变压器差动比率制动试验方法研究

王海洋，于承鑫，张锦标，王昕明

(1.国网锦州供电公司 变电运检室，辽宁 锦州 121001； 2.国网辽宁检修公司 沈阳运维部，辽宁 沈阳 121000)



变压器差动比率制动试验方法研究

王海洋1，于承鑫2，张锦标1，王昕明1

(1.国网锦州供电公司 变电运检室，辽宁 锦州 121001； 2.国网辽宁检修公司 沈阳运维部，辽宁 沈阳 121000)

随着微机变压器保护广泛使用，变压器差动保护现场检验项目和试验方法有了很大改变，现场调试人员往往未按照合理的作业指导书对保护装置功能和实用性进行全部检验，造成设备隐患。针对RCS-978变压器保护调试及在调试中遇到的一些问题进行研究、探讨，终于掌握了RCS-978变压器保护调试方法，充分利用测试装置的功能，改进了试验方法，简化了继电保护的调试方法，减轻了一线调试人员的工作负担，提高了保护装置的测试效率和质量。

比率制动；方法；制动电流；差动电流

1 变压器差动保护的构成原理

变压器差动保护的构成原理与发电机、母线差动保护(纵差保护)相同，变压器纵差保护的构成原理也是基于克希荷夫第一定律，即∑I=0。其物理意义是：变压器正常运行或外部故障时，流入变压器的电流等于流出变压器的电流，此时，差动保护不应该动作。当变压器内部故障时，若忽略负荷电流不计，则只有流进变压器的电流而没有流出变压器的电流，其差动保护动作。

2 变压器两侧电流的幅值及相位补偿方式

变压器正常运行时，若不计传输损耗，则流入功率应等于流出功率。但由于两侧的电压不同，其两侧的电流不会相同。超高压、大容量变压器的接线方式，均采用YN，d方式。因此，流入变压器电流与流出变压器电流的相位不可能相同。当接线组别为YN，d11时，变压器两侧电流的相位差30°。流入变压器的电流大小和相位与流出电流大小和相位不同，则∑I=0就不成立。图1示出了微机纵差动保护在正常情况下Y,d侧电流的相位情况。其中变压器T为YN,dll接线，两侧电流互感器均为星形接线。从图1可以看出，在正常情况下Yd侧同名相电流的相位相差30°。例如IaL超前于Iah30°。

图1 YN，d11接线变压器正常情况下d侧电流相位关系

2.1 微机变压器保护电流相位补偿方式

1)以变压器d侧电流相位为基准，在变压器保护Y侧电流进行相位补偿。

变压器保护采用软件对Y侧电流进行相位补偿，按下式可求得Y侧作为差动保护计算的三相电流表达式为

IAH=(Iah-Ibh)

IBH=(Ibh-Ich)

ICH=(Ich-Iah)

由图2可见，正常运行和外部短路时，IaL与IAH相位相同，只要幅值相同，用这2个电流构成的纵联差动保护其不平衡电流就为0。

图2 以d侧为基准的软件校正后Y,d侧电流相位

在微机型的变压器保护中，一般图3所示的相位校正都在软件中实现，两侧的差动TA都是Y接线。当然也可以将相位校正用的两相电流之差靠变压器Y侧的差动TA接成三角接线来完成，在软件中只实现幅值补偿。

2)以变压器Y侧电流相位为基准，在变压器保护d侧电流进行相位补偿。

变压器保护采用软件对d侧电流进行相位补偿，按下式可求得d侧作为差动保护计算的三相电流表达式为

由图3可见，正常运行和外部短路时Iah与IAL相位相同，只要幅值相同，用这2个电流构成的纵联差动保护其不平衡电流为0。

图3 以Y侧为基准的软件校正后Y,d侧电流相位

2.2 幅值校正

变压器的各侧TA二次接线按Y形接线，由软件进行相位校准后，由于变压器各侧额定电流的不同及各侧差动TA变比不等，还必须对各侧计算电流值进行平衡调整，才能消除不平衡电流对变压器差动保护的影响。具体计算时，只需根据变压器各侧一次额定电流、差动TA变比求出电流平衡调整系数Kb，将Kb值作为定值送入微机保护，由保护软件实现电流自动平衡调整，消除不平衡电流的影响。具体计算如下：

