P54x线变组保护应用说明.docx

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P54x线变组保护应用说明

P54x线变组保护应用说明

使用P54x线变组保护的优势

∙减少一次设备

线变组保护一个显著的优点是将原来线路保护和变压器保护合二为一，从一次设备来看，可以节省原来需要在线路和变压器之间需要架设的断路器、隔离开关、互感器等，减少投资成本。

由于武钢有较多大型的同步电机，往往一台电动机需要单独配置一台变压器供电，为线变组的应用提供了合适的场所。

∙方便线变组两侧的数字信息传送

由于P541使用光纤通道，除了传输电流模拟量外，还可传输8个由用户定义的数字量。

除了传输保护所需的信号外，还可以传送一些开关信号，比如开关或刀闸位置。

在武钢的项目中，电动机启动使用来PLC控制，它需要高压侧的开关位置信号就是通过P541来传送的。

差动保护P54x有关参数的设置

与线路的光纤差动保护有所不同的是，线变组的光纤差动还需要考虑变压器差动保护的一些特点，如矢量补偿，CT变比补偿，二次谐波制动。

VectorialComp

矢量补偿

常见的变压器绕组接线方式为Y/D-11（D/Y-1）方式。

这样P541的矢量补偿设定为：

变压器星形侧的P541的VectorialComp的设置为Y/D-11，变压器三角形侧P541的VectorialComp的设置为Y/Y-0。

也有地方使用D/Y-11（Y/D-1）的接线方式，这样变压器星形侧P541的VectorialComp的设置为Y/D-1，变压器三角形侧P541的VectorialComp的设置为Y/Y-0。

以下的分析和举例都假设变压器接线方式为Y/D-11，高压侧为星形。

PhCTCorr'tion

CT变比补偿

变压器的额定电流计算公式如下

其中Iref为变压器一侧的额定电流，Sb为变压器额定容量。

Vnom为这侧的电压额定值。

对应这一侧P541的CT补偿系数（或者称为匹配系数）为Kam，那么有

其中Inom为CT的额定值。

注意如果Inom使用CT一次值，则Iref也使用一次值；如果Inom使用CT二次值，即1A或5A，那么Iref需要折算到CT二次侧，即由Iref一次值除以CT的变比得到。

为了方便用户继电保护的整定，往往将补偿系数较小的一端的补偿系数调整为1，那么另外一端的补偿系数也需要调整。

假设两端的补偿系数为Kam,a和Kam,b，其中Kam,a>Kam,b。

可以将Kam,b调整为1，那么Kam,a这一侧的系数变为

。

二次谐波制动

当用于线变组保护时，P541的二次谐波制动功能需要投入。

它的制动系数固定为16.8%，无需整定。

但要注意高低压侧P541的谐波制动要同时投入，才能起到制动的作用。

P54x差流的运算

P541将采样到的电流先按补偿系数Kam进行变比补偿，然后进行矢量换算。

如果矢量补偿设置为Y/Y-0，则换算前后的电流矢量相同；如果矢量补偿设置为Y/D-11，P541会作星三角矢量变换，即将星型侧电流矢量变换为三角侧电流矢量，Y/D-11星三角矢量变换电流向量图如下；

IA，IB，IC为星形侧电流，Ia，Ib，Ic为换算到三角形侧电流，有

；

；

P541在光纤传送的电流向量即为上面的补偿换算后的电流向量。

差动电流和制动电流的运算，也以这种补偿换算后的电流为依据。

以武钢7＃鼓风机线变组保护为例，来具体说明P541这种运算。

变压器的有关参数为S：

50000KVA；115KV/10.5KV；Y/D-11

CT变比：

高压侧800/5；低压侧3150/5。

根据VectorialComp设置原则，变压器高压侧P541设置为Y/D-11，低压侧P541设置为Y/Y-0。

PhCTCorr'tion的整定（计算导出）：

高压侧

换算到CT的二次侧

低压侧

换算到CT二次侧

高压侧补偿系数：

低压侧补偿系数：

为了便于继电保护的整定，将低压侧的Kam,b调整为1，那么高压侧Kam,a就变为

如果不考虑变压器的励磁电流及互感器的误差，那么变压器高压侧1倍的Iref,a的电流感应到低压侧的电流应为1倍的Iref,b；也就是说变压器的流入与流出的功率相等。

实际的情况与此接近。

假设一个正常负荷的情况，并以母线流向变压器为电流正方向。

如果变压器高压侧CT二次侧三相负荷电流为

1A0，1A-120，1A120（从母线流向变压器）；

根据功率相等的原则，感应到变压器低压侧CT二次侧的电流就应该为2.78210，2.7890，2.78-30（从变压器流向母线）。

高压侧P541采样到的电流1A0，1A-120，1A120，作CT补偿后为2.770，2.77A-120，2.77A120。

再作星三角变换，得到的电流矢量为2.7730，2.77A-90，2.77A150。

低压侧P541感应到的电流为2.78210，2.7890，2.78-30。

由于CT补偿为1且矢量设置为Y/Y-0，补偿换算后的电流没有变化，即2.78210，2.7890，2.78-30。

可以看到，通过高低压侧P541的补偿变换运算，两侧的电流幅值接近，相位相差180度。

这与纯线路的光纤差动保护情况相似。

武钢现场四组线变组保护都已投入实际运行，所有的P541测量3中显示的电流值数据与上述情况类似，即幅值相等，相位相反。

这也证明了这种运算的正确性。

P54x定值整定的转换

线变组保护的整定沿用变压器保护整定的习惯，即使用变压器标么值倍数来整定，标么值通常选用的是变压器某一侧的额定电流Iref，无论选用的是哪一侧，整定的结果（标么值倍数）是相同的。

