PST1200和RCS978保護中差動流變相位補償方法對勵磁涌流制動的影響

摘要:變壓器保護差動保護的原理;差動流變相位補償?shù)脑?PST1200和RCS978保護分別如何實現(xiàn)相位補償;勵磁涌流的概念;不同補償方法對勵磁涌流制動的影響及優(yōu)缺點分析。

關(guān)鍵字:PST1200，RCS978，差動保護，勵磁涌流，相位補償。

國電南京自動化股份公司生產(chǎn)的PST1200微機型變壓器保護裝置，是近幾年來我公司使用較為廣泛的變電所主變壓器保護，我公司絕大多數(shù)220kV變電所及部分110kV變電所的主變壓器都是使用該保護，兩套保護的設(shè)計理念上的不同之處，其中最大的改進是差動流變相位補償?shù)姆椒?，這對增加勵磁涌流制動的可靠性有很大的意義。對此，本文將結(jié)合本人的學(xué)習(xí)和理解進行比較、分析和說明。

眾所周知，變壓器差動保護的基本原理是基于基爾霍夫電流定律的，即對于一個節(jié)點而言，其流入電流的總和應(yīng)與流出電流的總和相等。如果把變壓器差動回路中的總差部分看作是節(jié)點，那么由變壓器各側(cè)電流互感器二次引入總差回路的部分就是其流入流出分路，倘若有某種原因?qū)е逻@種流入流出的平衡被打破，則接于總差回路的差動繼電器動作，差動保護動作。 在實際的保護裝置中，差動回路在種種原因下會產(chǎn)生不平衡電流，不平衡電流對保護裝置有著很大的影響，輕則降低保護的靈敏性，重則導(dǎo)致誤動。

而對于電力系統(tǒng)中廣泛采用的Y0，d11接線變壓器而言，二次側(cè)電流超前一次側(cè)電流30°，若兩側(cè)流變二次都接成Y型，也會將30°相位差帶入差流回路中，形成不平衡電流。如(圖1)所示:

傳統(tǒng)的解決方法是將變壓器星形側(cè)的流變二次接成三角形，而將三角形側(cè)的流變二次接成星形，使星形側(cè)電流引入流變二次后超前了30°，剛好與三角形側(cè)平衡;而變壓器三角形側(cè)相電流轉(zhuǎn)星形后增大√3倍，這通過流變變比的選取來補償。 但現(xiàn)在的多數(shù)微機保護(包括PST1200和RCS978在內(nèi))已經(jīng)摒棄了這種方法，變壓器各側(cè)流變均使用星形接線接入保護，使得接線更加簡單，而運用微機保護本身的計算優(yōu)勢進行軟件補償，增加了精確性和靈活性。

但是PST1200和RCS978兩套保護對于軟件相位補償?shù)姆椒ㄊ遣灰粯拥?。對于Y0，d11接線，PST1200采用的是“星轉(zhuǎn)角”的方式，其相量圖如(圖2)所示，其算法如下式所示:

星形側(cè):Ia=(IA-IB)/3

Ib=(IB-IC)/3

Ic=(IC-IA)/3(式1)

三角形側(cè):Ia=IA

Ib=IB

Ic=IC

有些較老的軟件版本采用的補償算法是

星形側(cè):Ia=(IA-IB)/ √3

Ib=(IB-IC)/ √3

Ic=(IC-IA)/ √3 (式2)

三角形側(cè):Ia=√3IA

Ib=√3IB

Ic=√3IC

兩種算法其實是一回事，都是將星形側(cè)轉(zhuǎn)為三角形進入差流回路。

RCS978的相位補償算法采用的是“角轉(zhuǎn)星”，其相量圖如(圖3)所示，如下式:

星形側(cè): Ia = (IA-I0)

Ib = (IB-I0)

Ic=(IC-I0)

三角形側(cè):Ia = (IA – IC) /√3

Ib = (IB – IA) / √3

Ic = (IC – IB) /√3

(式 3)

