電流互感器暫態(tài)誤差對發(fā)電機縱差保護影響的對策

1、第18卷第5期2005年10月常州工學(xué)院學(xué)報Journal of Changzhou I nstitute of Technol ogyVol.18No.5Oct.2005收稿日期:2005203230電流互感器暫態(tài)誤差對發(fā)電機縱差保護影響的對策張忠祿李東俠(常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院,江蘇常州213002摘要:討論了電流互感器的暫態(tài)誤差對縱差保護的影響,分析了保護用P級電流互感器在暫態(tài)過程的技術(shù)性能。指出考慮暫態(tài)特性的TP級電流互感器雖然可解決縱差保護誤動問題,但其造價較高,互感器體積大,安裝有困難,特別是大型發(fā)電機出口封閉母線很難安裝TP級互感器?，F(xiàn)有P級電流互感器適當(dāng)提高制動系數(shù),

2、盡量減小二次負荷,提高額定準確限值系數(shù)等,都是行之有效的措施。關(guān)鍵詞:電流互感器;縱差保護;誤動;制動系數(shù)中圖分類號:T M452文獻標識碼:B文章編號:1671-0436(200505-0040-040引言被保護元件外部短路時,由于電流互感器飽和所引起的暫態(tài)不平衡電流造成的縱差動保護誤動作,一直是縱差動保護中的一大技術(shù)難題。在比率制動式發(fā)電機縱差保護整定計算中,通常只考慮在發(fā)電機外部短路的穩(wěn)態(tài)時,因兩側(cè)電流互感器特性不一致而產(chǎn)生的不平衡電流,并討論如何在這種情況下保證保護不誤動作,而不考慮因制動電流的減小是否也會引起保護的誤動作。事實上,在外部短路的暫態(tài)過程中,由于短路電流非周期分量使電流互

3、感器的勵磁電流急劇增加而呈飽和狀態(tài),因而暫態(tài)誤差比穩(wěn)態(tài)誤差大得多,差動不平衡電流可能比按乘非周期分量系數(shù)確定的值要大,而作為制動量的制動電流卻比不飽和時要小。如不充分考慮由此而帶來的影響,就可能使比率制動式發(fā)電機縱差保護在外部短路的暫態(tài)過程中出現(xiàn)誤動作。筆者從歷年保護統(tǒng)計資料中發(fā)現(xiàn),歸結(jié)為原因不明的誤動作次數(shù)占有一定的比例。對原因不明的誤動作,人們往往只注重保護裝置的檢查,而忽視電流互感器的選擇和正確使用。其實,有些縱差保護的誤動作是由于電流互感器暫態(tài)過程中的誤差造成的。當(dāng)前國內(nèi)生產(chǎn)的發(fā)電機差動保護等保護裝置一般未采取專門減緩電流互感器暫態(tài)飽和影響的措施,而需要在選擇電流互感器時,考慮暫態(tài)飽和

4、的影響,本文即從這個側(cè)面討論問題。1TP級和P級電流互感器12電流互感器的準確級次分測量級、穩(wěn)態(tài)保護(P級和暫態(tài)保護(TP級。差動保護的快速動作應(yīng)使發(fā)電機兩側(cè)電流互感器在變換電流時的暫態(tài)特性好并盡可能一致,以免出現(xiàn)過大的暫態(tài)不平衡差動電流和比按線性計算值小的制動電流,從而避免縱差保護的誤動作,為此,人們采用暫態(tài)保護(TP級電流互感器。然而,目前國內(nèi)只生產(chǎn)TPY型、TPZ型暫態(tài)電流互感器,均屬于具有氣隙鐵芯的電流互感器。因其第5期有氣隙,體積大,造價高。又由于大型發(fā)電機引出線均采用封閉母線,很難裝設(shè)TP 型電流互感器,所以一般仍選用10P 、5P 型電流互感器。P 級電流互感器用于繼電保護,并不

