王海洋，于承鑫，張錦標(biāo)，王昕明

(1.國網(wǎng)錦州供電公司 變電運(yùn)檢室，遼寧 錦州 121001； 2.國網(wǎng)遼寧檢修公司 沈陽運(yùn)維部，遼寧 沈陽 121000)

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變壓器差動(dòng)比率制動(dòng)試驗(yàn)方法研究

王海洋1，于承鑫2，張錦標(biāo)1，王昕明1

(1.國網(wǎng)錦州供電公司 變電運(yùn)檢室，遼寧 錦州 121001； 2.國網(wǎng)遼寧檢修公司 沈陽運(yùn)維部，遼寧 沈陽 121000)

隨著微機(jī)變壓器保護(hù)廣泛使用，變壓器差動(dòng)保護(hù)現(xiàn)場檢驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)方法有了很大改變，現(xiàn)場調(diào)試人員往往未按照合理的作業(yè)指導(dǎo)書對(duì)保護(hù)裝置功能和實(shí)用性進(jìn)行全部檢驗(yàn)，造成設(shè)備隱患。針對(duì)RCS-978變壓器保護(hù)調(diào)試及在調(diào)試中遇到的一些問題進(jìn)行研究、探討，終于掌握了RCS-978變壓器保護(hù)調(diào)試方法，充分利用測試裝置的功能，改進(jìn)了試驗(yàn)方法，簡化了繼電保護(hù)的調(diào)試方法，減輕了一線調(diào)試人員的工作負(fù)擔(dān)，提高了保護(hù)裝置的測試效率和質(zhì)量。

比率制動(dòng)；方法；制動(dòng)電流；差動(dòng)電流

1 變壓器差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成原理

變壓器差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成原理與發(fā)電機(jī)、母線差動(dòng)保護(hù)(縱差保護(hù))相同，變壓器縱差保護(hù)的構(gòu)成原理也是基于克希荷夫第一定律，即∑I=0。其物理意義是：變壓器正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，流入變壓器的電流等于流出變壓器的電流，此時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)該動(dòng)作。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，若忽略負(fù)荷電流不計(jì)，則只有流進(jìn)變壓器的電流而沒有流出變壓器的電流，其差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

2 變壓器兩側(cè)電流的幅值及相位補(bǔ)償方式

變壓器正常運(yùn)行時(shí)，若不計(jì)傳輸損耗，則流入功率應(yīng)等于流出功率。但由于兩側(cè)的電壓不同，其兩側(cè)的電流不會(huì)相同。超高壓、大容量變壓器的接線方式，均采用YN，d方式。因此，流入變壓器電流與流出變壓器電流的相位不可能相同。當(dāng)接線組別為YN，d11時(shí)，變壓器兩側(cè)電流的相位差30°。流入變壓器的電流大小和相位與流出電流大小和相位不同，則∑I=0就不成立。圖1示出了微機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)在正常情況下Y,d側(cè)電流的相位情況。其中變壓器T為YN,dll接線，兩側(cè)電流互感器均為星形接線。從圖1可以看出，在正常情況下Yd側(cè)同名相電流的相位相差30°。例如IaL超前于Iah30°。

圖1 YN，d11接線變壓器正常情況下d側(cè)電流相位關(guān)系

2.1 微機(jī)變壓器保護(hù)電流相位補(bǔ)償方式

1)以變壓器d側(cè)電流相位為基準(zhǔn)，在變壓器保護(hù)Y側(cè)電流進(jìn)行相位補(bǔ)償。

變壓器保護(hù)采用軟件對(duì)Y側(cè)電流進(jìn)行相位補(bǔ)償，按下式可求得Y側(cè)作為差動(dòng)保護(hù)計(jì)算的三相電流表達(dá)式為

IAH=(Iah-Ibh)

IBH=(Ibh-Ich)

ICH=(Ich-Iah)

由圖2可見，正常運(yùn)行和外部短路時(shí)，IaL與IAH相位相同，只要幅值相同，用這2個(gè)電流構(gòu)成的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)其不平衡電流就為0。

圖2 以d側(cè)為基準(zhǔn)的軟件校正后Y,d側(cè)電流相位

在微機(jī)型的變壓器保護(hù)中，一般圖3所示的相位校正都在軟件中實(shí)現(xiàn)，兩側(cè)的差動(dòng)TA都是Y接線。當(dāng)然也可以將相位校正用的兩相電流之差靠變壓器Y側(cè)的差動(dòng)TA接成三角接線來完成，在軟件中只實(shí)現(xiàn)幅值補(bǔ)償。

