变压器主变差动保护的理论与实践

变压器主变差动保护的理论与实践

差异动态保护具有选择性好、动作速度快等优点，已成为变量等部件的主要保护。在频繁和区域外故障的情况下，需要考虑的第一个基本原则是确保送输流在正常情况下为零。本文在详细论述了两年内安装和调试期间提到的一些微型差分动态保护问题，并在理论和实践的应用上提供了一些探索和解释。1影响主变差动保护的因素变压器变比、CT变比、变压器接线组别、CT特性、有载调压变压器分接头、理论计算的误差等都是影响主变差动保护的因素.其中,变压器变比、CT变比、变压器接线组别是调试中最关键的因素.1.1y/y接收点电磁式差动保护,是通过外部CT接线方式来解决接线组别带来的影响.主变为Y/△接线组别,高压侧CT二次采用△接线,低压侧CT二次采用Y接线.电流幅值增大了3√3倍,在选择CT变比时,要考虑这个因素.微机保护同传统保护相比,保护原理并没有太大的变化,主要是实现的方法和计算的精度有了很大的提高.现在的微机差动保护,CT二次都是采取Y/Y接线,相位归算由内部完成:通过电流矢量相减消除相角误差.主变差动为分相差动,对于Y/△ˉ11接线同低压侧Ia1相比较,运算的并不是高压侧Iah,而是I*ah=Iah-Ibh(矢量减),这样得到的线电流I*ah,角度左移30°,同低压侧Ia1同相位.对于Y/△ˉ11接线,参与差流计算的Y侧三相电流量分别为:I*ah=Iah-Ibh,I*bh=Ibh-Ich,I*ch=Ich-Iah(都为矢量减);.对于Y/△-1接线,参与差流计算的Y侧3相电流量分别为:I*ah=Iah-Ich,I*bh=Ibh-Iah,I*ch=Ich-Ibh(都为矢量减).主变变比和CT变比造成的误差都是幅值上的差异,对于微机保护而言,这方面的处理是非常容易的,只要将输入量(对△侧)或相位归算后的中间量(对Y侧)乘以相应的某个比例系数即可.当然,对于Y侧,这个系数还要考虑到内部矢量相减,造成的幅值增大了3√3倍.1.2u3000省选时相角归算Ie是指根据变压器的实际容量求得的额定电流的标幺值.如某台主变,容量31.5/20/31.5MVA;110±4×2.5%/38.5±2×2.5%/11kV;Yo/Y/△ˉ12ˉ11;CT变比200/5,500/5,2000/5;CT为Y/Y.其额定电流计算公式为Ie=S/(3√U)/CTΙe=S/(3U)/CΤ变比式中:S——主变容量,3侧都按最大容量计算;U——本侧额定线电压.即可算出高压侧Ie=4.133A中压侧Ie=4.723A低压侧Ie=4.133A差动保护在每一侧采集到的电流除以该侧的Ie电流值,得到各侧电流相对于本侧额定电流的比例值(标幺值).采用各侧的Ie标幺值直接参与差流计算,相应的定值及报告显示的都是Ie的多少.采用Ie的概念和计算方法后,可以消除主变变比和CT变比对幅值的影响.对接线组别的影响,RCS9671/9679程序里的做法如下:在系统设置的菜单里,接线组别设置为△/△(CT都是Y/Y接线,也即由装置内部完成归算),程序对电流采样数据不做相角上的任何归算处理,根据系统参数整定内容,计算出各侧Ie具体值,实际采样值同本侧Ie相除,得出本侧以Ie标幺值所表示的电流值参与差流计算;当接线组别设置为Y/△ˉ11,程序对Y侧电流采样数据首先进行相角调整,即参与差流计算的I*ah=Ia-Ib(矢量减),I*bh=Ib-Ic,I*ch=Ic-Ia,得到的矢量电流相位前移了30°,完成相位的归算,但幅值同时也增大了3√3倍.程序里对矢量相减得到的值会同时固定除以3√3,以保证只调整相位,不改变大小.对Y/△ˉ1,矢量相减的相别也发生相应变化:I*ah=Ia-Ic,I*bh=Ib-Ia,I*ch=Ic-Ib,也要对幅值固定的除以3√.3.要特别注意的是,对于接线组别Y/Y的变压器,程序对两侧均作了Y-△变换,消除高压侧CT中流过的零序电流,确保高压侧发生区外接地故障时差动保护不误动.现场差动继电器通电流调试分析如下(主变接线组别为Y/△ˉ11,CT为Y/Y接线):在保护装置高压侧输入三相对称电流IA=4.133A,程序按照整定的接线组别,首先进行相角归算,得到I*ah=Ia-Ib=1.732Ia∠30°;I*bh=Ib-Ic=1.732Ib∠30°;I*ch=Ic-Ia=1.732Ic∠30°.幅值增大3√3,相角逆时针旋转30°.