5、考慮暫態(tài)誤差,僅考慮穩(wěn)態(tài)誤差。按國際統(tǒng)一定義,在穩(wěn)態(tài)條件下電流互感器的復(fù)合誤差為c =100I 11T T 0(K i i 2-i 12d t (1式中I 1為一次電流的有效值;i 1,i 2分別為一次、二次電流的瞬時值;K i 為互感器額定電流比;T 為工頻周期。K i i 2-i 1就是互感器勵磁電流的瞬時值i 0。若忽略諧波分量,式(1根號內(nèi)的值就是勵磁電流的有效值。P 級電流互感器只保證穩(wěn)態(tài)誤差要求,其額定準確限值系數(shù)K sscn 為額定準確限值一次電流I 1與額定一次電流I n 之比,標準值為5、10、15、20、30。例如,5P15表示5P 級電流互感器在15倍一次額定電流下,其復(fù)

6、合誤差c 5%;10P20表示10P 級電流互感器在20倍一次額定電流下,其復(fù)合誤差c 10%。P 級電流互感器的額定二次負荷S 2n 是指二次繞組在規(guī)定的準確級下所承擔(dān)的容量,即S 2n =I 22n Z 2n (V A (2式中I 2n 為互感器額定二次電流;Z 2n 為額定二次負荷阻抗,通常把Z 2n 作為互感器的額定二次負荷。2選用P 級電流互感器防止縱差保護誤動的措施2.1整定計算時適當(dāng)提高最大制動系數(shù)K res .max圖1比率制動特性比率制動式發(fā)電機縱差保護的制動特性曲線如圖1中折線所示AB C,特性曲線中最大動作電流I op .max 是按外部短路時差動不平衡電流最大值I un

7、b .max (對應(yīng)曲線中的KT 保護不誤動條件確定的I unb .max =K ap K cc K er I k .max /K i(3I op .max =K rel I unb .max =K rel K ap K cc K er I k .max /K i(4按制動系數(shù)定義K res =I op /I res ,最大制動系數(shù)為K res .max =K rel K ap K cc K er(5式(3(5中,K rel 為可靠系數(shù),取1.31.5;K ap 為非周期分量系數(shù),取1.52.0;K cc 為同型系數(shù),發(fā)電機兩側(cè)T A 同型取0.5;K er 為穩(wěn)態(tài)誤差,10P 級互感器取0.

8、1;I k .max 為外部短路穿越電流周期分量最大值;K i 為互感器額定電流比。上述整定計算不能絕對保證暫態(tài)過程的選擇性,再考慮到暫態(tài)過程中制動電流I res 的實際值有可能比計算值小,就更有出現(xiàn)誤動的可能。如果提高I op .max 到KC ,即增大K res .max ,當(dāng)I res 實際值減小到O K 1,最大動作電流仍有K 1D =KC,這樣出現(xiàn)誤動的可能就會小一些。由于使用P 級電流互感器的暫態(tài)誤差是無法估計的,只能根據(jù)實際情況適當(dāng)增大最大制動系數(shù)K res .max ,即增大保護的最大動作值I op .max ,這樣在內(nèi)部短路時能否滿足靈敏度的要求,一定要按參考文獻3的多回路分

9、析法進行短路計算和靈敏度分析才能確定。推薦比率制動特性斜率m =013015的做法,就是從上述擔(dān)心誤動考慮的。如果按式(3(5整定,各系數(shù)均取上限,則最大制動系數(shù)K res .max =0115,最大動作電流(一次標幺值I op .max =0115I k .max 。筆者統(tǒng)計的11臺國產(chǎn)200MW 及以上汽輪發(fā)電機的平均次電抗暫態(tài)X d =01167,按此計算發(fā)電機外部出口短路電流約為6I gn 。(I gn 為發(fā)電機額定電流,則I op .max =019I gn ,如果整定時取最小動作電流I op .o =012I gn ,拐點電流I res .o =I gn ,則比率制動特性的斜率m

