第五章電抗器保護

第五章電抗器保護目前，國內(nèi)生產(chǎn)及應用的微機型并聯(lián)電抗器保護裝置，主要是WDK-600型微機電抗器保護裝置。該裝置適用于220kV~500kV各種電壓等級的各類型的并聯(lián)電抗器。該裝置主要提供的保護功能有分相差動保護、零差保護、匝間保護、零序過流保護和過流及過負荷保護。第一節(jié)分相縱差保護一、基本概念一、為了使在區(qū)內(nèi)嚴重故障時能快速而可靠的切除故障，裝置電抗器縱差保護不需要考慮涌流問題。另外提供有差動保護及差動速斷保護。為了使在區(qū)內(nèi)嚴重故障時能快速而可靠的切除故障，裝置1動作方程電抗器差動保護的差流為：I=I+1。12式中：—差動保護和差動速斷的動作方程為：Id-Idzh^d-Idzo"zd—差動保護和差動速斷的動作方程為：Id-Idzh^d-Idzo"zd-Izdo)薩【d"KzUzd^zdo)Jd"zdo)Id=max?(5-1)(5-2)(5-3)式中：Idh-差動速斷定值；I：-—差動保護的初始動作電流；d拐點電流；「—制動電流；七一差動電流；K：一-比率制動系數(shù)。2Z邏輯框圖在WDK—600電抗器保護裝置中，差動保護和差動速斷保護的邏輯框圖如圖5—1所示。（完整版）第五章電抗器保護圖5—1電抗器分相差動保護邏輯框圖在圖5-1中：Idz-差動定值（是個變數(shù)，為動作特性的邊界線）.3動作特性與其它主設備保護相同，電抗器差動保護的動作特性，為具有二段折線式的比率制動特性.動作特性曲線如圖5-2所示.AU差耘］速斷劫作區(qū)制！LaIzdO；圖5-2差動元件的比率制動特性曲線二調(diào)整試驗1通道平衡狀況檢查（1）試驗接線檢查電抗器差動元件兩側通道平衡狀況的試驗接線如圖5-3所示。圖5-3通道平衡檢查試驗接線在圖5—3中：a1、b1、c1、N及a2、b2、02.n分別為電抗器兩側TA二次三相電流的接入端子。（2）試驗操作步驟°22操作界面鍵盤，調(diào)出“幅值測試”菜單。通過用“■”、“t"、“T”和“1”鍵的操作，調(diào)出差動保護差流顯示界面。操作試驗儀，使輸出電流分別為Ie及5Ie（I「TA二次標稱額定電流:5A或1A）時，觀察并記錄界面上顯示的A相差流。然后，將圖5-3中接在端子21及a2的線分別改接在^及b2、01及c2端子上，重復上述試驗操作、觀察并記錄B相差流及C相差流.將上述數(shù)據(jù)列入表5-1表5—1差動保護兩側通道平衡檢查記錄通入電流及相別I5IABCABC顯示差流不平衡度(完整版)第五章電抗器保護要求：當Ie為5A時最大不平衡電流(即差流)應小于0°1A,最大不平衡度(差流/通入電流*100%)應小于3%。62初始動作電流的校驗將圖5—3接a2端子的線固定接在n端子上.操作界面鍵盤:調(diào)出“基波測試”菜單，并點擊“確認"鍵，然后再選擇差動保護通道顯示菜單。將差流越限啟動定值暫調(diào)到較小值.操作試驗儀，緩慢增加電流至差動保護動作，觀察并記錄保護剛剛動作時外加電流及界面顯示的差流.將圖5—3中接a1端子的線分別改接在b1、c1、a2、b2及弓端子上，重復上述試驗操作、觀察及記錄并將試驗結果列于表5—2中。11222表5—2差動保護初始動作電流側及相別高壓側低壓側ABCABC整定值測量值(外加電流值)界面顯示值要求：通入的各電流值應等于顯示的差流值，并等于整定值.最大誤差應小于5%.3比率制動特性的錄制(1)試驗接線錄制電抗器差動保護比率制動特性曲線的試驗接線如圖5—4所示.圖5—4錄制比率制動特性試驗接線在圖5—4中：A一電流表；a1、b1、c1、n1及a2、b2、c2、n2分別為電抗器兩側TA二次三相電流的接入端子。(2)試驗操作112222操作界面鍵盤，調(diào)出各相差流顯示通道.暫將差流越限啟動定值調(diào)至較小值.操作試驗儀，使I1和I2之間的相位相差180。操作試驗儀，使2|1等于零，由零緩慢升高I2至差動保護剛剛動作，記錄保護動作時外加電流12(0)及屏幕顯示的差流。12皿使I1=0.5I(I—差動TA二次標稱額定電流，等于5A或1A),此時屏幕上的差流應等于0.5I.差動保護動作。由零募慢升高I2至差動保護返回，然后再降低I2至差動保護剛剛動作。記錄保護動作時外加電流I2(1)及屏幕顯示差流.使I：=Ie，由零緩慢升高I2至差動保護動作返回，再降低I2至差動保護剛剛動作。記錄保護動作時外加電流I2⑵及屏幕顯示差流。使I1=2I,由升高I2至差動保護動作返回，再降低I2至差動保護剛剛動作。記錄保護動作時外加TOC\o"1-5"\h\z電流I2(3)及屏幕顯示差流。。2使I1=4I，由升高I2至差動保護動作返回，再降低I2至差動保護剛剛動作。記錄保護動作時外加電流I2⑷及屏幕顯示差流。。2將接在a1、a2端子的線分別接在b1、b2及c1、c2端子上，重復上述(I)?(V)試驗操作、觀察并記錄外加各電流及屏幕顯示的差流」212將以上試驗所得數(shù)據(jù)列于表5—3。表5-3各相差動保護比率制動特性A相I電流00。5II2I4I動作電流外加電流I—2(0)I2(1)I——242)I2(3)I—2(4)顯示差流B相I電流00.5II2I4I動作電流外加電流I2(0)I2(1)I2(2)I2(3)I2(4)顯示差流C相I電流00.5II2I4I動作電流外加電流I—2(0)I2(1)I2(2)I—2(3)I—2(4)顯示差流TOC\o"1-5"\h\z要求：在上表中，各動作點的外加電流I1與外加電流I2之差，應等于此時屏幕上顯示的差流；各相的比率制動系數(shù)12(4/-I)-(21-I)2I-I+I

