CN104377651A - 一种大功率整流变压器及阀柜交、直流差动保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大功率整流变压器及阀柜交、直流差动保护方法，包括整流变压器网侧电流数字化采集设备、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、直流侧直流互感器及数字化采集设备、合并器、数字化整流变压器差动保护装置。本发明提供一种实现整流变压器交直流差动方法，解决了不能实现整流变压器及整流阀柜整体差动保护的难题，完善整流变压器及阀柜继电保护配置，提高整流变压器设备的保护水平。

Description

一种大功率整流变压器及阀柜交、直流差动保护方法

技术领域

本发明涉及整流变压器及阀柜交直流差动保护，属于电力系统继电保护领域。

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调压变压器、2整流变压器、整流设备及相应的辅助设备构成。

整流变压器及整流阀柜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。

在整流柜内发生弧光短路时，极易造成整个直流系统的正、负母线之间短路，此时所有整流机组均向故障点供电，巨大的短路电流可能造成母线、直流刀开关等有关设备的严重变形，多个快熔、整流元件烧毁，大量的热能集中释放则引起爆炸、着火、烟雾等，给恢复送电造成严重困难。整流变电站作为终端变电站，整流变压器不存在与下级保护的配合问题，并且随着电网短路容量的不断增大，整流变压器自身容量的极大增加，整流变压器阀侧出线和整流柜内短路所造成的破坏极大，对保护的速动性要求越来越高，一旦出现直流母线短路，必须在最短的时间内将故障切除，因此变压器的保护应延伸至直流母线，并应无延时动作于机组高压断路器跳闸。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种大功率整流变压器及阀柜交直流差动保护系统及其保护方法，以及对整流变压器及阀柜继电保护配置完善，提高整流变压器及阀柜保护快速性。

本发明为达到上述目的，采用如下技术方案实施：

一种大功率整流变压器及阀柜交、直流差动保护方法，整流变压器阀侧包括至少两组三相整流器，交流差动保护方法与直流差动保护方法均配置阀直流侧电流(8TA、7TA、6TA、5TA)，而交流保护配置整流变压器网侧电流(TA)，直流保护配置整流变压器阀侧电流。

整流变压器阀侧设两组三相整流器时，整流变压器及阀柜保护装置接入阀侧A、B、C三相12个通道电流，按照如下公式合成阀侧A、B、C三相电流：

${\stackrel{\·}{I}}_a=({\stackrel{\·}{A}}_{11}+{\stackrel{\·}{A}}_{41})-({\stackrel{\·}{A}}_{12}+{\stackrel{\·}{A}}_{42})$

${\stackrel{\·}{I}}_b=({\stackrel{\·}{B}}_{31}+{\stackrel{\·}{B}}_{61})-({\stackrel{\·}{B}}_{32}+{\stackrel{\·}{B}}_{62})$

${\stackrel{\·}{I}}_c=({\stackrel{\·}{C}}_{51}+{\stackrel{\·}{C}}_{21})-({\stackrel{\·}{C}}_{52}+{\stackrel{\·}{C}}_{22})$

其中

为合成后阀侧A相电流，为合成后阀侧B相电流，为合成后阀侧C相电流；

为阀侧出线A相各个分支电流，为阀侧出线B相各个分支电流，为阀侧出线C相各个分支电流。

整流变压器及阀柜交流差动保护方法算法如下；

I_V*-I_d*＞Ir

其中

I_V＝Max[I_VA、I_VB、I_VC]

I_d＝Min[I_dp、I_dn]

$I_{d*}=\frac{I_d}{I_{\mathrm{de}}}$

$I_{v*}=\frac{I_v}{I_{\mathrm{ve}}}$

Ir为整流变压器及阀柜保护装置可设置的定值也即制动电流

I_VA、I_VB、I_VC——整流变压器网侧A、B、C三相电流的有效值的模值；

I_ve——正常运行时整流变压器网侧额定相电流的有效值的模值；

I_dp、I_dn——阀柜直流侧正极性出线、负极性直流电流的平均值；

I_de——正常运行时阀柜直流侧额定直流电流的平均值。

整流变压器及阀柜交流差动保护方法算法如下；

I_V*-I_d*＞Ir

其中

I_V＝Max[I_VA、I_VB、I_VC]

