数字差动保护制动特性的研究

数字差动保护制动特性的研究

0检测差动保护制动特性时一般分相测试目前，国内外对差异动态保护有几种类型，计算差分动态电流和制动电流的公式不同。现场调查小组通常在检测差分动态保护的动态特性时进行相测试，并在相的两侧添加两个相电流。两相电流必须首先根据差动电流和制动电流计算公式进行计算。在计算时还需根据各侧TA变比及运行接线方式对各侧电流加以修正。目前,大多数单位采用微机保护测试仪来进行此项工作,大大方便了调试工作,提高了工作效率。1保护原则1.1自特征参数设计如图1所示,被测对象为发电机变压器组单元接线,主变为Y,d11接线。主变高压侧、发电机机端及高厂变高压侧分别加装保护用电流互感器TA1、TA2、TA3。尽管主变为双绕组,但由于差动保护用TA接于三个分支电路中,因此动作特性方程与三绕组变压器一致。如考虑补偿电流,同时测试三个分支的差流则需要四路电流。由于保护用测试仪只能提供三路电流的输入,因此实际测试过程中只接入主变高压侧电流˙ΙhI˙h和发电机机端电流˙ΙlI˙l,差动电流、制动电流、动作特性及二次谐波制动如公式(1)-(4)所示。差动电流:˙Ιd=|˙Ιh+˙Ιl|(1)I˙d=|I˙h+I˙l|(1)制动电流:˙Ιz=max[Ιh,Ιl](2)I˙z=max[Ih,Il](2)动作特性:Ιd≥Ιq(Ιz＜Ιg)Ιd≥Κz(Ιz-Ιg)+Ιq(Ιz≥Ιg)Ιd≥Ιs}(3)Id≥Iq(Iz＜Ig)Id≥Kz(Iz−Ig)+Iq(Iz≥Ig)Id≥Is⎫⎭⎬⎪⎪(3)二次谐波制动特性:Id2≥ηId(4)其中,Iq:启动电流;Ig:拐点电流;Kz:比率制动系数;Is:速断电流;Id2:差动电流中的二次谐波电流分量;η:二次谐波制动比。由公式(3)可画出保护的动作特性,如图2所示。1.2逻辑框架和保护原则保护逻辑框图如图3所示。1.2.1启动电流溶躲过变压器正常运行时的最大不平衡差流。Iq=(0.4～0.5)ININ:变压器基准侧的额定电流。1.2.2转折点电流ig躲过区外远处故障或近区故障切除瞬间产生较大不平衡差流的影响。Iq=(0.5～0.7)IN1.2.3kz比率约束系数躲过变压器出口三相短路时产生的最大暂态不平衡差流,取0.4～0.5。1.2.4二次声波抑制比躲过变压器空投时的励磁涌流,确保变压器内部故障导致故障电流波形畸变时,差动保护能可靠动作。η取0.13～0.2。1.2.5差动速中断电流i躲过变压器空投时的励磁涌流或外部短路时的最大不平衡电流。Is=KIN1.2.6速中断电流倍数k取4～10。2计算和分析流程2.1变压器y侧ta二次侧电流相位补偿为保证Y,d11纵差动保护用TA二次侧电流相位保持一致,在接线上采用相位补偿和数值补偿的方法。在微机保护中通过软件来实现,允许变压器各侧TA二次侧都按Y形连接,在进行差动计算时由软件对变压器Y侧TA二次侧电流进行电流相位补偿。设变压器Y侧TA二次侧三相电流经取样和数字滤波后得到的电流为˙ΙA、˙ΙB、˙ΙC,软件按公式(5)可求得用作差动计算的三相电流˙Ι´A、˙Ι´B、˙Ι´C。˙Ι´A=˙ΙA-˙ΙB˙Ι´B=˙ΙB-˙ΙC˙Ι´C=˙ΙC-˙ΙA(5)由上式可知,用软件实现了电流相位的转换,使高低压侧电流相位保持一致。2.2发电机出口ta1和基于ta2平衡动回路用软件进行相位补偿后,由于变压器各侧一次额定电流不等及各侧TA接差动回路的变比不等,还必须对各侧计算电流进行平衡调整,才能消除不平衡电流对变压器纵差动保护的影响。如图2所示,主变采用Y,d11接线,变比为20/550kV,高压侧TA1变比nY=2500/1,发电机出口TA2变比n△=25000/5,以低压侧TA2电流为基准,可计算出高、低压侧Kb。由于主变电流互感器的极性端都指向变压器,每相差动回路的电流为:Ιd=|˙Ι2C.hΚbh+˙Ι2C.lΚbl|(6)其中,˙Ι2C.h为高压侧TA1二次计算电流;˙Ι2C.l为发电机出口TA2二次计算电流;Kbh为高压侧电流平衡调整系数;Kbl为低压侧电流平衡调整系数。∵以低压侧电流为基准,∴Kbl=1,正常时˙Ι2C.h与˙Ι2C.l反向,取差动电流Id=0,由公式(6)可知,˙Ι2C.hΚbh=˙Ι2C.l,即:Κbh=˙Ι2C.l˙Ι2C.h=Se/√3U△n△Se/UYnY=UYnY√3U△n△=550×2500√3×20×5000=7.94(7)3测试过程3.1输入ta和v监视将微机保护测试仪与发变组保护柜端子排按表1进行连接。