叱_2e2(4)'1_e2(4)2(3)Z-4Ie-2Ie_2Ie應等于整定值，最大誤差小于5%：各特性曲線的拐點電流I=41-4?-I2(4)-2【e—【dzozdoeKZ應等于整定值，最大誤差小于5%.表中各相的I2(0)應等于各相差動保護的初始動作電流Id，與整定值只差應小于5%4差動速斷定值的整定^0試驗條件用控制字暫將差動保護退出運行.也可通過改變整定值將差動退出運行.由改變定值退出差動保護的方法是：將制動系數(shù)Kz整定為1,將初始動作電流Id的整定值暫提高到大于拐點電流。試驗操作'^0試驗接線如圖5-4所示.操作試驗儀，使I1=0升高I2至差動保護剛剛動作，記錄A相差動速斷動作電流。再將圖5—4中接在a1端子的線分別改接在b1和烏端子上，重復上述試驗操作，記錄B相差動速斷及C相差動速斷的動作電流。111將試驗數(shù)據(jù)列于表5—4中。表5—4差動速斷保護動作值相別A相B相C相整定電流動作電流要求：各動作電流等于整定電流.最大誤差小于5%。5校驗匯綜表將對差動保護校驗結果匯綜于表5—5。表5—5差動保護校驗匯綜表

