變壓器比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)系數(shù)校驗(yàn)方法研究

姜 晨，彭揚(yáng)帆，紀(jì)禮君

(1.國網(wǎng)上海市電力公司崇明供電公司，上海 202150；2.國網(wǎng)上海市電力公司市北供電公司，上海 200080)

隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展，針對變壓器保護(hù)的研究也越來越多，面臨的問題也呈現(xiàn)增長趨勢。在智能電站工程中，使用越來越多的電子式電流互感器，造成基于傳統(tǒng)電磁式電流互感器的差動(dòng)保護(hù)整定原則與整定方案亟需改進(jìn)，因此改進(jìn)原比例制動(dòng)曲線特性的整定原則，或者提出一種新的解決途徑用以改進(jìn)傳統(tǒng)原則也成為研究的熱點(diǎn)[1]。其中，在變壓器保護(hù)的校驗(yàn)試驗(yàn)中，關(guān)于比率制動(dòng)部分的制動(dòng)特性校驗(yàn)，不同的方法會(huì)得出差異較大的制動(dòng)系數(shù)，不利于進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)的相關(guān)整定計(jì)算。

隨著繼電保護(hù)微機(jī)化的日益成熟，微機(jī)技術(shù)的長期記憶功能和優(yōu)越的信息處理功能，以及它在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，為解決變壓器保護(hù)校驗(yàn)試驗(yàn)方面的問題提供了有效手段[2-3]。校驗(yàn)過程中為避免測試加量引起不平衡電流而導(dǎo)致差動(dòng)誤動(dòng)，在變壓器各側(cè)繞組中考慮聯(lián)接組別的關(guān)系，新型微機(jī)繼電保護(hù)裝置內(nèi)部的軟件會(huì)自動(dòng)進(jìn)行電流輸入量的相位調(diào)整和幅值調(diào)整，有效減小人為引起的不平衡電流，防止差動(dòng)誤動(dòng)。

1 比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)

1.1 比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)原理

比率制動(dòng)部分提高了差動(dòng)保護(hù)的靈敏度，當(dāng)制動(dòng)電流小于或等于變壓器額定電流的1.2～1.5倍時(shí)，繼電器無制動(dòng)作用，此時(shí)差動(dòng)繼電器的最小動(dòng)作電流可整定為變壓器額定電流的20%～50%，保證了內(nèi)部故障、短路電流小的情況下，差動(dòng)保護(hù)具有足夠的靈敏度。當(dāng)內(nèi)部故障、短路電流較大時(shí)，通過適當(dāng)選取制動(dòng)系數(shù)，也能保證所需的靈敏度。外部發(fā)生故障時(shí)，短路電流全部為制動(dòng)電流，提高了保護(hù)的動(dòng)作值，而差動(dòng)回路的電流只是不平衡電流，差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作，保護(hù)的可靠性得以保證[5]。

1.2 比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)特性曲線

圖1所示為北京四方CSC-326D數(shù)字式變壓器保護(hù)裝置的比率差動(dòng)保護(hù)特性曲線圖。

圖1 CSC-326D比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)特性曲線

1.3 比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性

(1)比率差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)曲線為三折線式；

(2)比率制動(dòng)第二段特性方程如下：

Id=0.5Ir+0.387 6

(1)

(3)試驗(yàn)條件：投入差動(dòng)保護(hù)硬連接片及軟連接片，“縱差差動(dòng)保護(hù)”控制字整定為1，退出TA斷線閉鎖。正確整定差動(dòng)保護(hù)定值，裝置比率制動(dòng)校驗(yàn)采用的定值如表1所示。

不同廠家生產(chǎn)的、不同電壓等級(jí)的變壓器保護(hù)裝置，在細(xì)節(jié)上有所不同，校驗(yàn)時(shí)需要特別注意裝置說明書的各項(xiàng)說明。校驗(yàn)比率差動(dòng)的制動(dòng)系數(shù)時(shí)，本文主要針對北京四方變壓器保護(hù)裝置進(jìn)行校驗(yàn)研究，其CSC-326B/D主變差動(dòng)保護(hù)邏輯柜圖見圖2。

圖2 CSC-326B/D主變差動(dòng)保護(hù)邏輯框圖

1.4 裝置主要技術(shù)性能指標(biāo)