(式1)到(式3)中IA、IB、IC是流變星形側(cè)進入保護裝置的電流，Ia、Ib、Ic是經(jīng)過相位補償后進入差動回路的電流。

RCS978保護的“角轉(zhuǎn)星”方式相對于“星轉(zhuǎn)角”，最大的優(yōu)勢在于對勵磁涌流判據(jù)實行分相制動。

所謂勵磁涌流，是指變壓器在空載投入或者外部故障切除后，特別是在電壓過零時合閘，導(dǎo)致變壓器磁通急劇增大，使鐵芯瞬間飽和，勵磁電流急劇增大，其值可達額定電流的5-10倍，稱為勵磁涌流。 由于勵磁涌流會集中在合閘側(cè)，因此導(dǎo)致差動回路產(chǎn)生極大的不平衡電流，使差動保護誤動作，所以主變差動保護都有勵磁涌流閉鎖裝置。

PST1200和RCS978都是用二次諧波制動和波形對稱原理來實現(xiàn)勵磁涌流制動，這是基于勵磁涌流含有明顯的二次諧波分量、波形有間斷角以及含有大量畸波的特性。但是這些判據(jù)的取得卻是要通過差動流變接入保護裝置的，那么差動流變的相位補償方法則對判據(jù)的生成和使用起著不同的作用。

根據(jù)勵磁涌流的性質(zhì)，合閘初相角α=0°(即電壓過零)時勵磁涌流為最大，而合閘初相角α=90°時，則無勵磁涌流出項。對于三相變壓器而言，每相之間相差120°，則可能在合閘瞬間有一相，也只可能有一相的初相角接近甚至等于90°，則該相的勵磁涌流就很小甚至沒有，在這種情況下，PST1200和RCS978兩種不同的相位補償方式顯示出不同的性能。

設(shè)合閘時B相合閘角為90°，勵磁涌流為零;而C相為-30°，A相為210°，都有明顯勵磁涌流。則無論是采用二次諧波制動還是波形對稱制動，制動量IA≠0，IB=0，IC≠0，按照PST1200的“星轉(zhuǎn)角”方式， 由(式 1)可得，流入差動回路的星形側(cè)補償后

Ia≠0，

Ib≠0，

Ic≠0

三相均有勵磁涌流制動量。如(圖4)所示，a圖為補償前的三相電流波形，b圖為補償后的三相電流波形。

因此在PST1200中是采用或門進行閉鎖，即任意一相出現(xiàn)勵磁涌流，即閉鎖三相，這樣當合閘于故障變壓器時會產(chǎn)生誤閉鎖，導(dǎo)致保護拒動。

而按照RCS978的“角轉(zhuǎn)星”方式，星形側(cè)是不進行轉(zhuǎn)換的，按照(式 3)補償后依然是

Ia≠0，

Ib=0，

Ic≠0

如(圖4)的a圖三相電流波形補償后依然是a圖所示。此時可以實現(xiàn)按相判別，由于B相沒有勵磁涌流，因此B相的差動元件依然開放，當合閘于故障變壓器時，B相可以正確啟動保護動作以切除故障。

由以上分析可知，RCS978這種“角轉(zhuǎn)星”的相位補償方式，使得勵磁涌流的分相閉鎖能夠得以實現(xiàn)，避免了合閘于故障變壓器時因勵磁涌流閉鎖而導(dǎo)致保護拒動，這正是RCS978比PST1200優(yōu)越的地方。

同時需要指出的是，極少數(shù)時候下會出現(xiàn)明明勵磁涌流很大，但二次諧波含量卻極少的情況，這使得RCS978的分相閉鎖方式會產(chǎn)生保護誤動的可能性，因此RCS978同時引入了三次諧波制動。并且按照主變保護雙重化的規(guī)定，一臺主變壓器采用兩套RCS978保護，通過控制字分別選擇諧波制動和波形對稱制動，這樣最大限度上避免了這種誤動情況的發(fā)生。

參考文獻:

1.《電力系統(tǒng)繼電保護》 高永昌主編 水利電力出版社

2.《變電運行現(xiàn)場技術(shù)問答》 張全元主編 中國電力出版社

3.《RCS-978型變壓器成套保護裝置技術(shù)說明書(220kV版)》

4.《PST1200系列數(shù)字式變壓器保護說明書》