Měření na stabilizované diferenciální ochraně SPAD 346 C Cíle úlohy: Cílem úlohy je otestovat funkci stabilizované diferenciální ochrany SPAD 346C. Na základě provedeného testu pak zhodnotit její funkci. Na základě provedených závěrů vypracovat zkušební zprávu.
Zadání 1. Vypočítejte nastavení modulu SPCD 3D53 diferenciální ochrany SPAD 346 C pro zadaný výkonový transformátor. 2. Otestujte nastavenou vypínací charakteristiku ve všech třech oblastech nastavení a porovnejte naměřené hodnoty s hodnotami nastavenými v ochraně. 3. Proveďte grafické zobrazení výsledků.
Teoretický základ Aplikace ochrany SPAD 346 C SPAD 346 C je stabilizovaná třífázová diferenciální ochrana určena k chránění dvouvinuťových transformátorů a bloků generátor – transformátor při mezifázových poruchách, mezizávitových zkratech a zemních zkratech. Dále je určena pro chránění generátorů při vnitřních poruchách a zkratech. Ochrana může být také použita pro chránění třívinuťového transformátoru za předpokladu, že zkratový výkon je ze 75% dodáván ze stejného směru.
Obr. 1 Čelní panel stabilizované diferenciální ochrany SPAD 346 C Funkční části Integrovaná diferenciální ochrana SPAD 346 C se skládá ze tří nezávislých modulů: - modul třífázové stabilizované diferenciální ochrany SPCD 3D53 - modul ochrany při zemních poruchách SPCD 2D55 - kombinovaný modul nadproudové ochrany a ochrany pro zemní poruchy SPCJ 4D28. Modul třífázové stabilizované diferenciální ochrany SPCD 3D53
Modul diferenciální ochrany SPCD 3D53 zajišťuje třífázové diferenciální chránění. Nastavení je stejné pro všechny tři fáze. Modul diferenciální ochrany měří fázové proudy chráněného transformátoru na straně vyššího a nižšího napětí, nebo fázové proudy v nulovém bodě a na vývodu chráněného generátoru. Stabilizovaný i mžikový diferenciální stupeň vyhodnocují fázové proudy I1 a I2 základní frekvence. Modul diferenciální ochrany lze použít ve frekvenčním rozsahu 16 2/3 až 60 Hz. Vypínací charakteristika Při označení fázorů sekundárních proudů I1 a I2 vstupní a výstupní strany chráněného objektu (základní frekvence) je amplituda diferenciálního proudu Id definována jako I d = I1 − I 2 V normálním provozním stavu, kdy není v zóně chráněné diferenciální ochranou žádná porucha jsou proudy I1 i I2 stejné a diferenciální proud Id = 0. V praxi není hodnota diferenciálního proudu v normálním provozním stavu nulová. Při chránění výkonového transformátoru je diferenciální proud způsoben nepřesností měřících transformátorů proudu, změnou polohy regulační odbočky, proudem transformátoru naprázdno a zapínacím proudem transformátoru. Diferenciální proud způsobený nepřesností měřících transformátorů proudu a změnou polohy regulační odbočky se zvětšuje přímo úměrně se zatížením transformátoru. U stabilizované diferenciální ochrany je proto diferenciální proud nutný k vypnutí (k aktivaci ochrany) tím vyšší, čím vyšší je zatěžovací proud chráněného objektu. Velikost zatěžovacího I +I proudu je vyjádřena jako stabilizační proud Ib a je definován vztahem I b = 1 2 2
Obr. 2 Vypínací charakteristika ochrany SPAD 346C Základní nastavení P/In stabilizovaného stupně modulu diferenciální ochrany (v rozsahu od I 5% do 50%) je určeno podle obr.2 jako P / I n = d 1 . V této části 1 vypínací charakteristiky In (0,0 < Ib/In < 0,5) je diferenciální proud nutný k aktivaci ochrany konstantní. Základní nastavení parametru P/In se používá pro definování minimální citlivosti diferenciální ochrany. Toto nastavení zohledňuje diferenciální proudy způsobené chodem transformátorů naprázdno a nepatrným přesycením transformátoru. Základním nastavením lze také ovlivnit celou provozní vypínací charakteristiku. Základní nastavení parametru P/In je obvykle při chránění transformátoru nastaveno v rozsahu 20…40%.
