電力系統并聯電抗器|電容器|SVC|STATCOM繼電保護

摘要:該文章介紹了適用于電力系統中并聯電抗器和電容器以及靜態無功補償器(SVC)和靜態補償器(STATCOM)的保護措施。...

連接和所需的保護

干式和油浸式電抗器通常使用過電流,負序,差分百分比或阻抗繼電器,具體取決于某些特定應用。另一方面,電容器的主要保護取決于其在站內的安裝功能。
電容器過壓保護由制造商提供的保險絲提供。SVC和STATCOM在連接到電源系統時作為控制感性和容性無功缺陷的一種手段而越來越受歡迎。
該保護是電抗器和電容器所需的保護以及與SVC和STATCOM設計相關的特殊要求的結合。
注:本文章還介紹了所需的可能的保護方案。重要的是要注意,SVC和STATCOM保護是涉及站設計,常規設備保護和設備設計細節的復雜組合。但是,與制造商的協調是必不可少的。
目錄:
1.      并聯電抗器保護
    1. 1     干式反應器
    1. 2    油浸式反應堆
2.      并聯電容器組保護
3.      靜態無功補償器保護
    3.1      變壓器保護
    3.2      總線保護
    3.3      典型的保護方案
4.      靜態補償器(STATCOM)

1.并聯電抗器保護

電抗器以串聯或并聯方式連接到電力系統中。串聯電抗器用于修改系統電抗,主要是為了減少可用的短路電流。并聯電抗器用于通過補償傳輸線電容來修改系統電壓。
通常,電抗器的保護與變壓器的保護非常相似。
注:在考慮對并聯電抗器進行保護時,涉及兩種配置:第一種是干式的,連接不接地的W型并連接到電力變壓器的第三級。第二種配置是油浸式,星形連接的,其中一個牢固接地或阻抗接地的中性點連接至傳輸系統。
對于兩種類型的反應堆構造,還有兩個因素會影響保護效果。
1.      單相反應器,即每個相都在其自己的槽中。這些通常應用于超高壓輸電線路。盡管在母線和套管中可能會發生這種故障,但在電抗器外殼內不可能有相間故障。
2.      三相電抗器,所有三個繞組都位于同一儲罐中。這些主要是在較低的電壓下施加的。

1.1干式電抗器

干式電抗器遇到的故障如下。
   1.1.1  三級總線上的相間故障,導致高幅相電流。這些故障很少見,因為反應堆的各相之間物理上相距相當遠。
   1.1.2  根據接地變壓器和電阻的大小,第三總線上的相接地故障會導致低幅度的故障電流。由于電抗器安裝在絕緣體或具有標準間隙的支架上,因此這些故障也很少發生。
   1.1.3  電抗器組內的匝間故障,導致相電流的很小變化。繞組絕緣故障可能由于絕緣惡化而開始跟蹤,最終會涉及整個繞組。
結果是相間故障,使無故障相中的電流增加到正常相電流的MAX3倍。
干式電抗器的故障保護是通過連接的過電流繼電器和差動繼電器實現的。該保護與發電機和變壓器的過電流和差動繼電器相同。
注:過流繼電器必須設置為高于電抗器正常負載電流。如果接地阻抗足夠低,它們可以檢測相間故障和相對地故障;如果涉及足夠的匝數以產生足夠高的故障電流,則它們可以檢測匝間故障。
由于相間故障和相接地故障也會產生負序電流,因此可以使用與過流繼電器連接的負序繼電器。負序不考慮負載,但是必須有足夠的電流來操作繼電器。
差動繼電器可以提供靈敏的保護,但它們不會遇到匝間故障,因為進入電抗器的電流短匝等于離開電抗器的電流。通常不使用瞬時繼電器,因為會產生足夠電流以操作瞬時繼電器的唯一故障位置是在電抗器的相端或母線或套管中。
這些故障位置通常由總線差動繼電器保護。

圖片來源:雷神電氣

1.2油浸式反應堆

油浸式反應堆遇到的故障如下:
故障1–導致相電流幅度發生較大變化的故障,例如套管故障,絕緣故障等。由于繞組與鐵心和儲能箱的距離太近,可能會發生相接地故障,其幅度為取決于故障相對于反應堆襯套的位置。
故障2 – 電抗器繞組內的匝間故障,導致相電流大小的微小變化。
故障3–各種其他故障,例如油損失或冷卻。
注:對于產生大量相電流的故障,繼電保護通常是過電流,差動和距離繼電的組合。這些保護方案中的每一個都有局限性。必須將過電流繼電器設置為高于正常負載電流,并且差分繼電器無法檢測到匝間故障。
阻抗繼電器可以檢測短路,因為在這種情況下并聯電抗器的60 Hz阻抗已大大降低。
通過壓力,溫度或流量裝置來防止涉及油系統的低水平故障或機械故障。
并聯電抗器保護的主要困難之一是在給鐵芯通電或斷電時繼電器會誤動作。在這些時間段內,具有長時間常數的直流偏移和電抗器通電電流的低頻分量會引起大多數問題。
如果出現此問題,建議使用高阻抗差分繼電器而不是低阻抗繼電器。

