Transformator differential relä RADSJ

Transkript

1 Instruktion 1MRK WSV Ersätter RF December 1998 Allmänt Skydd för 1-fasiga krafttransformatorer 16.5/132 kv Känslighet ca 20 procent av strömtransformatormärkströmmen Fungerar för interna jordfel och kortslutningar Stabiliseringskrets för genomgående felström och inkopplingsströmstöt. Standard funktionstid vid inre fel ca 40 ms Små krav på huvudströmtransformatorer. 50 Hz data: 5P15, 20 VA eller bättre Huvudströmtransformatorernas sekundärkretsar får innehålla andra reläer Ingen begränsning på tillåten genomgående felström Innehållsförteckning 1 Allmänt Funktionsbeskrivning Funktionsinställning Funktionskontroll vid 16 2/3 Hz, inklusive mellanströmtransformatorer och ZF-filtret Kontroll av stabiliseringen Polaritetskontroll på strömtransformatorerna Driftkontroller Rutinprovning vid 15 2/3 Hz (funktionskontroll) varianter...12

2 1MRK WSV Page 2 ABB Network Partner AB

3 1MRK WSV Page 3 Typ, 1-fas, 16 2/3 Hz. Transformator Differential relä. Idrifttagningsinstruktion 1 Allmänt är ett procentstabiliserat differentialrelä för skydd av block-kopplade enfasiga generator-transformator enheter och enfasiga krafttransfor matorer i högspänningsnät. Skyddet fungerar vid kortslutningar och jordfel i direktjordade nät. Relät är en vidareutveckling av samlingsskenedifferentialskyddet RADSS (ref. Info RK E för fullständig beskrivning). I A1 T A 16.5/132 kv T B I B1 SJ Överföringsledn. T C, 1-φ, 16 2/3 Hz Fig. 1 är försett med ett 2:a och 5:e tons filter för arr ge extra stabilisering när krafttransformatorn erhåller stor inkopplingströmstöt, respektive stor magnetiseringström, som följd av förhöjd nätspänning eller förhöjd generatorspänning. Det senare enhålles när t.ex. en hårdbelastad och övermagnetiserad generator får momentant lastfrånslag på grund av bortkopplingar ute i nätet. 2 Funktionsbeskrivning Kretsschema RF visar en typisk uppkoppling av en generator - transformatorenhet. Generatorströmmen I A1 överförs via strömtransformatorn T A och mellanströmstransformatorn T MA till reläts provdon RTXP 18 uttag 3 A. De inkommande och utgående strömmarna skall vara lika under normaldrift, d.v.s. I A3 = I B3 och differentialströmmen I d1 ska vara nära noll. Kretsschema RF visar en typisk uppkoppling av en krafttransformator ansluten till ett 130 kv överföringsnät. Den inkommande reläströmmen I A3 ska här vara ungefär lika med summan av de utgående strömmarna I B3 och I C3.