10、=I op /I res =(I op .max -I op .o /(I res .max -I res .o =14張忠祿,李東俠:電流互感器暫態(tài)誤差對發(fā)電機縱差保護影響的對策常州工學(xué)院學(xué)報(019I gn -012I gn /(6I gn -I gn =0114。提高最大制動系數(shù)也就提高了制動特性的斜率,表1列出了汽輪發(fā)電機縱差保護比率制動特性中取不同m 值時對應(yīng)的K res .max 和I op .max 值。由表1可見,m =015時,I op .max 提高到m =0114時的3倍,靈敏度大幅度下降,但如經(jīng)過校驗,只要靈敏度滿足要求,提高制動系數(shù)和斜率的方法對于抗誤動能力還是可取的

11、。表1制動系數(shù)與斜率關(guān)系K r es .max0.150.200.250.300.400.45I op .max0.90I gn 1.20I gn 1.50I gn 1.80I gn 2.40I gn 2.70I gn m 0.140.200.260.320.440.502.2適當(dāng)增大P 級電流互感器一次額定電流,減小二次額定電流對于P 級互感器,如果在選擇其變比時適當(dāng)增大一次額定電流,則在同一外部最大短路電流作用下,它的最大短路電流倍數(shù)(I k .max /I 1n 將減小,互感器的飽和程度降低,暫態(tài)誤差必然減小。在確定一次額定電流之后,二次額定電流選擇5A 還是1A ,允許的準確限額電流是

12、不同的。例如,型號相同的互感器,I 2n =5A ,額定二次負荷為S 2n =50VA ,如果I 2n =1A ,則S 2n =30VA ,前者二次負荷阻抗Z 2n =S 2n /I 22n =50/52=2,而后者Z 2n =30/12=30,是前者的15倍。如果所帶二次負荷阻抗不變,則允許的準確限額電流可增大(但不是15倍,亦即準確限值系數(shù)提高了。2.3選擇二次額定容量S 2n 較大的互感器,盡量減小二次實際負荷S 2a 電流互感器在運行中的實際二次負荷S 2a 小于額定二次負荷S 2n 實際準確限值系數(shù)K ssca 就可以大于額定準確限值系數(shù)K sscn ,仍可以保證在要求的誤差范圍之內(nèi)

13、。設(shè)互感器二次繞組本身消耗的負荷為S i =I 22Z i ,則:K ssca =K sscn (S i +S 2n /(S i +S 2a 互感器的二次負荷中,除繼電器阻抗和接觸電阻之外,主要決定于二次電纜,如有必要可適當(dāng)增大電纜截面,以減少二次負荷,從而提高實際準確限值系數(shù)K ssca 。2.4采用標積制動原理的比率制動式縱差保護新方案3采用這種新方案的縱差保護,可使用P 級互感器。雖然很大短路電流使互感器飽和,但保護不誤動;在內(nèi)部短路時,即使是有電流流出,仍有較高的靈敏度。這種縱差保護不要求采用考慮暫態(tài)特性的TP 級電流互感器,這是它最可取的一個優(yōu)點。3結(jié)論與展望發(fā)電機等電氣主設(shè)備的縱差

14、保護采用P 級電流互感器在經(jīng)濟上是合理的,在技術(shù)上為了保證縱差保護動作的選擇性,整定計算中要適當(dāng)提高比率制動式差動繼電器的制動系數(shù),可提高抗差動不平衡電流的能力和減少因制動電流減小而使保護誤動的機率。在選擇電流互感器時,適當(dāng)增大一次額定電流,減小二次額定電流,選擇二次額定容量較大的互感器,減小電流互感器二次負載都是行之有效的措施。在當(dāng)前普遍應(yīng)用微機保護條件下,保護裝置完全有可能采用多種有效措施來減緩暫態(tài)飽和的影響,因而可對互感器選擇不提出特殊要求,這樣可產(chǎn)生重大經(jīng)濟效益。例如:有一種利用小波原理防止變壓器差動保護誤動的新算法4,從理論上分析和證明了當(dāng)發(fā)生區(qū)外短路故障時電流互感器不會立即飽和,飽

