主變差動(dòng)保護(hù)校驗(yàn)輔助軟件的開發(fā)與應(yīng)用

李根 萬海逸

摘要：差動(dòng)保護(hù)是變壓器的主保護(hù)，但在其保護(hù)的邏輯校驗(yàn)工作中，比率制動(dòng)特性曲線校驗(yàn)是最為耗時(shí)的，主要原因是計(jì)算步驟較復(fù)雜，本文提出開發(fā)一套變壓器差動(dòng)保護(hù)校驗(yàn)輔助軟件，簡化試驗(yàn)步驟，提高工作效率。

關(guān)鍵詞：主變差動(dòng)保護(hù);比率制動(dòng)特性;保護(hù)校驗(yàn);輔助軟件

1 校驗(yàn)方法及計(jì)算

主變是變電站的核心設(shè)備，在繼電保護(hù)領(lǐng)域，廣泛采用了差動(dòng)保護(hù)作為主變電氣方面的主保護(hù)，能夠快速反應(yīng)并可靠地切除主變故障，是主變最重要的保護(hù)。

根據(jù)國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：Q/GDW 11056.2-2013 繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置檢測技術(shù)規(guī)范[1]規(guī)定：主變差動(dòng)保護(hù)比率特性曲線應(yīng)在比率制動(dòng)曲線每段折線橫坐標(biāo)（制動(dòng)電流）上取3點(diǎn)或多點(diǎn)，模擬故障，測試該點(diǎn)的差動(dòng)動(dòng)作值。

某主變保護(hù)的比率特性曲線如圖1所示，該曲線共三段，在Ir（制動(dòng)電流）=0時(shí)，Id（差動(dòng)電流）為Icd，Icd通常在保護(hù)定值中設(shè)置，為差動(dòng)啟動(dòng)電流，Ir增大至0.6Ie（變壓器各側(cè)歸算至一側(cè)的額定電流），Id按斜率kb1=0.2隨之線性增大，;0.6Ie<Ir<4Ie區(qū)間內(nèi)，Id按斜率KID=0.5變化;Ir>4Ie，Id按斜率kb3=0.7變化，由此形成三段折線。當(dāng)某故障使得（Ir，Id）坐標(biāo)落在曲線上方時(shí)，差動(dòng)保護(hù)將會動(dòng)作;（Ir，Id）坐標(biāo)落在曲線下方時(shí)保護(hù)將不會動(dòng)作;當(dāng)主變正常運(yùn)行時(shí)，（Ir，Id）坐標(biāo)會落在Ir軸線上，即Id=0。保護(hù)校驗(yàn)要求在每段折線上所取的3點(diǎn)測試差動(dòng)動(dòng)作值的點(diǎn)，為差動(dòng)保護(hù)的臨界動(dòng)作點(diǎn)[2]。

對于Ir、Id的取得方法，以Ynd11接線的三相變壓器為例，由于Y側(cè)與d側(cè)電流相位存在幅值差以及30度角度差的特性，通常應(yīng)首先將各側(cè)每相電流歸算至一側(cè)或轉(zhuǎn)換為標(biāo)幺值，再進(jìn)行轉(zhuǎn)角計(jì)算，常見的方式為Y側(cè)軟件轉(zhuǎn)角至d側(cè)，進(jìn)行幅值和相位補(bǔ)償，即對于Y側(cè)，有：

轉(zhuǎn)角完成后，可得到Ir，Id，通常為計(jì)算方法如下，公式中I1為Y側(cè)轉(zhuǎn)角后的一相電流相量，I2為d側(cè)所對應(yīng)相的電流相量。

在現(xiàn)場校驗(yàn)過程中，通常采用模擬Y側(cè)單相故障的方法，根據(jù)規(guī)范要求，應(yīng)先通過折線確定（Ir，Id）的坐標(biāo)，再經(jīng)過如上計(jì)算公式反推回Y側(cè)與d側(cè)的各相電流，列方程組求解，人工手算較為麻煩。

2 程序?qū)崿F(xiàn)過程

設(shè)計(jì)計(jì)算用工具軟件，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場校驗(yàn)的實(shí)際過程，確定輸入、輸出以及算法。

（1）輸入

1）一次設(shè)備參數(shù)：變壓器額定容量、變壓器各側(cè)的額定電壓、各側(cè)電流互感器的變比;用于確定變壓器各側(cè)的二次額定電流;

2）保護(hù)定值以及比率特性曲線的參數(shù)：差動(dòng)啟動(dòng)電流Icd、比率特性曲線各拐點(diǎn)的橫坐標(biāo)、比率特性曲線各段的斜率;用于確定比率制動(dòng)曲線;

3）校驗(yàn)中所使用的動(dòng)作臨界點(diǎn)所對應(yīng)的橫坐標(biāo)（制動(dòng)電流）;用于確定動(dòng)作臨界點(diǎn)坐標(biāo)。