Popudový poměr S (nastavitelný od 10% do 50%) je definován vztahem S =
Id 2 . Vyjadřuje Ib2
průběh charakteristiky v části 2 (0,5 < Ib/In < I2tp/In). V této části směrnice (sklon) charakteristiky vyjadřuje poměr mezi změnou zatěžovacího proudu a změnou diferenciálního proudu nutného k aktivaci vypnutí. Při nastavení proudového poměru S je nutné zohlednit třídu přesnosti použitých proudových transformátorů, jejich limitní faktor přesnosti (nadproudové číslo) odpovídající skutečné zátěži proudových transformátorů, regulační rozsah přepínače odboček výkonového transformátoru a pozici bodu druhého zlomu I2tp/In na provozní vypínací charakteristice ochrany. Čím vyšší je chyba použitých proudových transformátorů, tím vyšší je nastavena hodnota parametru S. Je-li například třída přesnosti proudových transformátorů na straně VVN a VN rovna 5P, celková chyba pro jmenovitý limit přesnosti primárního proudu by měla být maximálně 5% na obou stranách. Transformační převod (poměr) proudových transformátorů na straně VVN i VN výkonového transformátoru je obvykle k chránění přizpůsoben ve vztahu ke střední odbočce regulačního rozsahu. Maximální chyba způsobená pozicí regulačních odboček je v jedné z krajních poloh. Jeden z faktorů ovlivňujících nastavení popudového poměru je regulační rozsah přepínače odboček. Tento rozsah může být například ±9x1,67%=15%. Jiný faktor, který musí být při nastavení popudového poměru zohledněn, je chyba způsobena přizpůsobovacími (převodovými) transformátory v ochraně a přesností A/D převodníku. Tato chyba je maximálně v rozsahu 2%. Popudový poměr je nastaven při zohlednění výše jmenovitých faktorů. V případě uvedeného příkladu je odpovídající nastavení popudového poměru 25…35%. Pokud se nadproudové činitele pro skutečné zatížení proudových transformátorů na straně VVN a VN značně navzájem liší, je nutné zadat hodnotu popudového poměru vyšší než v případě, kdy jsou tyto limitní faktory přesností téměř stejné. Bod druhého zlomu charakteristiky I2tp/In lze nastavit na požadovanou hodnotu v rozsahu 1,0...3,0. Bod prvního zlomu charakteristiky je nastaven vždy na fixní hodnotu Ib/In = 0,5. Pro vysoké stabilizační proudy Ib/In od nastavené hodnoty I2tp/In je směrnice charakteristiky konstantní (část 3). Sklon charakteristiky je 100%, to znamená, že nárůst diferenciálního proudu je stejný jako odpovídající nárůst stabilizačního proudu. Nastavení bodu druhého zlomu provozní vypínací charakteristiky I2tp/In ovlivňuje vypínací citlivost v oblasti hodnot nad jmenovitým proudem. Pokud je při zkratu v chráněné zóně příspěvek zkratového výkonu v převážné části z jednoho směru, je odpovídající nastavení I2tp/In = 2,0…2,5. Pokud je při zkratu v chráněné zóně příspěvek zkratového výkonu jak z VVN strany, tak z VN strany, lze nastavit parametr definující bod druhého zlomu provozní charakteristiky na nižší hodnotu, aniž je snížena citlivost ochrany. V případě chránění blokového transformátoru v aplikaci blok generátor/transformátor je při zkratu v chráněné zóně příspěvek zkratového výkonu obvykle ze dvou směrů, fázový rozdíl proudů se zvyšuje a stabilizační proud klesá. V případě chránění blokového transformátoru je doporučené nastavení I2tp/In = 1,5…2,0. Parametrizace ochrany Parametrizaci ochrany lze provést buď přímo z čelního panelu ochrany (obr. 1) nebo pomocí počítače prostřednictvím programu CAP 505. Program spustíme volbou tlačítka „Login“ v nabídce úvodního dialogového okna. V horním menu programu otevřeme projekt s označením „SPAD 3C“ (File → Open), pak se v okně „Project Structure“ objeví stromová struktura se složkou projektu. Po kliknutí na tuto složku se v pravém okně („Object tools“)
objeví nabídka konfiguračních nástrojů. Pro nastavení a konfiguraci ochrany budeme používat „Relay Setting Tool“ (viz. Obr. 3).
Obr. 3 Program CAP 505 k editaci ochrany Nastavení vypínací charakteristiky se provádí přes položku „Main settings parameters selection“ zapsáním hodnot do pravého sloupce na listu s označením „Screen2“ (obr. 4).
Obr. 4 Nastavení parametrů vypínací charakteristiky Provozní vypínací charakteristika stabilizovaného stupně je definována základním nastavením P/In, nastavením popudového poměru S a nastavením bodu druhého zlomu charakteristiky I2tp/In (viz předchozí odstavec). Ochranou je vypínací signál aktivován tehdy, pokud hodnota diferenciálního proudu překročí hodnoty nastavené a pokud není tento vypínací signál blokován. Na obr. 5 je příklad nastavení popudového poměru S.
