CN104065038A - 大功率整流变压器组差动保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及整流变压器组差动保护及继电保护配置，尤其是一种大功率整流变压器组差动保护方法。其特点是，包括如下步骤：第一步：将一次侧、三次侧电压电流、二次侧即整流变网侧电流信号接入采集器中转换成FT3格式电流电压信号，接入数字化合并器；第二步：将各侧FT3格式电压电流信号进行多路合并，并且转换为9-2报文，同时将采集器输入的电流、电压信息经同步处理后经光纤发送给调压变压器保护装置；第三步：调压变压器保护装置接收来自数字化合并器的各侧电流信号，计算差动电流，实现相关计算和判断。本发明保护方法完善了整流变压器组继电保护配置，从而进一步提高保护装置对整流变压器区内外故障和整流机组故障的识别能力。

Description

大功率整流变压器组差动保护方法

技术领域

本发明涉及整流变压器组差动保护及继电保护配置，尤其是一种大功率整流变压器组差动保护方法。

背景技术

在冶金、电化学企业，生产中一般采用大功率整流装置供电。即将35-500kV电压等级的高压交流进线，经调压变压器－整流变压器组降压调压，通过硅整流装置供给生产系统电压可调、电流达数百千安的直流。每套整流机组由1套调压变压器、2套整流变压器、整流设备及相应的辅助设备构成。

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，整流系统的继电保护的配置的不完善直接影响电网系统的稳定运行。

大容量整流电源在冶金行业，特别在铝电解行业具有举足轻重的地位，其正常运行直接关系到整个生产系列的安全稳定，一个年产15万吨的电解系列，停电5个小时其损失可达几千万元，因此，要采取一切可能的措施保证整流电源的正常运行，完善、可靠的保护设置可以及早发现机组异常情况，及时切除故障，防止事故扩大，对保证系统安全运行具有重要意义。

因整流变压器不同于一般的电力变压器，其继电保护的配置要满足整流机组对继电保护的特殊要求，且由于整流变压器阀侧为多绕组、大电流，无法安装常规电流互感器，测量非常困难，对整流变压器差动保护的配置造成了困难，因此目前整流变压器未设置差动保护，仅由瓦斯保护作为变压器内部故障的主保护，同时设置两套过电流保护，第一套电流保护的电流互感器装设在调压变压器电源侧，保护瞬时动作于机组断路器跳闸。第二套电流保护的电流互感器装设于调压变压器二次侧即整流变压器一次侧，并安装在变压器油箱内，保护延时或瞬时动作于机组断路器跳闸。对于在第三绕组进行无功补偿及滤波的配置形式，还需设置无功补偿及滤波装置（以下简称滤波装置）的继电保护，电流互感器装于第三绕组出线侧，并安装于变压器油箱内。并且，以上过流保护的定值难于整定，出现过越级跳闸的情况，影响电网系统的稳定运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种大功率整流变压器组差动保护方法，能够完善整流变压器组的继电保护配置，并且提高整流变压器保护的快速性。

一种大功率整流变压器组差动保护方法，其特别之处在于，包括如下步骤：

首先将整流变压器组分为一个调压变间隔、两个整流变压器间隔来配置保护装置，其中调压变间隔保护装置接入调压变压器调压档位控制器的调压信号、一次侧电压电流信号、三次侧电压电流信号、调压变二次侧电流信号，而整流变间隔保护装置接入整流变压器网侧电流、阀侧电流；

第一步：将一次侧、三次侧电压电流、二次侧即整流变网侧电流信号接入采集器中转换成FT3格式电流电压信号，再经光纤接入数字化合并器；

第二步：数字化合并器将各侧FT3格式电压电流信号进行多路合并，并且转换为9-2报文，同时将采集器输入的电流、电压信息经同步处理后经光纤发送给调压变压器保护装置；当前调压变压器运行档位信息由档位控制器经码值转换后接入调压变压器保护装置；