2)以變壓器Y側(cè)電流相位為基準(zhǔn)，在變壓器保護(hù)d側(cè)電流進(jìn)行相位補(bǔ)償。

變壓器保護(hù)采用軟件對(duì)d側(cè)電流進(jìn)行相位補(bǔ)償，按下式可求得d側(cè)作為差動(dòng)保護(hù)計(jì)算的三相電流表達(dá)式為

由圖3可見，正常運(yùn)行和外部短路時(shí)Iah與IAL相位相同，只要幅值相同，用這2個(gè)電流構(gòu)成的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)其不平衡電流為0。

圖3 以Y側(cè)為基準(zhǔn)的軟件校正后Y,d側(cè)電流相位

2.2 幅值校正

變壓器的各側(cè)TA二次接線按Y形接線，由軟件進(jìn)行相位校準(zhǔn)后，由于變壓器各側(cè)額定電流的不同及各側(cè)差動(dòng)TA變比不等，還必須對(duì)各側(cè)計(jì)算電流值進(jìn)行平衡調(diào)整，才能消除不平衡電流對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響。具體計(jì)算時(shí)，只需根據(jù)變壓器各側(cè)一次額定電流、差動(dòng)TA變比求出電流平衡調(diào)整系數(shù)Kb，將Kb值作為定值送入微機(jī)保護(hù)，由保護(hù)軟件實(shí)現(xiàn)電流自動(dòng)平衡調(diào)整，消除不平衡電流的影響。具體計(jì)算如下：

1)TA接線方法

變壓器各側(cè)電流互感器采用星形接線(也可采用常規(guī)接線)，二次電流直接接入裝置，均以母線側(cè)為極性端。

2) 平衡系數(shù)的計(jì)算

計(jì)算變壓器各側(cè)一次額定電流：

式中，Sn為變壓器最大額定容量，U1n為變壓器各側(cè)額定電壓(應(yīng)以運(yùn)行的實(shí)際電壓為準(zhǔn))。

計(jì)算變壓器各側(cè)二次額定電流：

式中，I1n為變壓器各側(cè)一次額定電流，nTA為變壓器各側(cè)TA變比。

以高壓側(cè)為基準(zhǔn)，計(jì)算變壓器中、低壓側(cè)平衡系數(shù)：

將中、低壓側(cè)各相電流與相應(yīng)的平衡系數(shù)相乘，即得補(bǔ)償后的各相電流。

3 RCS-978L2變壓器保護(hù)各側(cè)電流相位補(bǔ)償

變壓器各側(cè)TA二次電流相位由軟件自校正，采用在Δ側(cè)進(jìn)行校正相位。對(duì)于Yn-d-11的變壓器，當(dāng)高壓側(cè)單相接地時(shí)，高壓側(cè)會(huì)有零序電流，而低壓側(cè)沒有，此時(shí)零序電流達(dá)到差動(dòng)值時(shí)，保護(hù)會(huì)誤動(dòng)。RCS-978L2保護(hù)為解決這個(gè)問題，高壓側(cè)電流采用IA-I0，IB-I0，IC-I0，因?yàn)镮0=1/3IA，若在高壓側(cè)A相加入1 A的電流，實(shí)際入保護(hù)裝置的只是(1-1/3) A的電流。例如對(duì)于Y0/Δ-11的接線，其校正方法如下：

Y0側(cè)：

Δ側(cè)：

其他接線方式可以類推。裝置中可通過變壓器接線方式整定控制字選擇接線方式。差動(dòng)電流與制動(dòng)電流的相關(guān)計(jì)算，都是在電流相位校正和平衡補(bǔ)償后的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

4 RCS-978L2差動(dòng)元件的比率制動(dòng)特性曲線

該元件是為了在變壓器區(qū)外故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)有可靠的制動(dòng)作用,同時(shí)在內(nèi)部故障時(shí)有較高的靈敏度，其動(dòng)作判據(jù)為

Id>0.1 Ir+IcdqdIr≤1

Id>k1(Ir-1)+0.1+ Icdqd1≤Ir≤6

Id>k2 (Ir-6) +2.5+0.1+ IcdqdIr≥6

Id=I1+I2

Ir=0.5 (|I1|+|I2|)

式中，Id為變壓器差動(dòng)電流；Icdqd為差動(dòng)保護(hù)電流定值； Ir為變壓器差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)電流；K1,K2為比率制動(dòng)的制動(dòng)系數(shù)，軟件設(shè)定為K1=0.5,K2=0.7。

