數(shù)字差動保護(hù)制動特性的研究

數(shù)字差動保護(hù)制動特性的研究

0檢測差動保護(hù)制動特性時一般分相測試目前，國內(nèi)外對差異動態(tài)保護(hù)有幾種類型，計(jì)算差分動態(tài)電流和制動電流的公式不同。現(xiàn)場調(diào)查小組通常在檢測差分動態(tài)保護(hù)的動態(tài)特性時進(jìn)行相測試，并在相的兩側(cè)添加兩個相電流。兩相電流必須首先根據(jù)差動電流和制動電流計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算時還需根據(jù)各側(cè)TA變比及運(yùn)行接線方式對各側(cè)電流加以修正。目前,大多數(shù)單位采用微機(jī)保護(hù)測試儀來進(jìn)行此項(xiàng)工作,大大方便了調(diào)試工作,提高了工作效率。1保護(hù)原則1.1自特征參數(shù)設(shè)計(jì)如圖1所示,被測對象為發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線,主變?yōu)閅,d11接線。主變高壓側(cè)、發(fā)電機(jī)機(jī)端及高廠變高壓側(cè)分別加裝保護(hù)用電流互感器TA1、TA2、TA3。盡管主變?yōu)殡p繞組,但由于差動保護(hù)用TA接于三個分支電路中,因此動作特性方程與三繞組變壓器一致。如考慮補(bǔ)償電流,同時測試三個分支的差流則需要四路電流。由于保護(hù)用測試儀只能提供三路電流的輸入,因此實(shí)際測試過程中只接入主變高壓側(cè)電流˙ΙhI˙h和發(fā)電機(jī)機(jī)端電流˙ΙlI˙l,差動電流、制動電流、動作特性及二次諧波制動如公式(1)-(4)所示。差動電流:˙Ιd=|˙Ιh+˙Ιl|(1)I˙d=|I˙h+I˙l|(1)制動電流:˙Ιz=max[Ιh,Ιl](2)I˙z=max[Ih,Il](2)動作特性: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)二次諧波制動特性:Id2≥ηId(4)其中,Iq:啟動電流;Ig:拐點(diǎn)電流;Kz:比率制動系數(shù);Is:速斷電流;Id2:差動電流中的二次諧波電流分量;η:二次諧波制動比。由公式(3)可畫出保護(hù)的動作特性,如圖2所示。1.2邏輯框架和保護(hù)原則保護(hù)邏輯框圖如圖3所示。1.2.1啟動電流溶躲過變壓器正常運(yùn)行時的最大不平衡差流。Iq=(0.4～0.5)ININ:變壓器基準(zhǔn)側(cè)的額定電流。1.2.2轉(zhuǎn)折點(diǎn)電流ig躲過區(qū)外遠(yuǎn)處故障或近區(qū)故障切除瞬間產(chǎn)生較大不平衡差流的影響。Iq=(0.5～0.7)IN1.2.3kz比率約束系數(shù)躲過變壓器出口三相短路時產(chǎn)生的最大暫態(tài)不平衡差流,取0.4～0.5。1.2.4二次聲波抑制比躲過變壓器空投時的勵磁涌流,確保變壓器內(nèi)部故障導(dǎo)致故障電流波形畸變時,差動保護(hù)能可靠動作。η取0.13～0.2。1.2.5差動速中斷電流i躲過變壓器空投時的勵磁涌流或外部短路時的最大不平衡電流。Is=KIN1.2.6速中斷電流倍數(shù)k取4～10。2計(jì)算和分析流程2.1變壓器y側(cè)ta二次側(cè)電流相位補(bǔ)償為保證Y,d11縱差動保護(hù)用TA二次側(cè)電流相位保持一致,在接線上采用相位補(bǔ)償和數(shù)值補(bǔ)償?shù)姆椒āＴ谖C(jī)保護(hù)中通過軟件來實(shí)現(xiàn),允許變壓器各側(cè)TA二次側(cè)都按Y形連接,在進(jìn)行差動計(jì)算時由軟件對變壓器Y側(cè)TA二次側(cè)電流進(jìn)行電流相位補(bǔ)償。