15、和后的暫態(tài)不平衡電流也不會立即出現(xiàn)的現(xiàn)象?；谶@一認識,提出了一種利用小波精確測定故障發(fā)生時刻,利用故障發(fā)生時刻與差流出現(xiàn)時刻不同時的現(xiàn)象來防止因電流互感器飽和后產(chǎn)生的暫態(tài)不平衡電流所引起的變壓器差動保護誤動現(xiàn)象。從傅立葉變換發(fā)展而來的小波變換,具有多尺度分析和良好的時頻局部化特性,可以準確地捕捉突變信號的特征,并能在不同頻帶(尺度上考察信號頻率的演化,可對奇異點進行準確分析和定位,從而可以較好地檢測242005年第5期故障發(fā)生時刻,根據(jù)時差法的基本原理,有效地防止由于電流互感器飽和而引起的不平衡電流導(dǎo)致變壓器差動保護誤動作。理論分析和E MTP 仿真表明:該原理在理論上是成立的,仿真效果明顯

16、,容易實現(xiàn)。又如,一種基于相關(guān)度的發(fā)電機采樣值差動保護新判據(jù)5,提出利用發(fā)電機機端和中性點側(cè)電流的采樣值波形的相關(guān)度來區(qū)分內(nèi)部相間故障和外部相間故障。分析了數(shù)據(jù)窗的長度,兩側(cè)電流的幅值、相位,以及采樣的同步對相關(guān)度的影響,利用短數(shù)據(jù)窗來連續(xù)計算相關(guān)度,并根據(jù)多點相關(guān)度的情況可以清楚地區(qū)分內(nèi)部和外部相間故障,提出了基于相關(guān)度的發(fā)電機采樣值完全縱差保護新判據(jù),理論分析和仿真驗證了該判據(jù)能夠快速、可靠地切除內(nèi)部故障;外部故障時,即使電流互感器嚴重飽和也不會誤動?；谶@種方法的判據(jù)能夠在小于1/4周期內(nèi)可靠動作,且不受頻率偏移的影響。希望繼電保護開發(fā)制造部門能在這方面取得更積極有效的成果。參考文獻1國

17、家技術(shù)監(jiān)督局1G B1208-97電流互感器S1北京:中國標準出版社,199712機械工程手冊電機工程手冊編輯委員會1電機工程手冊第4卷(第2版M 1北京:機械工業(yè)出版社,199713王維儉1電氣主設(shè)備繼電保護原理與應(yīng)用M 1北京:中國電力出版社,199614李貴存,劉萬順,賈清泉等1一種利用小波原理防止變壓器差動保護誤動的新算法J 1電網(wǎng)技術(shù),2001,25(7:48-5115肖仕武,劉萬順,黃少鋒1基于相關(guān)度的發(fā)電機采樣值差動保護J 1電力系統(tǒng)自動化,2003,27(17:59-631Effect and Coun term ea sure of Tran si en t Error of

18、 Curren t M utua lI ndun t ance I m ple m en t to Genera tor L ong itud i n a l M istake Protecti onZHAN G Zhong 2lu L I D ong 2xia(School of Electr onic I nfor mati on &Electric Enginerring,Changzhou I nstitute of Technol ogy,Changzhou 213002Abstract:This paper discusses the effect of transient err or of current transf or mer t o l ongitudinal p r otec 2ti on .And it analysises the technol ogic capabilities of the p r otective P current transf or mer during the transient p r ocess .The TP current transf or mer that suggests the transient characteristic can res olve the mal 2operat