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风电节能评估报告
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风电可行性分析研究论证报告（优秀行业报告）.doc 127页
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风电并网技术现状及分析
风力发电并网技术现状及分析目录 1、风电并网容量增长迅猛2、大规模风电并网给电网带来压力3、大规模风电并网技术问题 4、智能电网关注的风电场重点问题1、风电并网容量增长迅猛2005年国家颁布可再生能源法，05到08的4年时间全国风电装机容量由126千瓦增长到 1221万千瓦，以每年一翻的速度发展，远远高于世界风电平均发展速度。 2009年我国新增装机容量当年新增世界第一，累计世界第二。1、风电并网容量增长迅猛发展风电是改善能源结构和应对气候变化的重大举措，是我国能源战略的重要组成。 我国风能资源主要集中在“三北”地区，大多远离负荷中心。 我国积极推进大基地大电网的风电开发模式，一批百万千万级、千万千万级风电基地正在规划1.2风力发电并网简介? 风电机组出口电压为690V，通过箱式变压器升压，经过一机一变单 元接线方式升压至10KV或35KV。再根据风机组安装的位置，按照就 近的方式，有基地系统进行电能汇集，然后再送入风场变电站进行升 压，然后并入电网。2、大规模风电并网给电网带来压力2.1、增大调峰、调频难度风电的反调峰特性增加了电网调峰的难度。据东北、蒙西和吉林电网统计结果，风电反调峰概率分别为60%、57%和56%。吉林电网由 于风电接入，一年期间峰谷差变大的时间达到210天。由于调峰容量不足，吉林、蒙西电网都出 现了低负荷时段弃风的情况。 风电的间歇性、随机性增加了电网调频的负担。 根据统计，2008年2月到11月新疆地区风电在30分钟内出力波动超过9万千万达到347次，增 加了电网调频的压力和常规电源调整的频次。 风电随机性强、间歇性明显。波动幅度大，波动频率无规律性。2、大规模风电并网给电网带来压力2.2、加大电网电压控制难度随着大规模风电场接入电网，电网运行控制出现了很大困难。 据统计，受风电影响：蒙西电网锡盟灰腾梁风电基地沿线变电站220千伏母线电压全年维持在额定电压的1.1倍；新疆电网达风变110千伏系统电压长期在113千伏以下，为支撑110千系统电压，达风变220 千伏母线电压不得不全年维持在238千伏以上，运行电压调整十分困难，也对输变电设备安全造 成了威胁。 风电场运行过度依赖系统无功补偿，限制了电网运行的灵活性。 如：蒙西塔拉地区500千伏无功补偿设备停运时，220千伏系统电压最高升至257千伏。2、大规模风电并网给电网带来压力2.3、局部电网接入能力不足风电场大多处于电网末梢，大规模接入后，风电大发期大量上网，电网输送潮流加大，重载 运行线路增多，热稳定问题逐渐突出。 甘肃酒泉地区2007年
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环境影响评价报告公示：华电福新江苏宝应县低风速风电场宝应县广洋湖镇西溪村华电福环评报告
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国华风电继电保护培训
国华风电继电保护培训徐州供电公司检修试验工区风能发电概况风能作为一种清洁的可再生的能源，越来 越受到世界各国的重视。风电技术是目前全球 发展最为迅速、成本最低、规模最大、商业化 运作最成熟的新能源技术，在欧洲发展20年仍 保持20%左右发展速度，是难得的长盛不衰的 新兴产业。我国风能资源丰富，并且面临煤炭 和石油资源枯
竭、环境破坏等压力，发展风电 技术是我国目前最为现实可行的新能源发展方 向。风力发、输电系统的组成风能资源风力发电机组 风机升压变压器 集电线路 升压站母线输电线路/主变压器风电机组升压变压器情况简介●与风电机组配套，每台风电机组配1台室 外风机升压变压器（简称风机变），将 风机690V升至35KV送入集电线路。 ●单台变压器容量基本为：800、1350、 1600KVA等。风电机组升压变压器情况简介●风机变为充油式变压器，基本分为二种：◆台式变---单台裸变，35KV侧配跌落保险， 690V侧配空气开关或刀闸熔断器形式。 ◆箱式变---高压室将隔离开关、负荷开关、熔断 器组合在一起；低压室将空气开关、自用变组 合在一起；高压室、低压室、变压器组合在一 起，高低压侧均为电缆接线。