第三步：调压变压器保护装置接收来自数字化合并器的各侧电流信号，计算差动电流，实现调压变压器差动保护及后备保护相关计算和判断。

具体包括如下步骤：

第一步：在整流变压器阀侧出线铜排安装电子式电流互感器采集整流变压器阀侧电流；

第二步：将采集到的阀侧电流及整流变压器网侧电流经屏蔽电缆接入采集器，将电信号转换成FT3格式电流电压信号，再经光纤接入数字化合并器；

第三步：数字化合并器将各侧FT3格式电压电流信号进行多路合并，并且转换为9-2报文，同时将采集器输入的电流、电压信息经同步处理后经光纤发送给整流变压器保护装置；

第四步：将整流变压器各侧电流信号接入整流变压器保护装置，计算差动电流，实现整流变压器差动保护及后备保护相关计算和判断。

其中调压变压器保护装置接入一次侧、网侧、三次侧电压电流信号，从而实现调压变压器三侧差动及一次侧、三次侧后备保护，而整流变压器保护装置接入网侧即调压变二次侧、整流变压器阀侧电流信号，实现整流变压器两侧差动保护。

其中调压变保护装置接入调压变档位信息，计算出电压实时随着档位调节而改变差动保护用平衡系数，从而保证调压变差动电流计算的正确性，具体是：

第一步：计算网侧各相绕组电压及B、C相相对A相平衡系数：

整流变压器网侧当前A相电压为：Ua=（Umax-Umin）*(N-Xa)/（N-1）+Umin,整流变压器网侧当前B相电压为：Ub=（Umax-Umin）*(N-Xb)/（N-1）+Umin,整流变压器网侧当前C相电压为：Uc=（Umax-Umin）*(N-Xc)/（N-1）+Umin；整流变压器网侧B、C相相对A相平衡系数分别为：Ub/Ua、Uc/Ua；整流变压器网侧最低电压为Umin，最高电压为Umax；调压总档位为N；Xa为A相档位，Xb为B相档位，Xc为C相档位，Ua为整流变压器网侧A相绕组当前工作电压，Ub为整流变压器网侧A相绕组当前工作电压，Uc为整流变压器网侧A相绕组当前工作电压；

第二步：计算各侧额定电流及网侧A相平衡系数：

按公式计算出的一次侧二次额定电流I_e，其中S_n、U_n、n_TA是系统参数中的“变压器铭牌额定容量”和“一次侧一次额定线电压”及“一次侧TA变比”；

按公式I_A=S_n/(3*U_x*n_TA)计算出整流变网侧A相二次额定相电流I_A，其中，S_n、n_TA、U_x是系统参数中的“整流变压器铭牌额定容量”和“网侧TA变比”及计算所得网侧A相绕组电压；