Obr. 5 Nastavení popudového poměru S Ochrana kromě stabilizovaného stupně obsahuje mžikový proudový diferenciální stupeň Id/In>>, který není stabilizován. Tento stupeň aktivuje signál na výstupní relé navolené přepínačovou skupinou SGR2, pokud amplituda základní frekvenční složky diferenciálního proudu překročí nastavenou náběhovou hodnotu Id/In>>, tato hodnota může být nastavena v rozsahu 5...30 x In. Limitní úroveň mžikového vypnutí Id/In>> je nastavena tak, aby modul diferenciální ochrany nevypínal při zapnutí výkonového transformátoru. Pro chránění výkonových transformátorů je typické nastavení mžikového proudového diferenciálního stupně 6…10 In. Blokování náběhu ochrany při zapnutí transformátoru je založeno na principu vyhodnocení poměru amplitud druhé harmonické a základní frekvenční složky diferenciálního proudu Id2f/Id1f . Poměr těchto hodnot je kritériem pro blokování a je vypočten jako váhový průměr poměru druhé harmonické a základní frekvenční složky diferenciálních proudů všech tří fází. Blokování náběhu ochrany při provozních situacích, kdy dojde k přebuzení (magnetickému přesycení) chráněného objektu, je založeno na principu vyhodnocení poměru amplitud páté harmonické a základní frekvenční složky diferenciálního proudu Id5f/Id1f. Nastavená hodnota Id5f/Id1f>> se používá pro funkci negující blokování v okamžiku, kdy poměr mezi pátou harmonickou a základní frekvenční složkou diferenciálního proudu překročí nebezpečnou úroveň v provozních stavech s vysokým přepětím. Nastavením poměru I1/In a I2/In v rozsahu 0,40...1,50 x In korigujeme transformační poměr PTP, pokud se sekundární proudy PTP liší od jmenovitých proudů chráněného transformátoru. Nastavení kompenzace fázové diference a nulové složky rozdílového proudu Fázová diference mezi proudy I1 a I2 (způsobená zapojením vinutí a hodinovým číslem transformátoru) je kompenzována číslicově. Přizpůsobení k této fázové diferenci je provedeno fázovým posuvem a číslicově vytvořeným zapojením trojúhelníku uvnitř ochrany. Přepínače SGF1/3...8 jsou použity pro volbu požadované vektorové skupiny. Přizpůsobení k fázové diferenci (vektorové skupině) lze nastavit na straně vyššího i nižšího napětí v intervalu 30°.
Přepínače SGF1/3...5 (Tab. 1)se používají pro přizpůsobení k vektorové skupině strany nižšího napětí, zatímco přepínače SGF1/6...8 (Tab. 2)se používají pro přizpůsobení k vektorové skupině strany vyššího napětí. Tab. 1: Vnitřní přizpůsobení zapojení strany nižšího napětí
Tab. 2: Vnitřní přizpůsobení zapojení strany vyššího napětí
V obvodech přizpůsobení k vektorové skupině je nulová složka fázových proudů eliminována dříve, než je vypočten diferenciální i stabilizační proud. Pokud na straně uzemněného vinutí není přizpůsobení k vektorové skupině navoleno, lze při požadavku na tuto funkci nulovou složku fázových proudů vyhodnotit samostatně výpočtem a eliminovat ji z každého fázového proudu. Eliminace nulové složky na straně vyššího a/nebo nižšího napětí je navolena pomocí přepínačů SGF1/1 a SGF1/2. Nastavení se provádí podle obr. 6 v menu „Configuration of main SGF switchgroup selection“.
Obr. 6 V následující obrázcích jsou uvedena zapojení PTP, která mohou být použita pro připojení ochrany: - podle typového schéma na obr.7 je uzemnění PTP na obou stranách výkonového transformátoru provedeno buď uvnitř nebo vně chráněné zóny. To znamená, že sekundární proudy, tzn. proudy ochranou, mají shodný směr.
Obr. 7 Typové schéma I zapojení PTP -
podle typového schéma na obr.8 je uzemnění PTP na obou stranách výkonového transformátoru provedeno uvnitř a vně chráněné zóny. To znamená, že sekundární proudy, tzn. proudy ochranou, mají opačný směr.
Obr. 8 Typové schéma II zapojení PTP Nastavení komunikace Editace parametrů se nejdříve provede v programu a následně je třeba ji nahrát do ochrany. Pro tento účel lze použít ikonu
, která se nachází v menu parametrizace. Obdobně lze
. Abychom mohli použít aktuální nastavení ochrany nahrát do programu pomocí ikony uvedeného způsobu musí být správně nastavena komunikace mezi počítačem a ochranou.