风电机组升压变压器情况简介◆熔断器用于设备的过载或短路保护，其额定电 流的选择如下所示：? ? ?I=KIe Ie――变压器回路额定工作电流，A K――可靠系数，不考虑电机自起动时， 取1.5~2.4； 考虑电机自起动时， 取2.4～ 4.0? ? 按此条件选择可确保变压器在通过最大持续工 作电流， 通过变压器励磁涌流， 电动机自起 动或保护范围以外短路产生的冲击电流时熔件 不熔断， 而且能保证前后级保护动作的选择性 以及本段范围内短路能以最短时间切除故障。风电机组升压变压器情况简介◆空气自动开关额定电流的选择原则1、应躲过单台电动机的自启动 I&K*IP 2、应躲过馈电干线（其中一台启动）的自启动 I&1.35zIq1+∑Iq（n-1）{ 3、应躲过馈电干线（集中启动）的自启动 I&1.35I2qe 其中：K为可靠系数，短延时或瞬时动作时间大 于0.02S的自动空气开关一般为1.35，瞬时动 作时间不大于0.02S的一般为1.7~2。风电机组升压变压器情况简介◆风机变压器保护设置：●变压器保护配备一般根据变压器的容量和电压等级。对于风机变（容量&1250kVA ）的小型 变压器配过流和速断保护就够了，甚至可以用 熔断器保护 。 ● 对于800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA 以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保 护。其中重瓦斯作用于跳闸，轻瓦斯作用于信 号 。同时应配置压力释放信号和温度报警 。风电机组升压变压器情况简介●对于有中性点直接接地的风机变压器，应装设零序保护，零序保护用于反映变压器高压侧接 地故障，以及外部元件的接地短路。●风机变压器低压侧还可装设缺相保护装置，作用是当变压器高压侧一相熔断器熔断跳闸后， 防止变压器非全相运行 。●所谓缺相就是正常的三相电源其中某一相断路，原有的三相设备会降低输出功率使其不能正常 工作，造成事故 。集电线路及保护情况简介●集电线路配置◆集电线路电压等级普遍采用35kV，少数采用 10kV。 ◆ 集电线路普遍采用架空集电线路，少数采用电 缆集电线路。 ◆ 每条集电线路一般接带11---17台风电机组不 等。集电线路及保护情况简介●集电线路保护配置：◆开关跳闸采用三相联动，重合闸不投入 ◆线路相间短路及相间接地短路采用瞬时动作的I 段过流保护 ◆作为风电机组和风机变压器的后备保护采用的 经1秒延时跳闸的II段过流保护。 ◆线路充电时采用经0.3秒延时跳闸的过流加速 段保护。 ◆单相接地时不必立即跳闸，但应发出报警信号集电线路及保护情况简介●单相接地：◆ 35kV及 10kV系统，目前为小电流接地系统， 电容电流在6～100A范围不等，发生单相接地 时，由于故障点电流很小，而且三相之间的线 电压仍然对称，对负荷的供电没有影响，因此 在一般情况下允许再运行1~2小时，不必立即 跳闸，但在单相接地后，其他两相对地电压升 3 高为 倍，为了防止故障进一步扩大成两点或 多点接地短路，应及时发出信号，以便运行人 员在2小时内查找处理。集电线路及保护情况简介◆单相接地时查找故障线路的方法 1、采用分别拉路形式查找故障线路 2、配置单相接地选线装置查找故障线路●根据零序电流大小选线●根据零序电流方向选线 ●群体比幅比相法选线集电线路及保护情况简介●零序电流大小选线发生单相接地时，非故障线路的3I 0的大小 等于本线路的接地电容电流；故障线路的3I 0 的大小等于所有非故障线路的3I 0之和。 换句话说，发生单相接地时，故障线路的零 序电流比非故障线路的零序电流大。集电线路及保护情况简介●零序电流大小选线但是，由于35kV集电线路长度不同，对地 电容电流不等，再加上同一段母线上的线路所 用零序电流互感器准确度存在差异，容易造成 接地选线装置误判。例如短线路发生接地故障， 由于短线路对地电容小，电容电流小，使故障 线路的零序电流与非故障线路的零序电流相差 不大，保护装置很难区分。集电线路及保护情况简介●零序电流方向选线发生单相接地故障时，利用故障线路零序电 流滞后零序电压90o，非故障线路零序电流超 前零序电压90o作为判据，但是当测得的零序 电流较小（如故障线路是长线路，非故障线路 是短线路），相角差就较大，易造成误动。集电线路及保护情况简介●群体比幅比相法选线对所有线路的零序电流大小和方向进行综合 比较，判别出故障线路。例如从所有线路中选 出零序电流最大的三条线，（1）＞（2）＞ （3），若（1）与（2）（3）反相，则（1） 是接地线，若（1）（2）（3）同相，则判母 线故障。