變壓器差動(dòng)保護(hù)平衡系數(shù)計(jì)算的圖形可視化

郭立，陳興，陳疆，劉仁

(國(guó)網(wǎng)烏魯木齊供電公司，烏魯木齊 830000)

變壓器差動(dòng)保護(hù)平衡系數(shù)計(jì)算的圖形可視化

郭立，陳興，陳疆，劉仁

(國(guó)網(wǎng)烏魯木齊供電公司，烏魯木齊 830000)

基于主流的四種變壓器微機(jī)保護(hù)裝置二次額定電流、平衡系數(shù)的計(jì)算方法及穩(wěn)態(tài)工況的模擬方法，運(yùn)用MATLAB/GUI仿真平臺(tái)，搭建了變壓器差動(dòng)保護(hù)平衡系數(shù)計(jì)算的圖形界面，可導(dǎo)入變壓器基本參數(shù)，針對(duì)不同廠家型號(hào)，模擬計(jì)算廠家保護(hù)裝置的平衡系數(shù)，得出變壓器保護(hù)試驗(yàn)對(duì)比性數(shù)據(jù)。該界面有較好的可操作性和有效性，為從事繼電保護(hù)人員提供了實(shí)用的變壓器保護(hù)平衡系數(shù)計(jì)算的輔助工具和平臺(tái)。

變壓器；差動(dòng)保護(hù)；平衡系數(shù)；可視化

0 前言

差動(dòng)保護(hù)的比率特性是變壓器差動(dòng)保護(hù)的主要特性，也是在投運(yùn)前必不可少的調(diào)試項(xiàng)目之一。新型微機(jī)變壓器裝置的應(yīng)用，必然會(huì)對(duì)變壓器差動(dòng)定值的計(jì)算方法產(chǎn)生影響。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)四種主流型號(hào)的變壓器保護(hù)裝置說(shuō)明相位補(bǔ)償和平衡系數(shù)計(jì)算方法[1-3]，基于 GUI界面仿真系統(tǒng)[4]，搭建數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)變壓器平衡系數(shù)計(jì)算圖形化和可視化。

1 主變差動(dòng)保護(hù)原理

變壓器差動(dòng)保護(hù)是變壓器的主保護(hù)，一般較大型變壓器都裝有差動(dòng)保護(hù)。差動(dòng)保護(hù)主要保護(hù)變壓器內(nèi)部線圈匝間短路，它的動(dòng)作原理是利用變壓器高低壓兩側(cè)的兩組差動(dòng)保護(hù)專用電流互感器完成。基本原理是反應(yīng)被保護(hù)變壓器各端流入和流出電流的差，在保護(hù)區(qū)內(nèi)故障，差動(dòng)回路中的電流值大于整定值，差動(dòng)保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作，而在保護(hù)區(qū)外故障，主變差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作。

主變差動(dòng)保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)，能反映變壓器內(nèi)部相間短路故障、高壓側(cè)單相接地短路及匝間層間短路故障，差動(dòng)保護(hù)是輸入的兩端CT電流矢量差，當(dāng)兩端CT電流矢量差達(dá)到設(shè)定的動(dòng)作值時(shí)啟動(dòng)動(dòng)作元件。差動(dòng)保護(hù)是保護(hù)兩端電流互感器之間的故障 (即保護(hù)范圍在輸入的兩端CT之間的設(shè)備上)，正常情況流進(jìn)的電流和流出的電流在保護(hù)內(nèi)大小相等，方向相反，相位相同，兩者剛好抵消，差動(dòng)電流等于零；故障時(shí)兩端電流向故障點(diǎn)流，在保護(hù)內(nèi)電流疊加，差動(dòng)電流大于零。驅(qū)動(dòng)保護(hù)出口繼電器動(dòng)作，跳開(kāi)兩側(cè)的斷路器，使故障設(shè)備斷開(kāi)電源。

2 各種型號(hào)裝置

2.1 WBH-801A

與微機(jī)型變壓器保護(hù)裝置一樣，該裝置采取在軟件上進(jìn)行相位校正和幅值校正。相位補(bǔ)償由星形側(cè)向三角形側(cè)歸算，其公式為

通過(guò)相位校正，滿足了正常運(yùn)行和外部短路時(shí)電流的反相關(guān)系。但由變壓器各側(cè)的額定電壓、接線方式及差動(dòng)TA變比都不同，在正常運(yùn)行和外部短路故障時(shí)變壓器各側(cè)差動(dòng)電流幅值不完全相等，無(wú)法滿足差流為零的要求，所以引入一個(gè)將各側(cè)電流折算系數(shù)，即平衡系數(shù)。裝置WBH-801A在計(jì)算差流時(shí)利用平衡系數(shù)對(duì)各側(cè)電流進(jìn)行折算，將各側(cè)電流轉(zhuǎn)換到高壓側(cè)。

縱差保護(hù)動(dòng)作特性如圖1所示，動(dòng)作特性曲線采取三折線形式，第一段折線為直線，第二段折線斜率固定為 0.5，第三段折線斜率固定為0.6。

圖1 保護(hù)裝置WBH-801A縱差保護(hù)動(dòng)作特性曲線

圖1中Ir為制動(dòng)電流，計(jì)算公式為

2.2 PRS-778

與變壓器保護(hù)裝置WBH-801A一樣，裝置PRS-778也采取在軟件上進(jìn)行相位校正和幅值校正，相位由星形側(cè)向三角形側(cè)歸算，不同之處在于相位補(bǔ)償公式。

除了相位校正公式、平衡系數(shù)計(jì)算公式不同之外，變壓器保護(hù)裝置PRS-778的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性曲線與裝置 WBH-801A也不同，如圖2所示。