項目初始動作電流拐點電流制動系數(shù)速斷電流整定值實測值第二節(jié)零序差動保護在電抗器內(nèi)部或低端出線發(fā)生接地故障時，其零序差動保護具有較高的動作靈敏度。零序差動元件兩側的零序電流均系裝置自產(chǎn)，即3I=I+1+1.Oabc一基本概念1動作方程零序差動保護的動作方程為Ido-Iodzo(Izdo-Iozd)(5-4)I,>I,+K(I，-1.)(I.>I.)......(5-5)doodzoozozdozdoozdozdo零序差流:Io=Io=(I+1+1)+(I+1+1)1a1b1c2a2b2c(5—6)零序制動電流:I=(I+I=(I+1+1)-(I+1+1)以上各式中：Id-零序電流；「。d一零序制動電流；I，零序初始動作電流；I—零序拐點電流；匚、項2邏輯框圖電抗器零序差動保護邏輯框圖如圖5-5所示.1a1b1c2a2b2cI1b、七為電抗器高壓端TA二次三相電流;I：、I：為電抗器低壓端TA二次三相電流。(5—7)圖5-5零差保護的邏輯框圖3動作特性在WDK-600型電抗器保護裝置中，電抗器零差保護的動作特性，為具有二段折線式比率制動特性的曲線。動作特性曲線，如圖5—6所示。

零差速斷動作區(qū)零差動作區(qū)TW動K=tga制I圖5—6零差保護動作特性在圖5—6及圖5-5中:Id-零差初始動作電流；I：：一零差速斷電流整定值;Id—零差拐點電流；K宮g2比率制動系數(shù).二調(diào)整試驗1通道平衡狀況的檢查。試驗接線如圖5-7所示。在圖5-7中：a1、b1、c1、n1及a2、b2、c2、％分別為零差保護兩側TA二次三相電流的接入端子。5-7所示）。試驗儀保護端子b2保護端子1操作界面鍵盤，調(diào)出零序差流顯示通道。將a1、b1、c1端子及a2、b2、C2端子分別短接起來（如圖圖5-75-7所示）。試驗儀保護端子b2保護端子操作試驗儀，使輸出電流分別為Ie及5Ie（I「TA二次標稱額定電流：5A或1A）時，觀察并記錄相應屏幕上顯示的差流值。要求：差流值應很小，其與輸入電流之比應小于5%。若零序差流值較大，應著重檢查兩側通道的幅值及相位是否已調(diào)平衡.2初始動作電流及零差速斷電流的測量（I）初始動作電流測量及零序電流計算正確性檢查試驗接線如圖5—8所示。