集电线路及保护情况简介◆中性点经消弧线圈接地 中性点不接的系统发生单相接地时，若接 地电流很大，不仅接地点电弧不易熄灭，容易 重燃，导致发生过电压危险，而且过大的接地 电流在接地点处易损坏电气设备。为此，采用 经消弧线圈接地的措施，可消除上述缺点，并 可提高供电可靠性。集电线路及保护情况简介◆中性点经小电阻接地 少数采用电缆集电线路的风场，将主变35KV 侧中性点通过电阻接地，配置零序保护，在单 相接地时零序保护动作跳闸。中性点经电阻接 地一方面可限制单相接地电流，另一方面容易 选出故障线，可将故障设备从电网中切除，减 少对电气设备损坏的程度。但是，中性点经电 阻接地时，故障线发生接地时是要立即切除的。集电线路及保护情况简介◆中性点经小电阻接地更为重要的中性点经小电阻接地可以降低电 气设备的耐压水平，节省投资。在线路较多， 较为复杂的电网中，也可避免采用消弧线圈带 来的管理、运行上的麻烦。现阶段，按照国家 电网公司2011年文件要求，将把所有集电线路 陆续改造为单相接地故障快速切除的保护方式。升压站母线及母差保护情况简介● 升压站母线配置◆多数采用敞开式室外布置，采用架空钢芯铝绞 线或铝管母线 ◆部分采用室内GIS布置◆多数采用单母线形式，少数为单母线分段形式 或双母线形式。无旁路母线及3/2系统升压站母线及母差保护情况简介● 升压站母差保护原理 ◆母线保护的要求 高度的安全和可靠性 选择行强、动作速度快◆差动保护原理 母线正常运行时：母线发生故障时：? ?Ij ?1mj?0? ?Ij ?1mj?IOP升压站母线及母差保护情况简介◆ TA饱和对母差保护的影响:1.区内故障时的影响: 由于TA饱和,一次侧电流不能正确的传变到二 次侧,造成差流下降甚至为零,可能造成母差保 护拒动。 2.区外故障时的影响: 由于TA饱和,一次侧电流不能正确的传变到二 次侧,造成差流不为零,可能造成母差保护的误 动。升压站母线及母差保护情况简介◆ TA饱和的解决方法1、采用复式比率制动: Id & Idset Id & Kr (Ir -Id)(1) (2)其中 Id为母线上各元件的矢量和，即差电流。 Ir为母线上各元件的标量和，即和电流。 Idset为差电流门坎定值； Kr为复式比率系数（制动系数）升压站母线及母差保护情况简介●采用复式比率制动可以有效地防止区外故障母差保护的误动。●制动系数K直接影响到其抗TA饱和能力。为提 高抗饱和能力必须提高K值，而提高K值势必降 低保护在区内故障时的灵敏度，尤其在重负荷 下故障或经过渡电阻故障时矛盾更为突出。升压站母线及母差保护情况简介2、采用TA抗饱和判据 使用自适应全波暂态监视器――判别区 内故障情况下 ?Id 元件 ? Ir 元件的动作时 序。该动作时序与区外故障TA饱和时完全 不同 TA饱和时差电流波形畸变和每周波都存 在线形传变区等特点，可以准确检测出饱和 发生的时刻，具有极强的抗TA饱和能力。升压站母线及母差保护情况简介◆差动回路的构成●母线上所有元件TA极性以指向母线侧为正，母联TA极性同II母线上元件极性●差动回路是由一个母线大差动和各段母线小差 动所组成的 大差动判别母线故障，小差动判别故障母线●升压站母线及母差保护情况简介●大差是指除母联开关和分段开关以外的母线上所有其余支路电流所构成的差动回路●某段母线小差动是指与该段母线相连接的各支 路电流构成的差动回路，其中包括了与该段母 线相关联的母联开关和分段开关●大差、小差都动作差动保护方能动作升压站母线及母差保护情况简介◆电压闭锁元件●母差保护是电力系统的重要保护。母差 保护动作后跳断路器的数量多，它的误 动可能造成灾难性的后果。为防止保护 出口继电器误动或其他原因误跳断路器， 通常采用电压闭锁元件来配合，提高保 护整体的可靠性升压站母线及母差保护情况简介电压闭锁元件的动作表达式为：●Ua b ? Uset 3 U 0 ? U 0 set U 2 ? U 2 set升压站母线及母差保护情况简介◆失灵保护原理 1、母联失灵 ●只有母联（分段）开关作为联络开关时，才起 动母联（分段）失灵保护，因此母差保护和母 联（分段）充电保护起动母联（分段）失灵保 护。 ●母线保护或其他有关保护动作，跳母联断路器 的出口继电器接点闭合，但母联TA二次仍有电 流，即判为母联断路器失灵，去启动母联失灵 保护。升压站母线及母差保护情况简介分析：假设故障发生在Ⅰ母，大差起动，Ⅰ母小 差动作跳1L、2L，但母联LK未跳开，母联失灵过 流，经延时封母联TA，Ⅱ母小差有流动作跳3L、 4L。