設(shè)變壓器Y側(cè)TA二次側(cè)三相電流經(jīng)取樣和數(shù)字濾波后得到的電流為˙ΙA、˙ΙB、˙ΙC,軟件按公式(5)可求得用作差動計(jì)算的三相電流˙Ι′A、˙Ι′B、˙Ι′C。˙Ι′A=˙ΙA-˙ΙB˙Ι′B=˙ΙB-˙ΙC˙Ι′C=˙ΙC-˙ΙA(5)由上式可知,用軟件實(shí)現(xiàn)了電流相位的轉(zhuǎn)換,使高低壓側(cè)電流相位保持一致。2.2發(fā)電機(jī)出口ta1和基于ta2平衡動回路用軟件進(jìn)行相位補(bǔ)償后,由于變壓器各側(cè)一次額定電流不等及各側(cè)TA接差動回路的變比不等,還必須對各側(cè)計(jì)算電流進(jìn)行平衡調(diào)整,才能消除不平衡電流對變壓器縱差動保護(hù)的影響。如圖2所示,主變采用Y,d11接線,變比為20/550kV,高壓側(cè)TA1變比nY=2500/1,發(fā)電機(jī)出口TA2變比n△=25000/5,以低壓側(cè)TA2電流為基準(zhǔn),可計(jì)算出高、低壓側(cè)Kb。由于主變電流互感器的極性端都指向變壓器,每相差動回路的電流為:Ιd=|˙Ι2C.hΚbh+˙Ι2C.lΚbl|(6)其中,˙Ι2C.h為高壓側(cè)TA1二次計(jì)算電流;˙Ι2C.l為發(fā)電機(jī)出口TA2二次計(jì)算電流;Kbh為高壓側(cè)電流平衡調(diào)整系數(shù);Kbl為低壓側(cè)電流平衡調(diào)整系數(shù)?！咭缘蛪簜?cè)電流為基準(zhǔn),∴Kbl=1,正常時˙Ι2C.h與˙Ι2C.l反向,取差動電流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測試過程3.1輸入ta和v監(jiān)視將微機(jī)保護(hù)測試儀與發(fā)變組保護(hù)柜端子排按表1進(jìn)行連接。3.2發(fā)電機(jī)c相補(bǔ)償電流測試時,從主變高壓側(cè)TA二次側(cè)A相加入電流,即加入˙ΙA,由公式(5)可知,由于裝置軟件對角度的調(diào)整作用,在通道監(jiān)測界面上可以看到A、C相都有電流顯示,即˙Ι′A=˙ΙA?˙Ι′C=-˙Ι′A。為了測量變壓器A相差動保護(hù)的比率制動特性,需要同時在發(fā)電機(jī)c相加入相應(yīng)的補(bǔ)償電流,以消除C相差流對A相差動比率制動特性測試的影響。為求得A相差流,取兩側(cè)電流相位相差180°。設(shè)發(fā)電機(jī)a相電流˙Ιa=Ι∠0°,利用公式(1)-(3)及給定的定值,可以計(jì)算出高壓側(cè)A相折算到低壓側(cè)時所加電流的幅值,該電流即為發(fā)電機(jī)c相應(yīng)補(bǔ)償?shù)碾娏髦怠ＴO(shè)該電流幅值為IX,根據(jù)公式(7)將其折算到變壓器高壓側(cè)后,其幅值為IX/7.94,高壓側(cè)A相電流為˙ΙA=˙ΙX7.94=ΙX7.94∠180°。根據(jù)公式(5),可知˙Ι′A=˙ΙA=ΙX7.94∠180°,高壓側(cè)C相差流˙Ι′C=-˙ΙA=ΙX7.94∠0°,為抵消˙Ι′C所產(chǎn)生的差流,在發(fā)電機(jī)c相應(yīng)通入的電流˙Ιc=ΙX∠180°。3.3測試過程以表2中的整定值為例,對啟動電流Iq、二次諧波制動系數(shù)η、比率制動系數(shù)Kz、速斷區(qū)斜率KS進(jìn)行測試。3.3.1初始測量坐標(biāo)系在測試儀b相輸入發(fā)電機(jī)a相電流˙Ι′a=1.49∠0°A,測試儀a、c相電流均為零,變量為Ib,步長為0.01A,則差流Id=1.49A,制動電流Iz=1.49A,初始測量坐標(biāo)為(1.49,1.49)。