4 1MRK WSV Page 4 ABB Network Partner AB Vid normaldrift erhålles en stabiliserande spänning U S över motståndet R S. Den effektiva resistansen R SE i stabiliseringskretsen under normaldrift består av hela motståndet R S i parallell med R d3 (via dioden D2 ), t.ex: R SE = R d3. R S /(R d3 + R S ) = 20 x 82/102 = 16,0 ohm Värmeförlust när I A3 = I T3 = I L = I B3 = 0,5 A P S = (0,5) 2. 16,0 = 4,0 W Motstånden R d3 och R S tillåter vardera en maximal kontinuerlig belastning på 50 W. Spänningen U S kan enkelt mätas och kontrolleras genom att koppla en lsvoltmeter till de vita banankontaktsuttagen på RQDA-enhetens framsida, (+) till T12 och (-) till T13. Vid märklast U S = 0,5 x 16,0 = 8,0 V ls Vid inre fel i generatorn eller transformatorn erhålles en obalansström I d1 i differentialkretsen. När I d1 är ungefär 30 ma erhålles funktion av alarmrelät (AR) och indikering av flaggrelät 113:RXSF 1 (se ritn RF sid 2). Denna flaggfunktion är av intresse vid idrifttagning som snabbkontroll av att strömkretsen är korrekt. Under normaldrift kan flaggan komma att falla när lastomkopplingar företas i nätet. Om så önskas kan flaggan blockeras med hjälp av ett bleck eller en tejpbit. När differentialströmmen I d1 ökar kommer också spänningen U d3 att öka proportionellt. När U d3 överstiger U S erhålles en utgående ström I R1 genom dioden D1 och relät d R. Funktionsspänningen: U R1 = U d3 U S 12Vls, kan enkelt mätas över uttagen T11-T12 på RQDA-enheten. Start relät S R är inställt för funktion vid en lägre ström än d R -relät. För att erhålla god säkerhet måste både S R - och d R -reläerna fungera samtidigt för att påverka utlösningsrelät 121: RXMS 1. För säkrare funktion kopplas AR-reläts och S R -reläts kontakter i parallell (gäller ritn sid 2). Utlösningsrelät 121: RXMS 1 tar självhållning via tidrelät 315: RXKF 1, vilket normalt ställs på ca 1 x 0,4 = 0,4 sek. Ritning RF sid 2 visar en likspänningskrets med en utlösningsfördröjning på ca t = 25 ms. Denna fördröjning har införts vid skydd av krafttransformatorer för att ge bättre stabilitet vid stora inkopplingsströmstötar.

5 1MRK WSV Page 5 Det har nämligen visat sig i samband med inkopplingsprov i ett starkt nät att en kortvarig (10-20 ms) oönskat differentialström kan erhållas under första halvperioden. När detta inträffar erhålles gul startflagga. När ett inre fel uppstår i krafttransformatorn erhålles gul startflagga i första halvperioden och ny utlösningsfunktion (röd flagga) i andra halvperioden, efter ca ms. 3 Funktionsinställning s funktion, exklusive Z F -filtret, är oberoende av frekvensen och kan om så önskas kontrolleras vid 50 Hz. d R -reläts funktion bestäms av ekvationen: I d1 = S I T3 + K Ekv. 1 där stabiliseringsgraden S = R S n d R + R d3 S 2 t.ex. S = 82 / (5 x ) = 0, % och reläts funktionskonstant: K= I R1 R d3 + R S + R dr VD n d R + R d3 S 2 n d R + R d3 S 2 t.ex. K= 0, , = 30mA Minsta funktionsström erhålles när all inkommande ström går in i differentialkretsen, d.v.s. I T3 = I d1. Ekvation 1 kan då skrivas I d1 = S (I d1 ) + K vilket ger minsta differentialström för funktion: I d1min = K = = 72mA 1 S 1 0, 58 Differentialkretsens resistans: R dt = n d 2. R d3 +R Md +R A = = 670 ohm Tillåten yttre slingresistans R LX = S 1 S R 058, dt = = 925ohm 042,

6 1MRK WSV Page 6 ABB Network Partner AB Tillåten max slingresistans i strömtransformatorerna T A och T B s sekundärkretsar: R A2 = ( ) 2, R B = n MA ( n MB ) 2 och när mellanströmstransformatorernas omsättning: n MA = n MB = 5/0,5 = 10 erhålles R A2 = R B2 925 = = 9, 2ohm S Stab Den beräknade funktionsspänningen blir: U A3f = 0,072 A x ( ) + 5 x 2 = 73 Volt där 200 ohm är TMd s sekundärresistans, och 5 x 2 är framspänningsfallet i helvågslikriktaren, överfört till primärsidan av T Md. Funktionsspänningen överförd till mellanströmtransformatorernas primärsida blir då: U A2f = U A3f /n MA = 73/10 = 7,3V Strömtransformatorerna T A och T B s mättningsspänningar bör vara 30% högre än funktionsspänningen, säg > 10 V vid 16 2/3 Hz. Vid inre fel med en kortslutningsström motsvarande märkström är felfunktionstiden ca ms, eller ms, beroende på nätspänningens momentanvärde och om den extra tidfördröjningskretsen (25 ms) har inkluderats. Tabell A Inställningar och teoretiska (beräknade) funktionsvärden, exklusive filter och strömtransformator magnetiseringsström. Gäller för frekvens 16 2/3 Hz n d Rd 3 ohm R S 2 ohm K ma R se ohm I d1 min ma R dt ohm U T3 V R LX ohm 0, , , Märk: Standardinställning är S = 0,58, n d = 5 och R d3 = 20 ohm. Nomenklatur: Ref. till bif. ritning

