變壓器主變差動保護(hù)的理論與實(shí)踐

變壓器主變差動保護(hù)的理論與實(shí)踐

差異動態(tài)保護(hù)具有選擇性好、動作速度快等優(yōu)點(diǎn)，已成為變量等部件的主要保護(hù)。在頻繁和區(qū)域外故障的情況下，需要考慮的第一個基本原則是確保送輸流在正常情況下為零。本文在詳細(xì)論述了兩年內(nèi)安裝和調(diào)試期間提到的一些微型差分動態(tài)保護(hù)問題，并在理論和實(shí)踐的應(yīng)用上提供了一些探索和解釋。1影響主變差動保護(hù)的因素變壓器變比、CT變比、變壓器接線組別、CT特性、有載調(diào)壓變壓器分接頭、理論計(jì)算的誤差等都是影響主變差動保護(hù)的因素.其中,變壓器變比、CT變比、變壓器接線組別是調(diào)試中最關(guān)鍵的因素.1.1y/y接收點(diǎn)電磁式差動保護(hù),是通過外部CT接線方式來解決接線組別帶來的影響.主變?yōu)閅/△接線組別,高壓側(cè)CT二次采用△接線,低壓側(cè)CT二次采用Y接線.電流幅值增大了3√3倍,在選擇CT變比時,要考慮這個因素.微機(jī)保護(hù)同傳統(tǒng)保護(hù)相比,保護(hù)原理并沒有太大的變化,主要是實(shí)現(xiàn)的方法和計(jì)算的精度有了很大的提高.現(xiàn)在的微機(jī)差動保護(hù),CT二次都是采取Y/Y接線,相位歸算由內(nèi)部完成:通過電流矢量相減消除相角誤差.主變差動為分相差動,對于Y/△ˉ11接線同低壓側(cè)Ia1相比較,運(yùn)算的并不是高壓側(cè)Iah,而是I*ah=Iah-Ibh(矢量減),這樣得到的線電流I*ah,角度左移30°,同低壓側(cè)Ia1同相位.對于Y/△ˉ11接線,參與差流計(jì)算的Y側(cè)三相電流量分別為:I*ah=Iah-Ibh,I*bh=Ibh-Ich,I*ch=Ich-Iah(都為矢量減);.對于Y/△-1接線,參與差流計(jì)算的Y側(cè)3相電流量分別為:I*ah=Iah-Ich,I*bh=Ibh-Iah,I*ch=Ich-Ibh(都為矢量減).主變變比和CT變比造成的誤差都是幅值上的差異,對于微機(jī)保護(hù)而言,這方面的處理是非常容易的,只要將輸入量(對△側(cè))或相位歸算后的中間量(對Y側(cè))乘以相應(yīng)的某個比例系數(shù)即可.當(dāng)然,對于Y側(cè),這個系數(shù)還要考慮到內(nèi)部矢量相減,造成的幅值增大了3√3倍.1.2u3000省選時相角歸算Ie是指根據(jù)變壓器的實(shí)際容量求得的額定電流的標(biāo)幺值.如某臺主變,容量31.5/20/31.5MVA;110±4×2.5%/38.5±2×2.5%/11kV;Yo/Y/△ˉ12ˉ11;CT變比200/5,500/5,2000/5;CT為Y/Y.其額定電流計(jì)算公式為Ie=S/(3√U)/CTΙe=S/(3U)/CΤ變比式中:S——主變?nèi)萘?3側(cè)都按最大容量計(jì)算;U——本側(cè)額定線電壓.即可算出高壓側(cè)Ie=4.133A中壓側(cè)Ie=4.723A低壓側(cè)Ie=4.133A差動保護(hù)在每一側(cè)采集到的電流除以該側(cè)的Ie電流值,得到各側(cè)電流相對于本側(cè)額定電流的比例值(標(biāo)幺值).采用各側(cè)的Ie標(biāo)幺值直接參與差流計(jì)算,相應(yīng)的定值及報(bào)告顯示的都是Ie的多少.采用Ie的概念和計(jì)算方法后,可以消除主變變比和CT變比對幅值的影響.對接線組別的影響,RCS9671/9679程序里的做法如下:在系統(tǒng)設(shè)置的菜單里,接線組別設(shè)置為△/△(CT都是Y/Y接線,也即由裝置內(nèi)部完成歸算),程序?qū)﹄娏鞑蓸訑?shù)據(jù)不做相角上的任何歸算處理,根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)整定內(nèi)容,計(jì)算出各側(cè)Ie具體值,實(shí)際采樣值同本側(cè)Ie相除,得出本側(cè)以Ie標(biāo)幺值所表示的電流值參與差流計(jì)算;當(dāng)接線組別設(shè)置為Y/△ˉ11,程序?qū)側(cè)電流采樣數(shù)據(jù)首先進(jìn)行相角調(diào)整,即參與差流計(jì)算的I*ah=Ia-Ib(矢量減),I*bh=Ib-Ic,I*ch=Ic-Ia,得到的矢量電流相位前移了30°,完成相位的歸算,但幅值同時也增大了3√3倍.