啟動后增加Ib,則圖2中的初始測試點(diǎn)按斜率為1的直線向右上方移動,直至保護(hù)動作,記錄啟動電流測試值為1.52A,如表2所示。3.3.2a型在測試儀b相輸入發(fā)電機(jī)a相電流˙Ιa=1.6∠0°A,則根據(jù)公式(4)可知,二次諧波的理論制動電流為0.32A。測試儀c相輸入0.3A的二次諧波電流,頻率為100Hz,將測試儀c相電流首末端分別接入端子1X:19和1X:34,即與發(fā)電機(jī)a相電流并聯(lián),變量為Ic,步長為0.01A。啟動后保護(hù)動作,增加Ic至保護(hù)返回,測試值為0.33A,計(jì)算制動系數(shù)η為0.33/1.6=0.206,如表2所示。3.3.3u3000變壓器c相動變異①計(jì)算速斷電流Is及D點(diǎn)橫坐標(biāo)IzD。速斷電流Is=KIN=3×3=9A,將其代入公式(3)中,比率制動系數(shù)測試如圖4所示,可得D點(diǎn)橫坐標(biāo)IzD=20.75A。②在線段AD上任取兩點(diǎn)B、C,保證兩點(diǎn)的橫坐標(biāo)位于Ig和IzD之間。例如,設(shè)IzB=5A,IzC=8A(為保證測試的準(zhǔn)確性,兩個電流值不宜太接近)。③在測試B點(diǎn)時,如果在測試儀b相通入發(fā)電機(jī)a相電流為5A,相位角為0°;理論上變壓器高壓側(cè)折算至低壓側(cè)的臨界動作值為X,根據(jù)公式(3)可知:(5-X)=0.4(5-2)+1.5,X=2.3A,理論上B點(diǎn)臨界差流IdB=5-2.3=2.7A。由計(jì)算結(jié)果也可驗(yàn)證,B點(diǎn)制動電流IzB=max[5,2.3]=5A。將X折算到變壓器高壓側(cè),得到變壓器A相理論臨界動作電流為2.3/7.94=0.29A,相位為180°。為保證初始測試點(diǎn)B′點(diǎn)可靠位于制動區(qū),即初始測試差流I′dB<2.7A,變壓器A相實(shí)際通入電流應(yīng)略大于0.29A。由以上分析可知,測試點(diǎn)B′的橫坐標(biāo)同B點(diǎn),IzB=5A;縱坐標(biāo)I′dB<2.7A,即B′點(diǎn)位于B點(diǎn)正下方。為消除變壓器C相差流對A相差動比率制動特性測試的影響,發(fā)電機(jī)c相應(yīng)通入的電流為2.3∠180°A,實(shí)際測試期間即便變壓器高壓側(cè)A相電流略有調(diào)整(即實(shí)際A相電流可能在0.29A附近),在C相所產(chǎn)生的差流也不足以引起保護(hù)誤動作。經(jīng)上述分析,在測試儀b相通入發(fā)電機(jī)a相電流˙Ιa=5∠0°A;測試儀a相通入變壓器A相電流˙ΙA=0.3∠180°A;測試儀c相通入發(fā)電機(jī)c相電流˙Ιc=2.3∠180°A。變量為Ia,步長為0.01A,啟動后保護(hù)不應(yīng)該動作,緩慢減小Ia,則測試點(diǎn)由B′點(diǎn)向B點(diǎn)移動,直至保護(hù)動作,記錄測試值為0.28A,實(shí)測差流計(jì)算值I″dB=5-0.28×7.94=2.78A。④同理,在測試C點(diǎn)時,IzC=8A。在測試儀b相通入發(fā)電機(jī)a相電流˙Ιa=8∠0°A測試儀a相通入變壓器A相電流˙ΙA=0.52∠180°A;測試儀c相通入發(fā)電機(jī)c相電流˙Ιc=4.1∠180°A。變量為Ia,步長為0.01A,啟動后保護(hù)不應(yīng)該動作,緩慢減小Ia,則測試點(diǎn)由C′點(diǎn)向C點(diǎn)移動,直至保護(hù)動作,記錄測試值為0.51A,如圖5所示。實(shí)測差流計(jì)