tǒng)安全。對北侖料場2#線1108和北侖料場2#受電122保護CT 進行伏安特性校驗看出,當二次電流大于6A 以上時開始進入飽和區(qū)。保護CT 的準確等級為5P20,變比為300/5(見表1,即在20倍額定電流內的變比誤差不超過5%,20倍額定電流是額定準確極限電流值,該300/5的CT 額定準確極限電流值為6000A。燒結2#主變低后備過流I 段動作采集到的一次短路電流為12000A 左右,是額定電流的40倍;短路電流已超出趨于飽和時電流的數(shù)倍以上,使北

12、侖料場2#線1108、北侖料場2#受電122保護CT 始終處于飽和狀態(tài),二次電流發(fā)生畸變。當CT 在嚴重飽和時,一次電流全部表1 綜保后臺記錄及動作情況設備名稱CT 變比保護整定值動作值動作情況燒結2#主變二次開關1123000/5300/5過流I 段:10A,0.5S(6000A過流II 段:8A,1.1S(4800A零序I 段:2A,1.2S 21:29:37:461 低后備過流I 段動作Ia=19.78A Ib=19.98A Ic=19.38A I0=0.05AUab=33.98V Ubc=33.24V Uca=35.13V U0=0.01V U1=19.69V U2=0.62V跳閘北侖

13、料場2#線1108300/5過流I 段:58A,0.2S(3480A過流II 段:32A,0.5S(1920A零序I 段:0.5A,0.9S(30A無無北侖料場2#受電122300/5過流I 段:50A,0.2S(3000A過流II 段:29A,0.5S(1740A無無6TM2變壓器1212開關75/5速斷:95.5A,0S(1432.5A過流I 段:15.5A,0.5S(232.5A零序I 段:1A,0.5S(15A21:27:47:817 零序過流I 段動作跳閘備注:因后臺系統(tǒng)目前尚未GPS 統(tǒng)一對時,時間上略有偏差。事后比對,大致同時啟動。變?yōu)閯畲烹娏?使鐵心飽和,二次電流幾乎為零,致使

14、保護未采集到故障量,導致開關未跳閘。如果保護CT的等級仍為5P20,要在短路電流為12000A時誤差不超過5%,理論上計算變比需要在600/5以上。同理,我們來分析6TM2變壓器1212速斷和過流保護未采集到故障量的情況。根據(jù)事件記錄6TM2變壓器1212和燒結2#主變二次開關112幾乎同時跳閘,而6TM2變壓器速斷和過流保護未動作,由零序過流I段保護動作跳閘(見表1。說明速斷和過流保護未采集到故障量,判斷為CT嚴重飽和。經(jīng)校驗保護CT伏安特性,當二次電流大于6.5A以上時開始進入飽和區(qū),保護CT的準確等級為5P20,變比為75/5(見表1,12000A左右的短路電流是額定電流的160倍,遠大

15、于額定準確極限電流值(1500A,短路電流已超出趨于飽和時電流的數(shù)倍以上,使CT始終處于飽和狀態(tài)。零序電流為CT二次側三相電流的合成,當CT飽和時二次側三相電流極不平衡,產(chǎn)生較大的不平衡電流,使零序過流動作。3.2微機保護裝置采樣精度的影響一般普通的微機保護裝置采樣頻率比較低,而且都是利用一定長度數(shù)據(jù)窗內的若干個采樣數(shù)據(jù)計算電流的大小,如果二次電流發(fā)生畸變,波形變成很窄的尖脈沖,在一個數(shù)據(jù)窗內可能僅采樣到很少幾個點(甚至采樣不到的真實故障數(shù)據(jù),其他各點采樣值接近于零,這樣計算出來的故障電流肯定偏小。這就要求大大提高保護裝置的采樣頻率,給裝置設計帶來一定困難。在不改變CT變比和額定準確極限電流值

16、的情況下,降低整定值無法避免保護拒動。在微機保護中數(shù)據(jù)采集有2種比較典型的方法,即VFC 法和A/D法,由于VFC方法采集到的數(shù)據(jù)是信號在2個讀數(shù)間隔中的平均值,若輸入信號大于VFC的最高轉換電平,則產(chǎn)生截頂飽和。若保護算法中需連續(xù)5次的故障電流數(shù)據(jù)才能可靠動作,電流的飽和角為60,則采樣頻率必須高達1800Hz,即每周期進行36點采樣,做到這一點在中壓電力系統(tǒng)的保護裝置中是不經(jīng)濟的。3.3CT變比裕度選擇的影響區(qū)域變與各開關站由不同的設計院設計,對CT變比裕度的選擇各不相同。3.4 電網(wǎng)改造導致短路容量增大的影響我公司220kV總降變電所在2007年7月由220kV蘆江變割接于500kV春曉

17、變使電網(wǎng)短路容量增大,加上公司內部現(xiàn)有三臺發(fā)電機組(1#TRT、2#TRT、余熱小發(fā)電,致使公司內部電網(wǎng)的短路電流增大很多,使CT抗飽和的能力下降。4應對措施變電所各饋線間隔目前的CT變比和準確等級,在嚴重短路時極易飽和,這是一個普遍存在的問題。要嚴格執(zhí)行變電運行管理制度,加強配電室、電氣室防小動物的管理,及時整改各種安全和設備隱患。從設備本質安全考慮,可以從以下幾方面采取措施:4.1限制短路電流在較高一級的電壓等級中采取分列運行的方式以限制短路電流。分列運行后造成的供電可靠性的降低可通過備用電源自動投入等方式補救。在新建供配電系統(tǒng)中短路電流過大可采取串聯(lián)電抗器的做法來限制短路電流。不過這種方

18、法投資大、建設周期長,短時間內無法實現(xiàn)。4.2增大保護級CT的變比增加CT變比和額定準確極限電流值可以提高在嚴重短路時的抗飽和能力,但存在小電流情況下采樣精度不夠,全部更換現(xiàn)有的CT投入較大。建議增大區(qū)域變饋線保護CT的變比和額定準確極限電流值,計量CT仍可采用原變比,同時增加專用零序互感器,不采用三相合成的零序電流,以提高零序電流的精度。4.3減小電流互感器的二次負載選用交流功耗小的繼電保護裝置,一般微機型保護電流繼電器的交流電流功耗小,每回路僅0.5 VA,選用微機綜合保護裝置已經(jīng)日益普遍。盡可能將繼電保護裝置就地安裝,CT的負載主要是二次電纜的阻抗,將繼電保護裝置就地安裝,大大縮短了二次

19、電纜長度,減小了互感器的負擔,避免了飽和。另外,就地安裝后,還簡化了二次回路,提高了供電可靠性。就地安裝方式對繼電保護裝置本身有更高的要求,特別是在惡劣氣候環(huán)境下運行的能力和抗強電磁干擾的性能要好。此外還可以增大二次接線的截面積。減小CT的二次額定電流,由于功耗與電流的平方成正比,將二次額定電流從5 A降至1 A,在負載阻抗不變的情況下,相應的二次回路功耗降低了25倍,互感器不容易飽和。但是,減小了CT的二次額定電流也會對繼電保護裝置產(chǎn)生負面影響,二次電流減小后,必須提高繼電器的靈敏度,而靈敏度和抗干擾能力是一對矛盾。對于就地安裝的繼電保護裝置,由于二次電流電纜的長度很短,現(xiàn)場的電磁干擾水平又比較高,仍以選用二次額定電流