變壓器匝間故障時(shí)，差動(dòng)電流較小，制動(dòng)電流也較小。這時(shí)，保護(hù)的TA工作在線性范圍，能夠準(zhǔn)確地傳變故障電流，同時(shí)保證差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作靈敏度。這種情況下，考慮負(fù)荷電流的影響，差動(dòng)保護(hù)應(yīng)工作在k3和k1段；當(dāng)變壓器引線故障時(shí)，故障電流較大，負(fù)荷電流的影響可忽略；區(qū)外故障時(shí)，故障電流較大，會(huì)造成TA飽和等，造成流入變壓器差動(dòng)保護(hù)的差流較大，因此提高比例制動(dòng)特性；在轉(zhuǎn)換性故障時(shí)，TA不能準(zhǔn)確的傳變故障電流，造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，國內(nèi)已有實(shí)例應(yīng)采取其他方法解決。

5 現(xiàn)場試驗(yàn)方法及計(jì)算方法

下面以RCS-978L2主變微機(jī)保護(hù)為例提出差動(dòng)定值、比率制動(dòng)曲線校驗(yàn)方法。

圖4 RCS-978L2主變微機(jī)保護(hù)比率制動(dòng)曲線

差動(dòng)保護(hù)原始定值如表1所示。

1)計(jì)算各側(cè)TA一次、二次額定電流

高壓側(cè)一次：Ie1=80×103/(1.732×220)=209.95 A

高壓側(cè)二次：Ie2=210/(600/5)=1.745 A

低壓側(cè)一次：Ie1=80 000/(1.732×66)=700 A

低壓側(cè)二次：Ie2=700/(1 200/5)=2.915 A

計(jì)算值與裝置差動(dòng)計(jì)算定值中顯示的數(shù)值一致。

表1 差動(dòng)保護(hù)原始定值

圖5 比率制動(dòng)差動(dòng)動(dòng)作特性曲線

2)計(jì)算平衡系數(shù)

I2n-max=2.916 A，I2n-min=1.749 A

Kb=min{I2n-max/I2n-min，4}=min{1.667，4}=1.667

高壓側(cè)平衡系數(shù)：Kph=(I2n-min/I2n)×Kb=(1.749/1.749)×1.667=1.667

低壓側(cè)平衡系數(shù)：Kph=(I2n-min/I2n)×Kb=(1.749/2.916)×1.667=1

計(jì)算值與裝置差動(dòng)計(jì)算定值中顯示的數(shù)值一致。

3)比率制動(dòng)差動(dòng)動(dòng)作特性曲線

其中ab段和cd段為裝置固定斜率：0.1和0.7，bc段為用戶整定K=0.5。

4)差動(dòng)電流和制定電流公式

高壓側(cè)差流：IAD=IA-I0，IBD=IB-I0，ICD=IC-I0；

低壓側(cè)差流：Iad=(Ia-Ic)/1.732，Ibd=(Ib-Ia)/1.732，Icd=(Ic-Ib)/1.732；

制動(dòng)電流：Ir=1/2(|I1|+|I2|)。

5)校驗(yàn)差動(dòng)啟動(dòng)門檻

由于0～1.0Ie制動(dòng)電流區(qū)間K=0.1，所以差動(dòng)門檻是隨著制動(dòng)電流增大而增大的，所以有：0.5IA×0.1+0.5=IA，求得IA=0.53。

高壓側(cè)：

①試驗(yàn)儀A相—高壓側(cè)A頭—高壓側(cè)A尾—高壓側(cè)B尾—高壓側(cè)B頭—試驗(yàn)儀N相。此時(shí)模擬AB相間短路，由于IA=-IB，無I0，所以，高壓側(cè)所加故障量參與差動(dòng)電流和制定電流計(jì)算。

IA=0.53×Ie1=0.53×1.745=0.93 A，動(dòng)作；

②試驗(yàn)儀A相—高壓側(cè)A頭—高壓側(cè)A尾—試驗(yàn)儀N相。此時(shí)模擬A相接地短路，減去1/3×I0，只有2/3故障量參與計(jì)算。

IA=0.53×1.745/(2/3)=1.395 A，動(dòng)作；

③試驗(yàn)儀A、B、C相分別通入高壓側(cè)A、B、C相，三相正序電流。此時(shí)模擬三相短路，無I0，全部故障量參與計(jì)算。

IA=IB=IC=0.53×1.745=0.93 A，動(dòng)作。

低壓側(cè)：

①單相：Ia=0.53×1.732×Ie2=0.53×1.732×2.915=2.68 A；

②兩相：a頭進(jìn)，c頭回，ac尾短接。通入單相的1/2；

③三相：Ia=Ib=Ic=0.53×Ie2

6)校 驗(yàn)比率制動(dòng)系數(shù)(K=0.5)