升压站母线及母差保护情况简介分析：对检修过后的母线充电时，被充电母线故 障，充电保护动作，但LK跳不开，经失灵保护延 时，封母联TA，Ⅱ母小差有流动作跳3L、4L。升压站母线及母差保护情况简介2、断路器失灵 ●当输电线路、变压器或其他主设备发生短路， 保护装置动作并发出了跳闸指令，但故障设备 的断路器拒绝动作，称之为断路器失灵。 ●断路器失灵的原因有可能是因为断路器跳闸线 圈断线、断路器操作机构出现故障、空气断路 器的气压降低或液压式断路器的液压降低、直 流电源消失及控制回路故障等。其中发生最多 的是气压或液压降低、直流电源消失及操作回 路出现问题。升压站母线及母差保护情况简介●断路器失灵的影响? 损坏主设备或引起火灾 ? 扩大停电范围 ? 可能使电力系统瓦解●对断路器失灵保护的要求? 动作可靠性高――断路器失灵保护与母差保护 一样，其误动或拒动都将造成严重后果。因此， 要求其动作可靠性高。升压站母线及母差保护情况简介? 动作选择性强――断路器失灵保护动作后，需 无延时再次跳开断路器。对于双母线或单母线 分段接线，保护动作后以较短的时间断开母联 或分段断路器，再经另一时间断开与失灵断路 器接在同一母线上的其他断路器。 ? 与其他保护的配合――断路器失灵保护动作后， 应闭锁有关线路的重合闸。升压站母线及母差保护情况简介●断路器失灵逻辑BP-2B I母刀闸 I母失灵出口起动 II母失灵出口起动外部接点 失灵起 动开入 开入公共端 保护动 作接点 过流 动作II母刀闸失灵出口延时1 I母失灵出口起动 I母失灵复合电压动作 与 失灵出口延时2跳母联跳I母升压站母线及母差保护情况简介●失灵电压闭锁元件? 失灵的电压闭锁元件，与差动的电压闭锁类似， 也是以低电压（线电压）、负序电压和3倍零 序电压构成的复合电压元件。只是使用的定值 与差动保护不同，需要满足线路末端故障时的 灵敏度。同样失灵出口动作，需要相应母线段 的失灵复合电压元件动作。升压站母线及母差保护情况简介●主变失灵解除电压闭锁? 对于变压器或发变组间隔，设置“主变失灵解 闭锁”的开入接点。当该支路失灵保护起动接 点和“主变失灵解闭锁”的开入接点同时动作， 实现解除该支路所在母线的失灵保护电压闭锁母差保护调试● 母差保护调试顺序◆保护定值检查、整定 ◆开入量设置、检查◆装置电流、电压采样检查◆保护功能校验 ◆出口传动母差保护调试◆保护定值检查、整定●定值区的选择●保护定值的修该●装置参数、系统参数的检查整定●控制字整定母差保护调试◆开入量设置、检查●母联开关位置●线路母线侧刀闸●母差、失灵把手投退●其他压板检查母差保护调试◆装置电流、电压采样检查●相位基准●采样值精度●CT变比●大差、小差检查母差保护调试◆保护功能校验 1、差动保护 ●大差高值、低值、小差 2、其它保护 ●母联失灵 ●母联死区 ●母联过流 ●母联充电 ●线路失灵输电线路及保护情况简介●距离保护的作用原理◆距离保护：反应故障点至保护安装处之间的距 离，并根据距离的远近而确定动作时间的一种 保护装置 ◆测量阻抗Zj=Uj/Ij Zj&Zdz 保护不动作 Zj&Zdz 保护动作 特点：故障时：U↓,I↑，系统运行方式变化时，Zj 不变，故不受运行方式变化的影响输电线路及保护情况简介◆三段式距离保护基本逻辑框图输电线路及保护情况简介●零序电流保护的作用原理 ◆中性点直接接地电网发生接地短路时,零序分量分布如下所示:输电线路及保护情况简介◆电网中发生接地短路时,零序分量的特点 (1)故障点零序电压最高，距故障点越远，零序 电压越低(2)UA0＝(-I0')ZT10；UB0＝(-I0&)ZT20(某点零 序电压U0取决于该点至接地中性点的阻抗) (3)零序电流超前零序电压：(180°－Φd)输电线路及保护情况简介◆动作时限：为保证动作选择性，保护时限按阶 梯原则整定输电线路及保护情况简介●线路主保护的作用原理◆输电线路的零序电流和距离保护是利用输电线 路单端量的保护，只反应线路一侧的电气量变 化，从原理上无法区分本线路末端和对端母线 或相邻线路出口的故障。由于互感器传变误差、 线路参数不精确以及继电器本身测量误差等， 导致这种保护装置可能将本线路对端母线上的 故障，或对端母线其他出口处的故障，误判断 为本线路末端的故障而将本线路切断。输电线路及保护情况简介◆为了防止这种非选择性动作，只得将这种保护 无时限保护范围缩短到小于线路全长，也就是 说单端量保护其瞬时动作的第I段定值要按照躲 过对侧母线故障来整定，例如距离保护一般将 一段定值整定为线路全长的80％～85％。