Obr. 9: Nastavení komunikace
Okno pro parametry komunikace otevřeme pomocí ikony a na záložce „Comunication“ provedeme nastavení komunikačního protokolu – SPA, použitého sériového portu počítače COM1, 2, ..a SPA adresy pro diferenciální modul SPCD 3D53 – 11.
Postup řešení 1) Vypočtěte a proveďte nastavení modulu SPCD 3D53 diferenciální ochrany dle příkladu uvedeného níže: Příklad: V příkladu je uveden výkonový transformátor se jmenovitým výkonem 40 MVA a jmenovitým napětím 110kV/10,5kV YNd 11. Transformační převod proudových transformátorů na straně VVN je 300A/1A a proudových transformátorů na straně VN je 2500A/5A, oba transformátory mají třídu 5P10. Jmenovitý proud I1n strany VVN výkonového transformátoru je: Sn 40MVA I 1n = = = 210 A 3U 1n 3 * 110kV Stejným způsobem se vypočítá proud I2n strany VN: Sn 40MVA I 2n = = = 2199 A 3U 2 n 3 * 10,5kV Nastavení korekce transformačního poměru je vypočtena na základě těchto jmenovitých proudů a jmenovitých primárních proudů proudových transformátorů strany VVN i VN. I 1 / I n = 210 A / 300 A = 0,70 I 2 / I n = 2199 A / 2500 A = 0,88 Nastavení popudového poměru S: - přesnost PTP na straně vvn 5% - přesnost PTP na straně vn 5% - přepínač odboček 2x2,5% - chyba přizpůsobení 2x2% - záloha 5% Celkem 24% Základní nastavení P/In – 0,5xS + 10% = 22% Respektuje hodnotu S v bodě prvního zlomu charakteristiky, kde Ib/In = 0,5 a dále možnost 10 % chyby způsobené proudem naprázdno (ztráty naprázdno při maximálním napětí transformátoru). Bod druhého zlomu charakteristiky I2tp/In = 2.
Obr. 10 Nastavení parametrů vypínací charakteristiky Nastavení kompenzace fázové diference a nulové složky rozdílového proudu IU
Yd11
Iu
Iv Iw
IW
IV
1 3 4 6 7 9 I1-3
19 21 16 18 13 15
Yd11
i1-3
i4-6 i7-9
I7-9
SPAD 346 C i1-3 : i13-15 i4-6 : i16-18 i7-9 : i19-21
Yy0 I13-15 i13-15 I19-21
1: 3
I4-6
IU
I16-18 i19-21
Yd11
Iu IW
i16-18
Iv Iw IV
1 3 4 6 7 9 I1-3
i4-6 I7-9
Yd5
21 19 18 16 15 13
SPAD 346 C i1-3 : i13-15 i4-6 : i16-18 i7-9 : i19-21
i7-9 i1-3
I19-21 i16-18 I16-18
I13-15 i13-15
I4-6
1: 3
Yy0 i19-21
- PTP na straně nižšího napětí je přizpůsoben podle řádku 1 v tab. 1 - maska 0 - PTP na straně vyššího napětí je přizpůsoben podle řádku 6 v tab. 2 - maska 160 Nastavení se provede výběrem odpovídajícího řádku v menu „Configuration of main SGF switchgroup selection“ podle obr. 6. 1) Otestujte nastavenou CMC256plus: • • • • • •
vypínací
charakteristiku
pomocí
sekundárního
testeru
Spusťte obslužný software k testeru CMC256plus (Test Universe Start Page) Otevřete modul „Differential“ pro testování funkce diferenciální ochrany. Otevřete uložené nastavení (PTL – protection test library) modulu pro testování funkce diferenciální ochrany SPAD 346C. Proveďte napojení ochrany k sekundárnímu testeru dle schématu zapojení (je součástí PTL knihovny), případně korigujte nastavení modulu dle pokynů vyučujícího Proměřte nastavenou vypínací charakteristiku. Po dokončení testu výsledky měření uložte (export Data - .XML) a vytvořte zkušební protokol. Nastavte formát zkušebního protokolu na rozšířený (Parameters – Report – OCC Long)
Závěr Zhodnoťte funkci a nastavení diferenciální ochrany SPAD346C a vytvořte protokol. K protokolu přiložte v příloze i zkušební zprávu. Shrnutí: V této úloze jsme se seznámili s nastavením stabilizované distanční ochrany SPAD 346C a ověřili jsme korektní funkčnost provedeného nastavení za pomoci testeru CMC256plus a SW modulu „Differential“. Výsledkem pak bylo vyhodnocení funkčnosti ochrany a závěrečná zpráva se souhrnem výsledků.
