变压器差动保护平衡系数计算的图形可视化

郭立，陈兴，陈疆，刘仁

(国网乌鲁木齐供电公司，乌鲁木齐 830000)

变压器差动保护平衡系数计算的图形可视化

郭立，陈兴，陈疆，刘仁

(国网乌鲁木齐供电公司，乌鲁木齐 830000)

基于主流的四种变压器微机保护装置二次额定电流、平衡系数的计算方法及稳态工况的模拟方法，运用MATLAB/GUI仿真平台，搭建了变压器差动保护平衡系数计算的图形界面，可导入变压器基本参数，针对不同厂家型号，模拟计算厂家保护装置的平衡系数，得出变压器保护试验对比性数据。该界面有较好的可操作性和有效性，为从事继电保护人员提供了实用的变压器保护平衡系数计算的辅助工具和平台。

变压器；差动保护；平衡系数；可视化

0 前言

差动保护的比率特性是变压器差动保护的主要特性，也是在投运前必不可少的调试项目之一。新型微机变压器装置的应用，必然会对变压器差动定值的计算方法产生影响。本文结合国内四种主流型号的变压器保护装置说明相位补偿和平衡系数计算方法[1-3]，基于 GUI界面仿真系统[4]，搭建数学模型，实现变压器平衡系数计算图形化和可视化。

1 主变差动保护原理

变压器差动保护是变压器的主保护，一般较大型变压器都装有差动保护。差动保护主要保护变压器内部线圈匝间短路，它的动作原理是利用变压器高低压两侧的两组差动保护专用电流互感器完成。基本原理是反应被保护变压器各端流入和流出电流的差，在保护区内故障，差动回路中的电流值大于整定值，差动保护瞬时动作，而在保护区外故障，主变差动保护不应动作。

主变差动保护作为变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障，差动保护是输入的两端CT电流矢量差，当两端CT电流矢量差达到设定的动作值时启动动作元件。差动保护是保护两端电流互感器之间的故障 (即保护范围在输入的两端CT之间的设备上)，正常情况流进的电流和流出的电流在保护内大小相等，方向相反，相位相同，两者刚好抵消，差动电流等于零；故障时两端电流向故障点流，在保护内电流叠加，差动电流大于零。驱动保护出口继电器动作，跳开两侧的断路器，使故障设备断开电源。

2 各种型号装置

2.1 WBH-801A

与微机型变压器保护装置一样，该装置采取在软件上进行相位校正和幅值校正。相位补偿由星形侧向三角形侧归算，其公式为

通过相位校正，满足了正常运行和外部短路时电流的反相关系。但由变压器各侧的额定电压、接线方式及差动TA变比都不同，在正常运行和外部短路故障时变压器各侧差动电流幅值不完全相等，无法满足差流为零的要求，所以引入一个将各侧电流折算系数，即平衡系数。装置WBH-801A在计算差流时利用平衡系数对各侧电流进行折算，将各侧电流转换到高压侧。

纵差保护动作特性如图1所示，动作特性曲线采取三折线形式，第一段折线为直线，第二段折线斜率固定为 0.5，第三段折线斜率固定为0.6。

图1 保护装置WBH-801A纵差保护动作特性曲线

图1中Ir为制动电流，计算公式为

2.2 PRS-778

与变压器保护装置WBH-801A一样，装置PRS-778也采取在软件上进行相位校正和幅值校正，相位由星形侧向三角形侧归算，不同之处在于相位补偿公式。

除了相位校正公式、平衡系数计算公式不同之外，变压器保护装置PRS-778的差动保护动作特性曲线与装置 WBH-801A也不同，如图2所示。

图2 保护装置PRS-778纵差保护动作特性曲线

由图2可以看出，装置PRS-778差动保护动作特性曲线与装置WBH-801A相比，主要的区别在于装置PRS-778第一段不是直线，而是斜率固定为0.1的折线。

另外，装置PRS-778的制动电流计算公式也与装置WBH-801A不同，如式 (3)所示。

2.3 GT-756

装置SGT-756所采用的原理基本与装置WBH-801A一样，主要区别在于装置SGT-756制动电流计算公式与装置PRS-778的计算方法一致，如式 (3)所示。

其二次额定电流以及平衡系数的计算方法参见WBH-801A。

2.4 RCS-978GC

装置RCS-978GC的相位补偿采取△→Y方式，同时Y侧滤除零序电流，相位补偿公式如式(4)、式 (5)所示。

各侧平衡系数的计算公式如下

式中I2N——变压器计算侧二次额定电流；

I2N-min——变压器各侧二次额定电流中最小值

I2N-max——变压器各侧二次额定电流值中的最大值。

平衡系数的计算方法以变压器各侧中二次额定电流为最小的一侧乘以一定倍数Kb为基准，其他侧归算到基准侧。Kb和2.95中较小的一个。装置为保证精度，差动保护各侧电流平衡系数调整范围最大为32倍[4]。

3 变压器稳态计算可视化

运用MATLAB GUI技术设计系统密码登录界面，实现登录仿真系统，选择相应的变压器保护厂家，进行变压器稳态仿真界面，计算仿真变压器平衡系数，其仿真结果为工程人员提供参考数据，与现场实际变压器保护调试校验数据形成对比。

选择型号为许继WBH-801A变压器保护装置，进入WBH-801A仿真界面。依照变压器基本参数，导入变压器保护部分参数，如表1所示，仿真计算变压器各侧平衡系数，导出计算结果，结果分析：不装置类型的高、中、低三侧二次电流是一定相同的，不同工作原理和平衡系数计算方法，计算结果会有所差异。

4 结束语

1)图形用户界面 (GUI)方法提供了一种研究变压器稳态模拟的新途径。

2)通过变压器平衡系数计算仿真，为现场变压器保护调试工作提供参考数据。

3)变压器稳态计算的图形可视化，兼顾四种不同型号的变压器保护装置，体现了仿真的多样性、差异性、灵活性。

4)该软件界面友好，实现方便，性能可靠且操作灵活，有较好的交互性和实用性，为电气工程人员提供了有效计算工具。

[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] 黄少锋，谷君，郑涛，等.内桥接线方式下变压器差动保护误动原因及防范措施 [J].高电压技术，2011，31 (19)：45-50.

[4] 邓茂军，吴起，陈亮，等.基于电子式互感器的电炉变压器差动保护研究电力系统保护与控制 [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，硕士，助理工程师，国网乌鲁木齐供电公司，从事继电保护工作 (e-mail)guoli730＠sina.com。

陈兴 (1985)，男，工程师，国网乌鲁木齐供电公司，从事继电保护工作。

陈疆 (1988)，男，工程师，国网乌鲁木齐供电公司，从事继电保护工作。