P541的整定值是有名值而非标么值，所以会有定值整定转换的问题。

从P541差电流的运算来看，实际进行比较的电流向量是补偿换算后的电流向量，根据P541的说明书，我们在定值转换时要考虑CT的补偿系数，对于矢量补偿则不考虑。

下面是转换的计算公式

其中Iset为整定启动值或拐点电流值，K为标么值的倍数，Iref为P541所在变压器这一侧的额定电流，Kam为CT的补偿系数。

以武钢的定值为例：

启动值0.5PU，拐点值2.8PU，斜率K1：

40%，斜率K2：

66%

依据转换公式

高压侧启动值

高压侧拐点电流值

低压侧启动值

低压侧拐点电流值

由于整定的步长限定，实际线变组保护两端的P541的定值整定是相同的。

这也符合AREVA光纤差动保护的整定原则，即线路两端的P54x使用相同的差动定值。

CT断线检测

P541的CT断线检测逻辑如下：

此方法适用于等效于双端电源网络的线路，但不能直接用于线变组保护中。

以武钢的110KV线变组为例，其系统等效图如下

P541保护的范围是110KV母线至10KV母线之间的线变组。

110KV母线其它部分可以看为一个电源系统，此系统可以接地或不接地；变压器的星形侧可接地或不接地。

变压器三角侧为不接地系统。

我们先对星形侧分情况讨论：

∙K1合上，K2打开，当线路上F1发生单相接地故障，故障电流由故障点流向110KV母线，由K1经大地流回故障点。

高压侧P541感应到的不平衡电流IN=3I0；低压侧P541感应到的不平衡电流为0，这是因为三角侧的零序阻抗可视为无穷大，零序电流无法从变压器流向母线。

这时会出现满足CT断线的逻辑条件的情况，P541会误判CT断线。

∙K1打开，K2合上，区外如F2发生单相接地故障，故障电流会经K2流向大地。

高压侧P541会感应到不平衡电流，而低压侧P541感应的不平衡电流为0，所以会误判为CT断线。

∙当K1和K2都合上时，区内区外单相接地故障时，高压侧的P541都会感应到不平衡电流，而低压侧P541感应到不平衡电流始终为0。

同样会误判CT断线。

通常的情况，K1和K2至少有一个是合上的，通过上面的分析，当线变组的高压侧区内或区外发生接地故障时，P541都会发CT断线信号。

我们再对三角形侧CT断线作一个讨论：

三角形侧往往是不接地系统，当发生单相接地故障（不考虑两点接地）时，流过故障点的电流仅仅为系统电容电流，所以电流较小，P541感应到的不平衡电流也较小。

如果变压器带有负荷，当低压侧发生CT断线，此时低压侧P541感应到的不平衡电流较大，往往比低压侧发生单相接地所产生的不平衡电流要大的多。

可以利用LocalIN>这个条件可以区分CT断线和单相接地故障。

CT断线的另一个条件RemoteIN<是恒满足的。

这是因为P541判断对侧零序电流使用的是RemoteIA，RemoteIB，RemoteIC三个电流相加得到的（而不是高压侧P541把零序电流直接传输给低压侧P541）。

上面已经提过，高压侧P541在光纤中传输的电流向量已经进行了星三角变换，所以低压侧P541收到的RemoteIA，RemoteIB，RemoteIC三相电流相加所得结果如下：