对于 其余的15％～20％线路段上的故障，只能由带 时限的第II、III段来切除。单端量保护的缺点 就是不能瞬时切除被保护线路全长范围内的故 障，其优点是带延时的各段能够作为邻线路的 后备保护。输电线路及保护情况简介◆综合利用本线路各端电气量的保护叫纵联保护， 纵联保护可以无时限切除线路全长范围内的故 障，满足电力系统稳定需要，可以简化保护的 整定配合，其缺点是不能作为相邻线路的后备 保护。 ◆在国内220kV及以上电压等级线路和重要 110kV联络线路上，一般都配置利用两端电气 量的纵联保护和利用单端电气量的后备保护， 以充分发挥两者的优点。输电线路及保护情况简介◆闭锁式纵联保护的工作方式●纵联保护是由线路两侧的方向元件分别对故障 的方向作出判断，然后通过高频信号作出判断， 即对两侧的故障方向进行比较以决定是否跳闸。 一般规定从母线指向线路的方向为正方向，从 线路指向母线的方向为反方向。闭锁式纵联保 护的工作方式是当任一侧方向元件判断为反方 向时，不仅本侧保护不跳闸，而且由发信机发 出高频信号，对侧收信机接收后就输出脉冲闭 锁该侧保护。输电线路及保护情况简介●纵联保护基本逻辑图a）闭锁信号示意图 b）方向元件配置图 c）逻辑图输电线路及保护情况简介◆纵联差动保护●电流差动保护是较为理想的一种保护原理，因为其选择性而是靠基尔霍夫电流定律：流向一 个节点的电流之和等于零。它已经被广泛应用 于发电机、变压器、母线等诸多重要电气设备 的保护种。在线路保护中，以前因为线路不能 在一侧计算差动电流而没有推广差动保护。随 着光纤通信的普及，我国已开始大量使用纵联 电流差动保护。输电线路及保护情况简介●纵联电流差动保护的优点 （1）原理简单，基于基尔霍夫定律。 （2）整定简单，只有分相差动电路、零序差 动电流等定值。 （3）用分相电流计算差电流，具有天然的选 相功能。 （4）不需要考虑振荡闭锁，任何时候故障都 能较快速切除。 （5）不受TV断线影响，但所有方向保护都受 TV断线影响输电线路及保护情况简介●差动保护动作原理及特性MIMINN? 动作电流(差动电流)为：? 制动电流为：? ?I ? I CD? ? I M N? ?I ? I R? ? I M N? 以母线流向被保护线路为正输电线路及保护情况简介●自动重合闸◆自动重合闸（ZCH）装置是将因故障跳开后的断路器按需要自动投入的一种自动装置。◆自动重合闸的分类按照重合闸作用于断路器的方式，可分为三相、 单相、和综合重合闸输电线路及保护情况简介◆对自动重合闸的基本要求：（1）动作迅速，一般0.5s~1.5s。 （2）不允许任意多次重合，即动作次数应符 合预先的规定，如一次或两次。 （3）动作后应能自动复归，准备好再次动作。 （4）手动跳闸时不应重合（手动操作或遥控 操作）。 （5）手动合闸于故障线路不重合（多属于永 久性故障）输电线路及保护情况简介◆自动重合闸作用：（1）对暂时性故障，可迅速恢复供电，从而 能提高供电的可靠性。 （2）对两侧电源线路，可提高系统并列运行 的稳定性，从而提高线路的输送容量。 （3）可以纠正由于断路器或继电保护误动作 引起的误跳闸。输电线路及保护情况简介◆自动重合闸缺点：●自动重合闸本身不能判断故障是瞬时性的，还是永久性的。所以若重合于永久性故障时，会 使电力系统又一次受到故障的冲击；也会使断 路器的工作条件恶化（因为在短时间内连续两 次切断短路电流）。线路保护调试● 线路保护调试顺序◆保护定值检查、整定 ◆开入量设置、检查◆装置电流、电压采样检查◆保护功能校验 ◆出口传动线路保护调试◆保护定值检查、整定●定值区的选择●保护定值的修该●装置参数、系统参数的检查整定●控制字整定线路保护调试◆开入量设置、检查●开关位置●功能压板、软压板投退●重合闸把手●其他开入检查线路保护调试◆装置电流、电压采样检查●相位基准●采样值精度●零序电流●计算差流(RCS931)线路保护调试◆保护功能校验 1、主保护 ●RCS901 纵联闭锁保护 ●RCS931 纵联差动保护 2、后备保护 ●距离保护 ●零序保护 3、重合闸变压器及保护情况简介● 变压器配置 1、采用室外充油式变压器，带油枕，带高压侧 中性点有载调压装置。 2、电压基本为：将35KV（10KV）升压至 110KV或220KV送入电网。 3、单台变压器容量基本为：50、63、100、 120MVA等。 4、冷却方式基本为：自然油循环风冷。 5、主变接线形式：Yn.△11双绕组； Yn.yn0.△11双绕组带平衡绕组；少数为 220KV/110KV/35KV三绕组等。变压器及保护情况简介●电力变压器的故障类型和保护配置◆电力变压器的故障类型 ● 内部故障：绕组的相间短路、绕组的匝间短 路、接地短路等。 ●外部故障：套管的引出线上发生相间短路和 接地短路。 ●不正常工作状态：主要有过负荷、外部短路 引起的过电流、外部接地引起的中性点过电压、 过励磁及油面降低、变压器温度过高及冷却器 全停等。变压器及保护情况简介●故障的危害：变压器短路故障，将产生很大的短路电流，使变压器严重过热，甚至烧坏绕组 或铁心。特别是油箱内的短路故障十分危险， 由于变压器油箱内充满变压器油，故障后强大 的短路电流使变压器油急剧分解气化，产生大 量的可燃性气体（瓦斯），很容易引起油箱爆 炸起火。另外短路电流产生很大的电动力可能 造成变压器本体和线圈变形损坏。变压器及保护情况简介◆变压器保护的配置●保护配置原则：为确保变压器安全运行，当变压器发生短路故 障时应尽快把变压器从电源上切除；当变压器 出现不正常时，应尽快发出告警信号，并及时 查明原因作出相应的处理。为此对变压器配置 整套完善的保护是十分必要的。变压器及保护情况简介●短路故障的主保护：纵差保护、重瓦斯保护、压力释放保护。另外根据变压器的容量、电压 等级及结构特点，可配置零差保护和分侧差动 保护。●短路故障的后备保护：复压方向过流保护和零序方向过流保护等。●异常运行保护主要有：过负荷保护、中性点间隙保护、过励磁保护、轻瓦斯保护、温度及油 位保护、冷却器全停保护等。变压器及保护情况简介●变压器差动保护中差流计算的原则：? 主变差动保护要考虑的一个基本原则是要保证 正常情况和区外故障时，用以比较的主变高低 压侧电流幅值是相等，相位相反或相同，从而 在理论上保证差流为0。变压器及保护情况简介●变压器差动保护要解决的两个问题? 1．相位补偿 ? 老式变压器保护（电磁式保护）的解决方法： 通过外部CT接线方式来解决。微机型变压器保 护的解决方法： ? 现在的微机差动保护：CT都是采取Y/Y接线， 相角归算由内部算法完成，通过电流矢量相减 消除相角误差。变压器及保护情况简介2．平衡系数 ? 主变变比和CT变比造成的误差都是幅值上的差 异，这方面的处理，对于微机保护而言，是非 常容易的，输入量（对△侧）或相位归算后的 中间量（对Y侧）乘以相应的某个比例系数即 可。当然这个系数对Y侧，还要考虑到内部矢 量相减，同时造成的幅值增大了√3倍。变压器及保护情况简介●平衡系数的计算高压侧：星形接线 1/√3 角形接线 1 中压侧：星形界限Mct*Mdy/(Hct*Hdy*√3) 角形接线Mct*Mdy/(Hct*Hdy) 低压侧：星形接线Lct*Ldy/(Hct*Hdy*√3) 角形接线Lct*Ldy/(Hct*Hdy) 装置中差流计算值=输入值*平衡系数变压器及保护情况简介●目前国内绝大部分厂商（如南自厂等）的微机差动保护，是以一侧为基准（一般为高压Y 侧），把另一侧的电流值通过一个平衡系数换 算到基准侧。采取这种方法，装置定值和动作 报告都是采用有名值●南瑞公司变比等因素造成的幅值归算采取的是Ie额定电流标幺值的概念，相应的定值整定和 动作报告也都是采用Ie标幺值变压器及保护情况简介●额定电流标幺值Ie的计算Ie=S / (√3 U)/ CT变比 其中： S:主变容量,三侧都按最大容量 U:本侧额定线电压变压器及保护情况简介●例：某台主变，容量31.5/20/31.5 兆伏安；变比110±4×2.5%／38.5±2×2.5%／11千伏； 接线组别Yo/Y/△-12-11；CT变比 200/5,500/5,2000/5；CT为Y/Y。 ? 高压侧Ie=31500KVA/ (1.732*110KV)/ 200/5=165.337A / 40= 4.133A ? 中压侧Ie=31500KVA/ (1.732*38.5KV)/ 500/5=472.39A / 100= 4.723A ? 低压侧Ie=31500KVA/ (1.732*11KV)/ 3.37A / 400= 4.133A变压器及保护情况简介●当高压侧CT二次流出电流为4.133A 时,表明本侧流出的功率为变压器的额定功率,这就是Ie 的物理含义，对中压侧、低压侧物理意义是相 同的。差动保护在每一侧采集到的电流除以该 侧的Ie电流值，得到各侧电流相对于本侧额定 电流的比例值（标幺值）。变压器及保护情况简介◆ 比率制动式差动保护●如果差动保护动作电流是固定值，按躲过区外故障最大不平衡电流来整定，此时如果发生匝 间短路，离开中性点较近的单相接地短路，就 不能灵敏动作。●比率制动式差动保护的动作电流是随外部短路电流按比率增大，既能保证外部短路不误动， 又能保证内部故障有较高的灵敏度。