主变差动保护校验辅助软件的开发与应用

李根 万海逸

摘要：差动保护是变压器的主保护，但在其保护的逻辑校验工作中，比率制动特性曲线校验是最为耗时的，主要原因是计算步骤较复杂，本文提出开发一套变压器差动保护校验辅助软件，简化试验步骤，提高工作效率。

关键词：主变差动保护;比率制动特性;保护校验;辅助软件

1 校验方法及计算

主变是变电站的核心设备，在继电保护领域，广泛采用了差动保护作为主变电气方面的主保护，能够快速反应并可靠地切除主变故障，是主变最重要的保护。

根据国家电网公司企业标准：Q/GDW 11056.2-2013 继电保护及安全自动装置检测技术规范[1]规定：主变差动保护比率特性曲线应在比率制动曲线每段折线横坐标（制动电流）上取3点或多点，模拟故障，测试该点的差动动作值。

某主变保护的比率特性曲线如图1所示，该曲线共三段，在Ir（制动电流）=0时，Id（差动电流）为Icd，Icd通常在保护定值中设置，为差动启动电流，Ir增大至0.6Ie（变压器各侧归算至一侧的额定电流），Id按斜率kb1=0.2随之线性增大，;0.6Ie<Ir<4Ie区间内，Id按斜率KID=0.5变化;Ir>4Ie，Id按斜率kb3=0.7变化，由此形成三段折线。当某故障使得（Ir，Id）坐标落在曲线上方时，差动保护将会动作;（Ir，Id）坐标落在曲线下方时保护将不会动作;当主变正常运行时，（Ir，Id）坐标会落在Ir轴线上，即Id=0。保护校验要求在每段折线上所取的3点测试差动动作值的点，为差动保护的临界动作点[2]。

对于Ir、Id的取得方法，以Ynd11接线的三相变压器为例，由于Y侧与d侧电流相位存在幅值差以及30度角度差的特性，通常应首先将各侧每相电流归算至一侧或转换为标幺值，再进行转角计算，常见的方式为Y侧软件转角至d侧，进行幅值和相位补偿，即对于Y侧，有：

转角完成后，可得到Ir，Id，通常为计算方法如下，公式中I1为Y侧转角后的一相电流相量，I2为d侧所对应相的电流相量。

在现场校验过程中，通常采用模擬Y侧单相故障的方法，根据规范要求，应先通过折线确定（Ir，Id）的坐标，再经过如上计算公式反推回Y侧与d侧的各相电流，列方程组求解，人工手算较为麻烦。

2 程序实现过程

设计计算用工具软件，应根据现场校验的实际过程，确定输入、输出以及算法。

（1）输入

1）一次设备参数：变压器额定容量、变压器各侧的额定电压、各侧电流互感器的变比;用于确定变压器各侧的二次额定电流;

2）保护定值以及比率特性曲线的参数：差动启动电流Icd、比率特性曲线各拐点的横坐标、比率特性曲线各段的斜率;用于确定比率制动曲线;

3）校验中所使用的动作临界点所对应的横坐标（制动电流）;用于确定动作临界点坐标。

（2）输出

1）需通入装置的Y侧与d侧电流幅值及相位，可直接用于模拟试验;

2）动作点的差动电流，用于检查及试验报告记录;

3）各侧额定电流及平衡系数，用于检查及作为中间变量。

（3）算法

首先通过输入的参数和定值计算出必须的中间变量，确定比率制动曲线，再通过输入的制动电流确定校验用的动作临界点位置，由于每段折线的差动电流计算方法不同，所以需要通过3个分支来确定并计算，计算得出差动电流之后，即可通过固有公式反推回用于模拟故障的各侧电流。

相较于人工手算，由于将计算部分程序化，省略了大量中间计算过程，可以达到节省时间的目的。

3 实际应用

实际应用时，步骤大致如下：

（1）主变保护校验前应首先定值单、保护装置说明书及主变铭牌参数，确定所需的一次设备参数和定值设置，做好试验前的接线工作，并完成模拟量试验确定电流采样正常。

（2）开始差动保护比率特性曲线校验，首先打开辅助软件，分别进入参数设置和定值设置。

参数设置：填入所校验主变的一次设备实际参数;

定值设置：根据所校验保护装置的比率制动曲线及定值的设定填写;

（3）参数设置和定值设置完成后即可进入计算。首先会出现基本参数计算界面，点击“参数计算”即可算出各侧额定电流与平衡系数，方便调试人员查看及使用，如图：

（4）进行比率特性曲线试验，点击“试验计算”进入计算界面。

计算前，首先需要设置通流侧和转角方式，选择完成后点击确认即可。然后输入比率制动曲线上需要校验的动作临界点所对应的制动电流（标幺值），再点击下方“计算平衡点”或“计算动作点”即可计算出试验所需电流，按实际接线向保护装置通入模拟量即可。

通入模拟量，可先通入比计算结果差动电流稍小的相电流，差动保护应不动作，再设置0.001A的步长，逐渐增大电流达到计算结果，查看差动保护动作情况。

使用时可以点选“计算结果显示为标幺值”进行计算结果显示为有名值或标幺值的切换。

（5）改变制动电流大小，重复进行试验，分别在每段折线上进行3个及以上不同制动电流的试验，即可完成比率特性曲线的校验。

4 结束语

在主变保护定检工作中，通过实际测试和使用本文中的辅助软件，确认了本软件能够快速、正确并精确地进行计算，在比率特性曲线的试验中能够起到减少人工计算工作量，提升工作效率的效果。但笔者认为，过度依赖软件辅助计算工作，特别是对于还未对主变差动保护原理理解清楚的继保人员而言，是不利于其深刻理解变压器及差动保护所蕴含的知识的，所以人工计算对于继保人员的技术、技能培训以及其成长有其不可替代性。只有透彻地理解各种保护的原理及知识，才能真正提升运行维护质量，推动继电保护的发展。

参考文献：

[1]继电保护及安全自动装置检测技术规范 第2部分：Q/GDW 11056.2-2013

[2]徐健. 浅谈变压器差动保护原理及主变差动校验方法[J]. 湖北电力，2010，34（004）：38-39.

作者简介：李根（1991—4），男，汉族，重庆永川，工程师，本科，研究方向：电力系统继电保护。