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摘 要:功率方向继电器,是由电流信号移相电路、电流、电压矢量乘法器和电压相位锁相器构成。电流信号通过放大器进行移相,电压信号经比较器后变成同相位的方波信号,而与电压幅值无关,移相后的电流信号与方波信号进行矢量乘积运算,输出电平经比较器后控制继电器动作。由于采用了上述电路,使在正方向功率时动作,反方向功率时不动作,起到功率方向保护作用。
关键词:功率方向继电器零序功率方向继电器接线
中图分类号:TM711 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)09(c)-0135-01
功率方向继电器,是由电流信号移相电路、电流、电压矢量乘法器和电压相位锁相器构成。电流信号通过放大器进行移相,电压信号经比较器后变成同相位的方波信号,而与电压幅值无关,移相后的电流信号与方波信号进行矢量乘积运算,输出电平经比较器后控制继电器动作。由于采用了上述电路,使在正方向功率时动作,反方向功率时不动作,起到功率方向保护作用。
1 零序功率方向继电器的接线
零序功率方向继电器的正确接线,应使其动作特性为:当被保护线路或元件发生正方向接地故障时,零序电压和零序电流的相位关系应可靠进入继电器的灵敏动作区,而反方向接地故障时,继电器可靠不动作。
传统习惯规定电流正方向为母线流向线路,同时取母线电压为电压升。当发生正方向接地故障时,零序电流超前零序电压为(180°-θ),θ为系统零序电源阻抗角。一般θ角约在85°左右,则零序电流超前零序电压约为95°。
传统的零序功率方向继电器,其动作最灵敏角有电流超前电压110°和电流滞后电压70°两种,即灵敏角为-110°和+70°,一般采用后者。对于灵敏角为-70°的继电器,由于其动作特性与故障情况相反,现场接线方式上考虑将零序电压的极性反向接入,零序电流正极性接入,这样就能够使继电器正确反应故障状态了。
对于微机零序保护装置,其零序电流电压的接入分自产和外接两种情况。微机线路保护装置的零序电压电流均为自产,三相电压电流正极性接入即可。微机变压器保护中不同厂家的产品对零序电压电流的接入有不同要求,其中需要外接零序电压的,必须是正极性接入,这是和传统继电器的区别。
2 用负荷电流及工作电压测量零序功率方向继电器
利用负荷电流及工作电压检验零序功率方向继电器接线正确性之前,必须对电压互感器开口三角引出的L、N线的极性进行核查。
在正常情况下电压互感器开口三角两端电压UNL=0,故ULS=UNS,但L、N无法用试验的方法区分,因此,利用负荷电流及及工作电压检验零序功率方向继电器接线正确性之前,必须对电压互感器开口三角引出的L、N线核查正确,否则不能判别所测相位关系是否符合零序功率方向元件的接线要求。确定了Ua的相位关系以后,就可以根据当时的负荷电流,测出每相电流与Ua之间的相位关系,不同相负荷电流的相量图如图1所示。
分析可知,当通入Ia时KWO触点闭合,通入Ib时处于临界动作状态,通入Ic时KWO触点不闭合。但是,如果按图3(b)的接线,仍按上述方法进行校验时,从图中可直接看到,此时加入KWO的电压就是USN=Ua。这样,就不能发现零序电压的极性接错了。保护投入运行后,在反方向接地故障时就会误动,反之拒动。
3 存在的问题
目前电力系统中微机保护占有很大比重。微机型零序电流方向保护与常规的零序电流方向保护在基本原则上与常规零序电流方向保护相一致。
另外,微机保护比常规保护功能更灵活。无论是微机型线路保护还是变压器保护,其技术说明书上都明确注明装置对零序保护用TA、TV的接线方式及极性的规定,只要严格按照说明书所要求的接线,即可通过控制字来改变保护方向。
