變壓器比率差動(dòng)保護(hù)調(diào)試新方法的應(yīng)用分析

魏本成

(國網(wǎng)山東省電力公司德州供電公司，山東 德州 253000)

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變壓器比率差動(dòng)保護(hù)調(diào)試新方法的應(yīng)用分析

魏本成

(國網(wǎng)山東省電力公司德州供電公司，山東 德州 253000)

介紹變壓器比率差動(dòng)保護(hù)調(diào)試新方法研究背景，從選點(diǎn)(標(biāo)幺值坐標(biāo))、計(jì)算試驗(yàn)電流、加量驗(yàn)證保護(hù)動(dòng)作等方面分析主變壓器比率差動(dòng)保護(hù)校驗(yàn)法的校驗(yàn)步驟，并通過實(shí)例對(duì)該方法的應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明該方法在變壓器比率差動(dòng)保護(hù)調(diào)試應(yīng)用中，能減少計(jì)算量50%左右，節(jié)約時(shí)間60%左右，可有效降低因過量動(dòng)作對(duì)保護(hù)元器件的損害。

比率差動(dòng)；邊界折線；差動(dòng)電流；制動(dòng)電流

差動(dòng)保護(hù)是變壓器的電氣量主保護(hù)，分為差速斷保護(hù)和比率差動(dòng)保護(hù)，差速斷保護(hù)原理是基爾霍夫電流定律(KCL)，簡(jiǎn)單可靠，時(shí)效性好，但為了防止“區(qū)外穿越故障TA誤差”或“勵(lì)磁涌流”等非區(qū)內(nèi)故障造成保護(hù)誤動(dòng)，差速斷保護(hù)的定值一般設(shè)置的比較大，這樣可能造成區(qū)內(nèi)非嚴(yán)重故障時(shí)差速斷保護(hù)拒動(dòng)，故引入變壓器比率差動(dòng)保護(hù)。差速斷保護(hù)是原理最簡(jiǎn)單的保護(hù)，驗(yàn)證起來很簡(jiǎn)單，但引入制動(dòng)條件的比率差動(dòng)保護(hù)調(diào)試起來就復(fù)雜得多。

1 比率差動(dòng)保護(hù)調(diào)試新方法研究背景

比率差動(dòng)保護(hù)邏輯調(diào)試是變電二次設(shè)備調(diào)試中最復(fù)雜的。傳統(tǒng)的調(diào)試方法是：固定一側(cè)試驗(yàn)電流；微調(diào)另一側(cè)試驗(yàn)電流；找出比率差動(dòng)邊界點(diǎn)(有名值)；計(jì)算確定出該邊界點(diǎn)在比率差動(dòng)曲線上的坐標(biāo)(標(biāo)幺值坐標(biāo))；重復(fù)前面四步找出另一個(gè)標(biāo)幺值坐標(biāo)；根據(jù)兩個(gè)點(diǎn)的標(biāo)幺值坐標(biāo)計(jì)算斜率；比對(duì)計(jì)算斜率與定值斜率是否一致。

這種調(diào)試方法在實(shí)際應(yīng)用中有三方面缺點(diǎn)：一是需要保護(hù)裝置數(shù)十次甚至上百次動(dòng)作，損害元器件；二是試驗(yàn)電流是有名值，尋點(diǎn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力；三是計(jì)算量大。故此，研究出了“選點(diǎn)、計(jì)算試驗(yàn)電流、加量驗(yàn)證保護(hù)動(dòng)作、微調(diào)試驗(yàn)電流保護(hù)不動(dòng)作進(jìn)而確定所選點(diǎn)是動(dòng)作邊界”的四步法，可方便快捷地校驗(yàn)變壓器比率差動(dòng)保護(hù)。

2 比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作邊界原理

變壓器比率差動(dòng)保護(hù)即是引入制動(dòng)條件的差動(dòng)保護(hù)，保護(hù)范圍以二維平面形式體現(xiàn)，橫坐標(biāo)為制動(dòng)電流，縱坐標(biāo)為差動(dòng)電流，差動(dòng)電流是各側(cè)電流歸算后的矢量和，不同的保護(hù)廠家對(duì)制動(dòng)電流可能有不同的定義。

為研究變壓器比率差動(dòng)保護(hù)調(diào)試方法，現(xiàn)以某一種比率差動(dòng)保護(hù)為例，其動(dòng)作特性見圖1。圖1中， 縱坐標(biāo)Id是差動(dòng)電流，橫坐標(biāo)Ires是制動(dòng)電流，折線是比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作邊界線，Id0是比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作門檻值，Kr1為第1段折線斜率，Kr2為第2段折線斜率，折線的2個(gè)折點(diǎn)橫坐標(biāo)為K1Ie和K2Ie。圖1中，折線上方為比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作區(qū)，折線下方為比率差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)區(qū)。