可知P541的CT判断逻辑适用于三角侧CT断线。

如果需要检测到高压侧的CT断线，可以利用一个相过流元件来区分CT断线和单相接地故障。

此相电流元件应满足的条件为

1.当正常负荷时，它不应启动；

2.区内线路和变压器充电时或者当负荷突然增加时，如大功率电机启机，它不应启动；

3.当区内或区外发生故障时，它应可靠启动；

这些条件往往难以完全满足。

由于CT断线产生的过电压危急二次设备和人身安全，如果只考虑CT断线仅在轻负荷下报警，不考虑闭锁差动，上面前2个条件可以不予全部满足。

这也可以简化继电器的整定，提高保护的可靠性。

由于P54x对本侧CT断线和对侧CT断线的判断是在各自的装置里完成的，所以两侧P54x对星形侧的CT断线判据的修正是不同的。

对高压侧P541而言，星形侧是本侧，需要修正的是本侧的CT断线判据。

对低压侧P541而言，需要修正的是对侧的CT断线判据。

高压侧P541的判据为

低压侧P54x的判据为

此逻辑由PSL来完成。

其中Ch1intertrip是8个内部直传信号中的一个，用于将高压侧的相电流启动信号传送到低压侧。

为了便于整定，相电流元件I>start整定值按小于最小故障电流来考虑。

目前武钢使用的线变组保护都没有投入CT断线检测功能。

变压器常用保护的实现

由于国内线路变压器组的应用较少，所以关于它的保护研究也较少，武钢所使用的线变组保护主要参照了变压器的一些保护。

变压器常用保护大概如下

∙差动保护

∙复压闭锁过流保护（或低压闭锁过流）

∙方向过流保护

∙间隙接地保护（间隙过压和间隙过流）

∙中性点接地过流保护

∙非电量保护

由于P54x没有电压测量元件，所以仅仅能实现差动保护或零序电流保护。

对于后备保护，需要配置后备保护装置，如P143。

复压闭锁过流保护

国内的常用的复压过流保护逻辑如下，高低压逻辑基本相同

当使用P143来作为线变组后备保护，复压过流实现示意如下（注意这是单向的，实际应用是双向对称的）

复压过流的功能最终在P143完成。

利用P541的可编程直跳功能来传输对侧复压启动信号。

P143和P541为复压启动信号预留的开入开出，在工程设计时就应予以考虑。

这里利用I>Timerblock而不是与电流元件相与，它的好处有：

∙只有当复压和过流两个条件同时满足时，时间元件才开始计时。

保证了复压过流保护的延时。

∙过流元件的时间延时可以通过菜单来整定，避免重复修改逻辑。

如果延时定值需要修改，可以由现场人员自己完成。

方向过流保护

可以通过P143的方向过流保护来实现。

间隙过压和间隙过流

由于线变组的特殊性，间隙过压保护继电器往往安装在高压侧保护屏，间隙过流保护继电器往往安装在低压侧保护屏。

可以利用P541可编程直跳信号来传送这两个保护，达到跳两侧开关的目的。

间隙过压保护电压输入使用的是高压侧PT的开口三角电压，继电器整定值较大，一般为180V，P143不能完成此保护，所以间隙过压保护需单独配备电压型继电器。

间隙过流则可以利用P143的灵敏接地过流保护功能来完成。

中性点零序过流保护

可以利用P143的零序过流保护来完成。

非电量保护

如果配有P143，可以利用P143的开入作为非电量保护信号。

并利用P541的直跳信号来联跳对侧开关。

传统的非电量保护采用电磁型继电器，为了防止误动，需要电磁型的继电器有一定的动作功率。

当使用数字型继电器的开入作为非电量保护，可以通过光隔滤波或延时启动的方法来防误动，一般防抖时间为20ms，虽然动作速度变慢，但大大提高了动作的可靠性。

P54x直跳信号的预算

P541有双向8个直跳信号，这些直跳信号的作用如下：

1．传送后备的电量保护

2．传送非电量保护

3．传送开关和刀闸位置

4．传送CT断线解锁条件

5．传送高低压侧复压信号

6．传送其它保护（如电动机、母差保护）联跳信号

7．其它需要传送的数字信号（如通过高压侧的监控系统遥控低压侧的开关和刀闸）

如果将每种保护单独分开传送，直跳信号将不够使用。

通常的做法是将其中一些保护量合并，使用同一个直跳信号；其它的信号可根据实际情况取舍。

使用带增强距离保护的P54X做线变组保护

从前面的介绍来看，采用P541和P143组合的线变组保护本质上还是一个变压器保护，而线路部分可以看成是变压器绕组的一种延伸。

由于目前应用的线变组往往是变压器的一侧有线路，而另一侧没有线路，采用集成的距离保护P543及P545（后缀K）以后，视实际情况可以独立为线路部分提供距离保护。

距离保护一种应用如下

相间和接地距离分别整定，距离一段可以保护到线路的80%，距离二段保护范围可以为线路的120%，考虑到变压器的阻抗，二段的超越应是允许的。

新的P543（或P545）采用了专利技术的差动CTS功能。

差动CT断线检测的逻辑如下

相对于原来的CTS检测方法，它既适用用于线路，也适用于变压器。

前面已经分析过，检测不平衡电流方法不太适用于奇数接线方式的变压器。

而差动CTS采用的是负序电流检测方法，奇数接线方式的变压器虽然不传送零序电流，但可以传送负序电流，所以检测负序电流CTS适用于奇数接线方式的变压器。

另外，CTS对差动保护闭锁方式由原来的直接闭锁改为提高启动电流门槛值，更为合理。

所以，新的P543和P545的CTS断线检测适用于线变组保护中。

由于P543（P545）已经有电压的输入回路，兼有了P143的一些保护功能，应该无需再配置后备保护装置。

但从菜单来看，它没有负序电压元件和零序过流元件，所以用于线变组保护时，它的后备保护会有一些限制。

●差动保护的整定

由于保护范围内既有线路又有变压器，一般来说，首先分别根据变压器差动保护整定原则和线路电流差动保护原则计算出两组定值，然后取它们的交集。

根据多个项目的实际经验，用这样得出的定值分别按两种原则校验灵敏度时，都能满足要求。