值得一提的是微机零序方向过流保护对TV电缆接线的特殊要求。电压互感器二次回路和三次回路由开关场到控制室接线的常见方式见图2。
其特点是二、三次绕组的N相电缆,自TV端子箱至保护室内共用了1根电缆芯,即在开关场端子箱处将O与O′连通,节省了连线O′N。由于传统的零序功率方向继电器采用的零序电压为外接TV开口三角电压,也就没有暴露出它的缺陷。而现在的微机保护装置,均为三相电压接入,采用自产3U0。由图5可见,当系统发生接地故障时,产生较高的零序电压,会在ON电缆上有压降,此时,通入微机保护装置电压回路中自产的三倍零序电压3U0j将是三相电压向量和再加上电缆ON上的压降,即:
若3U0回路负载电阻为R,电缆芯ON的电阻为r,按正确极性接线,则因三次绕组电压变比为二次绕组变比的倍,有如下关系:
如果因为某种原因,引起
时,3U0j将与3U0反方向,于是零序保护正方向拒动而反方向误动。为此,要求TV电缆接线禁止二、三次绕组的N相共用1根电缆,必须分别引入保护室内,接到N600小母线,实现一点接地。
4 变压器零序方向保护的特殊问题
对于220kV及以上高压电网,变压器作为重要的供电元件,除采用快速的主保护外(差动和瓦斯保护),还要有可靠的后备保护。毫无疑问,零序方向电流保护是变压器接地故障后备保护的首选。
变压器零序方向元件采用的电流,一般情况取自各侧绕组的中性点TA电流,高压侧选择方向指向变压器,作为变压器接地故障的后备保护。中压侧方向指向系统,作为本侧母线及系统的接地后备保护。变压器等效图见图3。
但在高压侧情况有所不同,当零序电流取自高压套管TA时,在变压器的等效图中可以看出,方向指向变压器,则高压绕组不在保护范围内。因此,选择高压侧零序方向电流保护I、II段的电流取自本侧开关TA,完善保护范围。
参考文献
[1] 王梅义.电网继电保护应用[M].北京:中国电力出版社,2000.
[2] 尹项根,曾克娥.電力系统继电保护原理与应用[M].武汉:华中科技大学2001.
[3] 朱声石.高压电网继电保护原理与技术[M].北京:中国电力出版社,1995.
关键词:功率方向继电器零序功率方向继电器接线
中图分类号:TM711 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)09(c)-0135-01
功率方向继电器,是由电流信号移相电路、电流、电压矢量乘法器和电压相位锁相器构成。电流信号通过放大器进行移相,电压信号经比较器后变成同相位的方波信号,而与电压幅值无关,移相后的电流信号与方波信号进行矢量乘积运算,输出电平经比较器后控制继电器动作。由于采用了上述电路,使在正方向功率时动作,反方向功率时不动作,起到功率方向保护作用。
1 零序功率方向继电器的接线
零序功率方向继电器的正确接线,应使其动作特性为:当被保护线路或元件发生正方向接地故障时,零序电压和零序电流的相位关系应可靠进入继电器的灵敏动作区,而反方向接地故障时,继电器可靠不动作。
传统习惯规定电流正方向为母线流向线路,同时取母线电压为电压升。当发生正方向接地故障时,零序电流超前零序电压为(180°-θ),θ为系统零序电源阻抗角。一般θ角约在85°左右,则零序电流超前零序电压约为95°。
传统的零序功率方向继电器,其动作最灵敏角有电流超前电压110°和电流滞后电压70°两种,即灵敏角为-110°和+70°,一般采用后者。对于灵敏角为-70°的继电器,由于其动作特性与故障情况相反,现场接线方式上考虑将零序电压的极性反向接入,零序电流正极性接入,这样就能够使继电器正确反应故障状态了。
