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差动保护在大型电解变上的应用


差动保护在大型电解整流变上的应用
四川其亚铝业集团公司 郭奇峰 刘世文 乐山电业局运销部 王红



要:大型电解整流变保护装置多年来一直都是进口产品占据国内市场,

保护配置不合理。我厂通过和南瑞继保公司合作,用国产设备替换了进口设备, 并成功将差动保护应用于大型电解变压器上。笔者就进口保护缺陷、差动保护如

何配置进行了整理,以供电解行业同仁参考。 关键词:整流变 差动保护

一、目前我国电解铝整流业制造水平 随着电解铝工艺水平的不断发展、进步,我国整流行业的设备制造水平也得 到了较大提高。近几年来,正建设或已投产的电解铝工程中,整流机组设备从直 流传感器、直流大电流隔离开关到调压整流变压器、整流器均采用的是国内制造 商自行研制、开发、制造的设备,为我国电解铝工业的发展和建设做出了巨大的 贡献。 整流变压器作为电解铝系列供电的核心设备,在生产中的作用不言而喻,一 旦发生严重故障,不仅直接影响电解系列的正常生产,而且产生的直接和间接损 失更是无法估计的。因此,作为变压器的保护装置显得尤为重要。 随着系列电解铝产能越来越大,整流装置的单机容量、直流额定输出电压、 电流等参数越来越高,至使供电电源电压通常采用 220KV 直降式整流变。因此, 对整流变压器保护功能要求越来越严格。 二、目前电解变压器保护主要厂家及缺陷 通过调查了解,目前国内几乎 100%的大型电解整流变压器保护设备采用进口 设备,并主要集中在两大系列产品:美国 SEL 系列保护和 GE 公司系列产品。 进口保护最大的强项就是他的可编程逻辑强,这使它的工程应用十分的灵活, 类似的可编程逻辑思想在我国开发的保护中早已经开始得到应用。因此,我个人 认为进口保护对于扩展国内微机保护的研发思路还是很有帮助的。 我公司最早也是采用 SEL 系列保护。但是,通过一段时间运行发现,进口保 护存在严重的不足: 1、进口保护装置其原理与国内的保护存在一些差异,其原理上考虑侧重点的

不同造成了保护配置的不合理。特别是在我国,进口保护多为代理商在做,他们 从国外买入单体保护设备进行组装,主要进行后台工作。代理商不是专业保护生 产厂家,没有专门的保护研发机构,不会有针对性地对保护功能的选用、配置进 行优化,导致保护配置很不合理。 因此,在使用进口保护装置时,缺少专门的保护机构对进口保护装置的动作 逻辑及性能等进行深度的了解,导致无法适应电网实际运行的需要。 2、进口保护虽然可编程逻辑强,应用灵活,但应用较复杂,接线烦琐,有许 多逻辑需外引接点才能实现。 3、进口保护资料多为英文版,对大多数电气专业技术人员不实用,并且各种 常用的继电器标准符号也同国内不同,如 SEL 保护 50 代表瞬时过流元件,59 代表 过压等。因此,进口保护在运行、试验、培训等各方面给用户带来极大不便。 4、进口设备售后服务体系严重脱节,服务成本高。 通常采用进口设备,就必须准备常用保护设备的备品备件,否则一旦保护出 现故障,可能两三个月都无法修复,这种情形在国内已出现过多起。 三、目前电解变压器主要保护配置及缺陷 1、目前国内电解变压器主要保护配置类型: 瓦斯保护:作为变压器的主保护,以变压器内部放电引起的气体大量涌出为 判别依据,反应变压器内部的绕组相间短路、中性点直接地系统侧的单相接地短 路、绕组匝间短路、铁芯或其它部件过热或漏油等各种故障。 电流保护: 瞬动过流保护:瞬动过流保护电流信号取自 220KV 配电装置间隔电流互感器, 通常情况下瞬动电流的整定值按躲开变压器的励磁涌流进行整定,取变压器额定 电流的 2~3 倍整定即可。 限时过流保护或延时投入瞬动过流保护: 此保护的电流信号需取自整流变压器的一次侧,电流互感器安装在变压器的 油箱内, 通常有两组, 即一个整流变一组。 其整定值取整流变压器额定电流的 1.3~ 1.5 倍整定。为躲过启动时的励磁涌流,则设定一个 0.3~0.5S 的时限,或在高压 断路器合闸 0.3~0.5S 后,将此保护投入,不带时限。 过负荷保护:

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避免变压器长时间运行于过负荷状态下,过负荷保护延时动作于信号或机组 断路器跳闸。 第三绕组过流保护: 第三绕组一般作为滤波补偿用,电流速断保护应按能可靠保护第三绕组出线 短路的原则整定,并应无延时跳开变压器一次侧高压断路器和滤波装置断路器。 2、存在的缺陷: 瓦斯保护:作为变压器唯一的一套主保护,对于套管、引出线的故障无法反 应;抵抗外界干扰的性能较差,例如发生地震时就容易误动作;如果在安装瓦斯 继电器时未能很好地解决防油问题或防水问题,就可能漏油腐蚀电缆绝缘或继电 器进水而造成误动作。 瞬动过流保护:整定值由于不带时限,定值大小难以平衡确定。参照整定原 则取变压器额定电流的 2~3 倍时,第三线圈滤波补偿侧末端发生短路故障时,将 会越级跳闸,导致保护失去选择性。按避越第三线圈滤波补偿侧末端发生短路故 障时整定,会导致保护灵敏性不够,将导致事故扩大,这种情况在我公司内已出 现过一次,国内出现过多起。 第三绕组过流保护:与瞬动过流保护的配合较困难,保护的选择性、灵敏性 很难相互平衡。 因此,通过以上分析不难看出:目前整流调压变所配置的保护在保护原理等 方面都存在或多或少的缺陷。 四、调压变差动保护的配置 是什么原因造成电解调压变保护定值难以配合、保护配置困难呢?笔者认为 主要是调压变没装设差动保护。 我们咨询过 SEL 保护公司和 GE 公司,目前所用的整流机组为何都没有装设差 动保护?他们的解释是:整流变压器阀侧绕组为多绕组,大电流,并且有移项, 无法对变压器内部故障实现差动保护。果真如此吗? 整流变由于低压出线套管相数多,电流变化大,安装差动保护确实有难度, 那调压变为什么不可以呢?

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因此,我公司协同南瑞继保公司一道,对调压变如何配置差动保护进行了研 发,并在现场进行了多种状态的测试及模拟试验。测试及试验结果表明,调压变 完全可以装设差动保护。 调压变差动保护主要逻辑图:
稳态高定值比率差动元件动作 差动保护硬压板投入 稳态比率差动保护软压板投入 差动大电流判据 高压侧大电流判据 TA饱和判别元件开放 涌流判别元件开放 中低压大电流闭锁元件开放 1 1 1 1

1 1 & 1 1

&

1

1 1

& 1

稳态比率差动保护跳闸

差流起动元件动作

对各判据的释疑: 稳态高定值比率差动判据:在传统的比率差动曲线的基础上适当抬高比率动 作特性。 差动大电流判据:差流只有超过一个高动作定值,该判据才开放。通过计算 和现场多台整流机组差流测试数据表明,正常运行时,不论有载开关在何档位, 所带负荷为多少,第三线圈投退与否,机组差流均≤Ie,而工程中整定值为 2Ie。 哪怕是变压器内部微小故障,反映出的差流一定大于 2Ie,确保了保护有足够的灵 敏度。 高压侧大电流判据:高压侧调整后电流需要超过定值,该判据开放,工程定值 为 2Ie。该判据确保故障点在电流互感器后才启动。 TA 饱和判别元件:利用谐波含量对 ct 饱和进行识别。 涌流判别开放元件:谐波判别和波形识别判据,用来识别励磁涌流。 中、低压侧大电流闭锁元件:当中低压侧电流过大时闭锁差动保护。工程值

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取 1.2Ie,防止了低压侧区外故障导致差动保护误动,保证有选择性地动作。 差流起动元件:适当提高起动值的差流起动元件。 五、调压变差动保护的应用 按照以上原则配置好差动保护,再辅佐以常规变压器的瓦斯保护、速断保护、 限时过流保护、复压闭锁过流保护、零序保护、负序保护等,能使变压器在任何 状态下的所有故障都能可靠、快速切除,并且保护定值非常容易整定,灵敏性高, 选择性强。 因此,我公司对原 SEL 系列保护全部进行了改造,加装了一套专为调压变开 发的南瑞继保公司产品。从投运半年多的情况表明,保护装置未出现过一起越级 跳闸、拒跳、误跳等不良现象。 六、结论 大容量整流电源的保护是保证整流机组正常运行的重要措施,需要我们广大 用户在实际使用过程中,根据实际使用的效果,不断总结经验、教训,不断完善、 发展;也需要国内众多专业保护生产厂家积极参与、研发,才可能使整流电源保 护真正具有可靠性、快速性、灵敏性、选择性的基本要求,切实起到保护整流电 源的作用,使安全、平稳供电得到有效、可靠保证。 作者简介:郭奇峰 男 1995 年毕业于北京航空航天大学,电气工程师。现

任四川其亚铝业集团公司电气总工程师。 参考文献 《南瑞继保成套说明书》 《220-500kV 电网继电保护装置运行整定规程》

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