2.并聯電容器組保護

電容器也可以串聯或并聯安裝在電力系統中。出于穩定性或潮流考慮,串聯電容器主要用于修改傳輸線電抗。保護固定或開關并聯電容器組需要了解電容器和相關開關設備的功能和局限性。
電容器組保護設備必須防范各種情況:
條件1 –  總線和電容器組之間的故障導致的過電流。提供的保護是應用于斷路器的常規過電流繼電器,該斷路器為電容器組供電。
條件2 –  系統浪涌電壓。提供的保護是常規電涌放電器和火花隙。
條件3 –  由于單個電容器單元故障而導致的過電流。制造商提供必要的保險絲,以防止內部單元發生故障。保險絲應能夠連續承載125-135%的額定電容器電流。
條件4 –  電容器單元連續過電壓。
高壓電容器組的一般布置電容器組由提供所需電流能力的并聯單元和提供所需電容額定值的串聯單元組成。
由于一個或多個單元的損耗,通常通過單元保險絲的操作會在各個電容器單元之間施加過電壓。
過電壓是串聯部分阻抗增加的結果,故障單元已從該串聯部分中移除。隨著單元的移除,該部分的阻抗增加。但是,由于有許多串聯的部分,因此在一個部分中增加阻抗的效果不會以相同的相對比例減小相電流。
流經阻抗顯著增加的電流略微減小的結果導致該部分中其余單元上出現更高的電壓。

3.靜態無功補償器保護

靜態無功補償器(SVC)是通過調節其電納來補償無功功率缺陷的設備,可控制其與電力系統的連接點處的電壓。SVC的基本電抗組件是并聯電抗器和并聯電容器。
電抗器控制是晶閘管控制的或晶閘管開關的。電容器是固定的或晶閘管開關的。
隨著負載的變化,系統阻抗將發生可變的壓降。該阻抗主要是電抗性。假設發電機電壓保持恒定,則負載母線上的電壓將變化。電壓是負載電流的無功分量以及系統和變壓器電抗的函數。
SVC可以補償負載變化引起的壓降,并通過控制每個周期中晶閘管的選通來保持恒定電壓。使用固定電容器和可變電抗器,可以向總線提供超前或滯后電流,這將糾正電壓的下降或上升。
注:SVC的保護方案由多個區域組成。在某些情況下,區域中的故障應關閉整個SVC系統。在其他情況下,可以協調中繼,以便僅清除故障區域,并且SVC只能以有限的能力運行。
有時,這些保護功能可以作為制造商提供的集成保護系統的一部分提供,也可以由用戶提供。無論哪種情況,都必須在制造商和用戶之間協調設置。

3.1變壓器保護

差動繼電器,相和地過電流繼電器,氣壓,低油位和溫度繼電器均已按照標準變壓器保護實踐得到了有效應用。
變壓器指南應適用于SVC中的變壓器。變壓器繞組的連接方式決定了繼電器的類型及其連接方式。

3.2總線保護

缺相保護
常規差動或時間過電流繼電器均適用。時間過流繼電器通常用于后備保護。對于某些安裝,SVC總線包含在變壓器差分繼電器的保護區域中。
接地故障保護
提供給SVC總線的電壓可以通過主變壓器中的電阻或阻抗或通過接地變壓器接地,也可以不接地。接地變壓器的尺寸應使接地故障電流受到限制,以減少損壞,但又足夠大,可以有選擇地操作接地繼電器。
另外,SVC低壓母線上的接地故障電流應限制在500–1500 A,以防止晶閘管閥損壞。

3.3典型保護方案

典型的保護方案如下:
   3.3.1     連接到CT的時間過電流繼電器可測量主變壓器或接地變壓器中的零序電流。
   3.3.2     跨過電壓互感器的delta次級繞組連接的時間過電壓繼電器。接地故障可能在低壓母線或其任何分支中的任何地方。 
過壓保護
在大多數安裝中,都提供了與總線電壓互感器相連的繼電器,以保護整個SVC系統免受過電壓的影響。SVC中的電容器易受過壓影響,因此會確定繼電器設置。
反應堆分支保護
晶閘管控制或晶閘管切換的電抗器通常被認為是一個獨立的微分區,并與之配合。使用常規電抗器差動和過流繼電器。在許多設計中,電抗器分支通過相對較慢的電動機操作的隔離開關連接到SVC總線。
然后,中繼將使SVC主斷路器跳閘,然后將故障元件移除,并將SVC安裝的其余部分恢復使用。
電容器分支保護
常規的過電壓和不平衡保護適用。
過濾器保護
SVC元件的開關會將諧波引入電源系統。根據特定的設計,制造商必須提供必要的過濾器,并應提供或建議所需的保護。
產生的諧波電壓的大小取決于SVC的類型,SVC配置,系統阻抗和切換的電抗量。
注:在TSC分支中,與電容器串聯的空心電抗器限制了開關產生的浪涌電流的變化率。該系列組合還提供了調諧到特定諧波次數的頻率濾波。在TSR分支中,通過三角形或星形Y型不接地連接消除了三次諧波電流(3、9、15等)。
通過TCR晶閘管的對稱選通可以消除偶次諧波。
晶閘管保護
該保護通常作為晶閘管控制系統的一部分提供。提供了針對過電壓,過電流,溫度以及冷卻液流量和傳導性(如果適用)的典型保護。

4.靜態補償器(STATCOM)

靜態補償器(STATCOM)提供從滯后到超前的可變無功功率,但沒有用于產生var的電感器或電容器。這可以通過調節轉換器的端電壓來實現。
注:STATCOM由使用柵極關斷晶閘管的電壓源逆變器組成,該柵極關斷晶閘管產生與傳輸電壓同相的交流電壓源,并通過串聯電感連接到線路。如果電壓源的端子電壓高于總線電壓,則STATCOM會生成超前無功功率。如果電壓低于母線電壓,STATCOM將產生滯后無功功率。
事實證明,SVC具有較低的設備成本和較低的損耗。STATCOM已用于需要考慮土地限制,可聽噪聲或視覺沖擊的傳輸中。
STATCOM既可以提供無功功率吸收能力,又可以提供生產能力,而SVC則需要電容器的各個分支來產生無功功率,而電抗器則需要吸收無功功率。

本文編輯:雷神電氣

 

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