3.2发电机c相补偿电流测试时,从主变高压侧TA二次侧A相加入电流,即加入˙ΙA,由公式(5)可知,由于装置软件对角度的调整作用,在通道监测界面上可以看到A、C相都有电流显示,即˙Ι′A=˙ΙA‚˙Ι′C=-˙Ι′A。为了测量变压器A相差动保护的比率制动特性,需要同时在发电机c相加入相应的补偿电流,以消除C相差流对A相差动比率制动特性测试的影响。为求得A相差流,取两侧电流相位相差180°。设发电机a相电流˙Ιa=Ι∠0°,利用公式(1)-(3)及给定的定值,可以计算出高压侧A相折算到低压侧时所加电流的幅值,该电流即为发电机c相应补偿的电流值。设该电流幅值为IX,根据公式(7)将其折算到变压器高压侧后,其幅值为IX/7.94,高压侧A相电流为˙ΙA=˙ΙX7.94=ΙX7.94∠180°。根据公式(5),可知˙Ι′A=˙ΙA=ΙX7.94∠180°,高压侧C相差流˙Ι′C=-˙ΙA=ΙX7.94∠0°,为抵消˙Ι′C所产生的差流,在发电机c相应通入的电流˙Ιc=ΙX∠180°。3.3测试过程以表2中的整定值为例,对启动电流Iq、二次谐波制动系数η、比率制动系数Kz、速断区斜率KS进行测试。3.3.1初始测量坐标系在测试仪b相输入发电机a相电流˙Ι′a=1.49∠0°A,测试仪a、c相电流均为零,变量为Ib,步长为0.01A,则差流Id=1.49A,制动电流Iz=1.49A,初始测量坐标为(1.49,1.49)。启动后增加Ib,则图2中的初始测试点按斜率为1的直线向右上方移动,直至保护动作,记录启动电流测试值为1.52A,如表2所示。3.3.2a型在测试仪b相输入发电机a相电流˙Ιa=1.6∠0°A,则根据公式(4)可知,二次谐波的理论制动电流为0.32A。测试仪c相输入0.3A的二次谐波电流,频率为100Hz,将测试仪c相电流首末端分别接入端子1X:19和1X:34,即与发电机a相电流并联,变量为Ic,步长为0.01A。启动后保护动作,增加Ic至保护返回,测试值为0.33A,计算制动系数η为0.33/1.6=0.206,如表2所示。3.3.3u3000变压器c相动变异①计算速断电流Is及D点横坐标IzD。速断电流Is=KIN=3×3=9A,将其代入公式(3)中,比率制动系数测试如图4所示,可得D点横坐标IzD=20.75A。②在线段AD上任取两点B、C,保证两点的横坐标位于Ig和IzD之间。例如,设IzB=5A,IzC=8A(为保证测试的准确性,两个电流值不宜太接近)。③在测试B点时,如果在测试仪b相通入发电机a相电流为5A,相位角为0°;理论上变压器高压侧折算至低压侧的临界动作值为X,根据公式(3)可知:(5-X)=0.4(5-2)+1.5,X=2.3A,理论上B点临界差流IdB=5-2.3=2.7A。由计算结果也可验证,B点制动电流IzB=max[5,2.3]=5A。将X折算到变压器高压侧,得到变压器A相理论临界动作电流为2.3/7.94=0.29A,相位为180°。为保证初始测试点B′点可靠位于制动区,即初始测试差流I′dB<2.7A,变压器A相实际通入电流应略大于0.29A。由以上分析可知,测试点B′的横坐标同B点,IzB=5A;纵坐标I′dB<2.7A,即B′点位于B点正下方。为消除变压器C相差流对A相差动比率制动特性测试的影响,发电机c相应通入的电流为2.3∠180°A,实际测试期间即便变压器高压侧A相电流略有调整(即实际A相电流可能在0.29A附近),在C相所产生的差流也不足以引起保护误动作。经上述分析,在测试仪b相通入发电机a相电流˙Ιa=5∠0°A;测试仪a相通入变压器A相电流˙ΙA=0.3∠180°A;测试仪c相通入发电机c相电流˙Ιc=2.3∠180°A。变量为Ia,步长为0.01A,启动后保护不应该动作,缓慢减小Ia,则测试点由B′点向B点移动,直至保护动作,记录测试值为0.28A,实测差流计算值I″dB=5-0.28×7.94=2.78A。④同理,在测试C点时,IzC=8A。在测试仪b相通入发电机a相电流˙Ιa=8∠0°A测试仪a相通入变压器A相电流˙ΙA=0.52∠180°A;测试仪c相通入发电机c相电流˙Ιc=4.1∠180°A。变量为Ia,步长为0.01A,启动后保护不应该动作,缓慢减小Ia,则测试点由C′点向C点移动,直至保护动作,记录测试值为0.51A,如图5所示。实测差流计