7 1MRK WSV Page 7 S = stabilitetsgrad = I d1 /I T3 nd = Mellanströmtransf. T Md s varvomsättning R dt = Diff. kretsens totala resistans U T3 = Funktionsspänning vid diff. strömmen I d1 min R LX = Max tillåten resistans sedd från reläsidan av mellanströmtransformatorn mot huvudströmtransformatorn. Mellanströmstransformatorerna för omformaraggregaten och krafttransformatorerna beräknas med en omsättning så att inkommande och utgående strömmar är lika. När krafttransformatorn har omkopplare förspänningsreglering förutses denna ligga i mittläget. En obalans på + 5% kan tillåtas när reläet har standard inställning med I A3 = 0,5 A. Mellanströmtransformatorernas omsättningar kan beräknas enligt följande: n A, n B och n c = T A, T B och T C s strömomsättningar t. ex. för omformaraggregaten n A = 1660/5 A eller 2500/5 A n B = 400 /5 A eller 800 / 5 A och för krafttransf. n A = 1200/5 A n B = n C = 150/1 A N K = Krafttransformatorns spänningsoms. t. ex. N K = 16,6 kv/4 kv = 4,15 N K = 17,5 kv/5,2 kv = 3,365 N K = 132 kv/16,5 = 8 För omformaraggregaten gäller följande: Den inkommande nominella strömmen väljs så att I A3 = 0,5 A Den totala strömomsättningen blir då: N TO = = , eller N TO = = , och n MA = 5/0,5 A Reläströmmen I B2 beräknas enl. följande: I B2 = I A NK n B t.ex. I B2 eller I B = 5A = = 4, 64A och eftersom I B3 = I A3 = 0,5 A blir omsättningen: n MB = 5/0,5 A eller 4,64/0,5 A En standard omkopplingsbar mellanströmtransformator kan då väljas: SLCE 12, 4,64-5/0,5 A, /800 varv.

8 1MRK WSV Page 8 ABB Network Partner AB För krafttransformatorerna gäller följande: Mellanströmtransformatorn T MA väljs omkopplingsbar med en sekundär märkström I A3 på 0,25-0,50-1,0 A. Därmed måste I B3 och I C3 vara omkopplingsbara för 0,125-0,25 och 0,50 A. Lågspänningssidans rekommenderade totala strömomsättning blir då: N TO = = , och n MA = 5/0,5 A Reläströmmen I B2 och I C2 beräknas enl. följande: I A I B2 = I C2 = = = 1A NK n B och n MB = n MC = 1/0,25 A. För övriga mellanströmtransf. data se ritn sid 1. Skyddets teoretiska primära funktionsström: I prim = N TO x I d1min Genom att variera mellanströmtransformatorernas sekundärström kan alltså skyddets känslighet varieras. 4 Funktionskontroll vid 16 2/3 Hz, inklusive mellanströmtransformatorer och Z F -filtret Följande provutrustning erfordras: 1 - Provapparat med variabel spänning V, 1 A, 16,6 Hz 1 - Voltmeter V, v.s. (U T3 ) 1 - Voltmeter 0-2 V, 1.s. (U R1 ) 1 - Variabelt motstånd 0-2 kohm; 0,1 A 2 - Amperemeter 0-1 A, v.s. 1 - RTXM strömmätstift 1 - RTXH 18 Combiflex provhandtag Provsladdar med banankontakter. Skyddet provas från plint i reläskåpet. Provapparaten med utspänningen (U T3 ) och amp-meteren (I T3 ) kopplas in parallellt med T MA s sek sida (se streckad anvisning på skiss ritn ). Strömtransformatorerna T A och T B (ev T C ) får också vara inkopplade vid provet, men eftersom deras magnetiseringsimpedans överfört till reläkretsen ökar med (10) 2 kommer mätresultatet ej nämnvärt att påverkas. Med hjälp av strömmätstiftet RTXM + amp-meter kan filterströmmen I F och differentialströmmen I d1 mätas i provdonet, uttag :5 och :9. Notera de nya mätvärdena.