I_d＝Min[I_dp、I_dn]

$I_{d*}=\frac{I_d}{I_{\mathrm{de}}}$

$I_{v*}=\frac{I_v}{I_{\mathrm{ve}}}$

Ir为整流变压器及阀柜保护装置可设置的定值也即制动电流

I_VA、I_VB、I_VC——整流变压器阀侧A、B、C三相电流的有效值的模值；

I_ve——正常运行时整流变压器阀侧额定相电流的有效值的模值；

I_dp、I_dn——阀柜直流侧正极性出线、负极性直流电流的平均值；

I_de——正常运行时阀柜直流侧额定直流电流的平均值。

本发明的有益效果为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、整流阀柜及直流分支区内外故障和整流机组故障的识别能力，保证整流变压器及其整流阀柜安全稳定运行，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。

附图说明

图1是整流变压器及阀柜交、直流差动保护系统原理图。

图2是整流变压器及阀柜交、直流差动保护配置示意图。

图3是整流变变压器阀侧及直流侧电流采集示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体说明本发明。

如图1为整流变压器及阀柜交、直流差动保护系统原理，整个保护系统包括整流变压器网侧电流数字化电流采集设备、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、阀柜直流侧光学直流互感器及数字化采集设备、数字化合并器、数字化整流变压器及阀柜差动保护装置及软件系统。

数字化整流变压器及阀柜保护装置接入整流变网侧交流电流、阀侧交流电流、阀柜直流侧直流电流，实现整流变压器网侧交流和阀柜直流侧直流交直流差动保护，整流变阀侧交流和阀柜直流侧直流也即整流阀两侧交直流差动保护如图2所示。

整流变网侧交流电流信号接入整流机组就地安装的采集器中转换成FT3格式电流信号经光纤接入数字化合并器。

采用穿心式、矩形结构基于罗氏线圈原理的传感头采集整流变阀侧交流电流，接入整流机组就地安装的采集器中转换成FT3格式电流信号经光纤接入数字化合并器。

采用穿心式结构基于磁光法拉第效应原理的传感头采集整流变阀柜直流侧直流电流，接入整流机组就地安装的采集器中转换成FT3格式电流信号经光纤接入数字化合并器。

数字化合并器将各侧电流FT3格式信号进行多路合并并转换为9-2报文，同时将采集器输入的电流信息经同步处理后经光纤发送给整流变压器及阀柜保护装置。

整流变压器及阀柜保护装置的一个CPU插件接收来自合并器各侧电流信号，计算差动电流，实现整流变及阀柜交、直流差动保护相关计算和判断。

本发明的整流变压器及阀柜交流差动保护方法、整流变压器及阀柜直流差动保护方法，其配置如图2所示，交流保护方法与直流保护方法均配置阀直流侧电流(8TA、7TA、6TA、5TA)，而交流保护配置整流变压器网侧电流(TA)，直流保护配置整流变压器阀侧电流。

如图2中，整流变压器阀侧包括两组三相整流器，作为其他实施方式，也可以设置更多的整流器。

具体的，以两种三相整流器为例，整流变压器及阀柜保护装置接入阀侧A、B、C三相12个通道电流如图3所示，按照如下公式合成阀侧A、B、C三相电流：

${\stackrel{\·}{I}}_a=({\stackrel{\·}{A}}_{11}+{\stackrel{\·}{A}}_{41})-({\stackrel{\·}{A}}_{12}+{\stackrel{\·}{A}}_{42})$

${\stackrel{\·}{I}}_b=({\stackrel{\·}{B}}_{31}+{\stackrel{\·}{B}}_{61})-({\stackrel{\·}{B}}_{32}+{\stackrel{\·}{B}}_{62})$

${\stackrel{\·}{I}}_c=({\stackrel{\·}{C}}_{51}+{\stackrel{\·}{C}}_{21})-({\stackrel{\·}{C}}_{52}+{\stackrel{\·}{C}}_{22})$

其中

为合成后阀侧A相电流，为合成后阀侧B相电流，为合成后阀侧C相电流；

为阀侧出线A相各个分支电流，为阀侧出线B相各个分支电流，为阀侧出线C相各个分支电流。

交(直)流差动算法如下：

I_V*-I_d*＞Ir

其中

I_V＝Max[I_VA、I_VB、I_VC]