程序里對矢量相減得到的值會同時固定除以3√3,以保證只調(diào)整相位,不改變大小.對Y/△ˉ1,矢量相減的相別也發(fā)生相應(yīng)變化:I*ah=Ia-Ic,I*bh=Ib-Ia,I*ch=Ic-Ib,也要對幅值固定的除以3√.3.要特別注意的是,對于接線組別Y/Y的變壓器,程序?qū)蓚?cè)均作了Y-△變換,消除高壓側(cè)CT中流過的零序電流,確保高壓側(cè)發(fā)生區(qū)外接地故障時差動保護(hù)不誤動.現(xiàn)場差動繼電器通電流調(diào)試分析如下(主變接線組別為Y/△ˉ11,CT為Y/Y接線):在保護(hù)裝置高壓側(cè)輸入三相對稱電流IA=4.133A,程序按照整定的接線組別,首先進(jìn)行相角歸算,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,相角逆時針旋轉(zhuǎn)30°.相位歸算后的向量,程序自動再除以3√3.再除以本側(cè)Ie值4.133A,把有名值換算成標(biāo)幺值.△側(cè)無電流輸入,故裝置顯示ABC相差流分別為1Ie.在保護(hù)裝置高壓側(cè)輸入單相電流IA=4.133A,裝置顯示A,C兩相都有差流,差流Iacd=0.577Ie;Iccd=0.577Ie.程序首先進(jìn)行相角歸算:I*ah=Ia-Ib=Ia(Ib=0);I*bh=Ib-Ic=0(Ib=0,Ic=0);I*ch=Ic-Ia=0-Ia=-Ia.雖然只有A相電流,但經(jīng)過這一步處理后,在C相也因?yàn)橛?jì)算產(chǎn)生了差流.程序固定對相位歸算后的向量再除以3√3.再除以本側(cè)Ie=4.133A,把有名值換算成標(biāo)幺值.故裝置顯示A,C相差流分別為0.577Ie.當(dāng)在△側(cè)輸入電流時,不管是輸入單相IA或ABC對稱三相,輸入電流4.133A,都會顯示差流等于1Ie;并當(dāng)輸入單相IA時,也只有A相有差流,C相不會有差流.因?yàn)槌绦驅(qū)Α鱾?cè)不進(jìn)行相角歸算.沒有矢量相減和除以3√3這一步,直接跟本側(cè)Ie電流值相除,換算成標(biāo)幺值.現(xiàn)場調(diào)試,有時也會碰到老站改造,外部CT采用Y/△接線.比如原來的電磁式LCD-4差動繼電器更換成微機(jī)保護(hù),但CT及控制電纜都未更換,對RCS9671/73/79而言,可以在系統(tǒng)參數(shù)里設(shè)置相應(yīng)的接線組別參數(shù).各側(cè)Ie值的內(nèi)部計(jì)算同CT采用Y/Y接線相同的,相角歸算已由外部CT接線實(shí)現(xiàn),程序不再進(jìn)行矢量相減這一步驟.轉(zhuǎn)換成標(biāo)幺值的步驟也同Y/Y接線一樣.現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)時(如前所述)保護(hù)裝置高壓側(cè)輸入單相電流IA=4.133A,裝置顯示A相有差流Iacd=0.577Ie,C相不會有差流.當(dāng)輸入ABC三相對稱電流,電流幅值為4.133A,裝置顯示ABC三相都有差流,差流數(shù)值都為0.577Ie.RCS96XX系列差動保護(hù)相位和幅值歸算的基本流程如圖1所示.1.3vfc板及其運(yùn)行過程RCS96系列只需要用戶把主變額定容量、接線組別等參數(shù)輸入定值,Ie和平衡系數(shù)的計(jì)算由程序內(nèi)部完成.而LFP900系列差動保護(hù)有一部分工作是由硬件來完成的,需要用戶來計(jì)算和跳線設(shè)置各種平衡系數(shù).(1)主變電壓變比和CT變比對幅值影響的消除也是通過Ie概念歸算成標(biāo)幺值的;利用矢量相減完成相位調(diào)整后對幅值增大了3√3倍的處理(1.732);這兩部分功能都是通過硬件來實(shí)現(xiàn)的,即通過設(shè)置VFC板各側(cè)輸入回路平衡系數(shù)完成.