9 1MRK WSV Page 9 Tabell B Prov: 16 2/3 Hz, inkl Z F, T MA och T MB (ev T MC ) Funktion U T3 (V) I T3 (ma) I d1 (ma) I F3 (ma) AR el. SR d R För med standardinställning erhålles ungefär följande funktionsdata: AR el. SR d R -relät, U T3 = V I T3 = ma U T3 = V I T3 = ma S R -reläts funktion (ritn sid 2) kontrolleras genom att kortsluta uttag T22-T23 och observera funktionen av flaggrelät 127:RXSF1. 5 Kontroll av stabiliseringen Provhandtaget RTXH 18 insättes i RTXP 18 (jfr. ritn-367.1) och en ström I T3 injiceras till uttag 3B via en amperemeter. Ett motstånd R LX = 2 kohm kopplas till uttag 4B och en amperemeter (I d1 ) till 9B. Ett voltmeter (U R1 ) kopplas till uttagen T11-T12 på RQDA-enheten. 1) öka spänningen U T3 och kontrollera att U R1 ger positiv spänningsindikering. 2) Variera U T3 och R LX så att I d1 = 50 ma och U R1 = 0 eller ca (+) 20 mv 1.s. Notera: I T3 = A, U T3 = A och R LX = Ohm Stabiliseringsgraden är S = I d1 /I T3 = 0,05/I T3 = 6 Polaritetskontroll på strömtransformatorerna OBS! Differentialkretsens max tillåtna kontinuerliga märkström är begränsat till I d1 = 0,1 A. Om skyddet tas i drift med felvänd strömtransformatorpolaritet kan differentialströmmen bli 2 x 0,5 = 1 A. I sådant fall måste skyddet tillåtas ge utlösningsfunktion.

10 1MRK WSV Page 10 ABB Network Partner AB I A2 U A2 P1 T MA P2 n MA = =10 S2 U A3 S1 P1 T MB P2 n MB = 10 S2 S1 R B2 N I A3 I B3 I N RTXP A 3B 4A 4B Fig. 2 Kontroll av strömtransformatorpolaritet. Om felvänd polaritet föreligger: växla anslutningen till S1-S2 på mellanströmtransformator. Före idrifttagning måste man kontrollera att alla strömkretsar är hela. Rätt strömtransformatorpolaritet kan kontrolleras enl.skiss fig 1. Mellanströmtransformatorerna T MA s och T MB s (och ev. T MC ) sekundära strömplintar (S 1 ) sammankopplas och en amp meter (I N ) kopplas mellan S 1 och nollan N. När primär märklast erhålles får obalansströmmen I N motsvara krafttransformatorns magnetiseringsström, t.ex. 1% av märklast, d.v.s. 0,01 x 500 ma = 5 ma När rätt polaritet föreligger kan skyddet återställas för normaldrift och utlösningskretsen kan inkopplas. Med hjälp av mätstiftet RTXM + ampmeter notera följande driftströmmar. U d1 = V vs Notera också spänningen över differentialkretsen (T Md 2 P1-P2) U S = V ls och stabiliseringsspänningen över hela R S, (+) till T12 och (-) till T13 U A3 =, U B3 =.. samt mellanströmtransformatorernas sekundärspänning

