2種變壓器差動(dòng)保護(hù)的比較與校驗(yàn)

戈曉軍

(國(guó)網(wǎng)能源神頭第二發(fā)電廠，山西朔州036011)

0 引言

差動(dòng)保護(hù)因其選擇性好、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)成為變壓器電動(dòng)機(jī)及母線等元件的主保護(hù)。差動(dòng)保護(hù)的基本原理是相同的，但變壓器差動(dòng)保護(hù)還要考慮接線組別、變壓器變比、CT變比及勵(lì)磁涌流等因素的影響，同其他差動(dòng)保護(hù)相比，實(shí)現(xiàn)起來(lái)更復(fù)雜些。不同廠家差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)原理和裝置結(jié)構(gòu)有很大差異，現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)時(shí)必須認(rèn)真區(qū)別對(duì)待。尤其是比率制動(dòng)曲線特性校驗(yàn)不準(zhǔn)確，會(huì)給運(yùn)行和維護(hù)帶來(lái)不便，因此，需要掌握各個(gè)廠家實(shí)現(xiàn)保護(hù)的原理和計(jì)算方法的異同。本文比較了有代表性的南京南瑞繼電保護(hù)有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱南瑞)RCS－978和北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱四方)CSC－3262種型號(hào)變壓器差動(dòng)保護(hù)的不同點(diǎn)，以Y0/Y0/D－11型三繞組變壓器為例，分析了RCS－978和CSC－326主變壓器差動(dòng)保護(hù)在校驗(yàn)時(shí)應(yīng)該注意的問題。

1 南瑞和四方實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)原理的不同點(diǎn)

所有的電流差動(dòng)繼電器都是應(yīng)用基爾霍夫第一定律:當(dāng)變壓器正常工作或區(qū)外故障時(shí)，將其看作理想變壓器，則流入變壓器的電流和流出電流相等，差動(dòng)繼電器不動(dòng)作;當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，兩側(cè)(或三側(cè))向故障點(diǎn)提供短路電流，變壓器兩側(cè)CT感應(yīng)二次電流的和正比于故障點(diǎn)電流，當(dāng)電流和大于保護(hù)整定值時(shí)，差動(dòng)繼電器動(dòng)作。

1.1 幅值歸算

主變壓器變比和CT變比造成的誤差都是幅值上的差異，這方面的處理對(duì)于微機(jī)保護(hù)而言是非常容易的，輸入量(對(duì)△側(cè))或相位歸算后的中間量(對(duì)Y側(cè))乘以相應(yīng)的某個(gè)比例系數(shù)即可?？偟膩?lái)說，幅值歸算有2種方法:一種方法是以一側(cè)為基準(zhǔn)，把另一側(cè)的電流值通過一個(gè)比例系數(shù)換算到基準(zhǔn)側(cè)，比如四方CSC－326型變壓器差動(dòng)保護(hù);另一種方法采取的是額定電流標(biāo)幺值的概念，比如南瑞RCS－978型變壓器差動(dòng)保護(hù)?，F(xiàn)在對(duì)2套保護(hù)幅值歸算方法進(jìn)行詳細(xì)解釋。

1.1.1 CSC－326型變壓器差動(dòng)保護(hù)幅值歸算方法

CSC－326型變壓器差動(dòng)保護(hù)幅值歸算采用了第1種方法，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，即得幅值補(bǔ)償后的各相電流。

(1)計(jì)算各側(cè)二次額定電流。

式中:S為主變壓器容量;U為各側(cè)額定線電壓;nTA為各側(cè)CT變比。

(2)計(jì)算各側(cè)平衡系數(shù)。

高壓側(cè)平衡系數(shù)KphH=1。

1.1.2 RCS－978型變壓器差動(dòng)保護(hù)幅值歸算方法RCS－978型變壓器差動(dòng)保護(hù)各側(cè)二次額定電流的計(jì)算方法與CSC－326型變壓器差動(dòng)保護(hù)一樣，該方法只是用來(lái)計(jì)算平衡系數(shù)的基準(zhǔn)值，并不是固定不變的，而是根據(jù)各側(cè)額定二次電流Ie的比率大小有不同的選擇。這樣設(shè)計(jì)的原因在于:現(xiàn)在大多變壓器為了保證正常運(yùn)行時(shí)的測(cè)量精度，二次變比并不是按照變壓器的最大容量來(lái)選擇的，低壓側(cè)求出的平衡系數(shù)可能過小，內(nèi)部計(jì)算精度不容易保證。所以，RCS978型變壓器差動(dòng)保護(hù)Ie基準(zhǔn)值的選擇思路是:如果各側(cè)Ie數(shù)值之間差別不大(比值倍數(shù)小于4倍)，則選取最大側(cè)Ie為基準(zhǔn);如果差別太大(比值倍數(shù)大于4倍)，則以4倍的最小Ie值為基準(zhǔn)。

平衡系數(shù)公式

式中:Kb=min(Iemax/Iemin，4);Kph為各側(cè)平衡系數(shù);Iemax和Iemin分別為最大和最小的二次額定電流。

平衡系數(shù)有2種計(jì)算公式:

當(dāng)(Iemax/Iemin)＜4時(shí)，Kph=Iemax/Ie，Ie最大的那側(cè)平衡系數(shù)為1;