1)TA接线方法

变压器各侧电流互感器采用星形接线(也可采用常规接线)，二次电流直接接入装置，均以母线侧为极性端。

2) 平衡系数的计算

计算变压器各侧一次额定电流：

式中，Sn为变压器最大额定容量，U1n为变压器各侧额定电压(应以运行的实际电压为准)。

计算变压器各侧二次额定电流：

式中，I1n为变压器各侧一次额定电流，nTA为变压器各侧TA变比。

以高压侧为基准，计算变压器中、低压侧平衡系数：

将中、低压侧各相电流与相应的平衡系数相乘，即得补偿后的各相电流。

3 RCS-978L2变压器保护各侧电流相位补偿

变压器各侧TA二次电流相位由软件自校正，采用在Δ侧进行校正相位。对于Yn-d-11的变压器，当高压侧单相接地时，高压侧会有零序电流，而低压侧没有，此时零序电流达到差动值时，保护会误动。RCS-978L2保护为解决这个问题，高压侧电流采用IA-I0，IB-I0，IC-I0，因为I0=1/3IA，若在高压侧A相加入1 A的电流，实际入保护装置的只是(1-1/3) A的电流。例如对于Y0/Δ-11的接线，其校正方法如下：

Y0侧：

Δ侧：

其他接线方式可以类推。装置中可通过变压器接线方式整定控制字选择接线方式。差动电流与制动电流的相关计算，都是在电流相位校正和平衡补偿后的基础上进行。

4 RCS-978L2差动元件的比率制动特性曲线

该元件是为了在变压器区外故障时差动保护有可靠的制动作用,同时在内部故障时有较高的灵敏度，其动作判据为

Id>0.1 Ir+IcdqdIr≤1

Id>k1(Ir-1)+0.1+ Icdqd1≤Ir≤6

Id>k2 (Ir-6) +2.5+0.1+ IcdqdIr≥6

Id=I1+I2

Ir=0.5 (|I1|+|I2|)

式中，Id为变压器差动电流；Icdqd为差动保护电流定值； Ir为变压器差动保护制动电流；K1,K2为比率制动的制动系数，软件设定为K1=0.5,K2=0.7。

变压器匝间故障时，差动电流较小，制动电流也较小。这时，保护的TA工作在线性范围，能够准确地传变故障电流，同时保证差动保护的动作灵敏度。这种情况下，考虑负荷电流的影响，差动保护应工作在k3和k1段；当变压器引线故障时，故障电流较大，负荷电流的影响可忽略；区外故障时，故障电流较大，会造成TA饱和等，造成流入变压器差动保护的差流较大，因此提高比例制动特性；在转换性故障时，TA不能准确的传变故障电流，造成差动保护误动作，国内已有实例应采取其他方法解决。

5 现场试验方法及计算方法

下面以RCS-978L2主变微机保护为例提出差动定值、比率制动曲线校验方法。

图4 RCS-978L2主变微机保护比率制动曲线

差动保护原始定值如表1所示。

1)计算各侧TA一次、二次额定电流

高压侧一次：Ie1=80×103/(1.732×220)=209.95 A

高压侧二次：Ie2=210/(600/5)=1.745 A

低压侧一次：Ie1=80 000/(1.732×66)=700 A

低压侧二次：Ie2=700/(1 200/5)=2.915 A

计算值与装置差动计算定值中显示的数值一致。

表1 差动保护原始定值

图5 比率制动差动动作特性曲线

2)计算平衡系数

I2n-max=2.916 A，I2n-min=1.749 A

Kb=min{I2n-max/I2n-min，4}=min{1.667，4}=1.667

高压侧平衡系数：Kph=(I2n-min/I2n)×Kb=(1.749/1.749)×1.667=1.667

低压侧平衡系数：Kph=(I2n-min/I2n)×Kb=(1.749/2.916)×1.667=1

计算值与装置差动计算定值中显示的数值一致。

3)比率制动差动动作特性曲线

其中ab段和cd段为装置固定斜率：0.1和0.7，bc段为用户整定K=0.5。

4)差动电流和制定电流公式

高压侧差流：IAD=IA-I0，IBD=IB-I0，ICD=IC-I0；

低压侧差流：Iad=(Ia-Ic)/1.732，Ibd=(Ib-Ia)/1.732，Icd=(Ic-Ib)/1.732；

制动电流：Ir=1/2(|I1|+|I2|)。

5)校验差动启动门槛

由于0～1.0Ie制动电流区间K=0.1，所以差动门槛是随着制动电流增大而增大的，所以有：0.5IA×0.1+0.5=IA，求得IA=0.53。

高压侧：

①试验仪A相—高压侧A头—高压侧A尾—高压侧B尾—高压侧B头—试验仪N相。此时模拟AB相间短路，由于IA=-IB，无I0，所以，高压侧所加故障量参与差动电流和制定电流计算。