(1)差動(dòng)保護(hù)最小動(dòng)作電流整定范圍(0.3～10)Ie；

(2)差動(dòng)速斷動(dòng)作電流整定范圍(1～20)Ie；

(3)三折線制動(dòng)特性，第二段折線斜率整定范圍0.2～0.7；

(4)整定值誤差：不大于±5%或0.02IN；

(5)相間差動(dòng)保護(hù)的固有動(dòng)作時(shí)間為2倍整定值時(shí)，不大于30 ms。

Ie為變壓器高壓側(cè)二次額定電流。

裝置定值見表1。

表1 CSC-326B/D變壓器保護(hù)裝置定值情況表

2 電流平衡原理

2.1 相位補(bǔ)償原理

為了實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的功能，差動(dòng)保護(hù)需要實(shí)時(shí)采集變壓器各側(cè)的電流，知道其幅值大小和相位關(guān)系。因此，從電流互感器二次側(cè)引出的電流信號(hào)通過電纜接入到變壓器保護(hù)屏的交流端子排，流入差動(dòng)保護(hù)裝置。在傳統(tǒng)的模擬型變壓器保護(hù)中，兩相電流之差是靠變壓器Y側(cè)的差動(dòng)TA繞組接成三角形來實(shí)現(xiàn)的。在微機(jī)型變壓器保護(hù)中，一般相位校正都是在軟件中實(shí)現(xiàn)，兩側(cè)的差動(dòng)保護(hù)所用TA都是Y接線[6-7]。

PST1200保護(hù)裝置和CSC-326B/D數(shù)字式變壓器保護(hù)裝置都是采用的星形側(cè)向三角形側(cè)歸算的相位補(bǔ)償方式：

(2)

2.2 幅值補(bǔ)償原理

2.2.1零序分量

對于在變壓器Y側(cè)移相的變壓器縱差保護(hù)，無論是用軟件實(shí)現(xiàn)還是用差動(dòng)TA的三角形接線實(shí)現(xiàn)，由于從Y側(cè)通入各相差動(dòng)元件的電流已經(jīng)是相應(yīng)的兩相電流之差了，故已將零序電流濾去，所以沒必要再采取其他措施。

2.2.2平衡系數(shù)法

微機(jī)型變壓器保護(hù)裝置在軟件上進(jìn)行幅值調(diào)整，引入了一個(gè)名為平衡系數(shù)的物理量，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)折算系數(shù)，作用是將兩個(gè)大小不等的電流折算成作用完全相等的電流。將一側(cè)電流作為基準(zhǔn)，將另一側(cè)電流乘以該側(cè)的平衡系數(shù)，使正常運(yùn)行或外部故障時(shí)經(jīng)過相位校正和幅值校正以后兩側(cè)的電流幅值相等，滿足∑I=0的關(guān)系[8]。

平衡系數(shù)計(jì)算原理如下：

由軟件在變壓器Y側(cè)移相，實(shí)現(xiàn)Y→△。

變壓器各側(cè)一次額定電流為

(3)

(4)

如果以變壓器高壓側(cè)二次額定電流為基準(zhǔn)，要使其他側(cè)：

K·I2N=I2Nh

(5)

高壓側(cè)平衡系數(shù)為

(6)

中壓側(cè)平衡系數(shù)為

(7)

低壓側(cè)平衡系數(shù)為

(8)

式中SN——額定容量；I2Nh；I2Nm；I2Nl——變壓器高、中、低壓側(cè)二次額定電流；nh，nm，nl——變壓器高、中、低壓側(cè)TA變比。

3 比率制動(dòng)系數(shù)校驗(yàn)

不同廠家生產(chǎn)的保護(hù)裝置在具體應(yīng)用上有很大區(qū)別，試驗(yàn)之前應(yīng)該首先明確要檢驗(yàn)的變壓器保護(hù)裝置相關(guān)定值，明確變壓器各側(cè)TA 變比、差動(dòng)速斷定值倍數(shù)、差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)電流定值、縱差保護(hù)各段折線斜率、二次諧波制動(dòng)系數(shù)等定值，試驗(yàn)過程中要正確投退保護(hù)裝置軟硬連接片及控制字。

3.1 差流平衡的求解

高壓側(cè)：

(9)

低壓側(cè)：

(10)

根據(jù)高低壓側(cè)所加電流差流平衡的原則求解方程組，得到解如下：

(11)

將所求得的解分別除以對應(yīng)側(cè)的平衡系數(shù)即可得到保護(hù)測試儀的輸入量。

3.2 參數(shù)說明

3.2.1制動(dòng)系數(shù)

繼電器整定計(jì)算就是確定拐點(diǎn)電流、最小動(dòng)作電流和制動(dòng)特性的斜率(最大制動(dòng)比)。這些參數(shù)的計(jì)算往往比較困難，在實(shí)際應(yīng)用中一般由運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來確定。制動(dòng)系數(shù)K，對變壓器保護(hù)，通常取0.4～0.8。

(12)