圖5—8動作電流試驗接線在圖5-8中：端子a1、b1、c1、n［及a2、b2>c2>%的物理意義同圖5-7；1、2為零差保護出口繼電器的一對接點的輸出端子；X、Y為試驗儀停止記時返回接點的接入端子。操作界面鍵盤，暫將零序電流越限啟動值調(diào)到最小，調(diào)出零序差流顯示界面。操作試驗儀，緩慢升高電流至零差保護動作，記錄保護剛剛動作時的外加電流及界面顯示的零序差流.再將圖中接a1端子上的線，分別改接在b1、c1端子上。重復上述試驗并記錄。（II）零差速斷電流的測量11用控制字或改變整定值（將比率制動系數(shù)整定為1,將初始動作電流的整定值暫提高到大于拐點電流）退出零差保護.試驗接線同圖5—8所示.操作試驗儀，緩慢增大輸出電流至保護動作。記錄動作電流及界面顯示的零序差流.然后，再將圖中接21端子的線，分別改接在b1、c1、a2、b2、c2端子上。重復上述試驗及記錄。將各測量數(shù)據(jù)列于表5—6。11222表5-6零差保護初始動作電流及速斷定值的測量值側及相別高壓端側低壓端側ABCABC動作電流零差外加電流界面顯示差流零差速斷外加電流界面顯示差流整定電流零差零差速斷要求：相應各動作電流（即外加電流）的1/3應等于相應界面顯示的零序差流，并且等于相應的整定值，最大誤差小于5%。3動作時間的測量將圖5—8中的1、2端子與試驗儀的X、Y端子連接起來.暫將零差保護退出運行,只投零差速斷保護。操作試驗儀，使其輸出電流為1。5倍速斷的定值。突加電流測時間。記錄動作時間，該時間應不大于(完整版)第五章電抗器保護25ms。投入零差保護，操作試驗儀，使其輸出電流為1。5倍零差初始動作電流值。突加電流測時間。記錄動作時間，該時間應不大于40ms。4比率制動特性的錄制試驗接線如圖5-4所示。操作界面鍵盤，調(diào)出零差電流顯示界面。退出TA斷線閉鎖。操作試驗儀,使電流I1與［相位相反(即相位差180)。使I1=0。由零緩慢升高I2至保護剛剛動作，TOC\o"1-5"\h\z記錄動作電流I2(0)及屏幕顯示差流I0(0).12增大七電流至I1⑴，I1(1)=I。此時，保護動作。增大I2至保護返回。然后，緩慢降低I2至保護剛剛動作，記錄動作電流I2⑴及屏幕顯示蒐流I0⑴。22增大七電流至I1⑵，I1⑵=2I。此時，保護動作.增大I2至保護返回。然后，緩慢降低I2至保護剛剛動作，記錄動作電流［(:及屏幕顯示3差流I0⑵。22再增大I1電流至［⑶，I1⑶=4I.此時，⑵保護動作。增大I2至保護返回。然后，緩慢降低I2至保護剛剛動作，記錄動作電流I2⑶及屏幕顯示差流I。⑶。22將上述試驗數(shù)據(jù)列于表5—7°⑶表5—7零差保護的比率制動特性電流I10I二I1(1)C"二21。l1(3)=4le電流I2I2(0)I2(1)I2(2)I2(3)制動電流I1+I2動作電流i2-L顯示電流I_0(0)I—I_0(2)I_0(3)要求：TOC\o"1-5"\h\z上表中I2(0)的1/3應等于界面顯示電流I0(0)，同時也等于零差保護的初始動作電流定值I。.。。比率制動系數(shù)I-1-1+1K—1(3)2(3)1(2)2(2)Z1+I-1-11(3)2(3)1(2)2(2)應等于其整定值。誤差小于5%。拐點電流I—1(I+I—一'l(l)+'Ms)ozdo32(1)1(1)KZ應等于整定值，誤差不大于10%。5校驗結果匯綜表將對零差保護的校驗結果匯綜于表5—8.表5—8零差保護校驗匯綜表項目IodzoKIozdoIodzh動作時間整定值z實測值第三節(jié)電抗器匝間保護一基本概念大型電抗器多采用分相式結構，匝間短路只能出現(xiàn)在單相之內(nèi)。因此，當電抗器發(fā)生匝間短路時，在系統(tǒng)內(nèi)將出現(xiàn)零序電流和零序電壓。從電抗器高壓端看，當電抗器匝間短路時，零序電流要超前于零序電壓，故零序功率為負值。在WDK—600型電抗器保護裝置中，采用電抗器高壓端零序電流和零序電壓構成的零序方向阻抗繼電器作為電抗器的匝間保護。1動作方程電抗器匝間保護的動作方程為：Z<Z@)(5-8)Io>Id(5-9)式中：Z。-電抗器高壓端測量阻抗；z；(e)-阻抗動作區(qū)邊界；I一零序電流；i：z-一零序啟動電流整定值.2邏輯框圖電抗器匝間保護邏輯框圖如圖5-9所示。圖5-9電抗器匝間保護邏輯框圖在圖5-9中：Z為保護的測量零序阻抗。二調(diào)整試驗1試驗接線電抗器匝間保護的試驗接線如圖5—10所示.圖5-10匝間保護試驗接線在圖5—10中：端子a1、b1、c1、.及入、B、C、N分別為電抗器高壓端TA二次三相電流及TV二次三相電壓的接入端子.2試驗條件退出TV斷線閉鎖。用軟件控制字投入匝間保護。投入控制字KG=0004,暫將零序啟動電流定值改至最小。