相位归算后的向量,程序自动再除以3√3.再除以本侧Ie值4.133A,把有名值换算成标幺值.△侧无电流输入,故装置显示ABC相差流分别为1Ie.在保护装置高压侧输入单相电流IA=4.133A,装置显示A,C两相都有差流,差流Iacd=0.577Ie;Iccd=0.577Ie.程序首先进行相角归算:I*ah=Ia-Ib=Ia(Ib=0);I*bh=Ib-Ic=0(Ib=0,Ic=0);I*ch=Ic-Ia=0-Ia=-Ia.虽然只有A相电流,但经过这一步处理后,在C相也因为计算产生了差流.程序固定对相位归算后的向量再除以3√3.再除以本侧Ie=4.133A,把有名值换算成标幺值.故装置显示A,C相差流分别为0.577Ie.当在△侧输入电流时,不管是输入单相IA或ABC对称三相,输入电流4.133A,都会显示差流等于1Ie;并当输入单相IA时,也只有A相有差流,C相不会有差流.因为程序对△侧不进行相角归算.没有矢量相减和除以3√3这一步,直接跟本侧Ie电流值相除,换算成标幺值.现场调试,有时也会碰到老站改造,外部CT采用Y/△接线.比如原来的电磁式LCD-4差动继电器更换成微机保护,但CT及控制电缆都未更换,对RCS9671/73/79而言,可以在系统参数里设置相应的接线组别参数.各侧Ie值的内部计算同CT采用Y/Y接线相同的,相角归算已由外部CT接线实现,程序不再进行矢量相减这一步骤.转换成标幺值的步骤也同Y/Y接线一样.现场实验时(如前所述)保护装置高压侧输入单相电流IA=4.133A,装置显示A相有差流Iacd=0.577Ie,C相不会有差流.当输入ABC三相对称电流,电流幅值为4.133A,装置显示ABC三相都有差流,差流数值都为0.577Ie.RCS96XX系列差动保护相位和幅值归算的基本流程如图1所示.1.3vfc板及其运行过程RCS96系列只需要用户把主变额定容量、接线组别等参数输入定值,Ie和平衡系数的计算由程序内部完成.而LFP900系列差动保护有一部分工作是由硬件来完成的,需要用户来计算和跳线设置各种平衡系数.(1)主变电压变比和CT变比对幅值影响的消除也是通过Ie概念归算成标幺值的;利用矢量相减完成相位调整后对幅值增大了3√3倍的处理(1.732);这两部分功能都是通过硬件来实现的,即通过设置VFC板各侧输入回路平衡系数完成.(2)经过上述步骤处理的电压量经过V/F变换后,提供频率信号给CPU板上的CPU1进行差流计算等处理.相角调整也由CPU1软件完成,归算方法仍然采取矢量相减的方法.同RCS系列差动保护相比应注意的是,软件是否矢量相减,哪两个矢量进行相减,而这都是由出厂预装程序设定的,在现场是无法通过外部定值设置来修改的.(3)VFC板根据主变接线组别设置JP1～3的跳线.其实这个跳线是设置MON1板CPU2相角调整的.LFP900主变差动保护CPU板CPU1负责保护计算,MON1板CPU2负责启动开放出口电源及人机界面等.(4)平衡系数调整电路完成幅值变换和预先消除因Y侧相角调整所造成的幅值扩大了3√3倍;CPU1相角调整和差流计算由软件完成,不同接线组别对应不同程序;MON1板CPU2相角调整和差流计算全部由硬件电路完成,不同接线组别可以通过跳线设置.(5)现场设置VFC板平衡系数时,Y侧Ie一定要乘以3√3接线系数.定值里面各侧Ie定值,Y侧一定要用已经乘以3√3接线系数的Ie.LFP971/972(A/B/C)中,差流大小的计算及显示取决于平衡系数,各侧输入电流大小的显示值取决于Ie.1.4平衡系数的确定RCS978适用于500/220kV高压系统,同RCS96XX系列差动的不同之处,主要体现在平衡系数基准量的选择以及相位由△侧向Y侧调整.LFP900系列差动保护根据变压器最大容量求出各侧二次额定电流,平衡系数=In/各侧Ie;各侧输入量乘以该侧平衡系数得到以In(5A/1A)为基准值的标幺值.RCS978也是采用平衡系数来转换标幺值,但是用来计算平衡系数的基准值(平衡系数的分子)不是固定为5A.RCS978平衡系数计算步骤同LFP和RCS96XX一样,首先根据主变最大容量和各侧实际运行电压及CT变比求出各侧Ie.平衡系数公式为Kph=(I2n-min/I2n)Kb式中:Kb=min(I2n-max/I2n-min,4);I2n-max——最大的Ie;I2n-min——最小的Ie.