变压器及保护情况简介● PST-1200比率制动式差动保护的动作特性动作方程： Icdd ≥Icd （ Izdd＜ Izd）Icdd - Icd≥K1(Izdd-Izd) （Izd＜Izdd＜3 Izd） Icdd C Icd- K12 Izd≥K2(Izdd-3Izd) （Izdd＞3 Izd） Icdd = | I1 + I2 | ， Izdd = max( | I1 | , | I2 | ) Izd比率制动第一拐点电流，软件设为 高压侧二次额定电流。 K1、K2为比率制动系数，K1＝0.5， K2＝0.7。变压器及保护情况简介● RCS-978比率制动式差动保护的动作特性动作方程： ? Id＞ K1 Ir + Icdqd (Ir≤0.5 Ie) ? Id＞ K2(Ir-0.5Ie)+ K1*0.5 Ie+ Icdqd (0.5 Ie≤Ir≤6Ie) ? Id＞ K3(Ir-6Ie)+ K2(5.5Ie)+ K1*0.5 Ie+ Icdqd (Ir＞6Ie) ? Ir = ? Id = | K1＝0.2 ， K2＝0.5，K3＝0.75。 动作特性见图：1 2? | ?i |i ?1m i ?1m? ?i |变压器及保护情况简介◆差动速断 ●当变压器内部或变压器引出线套管发生严重故 障时，由于TA饱和二次电路波形将发生严重畸 变，其中含有大量的谐波分量，使涌流判别元 件误判成励磁涌流引起的差流，使差动保护拒 动或延缓动作，严重损坏变压器。 ●为克服差动保护上述缺点，设置差动速断元件。 差动速断元件反映的也是差流，与差动保护不 同的是它只反应差流的有效值，不管差流的波 形是否畸变及含有谐波分量的大小，只要差流 的有效值超过整定值，它将迅速动作，跳开变 压器各侧开关，把变压器从电网上切除。变压器及保护情况简介◆后备保护●复合电压闭锁方向过流保护复合电压闭锁元件是由正序低电压和负序过电 压元件构成，作为被保护设备及相邻设备相间 故障的后备保护。保护的接入电路为变压器某侧TA二次三相电 流，接入电压为变压器本侧或其他侧的TV二次 三相电压。为提高保护的灵敏度，三相电流一 般取自电源侧，而电压可以取自负荷侧。变压器及保护情况简介●零序方向过流保护电压等级为110kV及以上变压器，在大电流系 统侧应设置反映接地故障的零序方向电流保护 零序方向过流保护，其零序电流可取自中性点 TA二次，也可取自本侧TA二次三相零线上的 电流，或由本侧TA二次三相电流自产。方向元 件需接入的零序电压，可取自本侧TV三次（开 口三角）电压，也可由本侧TV二次三相电压自 产。在微机型保护装置中，零序电流及零序电 压大多采用自产方式，这样有利于方向元件动 作的正确性。。变压器及保护情况简介◆非电量保护● 变压器非电量保护主要有瓦斯保护、压力保护、温度保护、油位保护及冷却器全停保护。● 非电量保护和差动保护都是变压器的主保护，且对于差动保护反映不了的绕组很少的匝间短 路故障或星形接线中绕组尾部的相间短路故障 有很灵敏的判别能力变压器及保护情况简介●瓦斯保护瓦斯保护是变压器油箱内绕组短路故障及异常的主要 保护，其作用原理是：变压器内部故障时，在故障点 产生有电弧的短路电流，造成油箱内局部过热并使变 压器油分解，并产生气体（瓦斯），进而造成喷油、 冲动气体继电器，瓦斯保护动作。 瓦斯保护分为轻瓦斯及重瓦斯两种。轻瓦斯作用于信 号，重瓦斯作用于切除变压器。有载调压的变压器， 在有载调压部分也配置气体继电器。变压器及保护情况简介●压力保护压力保护也是变压器油箱内部故障的主保护， 含压力和压力突变量保护。其作用原理与重瓦 斯保护基本相同，但它反映的是变压器油的压 力。当变压器内部故障时，温度升高，油膨胀 压力增高，使压力继电器动作，切除变压器。变压器及保护情况简介●温度及油位保护当变压器温度升高或油位异常时，温度或油位 保护动作发出报警信号。●冷却器全停保护为提高传输能力，对于大型变压器均配置有各 种冷却系统。在运行中，若冷却系统全停，变 压器的温度将升高。若不及时处理，可能导致 变压器绕组绝缘损坏。冷却器全停保护，在变 压器运行中冷却器全停是动作，其动作后应立 即发出报警信号，并经长延时切除变压器。变压器及保护情况简介●变压器的特殊消防装置――充氮灭火尽管现在变压器的设计和制造质量都很高，但 据有关部门统计，变压器的年故障率仍在2% 左右，尤其是着火事故的严重后果，使充氮灭 火装置在国内已经被逐步采用。●充氮灭火装置原理在变压器着火后，通过预设的排油管路，先从 油箱内排出部分热油到事故放油池中，同时将 储油柜与油箱的联管切断，接着向油箱内充入 压力适当的干燥氮气，降低上部油的温度。