3動作阻抗的校驗最大靈敏角的校驗操作試驗儀,使輸出電壓為60V，輸出電流值應這樣確定：使其去除60V后得出的阻抗，應為最大測量阻抗的0.8倍。緩慢移動電流與電壓之間的夾角至保護動作.記錄保護剛剛動作時電流滯后電壓的相角O1o繼續(xù)向同一方向移動相角直到保護返回。然后，向相反方向移動相角至保護剛剛動作。記錄動作時電流滯后電壓的相角O2o2則最大靈敏角?marc(5-?marc要求：該最大靈敏角應為270±5°最大靈敏角處的動作阻抗操作試驗儀，使其輸出電流為0.5I(I—TA二次標稱額定電流)；使試驗儀的輸出電壓為這樣的值，其除以0.5I得到的阻抗，大于保護的整定阻抗;使電流與電壓的夾角為最大靈敏角。緩慢降低電壓至保護動作，記錄保護剛剛動作時的電壓Ud。則阻抗(5-11)Udz-0.5(5-11)按上式計算出的阻抗應等于整定阻抗Z。誤差不應大于10%。(3)動作阻抗園的錄制'如圖5—10所示，使輸出電流等于0o5Ie，輸出電壓應為這樣的值，其與0.5Ie之比，落在阻抗園之外。操作試驗儀，使電壓滯后電流的角度分別為0°、30°、60°、90°、120°：150°、180°、240°、300°時，分別緩慢降低外加電壓至保護剛剛動作，記錄對應的動作電流，并按式(5—11)算出各動作阻抗。將試驗及計算數(shù)據(jù)列于表5—9o表5—9匝間保護的動作阻抗相角0°30°60°90°120°150°180°240°270°300°動作電壓動作阻抗4電抗器匝間保護阻抗整定及校驗舉例已知：主電抗器的一次阻抗Zs=2016Q，小電抗器的一次阻抗Zg=500Q;高壓端TV變比氣二5000及TA變比n=300。二次零序阻抗Zol=n(Zs+3ZG)/nv=3516x300/5000=211Q整定阻抗園S°V圓心坐標(0,—j52.7Q)，半徑r=52。70最大靈敏角0二190°，④=350°,0=270°最大靈敏角處動作阻抗markZ=1020動作阻抗園將按上述(3)項方法試驗得到的動作電壓及按式(5-11)計算得到的阻抗值列入表5—10o表5—10動作阻抗園測量(外加電流I=0.1a)相角0°30°60°90°120°150°180°240°270°300°動作電壓15。310.85.60。45.610。815。320.921.620。9動作阻抗5校驗結果匯綜表將對電抗器匝間保護校驗結果匯綜于表5—11。表5—11電抗器匝間保護校驗匯綜表項目動作阻抗最大靈敏角整定值測量值第四節(jié)電抗器零序過流保護零序過流保護，是電抗器單相接地故障的后備保護.一基本概念1動作方程電抗器零序過流保護的動作方程：310Id（5-12）零序電流取裝置自產(chǎn)。式中：Iodz—零序電流的整定值.2邏藕匡圖電抗器零序過流保護的邏輯框圖如圖5—11所示。圖5-11零序過流保護邏輯框圖二調(diào)整試驗1試驗條件用軟件控制字投入零序過流保護。即KG=0020（D4位2y°S置于1）。2試驗接線”?！恪Ｔ囼灲泳€如圖5—12所示