可得网侧A相差动保护平衡系数为：k_phA=I_e/I_A；

第三步计算网侧各相平衡系数：

网侧A相差动保护平衡系数为：k_phA=I_e/I_A；

网侧B相差动保护平衡系数为：k_phB=k_phA*(U_b/U_a)；

网侧C相差动保护平衡系数为：k_phC=k_phA*(U_c/U_a)。

其中整流变压器采用移相算法对电流进行相位补偿，从而适应不同移相角的整流变压器：

将整流变压器的接线方式分为三种，Y(移)/Δ-11、Δ(移)/Δ-10、Y(移)/Y-12；

其中“Y(移)/Δ-11整流变压器纵差保护TA二次电流转角方案：网侧TA不转角，阀侧TA转角；

导前于同名相的相角为30°-α=22.5°，α=+7.5°；不转角，将向后转30°-α=22.5°，得式

——“Y(移)/Δ”整流变压器阀侧TA二次侧三相电流即转角前电流；

——参与差流计算的三相电流即转角后电流；

其中“Δ(移)/Δ-10”整流变压器纵差保护，TA二次电流转角方案，网侧TA不转角，阀侧TA转角；

导前于的相角差为60°-α，得：

——Δ(移)/Δ整流变阀侧TA二次侧三相电流即转角前电流；

——参与差流计算的三相电流即转角后电流；

α——整流变压器移相角度；

其中“Y(移)/Y-12整流变压器纵差保护TA二次电流转角方案：网侧TA不转角，阀侧TA转角；

式中后移α为正，前移α为负。

本发明保护方法的有益效果是：完善了整流变压器组继电保护配置，从而进一步提高保护装置对整流变压器区内外故障和整流机组故障的识别能力，保证整流变压器安全稳定运行，降低电解铝企业一次电气设备的损失，带来直接经济效益，并提高安全生产及提高电网的稳定运行。本发明公开了大功率整流变压器组差动保护方法，包括整流变压器阀侧电流采集用电子式电流传感头及数字化采集设备、网侧电流数字化采集设备、合并器、数字化调压变差动保护装置和数字化整流变压器差动保护装置。解决了整流变压器阀侧大电流测量及不能实现整流变压器差动保护的难题，完善整流变压器继电保护配置，提高整流变压器设备的保护水平，结束整流变没有配置差动保护，沿用普通电力变压器继电保护的时代。

附图说明

图1是整流变压器阀侧引线铜排排列方式及异形电子式电流互感器传感头安装示意图；

图2是本发明整流机组间隔划分示意图；

图3是本发明调压变压器、整流变压器保护装置接入示意图；

图4是“Y(移)/Δ”整流变压器移相示意图；

图5是“Δ(移)/Δ”整流变压器移相示意图。

具体实施方式

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案实施：

如图1、2、3所示，一种大功率整流变压器组差动保护系统及其保护方法，包括整流变压器阀侧大电流采集用基于罗氏线圈原理的电子式电流互感器和数字化电流采集设备、一次侧电流和网侧电流数字化电流采集设备、合并器、实时调整各侧平衡系数的调压变压器差动保护装置及能适应不同移相角度的数字化整流变压器差动保护装置及软件系统。

1、所述的整流变压器阀侧电流采集采用穿心式、矩形结构基于罗氏线圈原理的传感头安装在变压器阀侧引线铜排上。根据整流变压器每相引线铜排个数，确定使用传感头数量。在每相阀侧引线铜排的同名端安装矩形结构的基于罗氏线圈测量原理的传感头。如图2所示。

2、所述的一次侧、网侧就地安装的采集器把一次侧和网侧常规电压、电流互感器采集电压、电流经屏蔽电缆接入，转换成FT3格式电流、电压信号经光纤接入合并器。整流变压器阀侧电流经电子式电流互感器采集经屏蔽接入到就地安装的信号调理及采集装置，转换成FT3格式后经光纤接入合并器。

3、所述的大功率整流变压器差动保护系统采用数字化合并器接收一次侧、网侧、阀侧数字化采集器传来FT3格式电流、电压信号，经同步处理，多路信号合并后转换为9-2报文，最后通过光纤发送给调压变、整流变压器保护装置；

4、所述的调压变压器保护装置接入一次侧、网侧、三次侧电压、电流信号，实现调压变压器三侧差动及一次侧、三次侧后备保护配置。整流变压器装置接入网侧、阀侧电流信号，实现整流变压器两侧差动保护。如图3所示。

调压变压器保护装置配置基于虚拟制动原理的比率差动保护、差流速断保护、增量差动等主保护，一次侧过流保护、间隙保护、过负荷等后备保护，三次侧配置过流保护、限时速断保护、零序过电压等后备保护。

整流变压器保护装置配置基于虚拟制动原理的比率差动保护、差流速断保护、增量差动等主保护，整流变网侧配置限时速断保护、过负荷保护等后备保护。

5、所述的调压变压器保护装置接入调压变档位信息，根据当前运行档位实时计算出整流变压器网侧(调压变二次侧)电压及对应各侧平衡系数，保证调压变压器差动电流计算的正确性。