(2)經(jīng)過上述步驟處理的電壓量經(jīng)過V/F變換后,提供頻率信號給CPU板上的CPU1進(jìn)行差流計(jì)算等處理.相角調(diào)整也由CPU1軟件完成,歸算方法仍然采取矢量相減的方法.同RCS系列差動保護(hù)相比應(yīng)注意的是,軟件是否矢量相減,哪兩個矢量進(jìn)行相減,而這都是由出廠預(yù)裝程序設(shè)定的,在現(xiàn)場是無法通過外部定值設(shè)置來修改的.(3)VFC板根據(jù)主變接線組別設(shè)置JP1～3的跳線.其實(shí)這個跳線是設(shè)置MON1板CPU2相角調(diào)整的.LFP900主變差動保護(hù)CPU板CPU1負(fù)責(zé)保護(hù)計(jì)算,MON1板CPU2負(fù)責(zé)啟動開放出口電源及人機(jī)界面等.(4)平衡系數(shù)調(diào)整電路完成幅值變換和預(yù)先消除因Y側(cè)相角調(diào)整所造成的幅值擴(kuò)大了3√3倍;CPU1相角調(diào)整和差流計(jì)算由軟件完成,不同接線組別對應(yīng)不同程序;MON1板CPU2相角調(diào)整和差流計(jì)算全部由硬件電路完成,不同接線組別可以通過跳線設(shè)置.(5)現(xiàn)場設(shè)置VFC板平衡系數(shù)時,Y側(cè)Ie一定要乘以3√3接線系數(shù).定值里面各側(cè)Ie定值,Y側(cè)一定要用已經(jīng)乘以3√3接線系數(shù)的Ie.LFP971/972(A/B/C)中,差流大小的計(jì)算及顯示取決于平衡系數(shù),各側(cè)輸入電流大小的顯示值取決于Ie.1.4平衡系數(shù)的確定RCS978適用于500/220kV高壓系統(tǒng),同RCS96XX系列差動的不同之處,主要體現(xiàn)在平衡系數(shù)基準(zhǔn)量的選擇以及相位由△側(cè)向Y側(cè)調(diào)整.LFP900系列差動保護(hù)根據(jù)變壓器最大容量求出各側(cè)二次額定電流,平衡系數(shù)=In/各側(cè)Ie;各側(cè)輸入量乘以該側(cè)平衡系數(shù)得到以In(5A/1A)為基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值.RCS978也是采用平衡系數(shù)來轉(zhuǎn)換標(biāo)幺值,但是用來計(jì)算平衡系數(shù)的基準(zhǔn)值(平衡系數(shù)的分子)不是固定為5A.RCS978平衡系數(shù)計(jì)算步驟同LFP和RCS96XX一樣,首先根據(jù)主變最大容量和各側(cè)實(shí)際運(yùn)行電壓及CT變比求出各側(cè)Ie.平衡系數(shù)公式為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.程序根據(jù)所求出的各側(cè)Ie值中,Ie的最大值是由是否大于Ie最小值的4倍來決定的.平衡系數(shù)有兩種計(jì)算公式:當(dāng)(I2n-max/I2n-min)≤4時,Kph=I2n-max/I2n;當(dāng)(I2n-max/I2n-min)≥4時,Kph=4I2n-min/I2n.當(dāng)Ie最大值大于Ie最小值4倍以上時,各側(cè)平衡系數(shù)的基值(分子)選擇為4倍的Ie最小值(4I2n-min),Ie最小的那側(cè)平衡系數(shù)為4;否則選Ie最大值為各側(cè)平衡系數(shù)的基值(分子),Ie最大的那側(cè)平衡系數(shù)為1.程序這樣設(shè)計(jì),是因?yàn)镽CS978主要應(yīng)用于220kV/500kV高壓系統(tǒng),有10kV電壓等級.10kV側(cè)的負(fù)荷較小,CT變比為了保證正常運(yùn)行時的測量精度,并不是按照主變最大容量來選擇的.如果按主變最大容量(180MVA)計(jì)算,要選12000/5,Ie=4.13A,這是不現(xiàn)實(shí)的,故10kV側(cè)選擇變比為3000/5,Ie達(dá)到了16.5A.