同 时将油和空气分离，达到断氧灭火的目的。主变保护调试● 主变保护调试顺序◆保护定值检查、整定 ◆开入量设置、检查◆装置电流、电压采样检查◆保护功能校验 ◆出口传动主变保护调试◆保护定值检查、整定●定值区的选择●保护定值的修该●装置参数、系统参数的检查整定●控制字整定主变保护调试◆开入量设置、检查●开关位置●功能压板、软压板投退●其他开入检查主变保护调试◆装置电流、电压采样检查●相位基准●采样值精度●计算差流主变保护调试◆保护功能校验 1、主保护 ●PST1200 实名值计算 ●RCS978 标幺值计算 2、后备保护 ●复压方向过流 ●复压零序过流站用交、直流系统●站用交流电源情况简介◆工作电源为35/0.4KV变压器，通过站用变取自本站35KV母线。备用电源为10/0.4KV，取自 就近农网10KV架空线。◆站用电源为交流380V，主要负荷为：照明、蓄电池浮充、开关储能、UPS不停电电源、刀 闸电动机构、通讯、生活用电等。◆事故照明通常采用交、直流双电源切换。站用交、直流系统◆交流电动机保护配置电动机一般配置热偶保护、缺相接地过载等综 合保护器。◆所谓热偶保护，即在电动机的开断接触器后面，接上一个“热继电器”，三相的导线上各自通 过一个双金属片导电。如果电动机过载或缺相 运行，电流必然加大，热继电器的双金属片弯 曲，顶动一个杠杆，将电路切断，保护了电机。站用交、直流系统◆站用干式变保护配置站用变一般配置速断、过流、零序等保护，并 采用自动控制的冷却风机。◆所谓冷却风扇的启停设置，是通过热敏测温电阻测取温度信号，当绕组温度达110℃时，系 统自动启动风机冷却；当绕组温度低于90 ℃ 时，系统自动停止风机。站用交、直流系统●站用直流系统情况简介◆目前，变电站的控制回路、继电保护装置及出口回路、信号回路都采用直流电源供电。为 此，为确保变电站的安全、经济运行，有完善 而可靠的直流系统是非常必要的◆直流系统的构成：主要由直流电源、直流母线及直流馈线等组成。 直流电源包括蓄电池及其充电设备。站用交、直流系统◆直流系统的基本要求●正常运行时直流母线电压的变化应保持在10%额定电压的范围内●蓄电池的容量应足够大，以保证浮充设备因故停运时，能维持继电保护及控制回路的正常运 行●充电设备稳定可靠，能满足各种充电方式的要求站用交、直流系统●具有完善的异常、事故报警系统及直流电压分级保护系统●宜使用具有切断直流负载能力的、不带热保护的小空气开关来代替原有的直流熔断器。小空 气开关的额定工作电流应按最大动态负荷电流 的1.5~2倍选用●直流系统的接线应力求简单可靠，便于运行和维护，并满足继电保护装置和控制回路供电可 靠性要求站用交、直流系统●空气开关、熔断器及快速开关的选择当直流系统发生短路故障时，为能迅速切除故 障，需在各直流馈线及各分支电流馈线的始端 设置能自动脱扣的空气开关、熔断器或快速跳 闸的小开关●各级熔断器特性的配合在直流系统中，各级熔断器应采用同型号的， 各级熔断器熔件的额定电流应相互配合，使熔 断器具有选择性。上下级熔断器的额定电流之 比应为1.6：1站用交、直流系统●自动空气开关与熔断器特性的配合当直流馈线用空气开关，而下级分支直流用熔 断器时，自动空气开关与熔断器的配合关系如 下： 对于控制、信号及保护回路的熔断器，其熔件 的额定电流应比自动空气开关脱扣器的额定电 流小1~2级。站用交、直流系统◆直流系统接地的处理●变电站的直流系统分布广，回路繁多，很容易发生故障和异常，其中最常见的是直流系统接 地。●直流系统一点接地，容易使断路器偷跳。此外，当直流系统中发生一点接地后，若再发生另外 一点接地，将可能造成直流系统短路，致使直 流电源供电中断。站用交、直流系统●直流接地位置的检查直流系统发生一点接地后，绝缘监测装置发出 报警信号。运行及维护人员应尽快检测出接地 点的位置并予以消除。通常采用的方法是“拉 路法” 所谓拉路法是指依次、分别、短时切断直流系 统中各直流馈线来确定接地点所在馈线的方法。站用交、直流系统●拉路法的原则1、应根据运行方式、天气状况及操作情况，判 断接地点可能所在的位置，缩小拉路范围 2、拉路顺序原则是先拉信号及照明回路，最后 拉操作回路。先拉室外馈线回路，后拉室内馈 线回路 3、断开每一馈线的时间不超过3秒，不论接地是 否在被拉馈线上，应尽快恢复供电 4、被拉回路有继电保护装置时，在拉路之前将 可能误动的保护退出，当有纵联保护时，应与 调度员联系退出两侧纵联保护谢谢！
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