11 1MRK WSV Page 11 Max tillåtna slingresistans i T A 2 och T B s (ev. T C s) sekundärkrets, d.v.s. strömtransformatorns ekundära lindningsresistans, hjälptrådsresistansen (fram och tillbaka) samt resistansen av extra reläutrustning plus mellanströmtransformator, är normalt så väl tilltagen att endast en enkel upp skattning erfordras. Till exempel, max tillåten slingresistans: R A2 = R B2 = 9,2 ohm (ref. ritn sid 1) motsvarar en tillåten börda = (5 A) 2. 9,2 = 230 VA T MA s och T MB s totala börda (I 2 R) är ca 7 W, eller 7/25 = 0,28 ohm överfört till 5 A-sidan. 7 Driftkontroller Lastfrånslag av omformare. Om möjligt öka generatorns fältström till ett max värde. öppna därefter 16 kv E-brytaren. Generatorns klämspänning kan då öka med ca 30% och förorsaka mättning av krafttransformatorn vilket ger en stor differentialström i skyddet. Reläfunktion (d R ) ska ej förekomma. Alarmfunktion (AR) erhålles troligen alltid i sådana fall. Inkopplingsströmstöt Krafttransformatorn (ritn ) erhåller största inkopplingsströmstöten om den magnetiseras från lågspänningssidan. Slå till 16 kv-brytaren 5 ggr och kontrollera att ingen felfunktion (röd-flagga) förekommer. Enstaka startfunktioner (gul-flagga) kan tillåtas. En blockkopplad generatortransformator (ritn. -367) får inte någon direkt inkopplingsströmstöt. Det kan dock vara av visst intresse att kontrollera skyddets stabilitet i sådana situationer. Frånkoppla generatorn och slå till 16 kv E-brytaren ca 5 ggr. Differentialreläfunktion ska normalt ej förekomma, men enstaka kan tillåtas. Utlösningsfunktion I samband med någon av ovannämnda prov kan stabiliseringsspänningen U S kortslutas genom att sammankoppla T12-T13. Differentialreläfunktion kan då erhållas vid varje lastfrånslag och varje inkopplingsströmstöt. Vid normal drift och ca 30% genomgående lastström kan T MA s sekundärsida S1-S2 kortslutas. Därefter kan RTXM + voltmeter (U B3 ) med skala V vs kortvarigt inkopplas i RTXP s uttag :3. Differentialreläfunktion bör erhållas och uppmätt spänning U A3 blir ca 105 V vs. Funktionstid Skyddets funktionstid kan enkelt mätas om man har tillgång till: 1 - tidmätare 1 - strömställare med 1-bryt och 1-slutkontakt Med märklast på generatorn eller krafttransformatorn: 1. Kortslut T MA s sekundärsida S1-S2.

12 1MRK WSV Page 12 ABB Network Partner AB 2. Med strömställarens brytkontakt bryts strömmen I A3. 3. Med strömställarens slutkontakt starta tidmätaren. 4. Med RTXM-mätstiftet inkopplat till provdonsuttaget :17 erhålles (+)spänning till RTXM s röda banankontakt när fungerar. Denna (+) spänning ska stoppa tidmätaren. Om RTXM s röda och svarta banankontakter sammankopplas erhålles utgående utlösningsfunktion. 8 Rutinprovning vid 15 2/3 Hz (funktionskontroll) Återkommande rutinprov bör utföras inom en period på 1-3 år. Provhandtaget insättes i RTXP 18, (jfr ritn. RF ) och en ström I T3 = I d1 injiceras via 3B-9B (ingen anslutning till 4B och 5B). Notera följande funktionsdata: Tabell C Enkel funktionskontroll (jfr. Tabell A). Funktion U T3 (V) I d1 (ma) UR1 (V) 1. s AR el. SR d R 9 varianter I samband med utvecklingsarbetet och de första installationerna av har en del mindre varianter av skyddets filterkrets och stabiliseringskrets använts. Motståndet R P (ritn sid 1) har levererats fast monterat på plåten 137 för filterkretsen, men har ej varit elektriskt inkopplat. R P motståndet, inställd på 1,5-2,2 kohm får vara anslutet i parallell med reaktor L 2 :1-2, eller L 4 :1-4. Den aktuella inställningen och anslutningen har liten inverkan på skyddets funktionsdata (Tabell A, B och C), men kan vara av viss betydelse för att erhålla full stabilitet vid inkopplingsprov. Kondensatorn C 4 har i en del fall erhållit följande data: C 4 = 5 (F + 10%, U rms = 250 V, 50Hz. Stabiliseringskretsen har i en del fall erhållit följande data: R d3 = 14,9 ohm, S = 0,58. Rubricerade åtgärder har gjorts för att förbättra nkopplingssäkerheten. Skyddets funktionsdata har påverkats endast i mindre grad.

13 1MRK WSV Page 13

14 S Västerås Sweden Tel Fax