圖1 比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性

例中比率差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng)電流和制動(dòng)電流具體定義如下：

(1)

式(1)中的電流量均是矢量，為歸算后的各側(cè)電流。該比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作域(即圖1中的動(dòng)作區(qū))如下：

(2)

整定保護(hù)裝置設(shè)備參數(shù)定值。整定變壓器接線方式為YY△-11；整定高、中、低三側(cè)額定容量分別為180 MVA、180 MVA和90 MVA；整定高、中、低三側(cè)額定電壓分別為230 kV、121 kV和38.5 kV；整定高、中、低三側(cè)TA變比分別為800/5、1200/5和1500/5；整定比率差動(dòng)門檻值Id0為0.4Ie。

以上所舉例保護(hù)的制動(dòng)斜率Kr1和Kr2分別為0.5和0.8，2個(gè)折點(diǎn)的橫坐標(biāo)K1Ie和K2Ie分別為0.5Ie和5Ie。

將Id0、Kr1、Kr2、K1Ie和K2Ie的數(shù)值代入邊界折線，易知2個(gè)折點(diǎn)G1、G2的坐標(biāo)：G1(0.5Ie,0.4Ie)，G2(5Ie,2.65Ie)。

繼而得出比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作域如下。

(3)

3 主變壓器比率差動(dòng)保護(hù)校驗(yàn)新方法

驗(yàn)證主變壓器比率差動(dòng)保護(hù)，即驗(yàn)證上述邊界條件，可以通過四步實(shí)現(xiàn)：第1步，任意選取合適的邊界點(diǎn)，該點(diǎn)的坐標(biāo)都是標(biāo)幺值(橫坐標(biāo)為制動(dòng)電流標(biāo)幺值，縱坐標(biāo)為差動(dòng)電流標(biāo)幺值)；第2步，將所選的邊界點(diǎn)坐標(biāo)帶入差動(dòng)電流和制動(dòng)電流公式(式2)，計(jì)算出試驗(yàn)電流；第3步，施加計(jì)算出的試驗(yàn)電流，驗(yàn)證該點(diǎn)動(dòng)作；第4步，固定一側(cè)試驗(yàn)電流，微調(diào)另一側(cè)試驗(yàn)電流(微調(diào)方向是使差流減小)，保護(hù)不動(dòng)作，即確定該任意邊界點(diǎn)確實(shí)為保護(hù)動(dòng)作邊界。

3.1 在動(dòng)作邊界折線上選點(diǎn)

邊界點(diǎn)以選擇各段折線的中段位置為佳，在圖1比率制動(dòng)折線上第2段上選取合適的邊界點(diǎn)G3。選點(diǎn)時(shí)先選合適的橫坐標(biāo)，比如選G3的橫坐標(biāo)為2.5Ie，易知G3的縱坐標(biāo)為{0.4Ie+(2.5Ie-0.5Ie)×0.5}，得出邊界點(diǎn)G3為(2.5Ie,1.4Ie)，用此點(diǎn)驗(yàn)證主變高低壓側(cè)比率差動(dòng)保護(hù)。

3.2 計(jì)算試驗(yàn)所加試驗(yàn)電流

故得出：

3.3 施加計(jì)算出的試驗(yàn)電流，驗(yàn)證保護(hù)動(dòng)作

用繼電保護(hù)試驗(yàn)儀在保護(hù)裝置上施加計(jì)算出來的試驗(yàn)電流：在高壓側(cè)U相電流端子施加電流15.65∠0°(狀態(tài)序列菜單中的U相電流)，在保護(hù)屏低壓側(cè)U相電流端子施加電流8.1∠180°(狀態(tài)序列菜單中的V相電流)，在保護(hù)屏低壓側(cè)W相電流端子施加電流8.1∠0°(狀態(tài)序列菜單中的W相電流)，具體參看表1，觸發(fā)時(shí)間設(shè)為0.1 s。

表1 校驗(yàn)比率差動(dòng)保護(hù)施加模擬量

電流相別電流幅值/A電流初相角/°電流頻率/HzIU15.65050IV8.1018050IW8.10050

觸發(fā)之后，主變比率差動(dòng)保護(hù)瞬動(dòng)，動(dòng)作報(bào)告參看表2。

表2 保護(hù)裝置比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作報(bào)告

動(dòng)作情況動(dòng)作時(shí)間/ms整組相別差動(dòng)電流制動(dòng)電流整組啟動(dòng)0---比差動(dòng)作19U相1.42Ie2.53Ie--V相0.01Ie2.53Ie比差動(dòng)作21W相1.42Ie2.53Ie

表2中可清楚看到，故障態(tài)施加19 ms和21 ms時(shí)，U相比率差動(dòng)和W相比率差動(dòng)分別動(dòng)作，并且兩者的差動(dòng)電流和制動(dòng)電流與所選點(diǎn)的坐標(biāo)一致，說明試驗(yàn)電流計(jì)算正確，并且所選點(diǎn)確在比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作區(qū)。