程序根据所求出的各侧Ie值中,Ie的最大值是由是否大于Ie最小值的4倍来决定的.平衡系数有两种计算公式:当(I2n-max/I2n-min)≤4时,Kph=I2n-max/I2n;当(I2n-max/I2n-min)≥4时,Kph=4I2n-min/I2n.当Ie最大值大于Ie最小值4倍以上时,各侧平衡系数的基值(分子)选择为4倍的Ie最小值(4I2n-min),Ie最小的那侧平衡系数为4;否则选Ie最大值为各侧平衡系数的基值(分子),Ie最大的那侧平衡系数为1.程序这样设计,是因为RCS978主要应用于220kV/500kV高压系统,有10kV电压等级.10kV侧的负荷较小,CT变比为了保证正常运行时的测量精度,并不是按照主变最大容量来选择的.如果按主变最大容量(180MVA)计算,要选12000/5,Ie=4.13A,这是不现实的,故10kV侧选择变比为3000/5,Ie达到了16.5A.如果采用5A常量作为求平衡系数的基准值,则10kV侧求出的平衡系数Kph=0.303,内部计算精度不能保证.现在采用以4倍的Ie最小值(4×1.96A=7.84A)为基准求得平衡系数Kph=0.475,相对而言内部计算精度更能得到保证.RCS978Ie基准值的选择思路就是如果各侧Ie数值之间差别不大(以4倍为限),则选最大侧Ie数值为平衡系数的基准;如果差别太大(倍数>4)则用4倍的最小侧Ie值这个位于中间的数值作为平衡系数的基准.LFP900和RCS96XX系列差动保护对接线组别造成的相角差调整,采取的是由Y侧向△侧归算.RCS978对相位的归算调整,采用的是由△侧向Y侧归算(外部CT仍采用Y/Y接线).Y侧一般为电源侧,会产生励磁涌流.采用传统的Y侧向△侧归算方法,Y侧电流两矢量相减调整相角差,就会消掉一部分励磁涌流.RCS978采用由△侧向Y侧归算后,励磁涌流和故障特征会更加明显,动作速度也能提高;但要考虑到Y侧可能流过的零序电流对差流的影响.RCS978采用对Y侧每相电流都减去零序电流的方式(该零序电流为三相合成自产).△侧的相位调整,同LFP900和RCS96系列一样,采用矢量相减的方法,同时需除以3√3,以消除矢量相减对幅值增大的影响.各侧调整公式为Y侧I*A=IA-I0(矢量相减)I*B=IB-I0I*C=IC-I0侧I∗A=(IA−IC)3√ΙA*=(ΙA-ΙC)3(矢量相减)I∗B=(IB−IA)/3√I∗C=(IC−IB)/3√ΙB*=(ΙB-ΙA)/3ΙC*=(ΙC-ΙB)/32在现场调整中，应注意车站微型差分动态保护中的问题2.1次谐波制动常规的微机主变差动保护都配置了差动速断和带制动特性的比率差动两个动作元件.差动速断单纯反映差电流幅值大小,其动作值较高,主要针对相间短路等严重故障,对匝间短路等主变轻微故障灵敏度不高.比率差动保护灵敏度高,但受励磁涌流和上述产生不平衡电流因素的影响也较大.一般主变差动保护,其励磁涌流制动通常采用的二次谐波制动,是比较二次谐波分量和基波分量幅值的大小.LEP900,RCS96XX,RCS978的差流及制动量计算公式和比率差动曲线都有一些不同之处(所有公式都基于CT极性指向变压器).(1)ih-il对三圈变的计算对双圈变Id=∣ih+il∣Ir=0.5∣ih-il∣对三圈变Id=∣ih+im+il∣Ir=max{∣ih∣,∣im∣,∣il∣}(2)rcs96系列的主变率差的操作性能Id=∣i1+i2+i3+i4∣Ir=0.5(∣I1∣+∣I2∣+∣I3∣+∣I4∣)(3)sd978i1和i2及其他相关行为特征。imuiii。0.5i1i2v，i大大提高2.2ct极性测量的调试CT一次侧端子标记为L1,L2;二次侧端子标记为K1,K2.按照减极性原则确定的同名端是L1和K1.可以直接认为它们的电位高低是“相同”的.以图2为例,高压侧CT1一次L1端子接母线侧,L2端子接变压器侧,电流由L1流向L2,作为负荷L1的电位要高于L2电位.K1是L1的同名端,所以在二次,K1是高电位,K2低电位.CT二次电流的流向是从K1流出,K2流回.在现场施工阶段常用电池组判断CT极性.指针式电流表串联接入CT二次电流输出K1和K2端子上,一般用mA表示测量.测试接线图如图3所示.一组测试人员,按照某个电流方向电池组一极固定,一极间断电击的方式给CT一次施加电流.另一组测试人员,观察电流表指针偏转的方向,