3.2.2差動(dòng)電流與制動(dòng)電流

國電南自的PST1200裝置中，

Id=I1-I2
Ir=Imax=I1

(13)

北京四方裝置中，

(14)

4 制動(dòng)系數(shù)校驗(yàn)方案

4.1 試驗(yàn)方案

對于PST1200裝置，根據(jù)式(12)可知，增大差動(dòng)電流只需保持制動(dòng)電流不變，即I1不變，減小I2，即增大差動(dòng)電流，使得保護(hù)從不動(dòng)作到動(dòng)作。而對于北京四方的CSC-326B/D數(shù)字式變壓器保護(hù)裝置，Id、Ir都受到I1、I2的影響，此時(shí)有以下兩種方法：

方法一：保持低壓側(cè)輸入量I2不變，增大高壓側(cè)電流I1輸入量；方法二：保持高壓側(cè)I1輸入量不變，減小低壓側(cè)電流I2輸入量。兩種方法的原理都是在保證保護(hù)測試儀的一側(cè)輸入量不變的前提下，調(diào)整(增大或減小)另一側(cè)輸入量，使得保護(hù)由不動(dòng)作到動(dòng)作，記錄下臨界動(dòng)作點(diǎn)處的制動(dòng)電流和差動(dòng)電流，進(jìn)一步求得制動(dòng)系數(shù)。

4.2 高低壓側(cè)比率制動(dòng)試驗(yàn)

4.2.1試驗(yàn)方法

高低壓側(cè)比率制動(dòng)試驗(yàn)方法如下：

B相和C相制動(dòng)系數(shù)的測試方法與A相相同，不再贅述。

測試相為高壓側(cè)A相與低壓側(cè)A相，高壓側(cè)A相加電流I1、低壓側(cè)A相加電流I2，

4.2.2試驗(yàn)接線

高低壓側(cè)比率差動(dòng)保護(hù)測試接線圖見圖3。

圖3 高低壓側(cè)比率差動(dòng)保護(hù)測試接線圖

4.2.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表1計(jì)算可得，

高壓側(cè)額定電流：

中壓側(cè)平衡系數(shù)：

低壓側(cè)平衡系數(shù)：

根據(jù)特性曲線第二段方程，取點(diǎn)A(Ir1，Id1)=(0.8Ie，Id1)=(0.944，0.859 6)，B(Ir2，Id2)=(1.2Ie，Id2)=(1.416，1.095 6)

根據(jù)式(13)及相位和幅值補(bǔ)償計(jì)算(低壓側(cè)平衡系數(shù)=0.095)，得出A(I1，I2)=(2.382,5.421)，B(I1，I2)=(3.403,9.147)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)情況如表2所示。

4.3 高中壓側(cè)比率制動(dòng)試驗(yàn)

高中壓側(cè)的比率制動(dòng)試驗(yàn)方法如高低壓側(cè)試驗(yàn)，選取另外兩點(diǎn)A(Ir1，Id1)=(Ie，Id1)=(1.18，0.977 6)，B(Ir2，Id2)=(2Ie，Id2)=(2.36，1.567 6)。其中，中壓側(cè)平衡系數(shù)=0.536，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

4.4 比率制動(dòng)試驗(yàn)軌跡

以高低壓側(cè)比率制動(dòng)試驗(yàn)為例，如圖4所示。

圖4 高低壓側(cè)比率制動(dòng)試驗(yàn)動(dòng)作軌跡圖

由圖4可知，采用方法一時(shí)，軌跡更明顯，試驗(yàn)裕度得以保證。對于方法二，當(dāng)所取的試驗(yàn)點(diǎn)不理想時(shí)，有可能會(huì)出現(xiàn)給保護(hù)測試儀加量之后很快就出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作的情況。方法一能有效表示出保護(hù)從不動(dòng)作到動(dòng)作的軌跡情況，并且表示的

表2 高低壓側(cè)比率差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)結(jié)果表

表3 高中壓側(cè)比率差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)結(jié)果表

狀態(tài)量更豐富。

5 結(jié)語

不同廠家保護(hù)裝置的產(chǎn)品說明及規(guī)定不同，針對四方的裝置，考慮到差動(dòng)電流及制動(dòng)電流的計(jì)算公式不同，研究了基于動(dòng)作逼近思想的校驗(yàn)比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)系數(shù)的兩種方法。本文采用方法一(保持低壓側(cè)輸入量不變，增大高壓側(cè)電流輸入量)能夠保證制動(dòng)系數(shù)校驗(yàn)誤差更小，提高了試驗(yàn)的精確度，具有一定的實(shí)際工程應(yīng)用性。

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