第一步计算网侧各相绕组电压及B、C相相对A相平衡系数：

整流变压器网侧当前A相电压为：Ua=（Umax-Umin）*(N-Xa)/（N-1）+Umin,

整流变压器网侧当前B相电压为：Ub=（Umax-Umin）*(N-Xb)/（N-1）+Umin,

整流变压器网侧当前C相电压为：Uc=（Umax-Umin）*(N-Xc)/（N-1）+Umin；

整流变压器网侧B、C相相对A相平衡系数分别为：Ub/Ua、Uc/Ua；整流变压器网侧最低电压为Umin，最高电压为Umax；调压总档位为N；Xa为A相档位，Xb为B相档位，Xc为C相档位，Ua为整流变压器网侧A相绕组当前工作电压，Ub为整流变压器网侧A相绕组当前工作电压，Uc为整流变压器网侧A相绕组当前工作电压；

第二步计算各侧额定电流及网侧A相平衡系数：

按公式计算出的一次侧二次额定电流。

其中S_n、U_n、n_TA是调压变压器设备参数中的“变压器铭牌额定容量”和“一次侧一次额定线电压”及“一次侧TA变比”

按公式I_A=S_n/(3*U_x*n_TA)计算出整流变网侧A相二次额定相电流。

其中，S_n、n_TA、U_x是系统参数中的“整流变压器铭牌额定容量”和“网侧TA变比”及计算所得网侧A相绕组电压。

可得网侧A相差动保护平衡系数为：k_phA=I_e/I_A。

第三步计算网侧各相平衡系数：

网侧A相差动保护平衡系数为：k_phA=I_e/I_A

网侧B相差动保护平衡系数为：k_phB=k_phA*(U_b/U_a)

网侧C相差动保护平衡系数为：k_phC=k_phA*(U_c/U_a)

6、所述的整流变压器差动保护装置采用特有的移相算法对电流进行相位补偿，适应不同移相角的整流变压器。

如图4、5所示，大型冶炼企业常用的整流变压器的接线方式有三种：Y(移)/Δ-11、Δ(移)/Δ-10、Y(移)/Y-12。

“Y(移)/Δ-11整流变压器纵差保护TA二次电流转角方案：网侧TA不转角，阀侧TA转角。

见图4，导前于同名相的相角为30°-α=22.5°，α=+7.5°；不转角，将向后转30°-α=22.5°，得式（3）。

——“Y(移)/Δ”整流变压器阀侧TA二次侧三相电流（转角前电流）；

——参与差流计算的三相电流（转角后电流）；

“Δ(移)/Δ-10”整流变压器纵差保护，TA二次电流转角方案，网侧TA不转角，阀侧TA转角。

见图5，导前于的相角差为60°-α，得：

——Δ(移)/Δ整流变阀侧TA二次侧三相电流（转角前电流）；

——参与差流计算的三相电流（转角后电流）；

“Y(移)/Y-12整流变压器纵差保护TA二次电流转角方案：网侧TA不转角，阀侧TA转角。

式中后移α为正，前移α为负。

Claims (5)

1.一种大功率整流变压器组差动保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

首先将整流变压器组分为一个调压变间隔、两个整流变压器间隔来配置保护装置，其中调压变间隔保护装置接入调压变压器调压档位控制器的调压信号、一次侧电压电流信号、三次侧电压电流信号、调压变二次侧电流信号，而整流变间隔保护装置接入整流变压器网侧电流、阀侧电流；

第一步：将一次侧、三次侧电压电流、二次侧即整流变网侧电流信号接入采集器中转换成FT3格式电流电压信号，再经光纤接入数字化合并器；

第二步：数字化合并器将各侧FT3格式电压电流信号进行多路合并，并且转换为9-2报文，同时将采集器输入的电流、电压信息经同步处理后经光纤发送给调压变压器保护装置；当前调压变压器运行档位信息由档位控制器经码值转换后接入调压变压器保护装置；