高：A進(jìn)B回，低：AN。

在比率特性第二折特性曲線取兩點(diǎn)：

第一點(diǎn)：Ir1=1.0Ie，Id1=0.6Ie

(I1+I2)×1/2=1.0，I1-I2=0.6

求解：I1=1.3，I2=0.7

I1有名值：1.3×1.745=2.27 A

I2有名值：0.7×1.732×2.915=3.53 A

試驗(yàn)儀A相：2.27 A，0°；B相：4.0 A，180°，降至3.53A，動(dòng)作。

第二點(diǎn)：Ir1=2.0Ie，Id1=1.1Ie 同理。

(I1+I2)×1/2=2.0，I1-I2=1.1

求解：I1=2.55，I2=1.45

I1有名值：2.55×1.745=4.45 A

I2有名值：1.45×1.732×2.915=7.32 A

試驗(yàn)儀A相：4.45 A，0°；B相：8.0 A，180°，降至7.32 A，動(dòng)作。

K=(Id2-Id1)/(Ir2-Ir1)

實(shí)驗(yàn)得出的K值：

利用上述實(shí)驗(yàn)方法計(jì)算出的K值誤差應(yīng)該小于正負(fù)5%，同理用差動(dòng)元件B相，C相同樣可計(jì)算出與上述結(jié)果接近的K值，此K值是變壓器差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)的第一段斜線的斜率。

同樣在比率特性第三折特性曲線取兩點(diǎn)，可以計(jì)算出K(約0.7)值?，F(xiàn)場調(diào)試過程中，由于在做比率特性第三折特性曲線時(shí)，所加入保護(hù)裝置電流很大，試驗(yàn)時(shí)間較長，一定要考慮試驗(yàn)設(shè)備的承受能力，建議不做(廠家出廠已做)。

6 結(jié) 論

通過分析RCS-978L2型號(hào)主變微機(jī)保護(hù)原理，總結(jié)出現(xiàn)場關(guān)于保護(hù)定值、比率制動(dòng)曲線試驗(yàn)方法。針對(duì)RCS-978L2變壓器保護(hù)調(diào)試及在調(diào)試中遇到的一些問題進(jìn)行研究、探討。終于通過實(shí)踐掌握了RCS-978L2變壓器保護(hù)調(diào)試方法，充分利用測試裝置的功能，改進(jìn)了試驗(yàn)方法，簡化了繼電保護(hù)的調(diào)試方法，減輕了一線調(diào)試人員工作負(fù)擔(dān)，提高了保護(hù)裝置檢驗(yàn)效率。

[1]國家電力調(diào)度通信中心.繼電保護(hù)培訓(xùn)教材[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]國家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問答[M].第2版.北京：中國電力出版社，1997.

[3]賀家李.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].天津：天津大學(xué)出版社，1991.

[4]王海洋，張錦標(biāo).BP-2B母差保護(hù)調(diào)試方法研究[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，10(2)：151-155.

(責(zé)任編輯 張 凱 校對(duì) 魏靜敏)

Research of Transformer Differential Ratio Braking Test Methods

WANG Hai-yang1,YU Cheng-xin2,ZHANG Jin-biao1,WANG Xin-Ming1

(1.Transformer Substation，State Grid Jinzhou Power Supply Corporation,Jinzhou 121001; 2.Shenyang Operation and Maintenance Division,State Grid Liaoning Maintenance Branch,Shenyang 121000,Liaoning Province)

With the widespread utilization of microcomputer transformer protection,the field inspection items and test methods of transformer differential protection have had a great change.The site personnel were often not to carry out tests on all the protection function in accordance with the reasonable test program which was prepared by protection principle and correspondingly resulted in equipment risks.Aiming at the debugging of RCS - 978 transformer protection,the problems encountered in tests were researched and explored.Finally,the method of debugging RCS-978 transformer protection were mastered through practice,the function of the test device was made full use,and the test methods and means of realization were also improved to simplify the relay protection debugging work and improve the test efficiency.

ratio braking method; braking current; differential current

2016-03-19

王海洋(1968-)，男，遼寧錦州人，工程師。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2017.02.013

TM772

A

1673-1603(2017)02-0158-06