當(dāng)(Iemax/Iemin)＞4時(shí)，Kph=4IemaxIe，Ie最小的那側(cè)平衡系數(shù)為4。

1.2 相位補(bǔ)償

由于Y/△接線方式導(dǎo)致兩側(cè)CT一次電流之間出現(xiàn)30°的相位偏移，所以應(yīng)對(duì)某一側(cè)的CT一次電流進(jìn)行相位補(bǔ)償。在模擬型保護(hù)中是將變壓器Y側(cè)的電流互感器接△形，△側(cè)的電流互感器接Y形，即變壓器△側(cè)電流逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°，△側(cè)的電流互感器也逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°。由于微機(jī)保護(hù)強(qiáng)大的計(jì)算功能，變壓器各側(cè)均采用星形接線，相位補(bǔ)償在軟件算法中完成。

1.2.1 RCS－978型變壓器差動(dòng)保護(hù)對(duì)變壓器接線組別的補(bǔ)償

RCS－978型變壓器差動(dòng)保護(hù)采用△→Y變化調(diào)整差流平衡，在軟件中將△側(cè)電流做一個(gè)反相序的兩相電流之差。為求得零序電流的平衡，將Y側(cè)電流減去零序電流，這樣可明確區(qū)分涌流和故障的特征，大大加快保護(hù)的動(dòng)作速度。對(duì)于Y0/△－11的接線，其校正方法如下:

1.2.2 CSC－326型變壓器差動(dòng)保護(hù)對(duì)變壓器接線組別的補(bǔ)償

CSC－326型變壓器差動(dòng)保護(hù)采用的是常規(guī)的補(bǔ)償方式，選用變壓器Y→△形側(cè)校正的原理，并且差動(dòng)保護(hù)的所有計(jì)算均以高壓側(cè)為基準(zhǔn)。對(duì)于Y0/△－11的接線，其校正方法如下:

2 比率制動(dòng)特性校驗(yàn)

通過對(duì)以上對(duì)2種保護(hù)的比較可知，由于2種變壓器差動(dòng)保護(hù)的具體實(shí)現(xiàn)方法不同，其校驗(yàn)方法有一些差別。下面以Y/Δ－11接線三繞組變壓器為例，介紹差動(dòng)保護(hù)的校驗(yàn)方法。已知變壓器參數(shù)見表1。

表1 變壓器參數(shù)

RCS－978和CSC－326型變壓器差動(dòng)保護(hù)差動(dòng)曲線的測(cè)試方法相同，只是接線方法不同。本文以四方CSC－326型變壓器差動(dòng)保護(hù)差動(dòng)曲線為例，差動(dòng)特性曲線如圖1所示。

圖1 四方CSC－326型差動(dòng)保護(hù)特性曲線

2種保護(hù)制動(dòng)曲線只是在折線斜率數(shù)值上有差別，第1段和第3段斜率固定，第2段斜率需要自己整定。現(xiàn)在校驗(yàn)第2段折線，假設(shè)第2段折線斜率為0.5，差動(dòng)啟動(dòng)值為0.3，這里以SCS－326型變壓器差動(dòng)保護(hù)為例說明比率制動(dòng)曲線的校驗(yàn)方法。根據(jù)公式計(jì)算曲線上的點(diǎn)，驗(yàn)證曲線附近動(dòng)作區(qū)和制動(dòng)區(qū)的點(diǎn)。試驗(yàn)時(shí)不要改變Y側(cè)電流，否則會(huì)使非試驗(yàn)相產(chǎn)生差流，影響試驗(yàn)結(jié)果。

這里以高壓側(cè)和低壓側(cè)兩側(cè)差動(dòng)為例，其動(dòng)作方程為式(1)，比率制動(dòng)曲線特性方程為式(2)。

式中:I1為高壓側(cè)相電流;I3為低壓側(cè)相電流;Icd為差動(dòng)保護(hù)電流定值;Idz為動(dòng)作電流;Kb1為第1段折線斜率(固定取0.2);KID為第2段折線斜率，其值等于比率制動(dòng)系數(shù)整定定值;Kb3為第3段折線斜率(固定取0.7)。

將Icd=0.3A，Kb1=0.2，Kb3=0.7，KID=0.5，Ie=1.31A帶入比率制動(dòng)曲線特性方程方程組后得

在圖1中AB線上任取一點(diǎn)C，當(dāng)Izd=1A時(shí)，根據(jù)式(3)可得Idz≥0.5Izd－0.393≥0.107(A)，選折線上的點(diǎn)取等號(hào)，即Idz=0.5Izd－0.393=0.107(A)。

同時(shí)帶入式(1)可得

同理可求得D，E2點(diǎn)的電流值，見表2。

試驗(yàn)時(shí)按表2接線，首先試驗(yàn)儀器A相電流接高壓側(cè)A相，試驗(yàn)儀B，C相分別接變壓器低壓側(cè)A，C相，加入電流的大小和角度見表2。然后，降低△側(cè)A相電流使差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，記下繼電器動(dòng)作的兩側(cè)電流，最后計(jì)算了制動(dòng)電流和差動(dòng)電流并根據(jù)公式驗(yàn)證了制動(dòng)系數(shù)。

表2 C，D，E3點(diǎn)對(duì)應(yīng)兩側(cè)電流(第2段折線)

3 結(jié)束語(yǔ)

本文基于南瑞RCS－978型主變壓器差動(dòng)保護(hù)和四方CSC－326型主變壓器差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)原理的不同，討論了差動(dòng)保護(hù)的校驗(yàn)方法，從而正確校驗(yàn)主變壓器差動(dòng)保護(hù)。上述校驗(yàn)方法不僅適用于以上2套保護(hù)，而且可以舉一反三，推廣到具有相同歸算方法和相位補(bǔ)償?shù)谋Ｗo(hù)校驗(yàn)。

[1]丁泠允，胡晶晶.變壓器比率差動(dòng)保護(hù)原理及校驗(yàn)方法[J].繼電器，2007，35(12):67－70.