第三步：调压变压器保护装置接收来自数字化合并器的各侧电流信号，计算差动电流，实现调压变压器差动保护及后备保护相关计算和判断。

2.如权利要求1所述的大功率整流变压器组差动保护方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

第一步：在整流变压器阀侧出线铜排安装电子式电流互感器采集整流变压器阀侧电流；

第二步：将采集到的阀侧电流及整流变压器网侧电流经屏蔽电缆接入采集器，将电信号转换成FT3格式电流电压信号，再经光纤接入数字化合并器；

第三步：数字化合并器将各侧FT3格式电压电流信号进行多路合并，并且转换为9-2报文，同时将采集器输入的电流、电压信息经同步处理后经光纤发送给整流变压器保护装置；

第四步：将整流变压器各侧电流信号接入整流变压器保护装置，计算差动电流，实现整流变压器差动保护及后备保护相关计算和判断。

3.如权利要求1所述的大功率整流变压器组差动保护方法，其特征在于：其中调压变压器保护装置接入一次侧、网侧、三次侧电压电流信号，从而实现调压变压器三侧差动及一次侧、三次侧后备保护，而整流变压器保护装置接入网侧即调压变二次侧、整流变压器阀侧电流信号，实现整流变压器两侧差动保护。

4.如权利要求1所述的大功率整流变压器组差动保护方法，其特征在于：其中调压变保护装置接入调压变档位信息，计算出电压实时随着档位调节而改变差动保护用平衡系数，从而保证调压变差动电流计算的正确性，具体是：

第一步：计算网侧各相绕组电压及B、C相相对A相平衡系数：

整流变压器网侧当前A相电压为：Ua=（Umax-Umin）*(N-Xa)/（N-1）+Umin,整流变压器网侧当前B相电压为：Ub=（Umax-Umin）*(N-Xb)/（N-1）+Umin,整流变压器网侧当前C相电压为：Uc=（Umax-Umin）*(N-Xc)/（N-1）+Umin；整流变压器网侧B、C相相对A相平衡系数分别为：Ub/Ua、Uc/Ua；整流变压器网侧最低电压为Umin，最高电压为Umax；调压总档位为N；Xa为A相档位，Xb为B相档位，Xc为C相档位，Ua为整流变压器网侧A相绕组当前工作电压，Ub为整流变压器网侧A相绕组当前工作电压，Uc为整流变压器网侧A相绕组当前工作电压；

第二步：计算各侧额定电流及网侧A相平衡系数：

按公式计算出的一次侧二次额定电流I_e，其中S_n、U_n、n_TA是系统参数中的“变压器铭牌额定容量”和“一次侧一次额定线电压”及“一次侧TA变比”；

按公式I_A=S_n/(3*U_x*n_TA)计算出整流变网侧A相二次额定相电流I_A，其中，S_n、n_TA、U_x是系统参数中的“整流变压器铭牌额定容量”和“网侧TA变比”及计算所得网侧A相绕组电压；

可得网侧A相差动保护平衡系数为：k_phA=I_e/I_A；

第三步计算网侧各相平衡系数：

网侧A相差动保护平衡系数为：k_phA=I_e/I_A；

网侧B相差动保护平衡系数为：k_phB=k_phA*(U_b/U_a)；

网侧C相差动保护平衡系数为：k_phC=k_phA*(U_c/U_a)。

5.如权利要求2所述的大功率整流变压器组差动保护方法，其特征在于：其中整流变压器采用移相算法对电流进行相位补偿，从而适应不同移相角的整流变压器：

将整流变压器的接线方式分为三种，Y(移)/Δ-11、Δ(移)/Δ-10、Y(移)/Y-12；

其中“Y(移)/Δ-11整流变压器纵差保护TA二次电流转角方案：网侧TA不转角，阀侧TA转角；

导前于同名相的相角为30°-α=22.5°，α=+7.5°；不转角，将向后转30°-α=22.5°，得式

“Y(移)/Δ”整流变压器阀侧TA二次侧三相电流即转角前电流；

——参与差流计算的三相电流即转角后电流；

其中“Δ(移)/Δ-10”整流变压器纵差保护，TA二次电流转角方案，网侧TA不转角，阀侧TA转角；

导前于的相角差为60°-α，得：

——Δ(移)/Δ整流变阀侧TA二次侧三相电流即转角前电流；

——参与差流计算的三相电流即转角后电流；

α——整流变压器移相角度；

其中“Y(移)/Y-12整流变压器纵差保护TA二次电流转角方案：网侧TA不转角，阀侧TA转角；

式中后移α为正，前移α为负。