（2）輸出

1）需通入裝置的Y側(cè)與d側(cè)電流幅值及相位，可直接用于模擬試驗(yàn);

2）動(dòng)作點(diǎn)的差動(dòng)電流，用于檢查及試驗(yàn)報(bào)告記錄;

3）各側(cè)額定電流及平衡系數(shù)，用于檢查及作為中間變量。

（3）算法

首先通過輸入的參數(shù)和定值計(jì)算出必須的中間變量，確定比率制動(dòng)曲線，再通過輸入的制動(dòng)電流確定校驗(yàn)用的動(dòng)作臨界點(diǎn)位置，由于每段折線的差動(dòng)電流計(jì)算方法不同，所以需要通過3個(gè)分支來確定并計(jì)算，計(jì)算得出差動(dòng)電流之后，即可通過固有公式反推回用于模擬故障的各側(cè)電流。

相較于人工手算，由于將計(jì)算部分程序化，省略了大量中間計(jì)算過程，可以達(dá)到節(jié)省時(shí)間的目的。

3 實(shí)際應(yīng)用

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，步驟大致如下：

（1）主變保護(hù)校驗(yàn)前應(yīng)首先定值單、保護(hù)裝置說明書及主變銘牌參數(shù)，確定所需的一次設(shè)備參數(shù)和定值設(shè)置，做好試驗(yàn)前的接線工作，并完成模擬量試驗(yàn)確定電流采樣正常。

（2）開始差動(dòng)保護(hù)比率特性曲線校驗(yàn)，首先打開輔助軟件，分別進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置和定值設(shè)置。

參數(shù)設(shè)置：填入所校驗(yàn)主變的一次設(shè)備實(shí)際參數(shù);

定值設(shè)置：根據(jù)所校驗(yàn)保護(hù)裝置的比率制動(dòng)曲線及定值的設(shè)定填寫;

（3）參數(shù)設(shè)置和定值設(shè)置完成后即可進(jìn)入計(jì)算。首先會出現(xiàn)基本參數(shù)計(jì)算界面，點(diǎn)擊“參數(shù)計(jì)算”即可算出各側(cè)額定電流與平衡系數(shù)，方便調(diào)試人員查看及使用，如圖：

（4）進(jìn)行比率特性曲線試驗(yàn)，點(diǎn)擊“試驗(yàn)計(jì)算”進(jìn)入計(jì)算界面。

計(jì)算前，首先需要設(shè)置通流側(cè)和轉(zhuǎn)角方式，選擇完成后點(diǎn)擊確認(rèn)即可。然后輸入比率制動(dòng)曲線上需要校驗(yàn)的動(dòng)作臨界點(diǎn)所對應(yīng)的制動(dòng)電流（標(biāo)幺值），再點(diǎn)擊下方“計(jì)算平衡點(diǎn)”或“計(jì)算動(dòng)作點(diǎn)”即可計(jì)算出試驗(yàn)所需電流，按實(shí)際接線向保護(hù)裝置通入模擬量即可。

通入模擬量，可先通入比計(jì)算結(jié)果差動(dòng)電流稍小的相電流，差動(dòng)保護(hù)應(yīng)不動(dòng)作，再設(shè)置0.001A的步長，逐漸增大電流達(dá)到計(jì)算結(jié)果，查看差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作情況。

使用時(shí)可以點(diǎn)選“計(jì)算結(jié)果顯示為標(biāo)幺值”進(jìn)行計(jì)算結(jié)果顯示為有名值或標(biāo)幺值的切換。

（5）改變制動(dòng)電流大小，重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，分別在每段折線上進(jìn)行3個(gè)及以上不同制動(dòng)電流的試驗(yàn)，即可完成比率特性曲線的校驗(yàn)。

4 結(jié)束語

在主變保護(hù)定檢工作中，通過實(shí)際測試和使用本文中的輔助軟件，確認(rèn)了本軟件能夠快速、正確并精確地進(jìn)行計(jì)算，在比率特性曲線的試驗(yàn)中能夠起到減少人工計(jì)算工作量，提升工作效率的效果。但筆者認(rèn)為，過度依賴軟件輔助計(jì)算工作，特別是對于還未對主變差動(dòng)保護(hù)原理理解清楚的繼保人員而言，是不利于其深刻理解變壓器及差動(dòng)保護(hù)所蘊(yùn)含的知識的，所以人工計(jì)算對于繼保人員的技術(shù)、技能培訓(xùn)以及其成長有其不可替代性。只有透徹地理解各種保護(hù)的原理及知識，才能真正提升運(yùn)行維護(hù)質(zhì)量，推動(dòng)繼電保護(hù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置檢測技術(shù)規(guī)范 第2部分：Q/GDW 11056.2-2013

[2]徐健. 淺談變壓器差動(dòng)保護(hù)原理及主變差動(dòng)校驗(yàn)方法[J]. 湖北電力，2010，34（004）：38-39.

作者簡介：李根（1991—4），男，漢族，重慶永川，工程師，本科，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。