圖2 保護(hù)裝置PRS-778縱差保護(hù)動(dòng)作特性曲線

由圖2可以看出，裝置PRS-778差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性曲線與裝置WBH-801A相比，主要的區(qū)別在于裝置PRS-778第一段不是直線，而是斜率固定為0.1的折線。

另外，裝置PRS-778的制動(dòng)電流計(jì)算公式也與裝置WBH-801A不同，如式 (3)所示。

2.3 GT-756

裝置SGT-756所采用的原理基本與裝置WBH-801A一樣，主要區(qū)別在于裝置SGT-756制動(dòng)電流計(jì)算公式與裝置PRS-778的計(jì)算方法一致，如式 (3)所示。

其二次額定電流以及平衡系數(shù)的計(jì)算方法參見(jiàn)WBH-801A。

2.4 RCS-978GC

裝置RCS-978GC的相位補(bǔ)償采取△→Y方式，同時(shí)Y側(cè)濾除零序電流，相位補(bǔ)償公式如式(4)、式 (5)所示。

各側(cè)平衡系數(shù)的計(jì)算公式如下

式中I2N——變壓器計(jì)算側(cè)二次額定電流；

I2N-min——變壓器各側(cè)二次額定電流中最小值

I2N-max——變壓器各側(cè)二次額定電流值中的最大值。

平衡系數(shù)的計(jì)算方法以變壓器各側(cè)中二次額定電流為最小的一側(cè)乘以一定倍數(shù)Kb為基準(zhǔn)，其他側(cè)歸算到基準(zhǔn)側(cè)。Kb和2.95中較小的一個(gè)。裝置為保證精度，差動(dòng)保護(hù)各側(cè)電流平衡系數(shù)調(diào)整范圍最大為32倍[4]。

3 變壓器穩(wěn)態(tài)計(jì)算可視化

運(yùn)用MATLAB GUI技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)密碼登錄界面，實(shí)現(xiàn)登錄仿真系統(tǒng)，選擇相應(yīng)的變壓器保護(hù)廠家，進(jìn)行變壓器穩(wěn)態(tài)仿真界面，計(jì)算仿真變壓器平衡系數(shù)，其仿真結(jié)果為工程人員提供參考數(shù)據(jù)，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際變壓器保護(hù)調(diào)試校驗(yàn)數(shù)據(jù)形成對(duì)比。

選擇型號(hào)為許繼WBH-801A變壓器保護(hù)裝置，進(jìn)入WBH-801A仿真界面。依照變壓器基本參數(shù)，導(dǎo)入變壓器保護(hù)部分參數(shù)，如表1所示，仿真計(jì)算變壓器各側(cè)平衡系數(shù)，導(dǎo)出計(jì)算結(jié)果，結(jié)果分析：不裝置類型的高、中、低三側(cè)二次電流是一定相同的，不同工作原理和平衡系數(shù)計(jì)算方法，計(jì)算結(jié)果會(huì)有所差異。

4 結(jié)束語(yǔ)

1)圖形用戶界面 (GUI)方法提供了一種研究變壓器穩(wěn)態(tài)模擬的新途徑。

2)通過(guò)變壓器平衡系數(shù)計(jì)算仿真，為現(xiàn)場(chǎng)變壓器保護(hù)調(diào)試工作提供參考數(shù)據(jù)。

3)變壓器穩(wěn)態(tài)計(jì)算的圖形可視化，兼顧四種不同型號(hào)的變壓器保護(hù)裝置，體現(xiàn)了仿真的多樣性、差異性、靈活性。

4)該軟件界面友好，實(shí)現(xiàn)方便，性能可靠且操作靈活，有較好的交互性和實(shí)用性，為電氣工程人員提供了有效計(jì)算工具。

[1] Assi.A.Jama，M.Al Kathairi.K.MATLAB based modeling tool for designing predicting and analyzing grid tied photovoltaic systems[C].ACTEA，2009：508-513.

[2] Islam M.A，Mohammad N，Khan，P.K.S.Modeling and performance analysis of a generalized photovoltaic array in Matlab [J].PEDES，2010：1-5.

[3] 黃少鋒，谷君，鄭濤，等.內(nèi)橋接線方式下變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因及防范措施 [J].高電壓技術(shù)，2011，31 (19)：45-50.

[4] 鄧茂軍，吳起，陳亮，等.基于電子式互感器的電爐變壓器差動(dòng)保護(hù)研究電力系統(tǒng)保護(hù)與控制 [J].2011，25 (4)：11-14.

Research on Graphical Visualization of Coefficient Calculation for Transformer Differential Protection Balance

GUO Li，ChHEN Xing，CHEN Jiang，LIU Ren
(Urumqi Power Supply Company，Urumqi 830000，China)

The simulation method of calculating method of four kinds of microcomputer based transformer protection device of mainstream two times rated current，balance coefficient and steady working condition based on MATLAB/GUI，using the simulation platform，built the balance coefficient calculation of transformer differential protection graphical interface，you can import transformer basic parameters for different manufacturers，models，simulation calculation of equilibrium coefficient manufacturers protection device.Contrast experimental data obtained for transformer protection.The interface has a good operability and effectiveness，provides the calculation of transformer protection balance coefficient useful auxiliary tool and platform for relay protection personnel.

transformer；differential protection；balance coefficient；visualization

TM73

B

1006-7345(2015)05-0034-03

2015-04-12

郭立 (1984)，男，碩士，助理工程師，國(guó)網(wǎng)烏魯木齊供電公司，從事繼電保護(hù)工作 (e-mail)guoli730＠sina.com。

陳興 (1985)，男，工程師，國(guó)網(wǎng)烏魯木齊供電公司，從事繼電保護(hù)工作。

陳疆 (1988)，男，工程師，國(guó)網(wǎng)烏魯木齊供電公司，從事繼電保護(hù)工作。