I_d＝Min[I_dp、I_dn]

$I_{d*}=\frac{I_d}{I_{\mathrm{de}}}$

$I_{v*}=\frac{I_v}{I_{\mathrm{ve}}}$

Ir为整流变压器及阀柜保护装置可设置的定值也即制动电流

I_VA、I_VB、I_VC——整流变压器网侧(直流保护，则为阀侧)A、B、C三相电流的有效值的模值。

I_ve——正常运行时整流变压器网侧(阀侧)额定相电流的有效值的模值；

I_dp、I_dn——阀柜直流侧正极性出线、负极性直流电流的平均值，即流经6TA一次侧的电流。

I_de——正常运行时阀柜直流侧额定直流电流的平均值。

Claims (4)

1.一种大功率整流变压器及阀柜交、直流差动保护方法，其特征在于：整流变压器阀侧包括至少两组三相整流器，交流差动保护方法与直流差动保护方法均配置阀直流侧电流(8TA、7TA、6TA、5TA)，而交流保护配置整流变压器网侧电流(TA)，直流保护配置整流变压器阀侧电流。

2.根据权利要求1所述的一种大功率整流变压器及阀柜交、直流差动保护方法，其特征在于：整流变压器阀侧设两组三相整流器时，整流变压器及阀柜保护装置接入阀侧A、B、C三相12个通道电流，按照如下公式合成阀侧A、B、C三相电流：

${\stackrel{.}{I}}_a=({\stackrel{.}{A}}_{11}+{\stackrel{.}{A}}_{41})-\left({\stackrel{.}{A}}_{12}{+\stackrel{.}{A}}_{42}\right)$

${\stackrel{.}{I}}_b=({\stackrel{.}{B}}_{31}+{\stackrel{.}{B}}_{61})-\left({\stackrel{.}{B}}_{32}{+\stackrel{.}{B}}_{62}\right)$

${\stackrel{.}{I}}_c=({\stackrel{.}{C}}_{51}+{\stackrel{.}{C}}_{21})-\left({\stackrel{.}{C}}_{52}{+\stackrel{.}{C}}_{22}\right)$

其中

为合成后阀侧A相电流，为合成后阀侧B相电流，为合成后阀侧C相电流；

为阀侧出线A相各个分支电流，为阀侧出线B相各个分支电流，为阀侧出线C相各个分支电流。

3.根据权利要求1所述的一种大功率整流变压器及阀柜交、直流差动保护方法，其特征在于：整流变压器及阀柜交流差动保护方法算法如下；

I_V*-I_d*＞Ir

其中

I_V＝Max[I_VA、I_VB、I_VC]

I_d＝Min[I_dp、I_dn]

$I_{d*}=\frac{I_d}{I_{\mathrm{de}}}$

$I_{v*}=\frac{I_v}{I_{\mathrm{ve}}}$

Ir为整流变压器及阀柜保护装置可设置的定值也即制动电流

I_VA、I_VB、I_VC——整流变压器网侧A、B、C三相电流的有效值的模值；

I_ve——正常运行时整流变压器网侧额定相电流的有效值的模值；

I_dp、I_dn——阀柜直流侧正极性出线、负极性直流电流的平均值；

I_de——正常运行时阀柜直流侧额定直流电流的平均值。

4.根据权利要求1所述的一种大功率整流变压器及阀柜交、直流差动保护方法，其特征在于：整流变压器及阀柜交流差动保护方法算法如下；

I_V*-I_d*＞Ir

其中

I_V＝Max[I_VA、I_VB、I_VC]

I_d＝Min[I_dp、I_dn]

$I_{d*}=\frac{I_d}{I_{\mathrm{de}}}$

$I_{v*}=\frac{I_v}{I_{\mathrm{ve}}}$

Ir为整流变压器及阀柜保护装置可设置的定值也即制动电流

I_VA、I_VB、I_VC——整流变压器阀侧A、B、C三相电流的有效值的模值；

I_ve——正常运行时整流变压器阀侧额定相电流的有效值的模值；

I_dp、I_dn——阀柜直流侧正极性出线、负极性直流电流的平均值；

I_de——正常运行时阀柜直流侧额定直流电流的平均值。