IA=0.53×Ie1=0.53×1.745=0.93 A，动作；

②试验仪A相—高压侧A头—高压侧A尾—试验仪N相。此时模拟A相接地短路，减去1/3×I0，只有2/3故障量参与计算。

IA=0.53×1.745/(2/3)=1.395 A，动作；

③试验仪A、B、C相分别通入高压侧A、B、C相，三相正序电流。此时模拟三相短路，无I0，全部故障量参与计算。

IA=IB=IC=0.53×1.745=0.93 A，动作。

低压侧：

①单相：Ia=0.53×1.732×Ie2=0.53×1.732×2.915=2.68 A；

②两相：a头进，c头回，ac尾短接。通入单相的1/2；

③三相：Ia=Ib=Ic=0.53×Ie2

6)校 验比率制动系数(K=0.5)

高：A进B回，低：AN。

在比率特性第二折特性曲线取两点：

第一点：Ir1=1.0Ie，Id1=0.6Ie

(I1+I2)×1/2=1.0，I1-I2=0.6

求解：I1=1.3，I2=0.7

I1有名值：1.3×1.745=2.27 A

I2有名值：0.7×1.732×2.915=3.53 A

试验仪A相：2.27 A，0°；B相：4.0 A，180°，降至3.53A，动作。

第二点：Ir1=2.0Ie，Id1=1.1Ie 同理。

(I1+I2)×1/2=2.0，I1-I2=1.1

求解：I1=2.55，I2=1.45

I1有名值：2.55×1.745=4.45 A

I2有名值：1.45×1.732×2.915=7.32 A

试验仪A相：4.45 A，0°；B相：8.0 A，180°，降至7.32 A，动作。

K=(Id2-Id1)/(Ir2-Ir1)

实验得出的K值：

利用上述实验方法计算出的K值误差应该小于正负5%，同理用差动元件B相，C相同样可计算出与上述结果接近的K值，此K值是变压器差动保护比率制动的第一段斜线的斜率。

同样在比率特性第三折特性曲线取两点，可以计算出K(约0.7)值。现场调试过程中，由于在做比率特性第三折特性曲线时，所加入保护装置电流很大，试验时间较长，一定要考虑试验设备的承受能力，建议不做(厂家出厂已做)。

6 结 论

通过分析RCS-978L2型号主变微机保护原理，总结出现场关于保护定值、比率制动曲线试验方法。针对RCS-978L2变压器保护调试及在调试中遇到的一些问题进行研究、探讨。终于通过实践掌握了RCS-978L2变压器保护调试方法，充分利用测试装置的功能，改进了试验方法，简化了继电保护的调试方法，减轻了一线调试人员工作负担，提高了保护装置检验效率。

[1]国家电力调度通信中心.继电保护培训教材[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].第2版.北京：中国电力出版社，1997.

[3]贺家李.电力系统继电保护原理[M].天津：天津大学出版社，1991.

[4]王海洋，张锦标.BP-2B母差保护调试方法研究[J].沈阳工程学院学报：自然科学版，2014，10(2)：151-155.

(责任编辑 张 凯 校对 魏静敏)

Research of Transformer Differential Ratio Braking Test Methods

WANG Hai-yang1,YU Cheng-xin2,ZHANG Jin-biao1,WANG Xin-Ming1

(1.Transformer Substation，State Grid Jinzhou Power Supply Corporation,Jinzhou 121001; 2.Shenyang Operation and Maintenance Division,State Grid Liaoning Maintenance Branch,Shenyang 121000,Liaoning Province)

With the widespread utilization of microcomputer transformer protection,the field inspection items and test methods of transformer differential protection have had a great change.The site personnel were often not to carry out tests on all the protection function in accordance with the reasonable test program which was prepared by protection principle and correspondingly resulted in equipment risks.Aiming at the debugging of RCS - 978 transformer protection,the problems encountered in tests were researched and explored.Finally,the method of debugging RCS-978 transformer protection were mastered through practice,the function of the test device was made full use,and the test methods and means of realization were also improved to simplify the relay protection debugging work and improve the test efficiency.

ratio braking method; braking current; differential current

2016-03-19

王海洋(1968-)，男，辽宁锦州人，工程师。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2017.02.013

TM772

A

1673-1603(2017)02-0158-06