OOI

試驗儀XYQQaQbO12C°

OOnO

保護端子OOI

試驗儀XYQQ圖5-12零序過流保護試驗接線在圖5—12中：a、b、c、n—電抗器高壓端TA二次三相電流的接入端子；1、2-—零序過流保護出口繼電器一對接點輸出端子；X、Y——試驗儀的停止計時返回接點接入端子.（1）零序過流動作值的測量暫將保護的動作延時調(diào)到零。操作試驗儀,緩慢增大輸出電流至保護動作，記錄保護剛剛動作時的電流;然后，緩慢降低電流至保護剛剛返回，記錄返回電流。再將圖5—12中接在a端子的試驗線分別改接在b及c端子上，重復上述操作及記錄。（2）動作時間的測量將零序過流保護的動作時間恢復到整定值。將圖5-12中1、2端子與試驗儀的X、Y端子連接起來。操作試驗儀，使輸出電流等于其動作電流的2倍（即等于6倍的零序電流整定值）。突加電流，測量并記錄動作時間。將以上（1）、（2）項測量數(shù)據(jù)列于表5—12表5—12電抗器零序過流保護校驗記錄加電流相別ABC動作電流（外加電流）返回電流（外加電流）零序電流定值動作時間動作時間定值要求：各相外加電流相等，等于零序電流定值的3倍；動作時間等于整定值.各項誤差小于5%。返回系數(shù)不低于0.95。第五節(jié)電抗器過流及過負荷保護電抗器過流保護是電抗器各種故障的后備保護之一。而過負荷保護屬于電抗器異常運行的保護。一般，電抗器及中性點小電抗器均設置過負荷保護。一基本概念1動作方程電抗器過負荷及過電流保護的動作方程為：1(a.b.c)-人(5-14)1(a.b.c)-匕(5-15)式中：I(b—A、B、。三相中任一相電流；I：電流低定值，即電流過負荷定值；產(chǎn)一電流高定值，即過電流定值；dzh2邏輯框圖電抗器過流及過負荷保護的構成框圖如圖5-13示。(b)電抗器過流及過負荷保護圖5—13電抗器過電流保護邏輯框圖二調(diào)整試驗1試驗條件用軟件控制字投入電抗器過流及過負荷保護.即設置過負荷保護控制字KG=0100，設置過流保護控制字KG=0010，(且D4位Iocis置于1)2試驗接線"°'.s試驗接線基本同圖5—12.不同的是應有二對出口或信號繼電器接點輸出端子，一對是過流保護的，另一對是過負荷保護的。3電抗器過流及過負荷保護動作值的校驗暫將電抗器過流及過負荷保護的動作時間調(diào)到最小。操作試驗儀，由零緩慢增加輸出電流至過負荷保護動作，記錄過負荷保護剛剛動作時的電流。繼續(xù)增大電流至過流保護動作，記錄過流保護剛剛動作時的電流。然后，緩慢降低電流分別至過電流保護及過負荷保護返回，分別記錄過流保護及過負荷保護剛剛返回時的電流。將圖5—12接a端子的試驗接線分別改接到b及c端子上，重復上述試驗操作及記錄。4電抗器過流及過負荷保護動作延時的校驗(1)過負荷保護動作延時的測量將過負荷保護及過電流保護的動作延時恢復到整定值.將過負荷保護一對出口信號繼電器接點端子與試驗儀的X、Y端子連接起來.操作試驗儀,使輸出電流為1.2倍的過負荷定值。突加電流測量時間。記錄動作時間。然后，將過電流保護出口繼電器一對接點端子，與試驗儀的X、Y端子連接起來.操作試驗儀，使輸出電流為1.2倍的過流定值。突加電流測量時間。記錄動作時間。將以上各項測量數(shù)據(jù)列于表5—13

表5-13電抗器過負荷及過流保護定值校驗匯總表相別ABC動作電流過負荷保護過電流保護返回電流過負荷保護過電流保護動作整定值過負荷保護過電流保護動作時間測量值整定值要求：各保護的動作電流及動作時間應等于整定值，最大誤差小于5%;各保護的返回系數(shù)不低于0.95。第六節(jié)TA、TV斷線閉鎖的構成及閉鎖功能的測量TA斷線電抗器正常運行時，如果出現(xiàn)某組TA二次回路的一相斷線，可能致使差動保護、零差保護或匝間保護誤動。1TA斷線判別條件當電抗器無故障而其某組TA斷線時：以下各條件成立：⑴L.bmin(L.—取最小值;式中：I「Ib、Ic一斷線L.—取最小值;在斷線的一組TA回路中3Io〉0.3Ie；1Ie;差動或匝間保護另一側TA回路，3Io<0。1Ie;(4)差動回路中的差流，Id〈1。2Ie。°以上各式中："6Ie—電抗器的額定電流(TA二次值)。tA斷線回路正確性及閉鎖功能的校驗試驗條件將控制字KG中的TAC及TAL設置為1。即使程序進行TA斷線判別并具有閉鎖功能.試驗接線校驗TA斷線回路正確性及檢查其閉鎖功能的接線如圖5—14所示.圖5-14TA斷線回路及功能校驗在圖5-14中：a、b、c、n及a、b、c、n—分別為分相差動或零差保護兩側T