如果采用5A常量作為求平衡系數(shù)的基準(zhǔn)值,則10kV側(cè)求出的平衡系數(shù)Kph=0.303,內(nèi)部計(jì)算精度不能保證.現(xiàn)在采用以4倍的Ie最小值(4×1.96A=7.84A)為基準(zhǔn)求得平衡系數(shù)Kph=0.475,相對而言內(nèi)部計(jì)算精度更能得到保證.RCS978Ie基準(zhǔn)值的選擇思路就是如果各側(cè)Ie數(shù)值之間差別不大(以4倍為限),則選最大側(cè)Ie數(shù)值為平衡系數(shù)的基準(zhǔn);如果差別太大(倍數(shù)>4)則用4倍的最小側(cè)Ie值這個位于中間的數(shù)值作為平衡系數(shù)的基準(zhǔn).LFP900和RCS96XX系列差動保護(hù)對接線組別造成的相角差調(diào)整,采取的是由Y側(cè)向△側(cè)歸算.RCS978對相位的歸算調(diào)整,采用的是由△側(cè)向Y側(cè)歸算(外部CT仍采用Y/Y接線).Y側(cè)一般為電源側(cè),會產(chǎn)生勵磁涌流.采用傳統(tǒng)的Y側(cè)向△側(cè)歸算方法,Y側(cè)電流兩矢量相減調(diào)整相角差,就會消掉一部分勵磁涌流.RCS978采用由△側(cè)向Y側(cè)歸算后,勵磁涌流和故障特征會更加明顯,動作速度也能提高;但要考慮到Y(jié)側(cè)可能流過的零序電流對差流的影響.RCS978采用對Y側(cè)每相電流都減去零序電流的方式(該零序電流為三相合成自產(chǎn)).△側(cè)的相位調(diào)整,同LFP900和RCS96系列一樣,采用矢量相減的方法,同時需除以3√3,以消除矢量相減對幅值增大的影響.各側(cè)調(diào)整公式為Y側(cè)I*A=IA-I0(矢量相減)I*B=IB-I0I*C=IC-I0側(cè)I?A=(IA?IC)3√ΙA*=(ΙA-ΙC)3(矢量相減)I?B=(IB?IA)/3√I?C=(IC?IB)/3√ΙB*=(ΙB-ΙA)/3ΙC*=(ΙC-ΙB)/32在現(xiàn)場調(diào)整中，應(yīng)注意車站微型差分動態(tài)保護(hù)中的問題2.1次諧波制動常規(guī)的微機(jī)主變差動保護(hù)都配置了差動速斷和帶制動特性的比率差動兩個動作元件.差動速斷單純反映差電流幅值大小,其動作值較高,主要針對相間短路等嚴(yán)重故障,對匝間短路等主變輕微故障靈敏度不高.比率差動保護(hù)靈敏度高,但受勵磁涌流和上述產(chǎn)生不平衡電流因素的影響也較大.一般主變差動保護(hù),其勵磁涌流制動通常采用的二次諧波制動,是比較二次諧波分量和基波分量幅值的大小.LEP900,RCS96XX,RCS978的差流及制動量計(jì)算公式和比率差動曲線都有一些不同之處(所有公式都基于CT極性指向變壓器).(1)ih-il對三圈變的計(jì)算對雙圈變Id=∣ih+il∣Ir=0.5∣ih-il∣對三圈變Id=∣ih+im+il∣Ir=max{∣ih∣,∣im∣,∣il∣}(2)rcs96系列的主變率差的操作性能Id=∣i1+i2+i3+i4∣Ir=0.5(∣I1∣+∣I2∣+∣I3∣+∣I4∣)(3)sd978i1和i2及其他相關(guān)行為特征。imuiii。0.5i1i2v，i大大提高2.2ct極性測量的調(diào)試CT一次側(cè)端子標(biāo)記為L1,L2;二次側(cè)端子標(biāo)記為K1,K2.按照減極性原則確定的同名端是L1和K1.可以直接認(rèn)為它們的電位高低是“相同”的.以圖2為例,高壓側(cè)CT1一次L1端子接母線側(cè),L2端子接變壓器側(cè),電流由L1流向L2,作為負(fù)荷L1的電位要高于L2電位.K1是L1的同名端,所以在二次,K1是高電位,K2低電位.CT二次電流的流向是從K1流出,K2流回.在現(xiàn)場施工階段常用電池組判斷CT極性.指針式電流表串聯(lián)接入CT二次電流輸出K1和K2端子上,一般用mA表示測量.測試接線圖如圖3所示.一組測試人員,按照某個電流方向電池組一極固定,一極間斷電擊的方式給CT一次施加電流.另一組測試人員,觀察電流表指針偏轉(zhuǎn)的方向,