对于微机零序保护装置,其零序电流电压的接入分自产和外接两种情况。微机线路保护装置的零序电压电流均为自产,三相电压电流正极性接入即可。微机变压器保护中不同厂家的产品对零序电压电流的接入有不同要求,其中需要外接零序电压的,必须是正极性接入,这是和传统继电器的区别。
2 用负荷电流及工作电压测量零序功率方向继电器
利用负荷电流及工作电压检验零序功率方向继电器接线正确性之前,必须对电压互感器开口三角引出的L、N线的极性进行核查。
在正常情况下电压互感器开口三角两端电压UNL=0,故ULS=UNS,但L、N无法用试验的方法区分,因此,利用负荷电流及及工作电压检验零序功率方向继电器接线正确性之前,必须对电压互感器开口三角引出的L、N线核查正确,否则不能判别所测相位关系是否符合零序功率方向元件的接线要求。确定了Ua的相位关系以后,就可以根据当时的负荷电流,测出每相电流与Ua之间的相位关系,不同相负荷电流的相量图如图1所示。
分析可知,当通入Ia时KWO触点闭合,通入Ib时处于临界动作状态,通入Ic时KWO触点不闭合。但是,如果按图3(b)的接线,仍按上述方法进行校验时,从图中可直接看到,此时加入KWO的电压就是USN=Ua。这样,就不能发现零序电压的极性接错了。保护投入运行后,在反方向接地故障时就会误动,反之拒动。
3 存在的问题
目前电力系统中微机保护占有很大比重。微机型零序电流方向保护与常规的零序电流方向保护在基本原则上与常规零序电流方向保护相一致。
另外,微机保护比常规保护功能更灵活。无论是微机型线路保护还是变压器保护,其技术说明书上都明确注明装置对零序保护用TA、TV的接线方式及极性的规定,只要严格按照说明书所要求的接线,即可通过控制字来改变保护方向。
值得一提的是微机零序方向过流保护对TV电缆接线的特殊要求。电压互感器二次回路和三次回路由开关场到控制室接线的常见方式见图2。
其特点是二、三次绕组的N相电缆,自TV端子箱至保护室内共用了1根电缆芯,即在开关场端子箱处将O与O′连通,节省了连线O′N。由于传统的零序功率方向继电器采用的零序电压为外接TV开口三角电压,也就没有暴露出它的缺陷。而现在的微机保护装置,均为三相电压接入,采用自产3U0。由图5可见,当系统发生接地故障时,产生较高的零序电压,会在ON电缆上有压降,此时,通入微机保护装置电压回路中自产的三倍零序电压3U0j将是三相电压向量和再加上电缆ON上的压降,即:
若3U0回路负载电阻为R,电缆芯ON的电阻为r,按正确极性接线,则因三次绕组电压变比为二次绕组变比的倍,有如下关系:
如果因为某种原因,引起
时,3U0j将与3U0反方向,于是零序保护正方向拒动而反方向误动。为此,要求TV电缆接线禁止二、三次绕组的N相共用1根电缆,必须分别引入保护室内,接到N600小母线,实现一点接地。
4 变压器零序方向保护的特殊问题
对于220kV及以上高压电网,变压器作为重要的供电元件,除采用快速的主保护外(差动和瓦斯保护),还要有可靠的后备保护。毫无疑问,零序方向电流保护是变压器接地故障后备保护的首选。
变压器零序方向元件采用的电流,一般情况取自各侧绕组的中性点TA电流,高压侧选择方向指向变压器,作为变压器接地故障的后备保护。中压侧方向指向系统,作为本侧母线及系统的接地后备保护。变压器等效图见图3。
但在高压侧情况有所不同,当零序电流取自高压套管TA时,在变压器的等效图中可以看出,方向指向变压器,则高压绕组不在保护范围内。因此,选择高压侧零序方向电流保护I、II段的电流取自本侧开关TA,完善保护范围。
参考文献
[1] 王梅义.电网继电保护应用[M].北京:中国电力出版社,2000.
[2] 尹项根,曾克娥.電力系统继电保护原理与应用[M].武汉:华中科技大学2001.
[3] 朱声石.高压电网继电保护原理与技术[M].北京:中国电力出版社,1995.