3.4 微調(diào)試驗(yàn)電流，驗(yàn)證所選點(diǎn)確為邊界條件

將試驗(yàn)電流中較小的電流增大5%,即高壓側(cè)U相電流不變，仍為15.65∠0°，低壓側(cè)U相電流8.5∠180°(狀態(tài)序列菜單中的V相電流)，低壓側(cè)W相電流8.5∠0°(狀態(tài)序列菜單中的W相電流)。試驗(yàn)結(jié)果是：0 ms時(shí)，保護(hù)啟動(dòng)，接下來沒有動(dòng)作序列，比率差 動(dòng)保護(hù)確實(shí)不動(dòng)作。這就驗(yàn)證了G3(2.5Ie,1.4Ie)確為比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作邊界點(diǎn)。

4 應(yīng)用情況及效果

4.1 應(yīng)用情況

自2013年以來，市供電公司所有主變壓器比率差動(dòng)保護(hù)調(diào)試都擺脫了驗(yàn)證比率的傳統(tǒng)方法，全部使用新“四步法”來校驗(yàn)。截至2016年年底，使用新“四步法”共完成了30余次主變壓器保護(hù)新裝檢驗(yàn)和60余次主變壓器保護(hù)定期檢驗(yàn)的比率差動(dòng)保護(hù)調(diào)試工作。自2016年2月開始，將新“四步法”向所有下轄縣供電公司推廣，先后組織了3次大型培訓(xùn)工作，新方法收到了參培者的普遍好評(píng)。

4.2 應(yīng)用效果

“四步法”相比于傳統(tǒng)方法在實(shí)際應(yīng)用中有3大優(yōu)點(diǎn)。首先是計(jì)算量減小，傳統(tǒng)方法至少要算2個(gè)邊界點(diǎn)的坐標(biāo)，新方法只需計(jì)算一個(gè)邊界點(diǎn)的試驗(yàn)電流，計(jì)算量減半；其次是更節(jié)省時(shí)間，傳統(tǒng)方法需要多次盲目地試驗(yàn)才能找到兩個(gè)邊界點(diǎn)的試驗(yàn)電流，而新方法在邊界折線上任意選點(diǎn)，分分鐘就能確定邊界點(diǎn)的坐標(biāo)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，至少比傳統(tǒng)方法省時(shí)60%以上；第三，新方法保護(hù)裝置動(dòng)作次數(shù)大量減少，能有效減小對(duì)保護(hù)元件的損害。

應(yīng)用“四步法”以來，變壓器保護(hù)全檢工期縮短了1天。4年來，使用新方法完成了90余臺(tái)次的變壓器比率差動(dòng)保護(hù)調(diào)試工作，其中雙配置的保護(hù)有60余次，細(xì)算下來有至少節(jié)省了60多個(gè)工作日。另外，2015年3月，使用新“四步法”，檢出了某110 kV變電站比率差動(dòng)保護(hù)邏輯錯(cuò)誤(其差動(dòng)保護(hù)門檻值可以整定，但整定為任何值其比率差動(dòng)曲線都不會(huì)上下移動(dòng))。

5 結(jié)束語

變壓器比率差動(dòng)保護(hù)調(diào)試新方法針對(duì)某一具體的保護(hù)邏輯，在動(dòng)作邊界折線上選點(diǎn)的方式是“隨機(jī)選點(diǎn)”，具有普遍性，在理論上站得住腳。相較于傳統(tǒng)的調(diào)試方法，該方法可使保護(hù)裝置動(dòng)作次數(shù)大大減少，有效降低因過量動(dòng)作對(duì)保護(hù)元器件的損害；調(diào)試過程中可使計(jì)算量減少一半，從而更加方便快捷地校驗(yàn)比率差動(dòng)保護(hù)。

本文責(zé)任編輯：楊秀敏

Application Analysis of New Test Method for Transformer Ratio Differential Protection

Wei Bencheng

(Shandong Dezhou Power Supply Company of State Grid,Dezhou 253000,China)

This paper introduces the reason of a new test method research for transformer ratio differential protection,elaborates the measure of the new test method,which is based on select a point (its coordinate is relative value),calculats the test current, uses the calculated test current to do experiment and so on.We use practical example to prove the application effect of the new test method, and obtain the results:Compared to traditional test method in application,the new test method can reduce haif of the calculateion work,can save 60% of work time;and what's more,the new method do not need the relay protection device act that many times,this will reduce damage to the relay protection device effectively.

ratio differential;orotection area boundary;differential current;resistance current

2016-12-13

魏本成(1986- )，男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)變電部分繼電保護(hù)工作。

TM407

B

1001-9898(2017)03-0020-03